KR20120106163A

KR20120106163A - 폐배터리 극판 재생 방법

Info

Publication number: KR20120106163A
Application number: KR1020110024076A
Authority: KR
Inventors: 김홍섭
Original assignee: 주식회사 웰스텍
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-09-26
Also published as: KR101199025B1

Abstract

본 발명은 폐배터리 극판 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐배터리에서 양극판과 음극판을 분리한 후 양극판은 파손된 납심을 지그 및 천공드릴을 이용하여 천공하는 방법으로 제거한 후 납심에 대응되는 새로운 납봉을 삽입하여 재생시키고, 음극판은 내부격자에서 떨어져 나간 납기재합금을 분납반죽물을 이용하여 메운 후 건조시켜 재생시킴으로써 종래의 방법으로 재생이 불가능한 폐배터리의 경우에도 비교적 손쉬우면서도 저렴한 비용으로 재생시킬 수 있는 폐배터리 극판 재생 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐배터리 극판 재생 방법은, 납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와; 원통형으로 형성된 비전도성의 세퍼레이터 내부에 분납이 채워지고 그 중앙에 길이방향을 따라 길게 납심이 내재되며 상기 세퍼레이터 복수개가 폭방향을 따라 연속하게 배열된 양극판과, 러그가 형성된 상부프레임과 하부프레임 사이에 내부격자가 형성되고 상기 내부격자의 빈공간에 납기재합금이 채워진 음극판을 각각 상기 폐배터리에서 분리하는 극판분리단계와; 상기 폐배터리에서 분리된 양극판의 양측면을 각각 상기 양극판에 대응되는 형상으로 형성된 지그로 가압하여 고정하고, 상기 양극판이 고정된 상태에서 상기 세퍼레이터의 중앙을 상기 납심에 대응되는 직경을 갖는 천공드릴을 이용하여 길이방향을 따라 길게 천공하여 천공홈을 형성하며, 상기 천공홈에 상기 천공홈의 직경에 대응되는 원통형의 납봉을 삽입시켜 고정하는 양극판재생단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐배터리 극판 재생 방법{METHOD FOR REGENERATING ELECTRODE PLATE OF WASTE BATTERY}

본 발명은 폐배터리 극판 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐배터리에서 양극판과 음극판을 분리한 후 양극판은 파손된 납심을 지그 및 천공드릴을 이용하여 천공하는 방법으로 제거한 후 납심에 대응되는 새로운 납봉을 삽입하여 재생시키고, 음극판은 내부격자에서 떨어져 나간 납기재합금을 분납반죽물을 이용하여 메운 후 건조시켜 재생시킴으로써 종래의 방법으로 재생이 불가능한 폐배터리의 경우에도 비교적 손쉬우면서도 저렴한 비용으로 재생시킬 수 있는 폐배터리 극판 재생 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동차 또는 자동차등에서 사용하고 있는 납축전지 타입 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어주는 방전과, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 것으로, 이온화 경향이 다른 두 개의 금속과 전해액으로 회로를 만들어 두 금속과 전해액의 화학반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 것이다.

도 1에는 등록특허 제0634194호에 개시된 통상적인 납축전지 타입의 배터리의 구조를 도시하였는데, 도면을 살펴보면 통상적인 납축전지 타입의 배터리(1)는 내부에 일정한 공간부(2)를 가지는 하우징(3)과, 상기 하우징(3)의 공간부(2)에 배열 마련되는 판상의 양극판(4) 및 음극판(5)과, 상기 양극판(4)의 외측부에 양극판(4)이 내재되도록 일정한 간격을 가지고 상하가 개방되며 상기 양극판(4)과 음극판(5)이 서로 접촉되는 것을 방지하도록 마련되는 관상의 세퍼레이터(6)와, 상기 하우징(3)의 내부에 충전(充塡)되는 젤상의 전해액(7)을 가지고 있다.

이러한 배터리(1)의 경우 아래의 화학식에서와 같이 이산화 납으로 만든 극판(4, 5)과 전해액(7)에 포함되어 있는 황산이 황산화 납과 물로 변화하는 화학작용을 할 때 전기가 방출되고, 반대로 치환될 때 충전되는 작용을 반복하면서 사용하게 되는 것이다.

<화학식>

이러한 배터리(1)는 사용환경에 따라서 대략 짧게는 2년에서 길게는 5년 정도의 사용수명을 가지는데, 이는 화학작용과 치환이 반복되는 과정에서 전해액(7)이 오손되고, 이산화 납으로 된 극판(4, 5)의 표면에 유산 아연의 결정이 달라붙어 화학작용 능력이 현저하게 떨어지게 되면서 배터리를 교환해야 하는 것이다.

