KR20180045232A - 납축전지용 활물질 및 이를 이용한 납축전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축전지의 전극 제조시 적용되는 활물질 페이스트 첨가제에 대한 것으로서, 에멀젼화된 셀룰로오스를 적용하여 납축전지 활물질의 접착력을 향상시키고, 그에 따른 극판의 강성을 향상시켜, 성능 향상을 도모한 것이다.
이에 본 발명은 납축전지용 활물질에 있어서, 납축전지의 활물질 페이스트에 물과 분산제로 에멀젼화 된 셀룰로오스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질을 제공한다.

Description

납축전지용 활물질 및 이를 이용한 납축전지 {Active Material for Lead-acid battery}

본 발명은 종전의 납축전지 음극 활물질에 적용 중인 셀룰로오스 화이버 또는 분말의 형태를 물과 분산제를 사용하여, 겔을 형성하는 에멀젼화 하여 납축전지 활물질에 적용하는 방법으로 납축전지 활물질 비표면적 향상과 활물질 탈락을 억제 할 수 있으며, 본 첨가제로 인하여 납축전지의 성능 향상의 목적이 있다

본 발명은 납축전지의 양극 및 음극 활물질에 첨가하는 첨가제의 조성물에 관한 것으로, 현재, 납 축전지에서 필요로 하는 재료의 조건이 사용 환경에서 가혹해 짐에 따라 그리드 성장 및 부식 억제, 제품의 충방전 특성 향상과 같은 요구 조건에 부응하는 새로운 형태의 재료들이 개발되고 있다.근래의 납축전지 업계는 충전/방전 심도가 높은 환경의 마이크로-하이브리드(Micro-hybrid) 또는 마일드-하이브리드(Mild-hybrid) 자동차용 전지 개발에 힘쓰고 있으며, 이러한 환경에서 전지의 내구성을 향상시키기 위해서는 보다 높은 강도를 갖는 활물질 개발이 요구된다.일반적으로, 납축전지의 극판은 활물질의 기계적 강도의 향상을 위하여 활물질 혼합시 화이버 및 셀룰로오스 (화이버 또는 분말 형대)는 납축전지 활물질 중량 대비 0.01 ~ 0.5 wt %를 첨가하고 있다. 이때 첨가되는 화이버는 통상적으로 원형 단면 형태를 가지며, 길이는 2 ~10밀리미터 정도이다. 화이버의 성분은 내산성 및 내산화성이 우수한 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 모드아크릴 계열이 주종을 이루고 있다.또한, 셀룰로오스는 상기 화이버 형태나 분말 형태로 적용 되고 있으며, 통상적으로 나무 (wood)에서 추출 되어지는 것으로 알려져 있다.

종래의 납축전지는 광명단 (Pb3O4), 과붕산 나트륨, 화이버, 리그닌, 바륨설페이트, 카본 블랙과 같은 물질을 혼합 하여 납 으로 된 기판에 도포하여 제조한다.

이렇게 제조된 납축전지의 극판은 도포시 압력 및 설계 된 밀도로 인하여, 활물질과 황산(전해액)과의 접촉면적이 작고, 활물질 내의 기공도 형성이 작아 황산 이온의 반응이 적어 성능이 기대에 미치지 못한 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 종전의 납축전지 음극 활물질에 적용 중인 셀룰로오스 화이버 or 분말의 형태를 물과 분산제를 사용하여, 겔을 형성하여 에멀젼화 한 후 납축전지에 활물질에 적용하는 방법으로 납축전지 활물질 비표면적 향상과 활물질 탈락을 억제할 수 있으며, 본 첨가제로 인하여 납축전지의 성능 향상의 목적이 있다.

본 발명에 따르면 에멀젼화 되어 있는 셀룰로오스를 적용 할 시 일반적인 화이버 형태나 분말 형태 보다 활물질의 접착력이 향상 되며, 그에 따라 극판의 강도가 향상이 되어 납축전지의 성능 향상을 시킬수가 있다.

에멀젼화 된 셀룰로오스의 특징은 겔을 형성하고 있어, 친수성의 제품이며, 일반적으로 화장품에 적용 되는 제품을 납축전지에 적용한 예이다. 본 발명의 에멀젼 셀룰로오스는 물과 황산 전해액을 보유 하는 능력이 뛰어나며, 이로 인하여 납축전지 성능 향상에 기여한다.

도 1은 납축전지 활물질 내의 활물질 탈락율의 향상을 수치화 하였다.
납 기판에 도포가 완료된 극판을 고온 및 상온에서 숙성하여 활물질 접착력을 시험한 DATA (시험방법 : 숙성이 완료된 극판을 진동 시험기에 올려 놓고, 진폭 0.075in로 일정하게 4분간 진동시키면 기판에 도포된 활물질이 탈락하게 되며, 시험이 완료 되면 탈락된 활물질의 양을 측정하여 전체 도포된 활물질 양에서 탈락된 활물질 양의 비율을 계산하여 활물질 탈락율로 정의한다.)
도2은 도1로 향상된 납축전지 용량 (Capacity), 고율방전 (CCA) 등을 함량별로 수치화 하였다.
용량 : 납축전지 저율방전 특성 확인하는 그래프로 축전지 용량에 대하여 일정 전류로 (축전지 대비) 전압이 10.5V에 도달할 때까지 의 방전용량(AH)을 측정한 그래프 (여기서 3.5A는 용량 70AH의 20HR율 전류값을 나타내는 것이다.)
고율 방전 저온에서 (-18℃)에서의 고율 방전 특성을 알아보기 위한 것으로 축전지 용량에 맞추어 7.2V에 도달하기까지의 유지시간을 나타낸 값이다.

본 발명으로 납축전지 활물질을 제조함에 있어서 에멀젼 셀룰로오스를 적용 할 경우에 국한하며, 활물질 접착력을 크게 향상 시키며, 그에 따른 성능 향상을 구현 하고자 한다.이에 본 발명은 납축전지용 활물질에 있어서 활물질이 에멀젼화 된 셀룰로오스를 첨가하는 것을 특징으로 한다. 상기 에멀젼 셀롤로오스는 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.1 ~ 5wt%로 첨가 되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 납축전지의 극판에 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 납축전지용 활물질이 도포된 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통하여, 납축전지의 성능시험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시 예에 불과하며, 당업 계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다. 또한, 청구항 부호는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 형상과 구조를 첨부된 도면에 한정한다는 뜻이 아니다.

활물질 탈락율 도 1은 납축전지 활물질 탈락율 특성을 확인하는 것으로 납축전지 극판을 진동 설비에서 진폭 0.075in으로 4분간 작동하여 시험 전/후의 무게를 비교한다.

1) 20Hr 캐퍼시티(Capacity) (Ah)

도 2은 납축전지 저율방전 특성 확인하는 그래프로 축전지 용량에 대하여 일정 전류로 (축전지 대비) 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정한 그래프이다. (여기서 3.5A는 용량 70AH의 20HR율 전류값을 나타내는 것임)

본 시험 결과 비교 예 (종래 대비) 약 3~5%의 용량 상승효과의 결과를 얻을 수 있었다.

2) 저온 시동력 (Cold Cranking Ampere, A)

도 2 는 저온에서 (-18℃)에서의 고율 방전 특성을 알아보기 위한 것으로 축전지 용량에 맞추어 7.2V에 도달하기까지의 유지시간을 나타낸 그래프이다.

본 시험은 겨울철 및 추운 지역에서의 시동력을 알아보기 위한 시험으로 저온(-18℃) 환경에서의 고율 방전 시험이다. 축전지 표기치 (630A) 기준으로 30초간 고율로 방전 후 컷오프(Cut off) 전압이 7.2V 이상 이어야 하며, 컷오프(Cut off) 전압이 높을수록 저온 시동능력이 우수하다고 판단한다. 저율방전 특성 확인하는 값이다.

도2에서 확인한 바와 같이 본원발명의 유지시간이 더 많음을 확인할 수 있다.

Claims (2)

1. 납축전지용 활물질에 있어서,
   납축전지의 활물질 페이스트에 에멀젼화된 셀룰로오스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에멀젼화된 셀룰로오스는 전체 납축전지 활물질 페이스트 중량 대비 0.1~5.0wt%로 셀룰로오스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 활물질.
   
   

Images