그러나, 새로운 배터리로 교환한 후 종래 사용하던 배터리를 산업폐기물로 처리할 때 발생하는 비용이 점차 늘어나고 있으며 새로운 배터리를 구입하는 구입비용도 사용자에게 부담을 주는 문제점이 있었다.

이러한 폐기비용 및 구입비용을 절감하기 위하여 노후 및 사용수명이 다한 폐배터리를 수거하여 내부에 저장된 폐충전액 중 일부를 제거하고 새로운 충전액을 주입하여 사용하는 재생배터리가 제안되고 있는데, 먼저, 등록 특허번호 제10-0584250호(공고일자 2006.05.26.)에는 "자동차용 폐 배터리 재생방법"이 제안되고, 또 등록 특허번호 제10-0681529호(공고일자 2007.02.12.)에는 "사용 완료된 배터리의 재생 및 복원방법"이 제안되었다.

한편, 최근에 공개된 특허 공개번호 제10-2010-0130685호(공개일자 2010.12.14)에는 초음파 펄스를 이용하여 셀 내부에 침전된 과산화 납(PbSO₄)을 다시 끌어올려 극판에 부착시킴으로써 상기의 종래기술보다 폐배터리 재생을 더욱 효과적으로 수행할 수 있는 "초음파 펄스 충전기 및 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법"이 제안된 바 있다.

하지만, 상기의 종래기술에 따른 폐배터리 재생방법은 전해액(충전액)을 보충하거나, 셀 내부에 침전된 납을 다시 극판에 부착시키는 수준에 불과하여 극판을 재생시키는데에 한계가 있었다. 특히, 양극판에서 세퍼레이터의 내부에 길이방향으로 길게 내재된 납심이 파손된 경우나, 음극판의 경우 내부격자에서 납기재합금이 상당한 수준으로 이탈된 경우에는 근본적으로 재생이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 폐배터리에서 양극판과 음극판을 분리한 후 양극판은 파손된 납심을 지그 및 천공드릴을 이용하여 천공하는 방법으로 제거한 후 납심에 대응되는 새로운 납봉을 삽입하여 재생시키고, 음극판은 내부격자에서 떨어져 나간 납기재합금을 분납반죽물을 이용하여 메운 후 건조시켜 재생시킴으로써 종래의 방법으로 재생이 불가능한 폐배터리의 경우에도 비교적 손쉬우면서도 저렴한 비용으로 재생시킬 수 있는 폐배터리 극판 재생 방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 폐배터리 극판 재생 방법은, 납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와; 원통형으로 형성된 비전도성의 세퍼레이터 내부에 분납이 채워지고 그 중앙에 길이방향을 따라 길게 납심이 내재되며 상기 세퍼레이터 복수개가 폭방향을 따라 연속하게 배열된 양극판과, 러그가 형성된 상부프레임과 하부프레임 사이에 내부격자가 형성되고 상기 내부격자의 빈공간에 납기재합금이 채워진 음극판을 각각 상기 폐배터리에서 분리하는 극판분리단계와; 상기 폐배터리에서 분리된 양극판의 양측면을 각각 상기 양극판에 대응되는 형상으로 형성된 지그로 가압하여 고정하고, 상기 양극판이 고정된 상태에서 상기 세퍼레이터의 중앙을 상기 납심에 대응되는 직경을 갖는 천공드릴을 이용하여 길이방향을 따라 길게 천공하여 천공홈을 형성하며, 상기 천공홈에 상기 천공홈의 직경에 대응되는 원통형의 납봉을 삽입시켜 고정하는 양극판재생단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 폐배터리 극판 재생 방법은, 상기 극판분리단계 이후에, 상기 폐배터리에서 분리된 음극판에서 납기재합금이 이탈되어 상기 내부격자의 빈공간이 형성된 부분을 분납과 시멘트와 물을 혼합한 분납반죽물로 메우고, 열풍을 이용하여 상기 분납반죽물을 건조시키는 음극판재생단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 폐배터리 극판 재생 방법은 극판이 심하게 손상되어 종래의 방법으로는 재생이 불가능한 납축전지 타입의 패배터리라고 할지라도 양극판은 파손된 납심을 지그 및 천공드릴을 이용하여 천공하는 방법으로 제거한 후 납심에 대응되는 새로운 납봉을 삽입하여 재생시키고, 음극판은 내부격자에서 떨어져 나간 납기재합금을 분납반죽물을 이용하여 메운 후 건조시켜 재생시킴으로써 비교적 손쉬우면서도 저렴한 비용으로 재생시킬 수 장점이 있다.

도 1은 통상적인 납축전지 타입의 배터리 구조도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리 극판 재생 방법의 흐름도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리에서 분리된 양극판을 도시한 개념도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리에서 분리된 음극판을 도시한 개념도

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 폐배터리 극판 재생 방법을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리 극판 재생 방법의 흐름도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리에서 분리된 양극판 및 음극판을 도시한 개념도이다.

도면을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐배터리 극판 재생 방법은 폐배터리준비단계(S10)와, 극판분리단계(S20)와, 양극판재생단계(S30)와, 음극판재생단계(S40)와, 재생완료단계(S50)를 포함하여 구성된다.

상기 폐배터리준비단계(S10)는 자동차 등에서 분리한 노후 및 사용 완료된 납축전지 타입의 폐배터리를 수거하여 준비하는 단계이다.

상기 납축전지 타입의 폐배터리는 배경기술에서 설명한 바와 같이 도 1을 참조하면 통상 내부에 일정한 공간부(2)를 가지는 하우징(3)과, 상기 하우징(3)의 공간부(2)에 배열 마련되는 판상의 양극판(4) 및 음극판(5)과, 상기 양극판(4)의 외측부에 양극판(4)이 내재되도록 일정한 간격을 가지고 상하가 개방되며 상기 양극판(4)과 음극판(5)이 서로 접촉되는 것을 방지하도록 마련되는 관상의 세퍼레이터(6)와, 상기 하우징(3)의 내부에 충전(充塡)되는 젤상의 전해액(7)을 가지고 있다.

상기 극판분리단계(S20)는 상기 폐배터리에서 양극판(10)과, 음극판(20)을 분리하는 단계이다.

통상 납축전지 타입의 배터리에는 주지된 바와 같이 극판(10, 20)의 상부로 돌출된 러그(211)를 통해 상기 양극판(10) 상호간 및 음극판(20) 상호간 통전되도록 연결되고, 상기 양극판(10) 상호간 및 음극판(20) 상호간 연결된 상태로 각각의 극주가 용접되어 외부로 노출됨으로써 배터리의 (+)(-)단자가 되도록 구성되는데, 상기 극판분리단계(S20)에서는 상호 연결된 복수개의 상기 양극판(10) 및 상기 음극판(20)을 각각 개별적으로 분리하는 단계인 것이다.

도 3에는 폐배터리에서 분리된 상기 양극판(10)을 도시하였는데, 상기 양극판(10)은 원통형으로 형성된 비전도성의 세퍼레이터(11) 내부에 분납(12)이 채워지고, 그 중앙에 길이방향을 따라 길게 납심(13)이 내재되며, 상기 세퍼레이터(11) 복수개가 폭방향을 따라 연속하게 배열된 형태를 취하도록 형성되어 있다.

통상적으로는 상기 세퍼레이터(11)는 단락을 방지하기 위해 비전도성이며 전해액에 부식되지 않는 다공성의 합성수지로 가공된 섬유판으로 이루어진 사각의 포켓형상으로 구비하고, 상기 세퍼레이터(11)의 내부공간이 폭방향을 따라 소정의 간격으로 구획되도록 접합한 후, 각각의 구획된 내부공간에 분납(12)을 채워 넣어 각각의 내부공간이 원통형으로 형성되며 폭방향을 따라 연속하게 배열되도록 구성되어 있다.

종래기술에 따른 폐배터리 재생 방법으로는 상기 양극판(10)의 재생이 불가능한데, 이는 상기 양극판(10)의 경우에는 장시간 사용하여 충전과 방전 사이클이 반복되는 과정에서 상기 세퍼레이터(11)의 중앙에 내재된 상기 납심(13)이 훼손 및 파손되는데 상기 납심(13)은 화학적인 방법으로는 복원이 불가능하기 때문이다.

한편, 도 4에는 폐배터리에서 분리된 상기 음극판(20)을 도시하였는데, 상기 음극판(20)은 러그(211)가 형성된 상부프레임(21)과 하부프레임(22) 사이에 내부격자(23)가 형성되고 상기 내부격자의 빈공간에 납과 안티몬 등으로 이루어진 납기재합금(24)이 채워져 구성된다.

상기 폐배터리에서 분리된 상기 음극판(20)은 장시간 사용하여 충전과 방전 사이클이 반복되는 과정에서 상기 내부격자(23)에서 상기 납기재합금(24)이 떨어져 나가 상기 내부격자(23)에 빈공간(O)이 형성되는 것이다.

상기 양극판재생단계(S30)는 상기 폐배터리에서 분리된 양극판(10)의 양측면을 각각 도 3에 도시된 바와 같이 상기 양극판(10)에 대응되는 형상으로 형성된 지그(J)로 가압하여 고정하고, 상기 양극판(10)이 고정된 상태에서 상기 세퍼레이터(11)의 중앙을 상기 납심(13)에 대응되는 직경을 갖는 천공드릴을 이용하여 길이방향을 따라 길게 천공하여 천공홈을 형성하며, 상기 천공홈에 상기 천공홈의 직경에 대응되는 원통형의 납봉을 삽입시켜 고정하는 단계이다.

즉, 상기 양극판재생단계(S30)는 상기 세퍼레이터(11)의 내부에서 파손되어 통상의 방법으로는 교체가 불가능한 납심(13)을 천공드릴을 이용하여 천공홈을 형성하는 방법으로 제거한 후 그 자리를 새로운 납봉으로 대체하는 단계인 것이다.

상하방향으로 소정의 길이를 갖는 상기 천공홈을 상기 지그(J) 및 상기 천공드릴을 이용하여 용이하게 형성하기 위해서는 상기 양극판(10)을 상기 지그(J)로 고정한 상태로 상기 양극판(10)의 상부에서 일차로 상기 천공드릴 작업을 한 후 상기 양극판(10)을 뒤집어 상기 양극판(10)의 하부에서 이차로 상기 천공드릴 작업을 하여 상하방향으로 관통되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 천공홈에 삽입되는 납봉의 직경은 상기 천공홈의 직경보다 크게 형성되어 상기 납봉이 상기 천공홈에 압입되며 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 폐배터리에서 분리된 상기 양극판(10)에서 합성수지 재질로 이우어진 상기 세퍼레이터(11)의 찢어지거나 훼손된 부분은 실리콘 등으로 메움으로써 상기 세퍼레이터(11)의 내부에 채워진 분납(12)이 상기 세퍼레이터(11)의 외부로 유출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 음극판재생단계(S40)는 상기 폐배터리에서 분리된 음극판(20)에서 납기재합금(24)이 이탈되어 상기 내부격자(23)의 빈공간(O)이 형성된 부분을 분납과 시멘트와 물을 혼합한 분납반죽물로 메우고, 열풍을 이용하여 상기 분납반죽물을 건조시키는 단계이다.

상기 음극판재생단계(S40)에서의 상기 분납반죽물은 분납 1kg을 기준으로 시멘트 50g, 물 50cc를 혼합하여 반죽하는 것이 바람직하고, 상기 분납반죽물의 건조는 120℃의 온도를 갖는 열풍으로 2시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.

상기 재생완료단계(S50)는 상기 양극판재생단계(S30) 및 상기 음극판재생단계(S40)를 통해 재생된 양극판(10) 및 음극판(20)을 복수개의 양극판상호간 및 음극판상호간 러그를 통해 연결하는 등 상기 극판분리단계(S20)에서의 역순으로 배터리를 조립하고, 케이스의 내부에 전해액을 채워 넣어 사용 가능한 배터리로 만드는 단계이다.

상기와 같은 단계를 거침으로써 극판이 심하게 손상되어 종래의 방법으로는 재생이 불가능한 납축전지 타입의 패배터리라고 할지라도 비교적 손쉬우면서도 저렴한 비용으로 재생시킬 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 폐배터리 극판 재생 방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

J 지그
10 양극판
11 세퍼레이터
12 분납
13 납심
20 음극판
21 상부프레임
211 러그
22 하부프레임
23 내부격자
24 납기재합금

Claims

납축전지 타입의 폐배터리를 준비하는 폐배터리준비단계와;
원통형으로 형성된 비전도성의 세퍼레이터 내부에 분납이 채워지고 그 중앙에 길이방향을 따라 길게 납심이 내재되며 상기 세퍼레이터 복수개가 폭방향을 따라 연속하게 배열된 양극판과, 러그가 형성된 상부프레임과 하부프레임 사이에 내부격자가 형성되고 상기 내부격자의 빈공간에 납기재합금이 채워진 음극판을 각각 상기 폐배터리에서 분리하는 극판분리단계와;
상기 폐배터리에서 분리된 양극판의 양측면을 각각 상기 양극판에 대응되는 형상으로 형성된 지그로 가압하여 고정하고, 상기 양극판이 고정된 상태에서 상기 세퍼레이터의 중앙을 상기 납심에 대응되는 직경을 갖는 천공드릴을 이용하여 길이방향을 따라 길게 천공하여 천공홈을 형성하며, 상기 천공홈에 상기 천공홈의 직경에 대응되는 원통형의 납봉을 삽입시켜 고정하는 양극판재생단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 극판 재생 방법.
제1항에 있어서,
상기 극판분리단계 이후에, 상기 폐배터리에서 분리된 음극판에서 납기재합금이 이탈되어 상기 내부격자의 빈공간이 형성된 부분을 분납과 시멘트와 물을 혼합한 분납반죽물로 메우고, 열풍을 이용하여 상기 분납반죽물을 건조시키는 음극판재생단계를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 극판 재생 방법.