KR20190096320A - Electrode for lead acid battery and lead acid battery system comprising the electrode - Google Patents

Electrode for lead acid battery and lead acid battery system comprising the electrode Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a lead acid storage battery system. The present invention relates to a lead acid battery electrode having an enhanced electrode life and performance by forming a porous coating layer on an electrode surface, and a lead acid storage battery system including the same. The lead acid battery electrode comprises: an electrode plate; and a carbon layer containing a water-soluble polymer formed on a surface of the electrode plate.

Description

납산전지용 전극 및 이를 포함하는 납산 기반 축전지 시스템{Electrode for lead acid battery and lead acid battery system comprising the electrode}Electrode for lead acid battery and lead acid based storage system comprising same {Electrode for lead acid battery and lead acid battery system comprising the electrode}

본 발명은 납산 기반 축전지 시스템에 대한 것으로, 전극표면에 다공성 코팅층을 형성함으로써 전극 수명 및 성능이 향상된 납산전지용 전극 및 이를 포함하는 납산 기반 축전지 시스템에 대한 것이다. The present invention relates to a lead acid-based storage battery system, and to a lead acid battery electrode including the same and a lead acid battery electrode having improved electrode life and performance by forming a porous coating layer on an electrode surface.

재충전가능한 전기화학적 배터리 및 커패시터와 같은, 휴대용 재충전가능한 에너지 저장 디바이스는 현대 운송 및 통신 수단 분야의 동력원으로서 더욱 더 필수적인 것으로 되고 있다.Portable rechargeable energy storage devices, such as rechargeable electrochemical batteries and capacitors, are becoming increasingly essential as power sources in the field of modern transportation and communication means.

납축전지는 오랜 시간 동안, 모바일 전력의 소스에 대한 요구들이 늘어남에 따라 진화되어왔다. 특정 서비스분야들에서, 플러디드(flooded) 납 축전지는 부분 충전 상태(partial state of charge; PSoC)로, 예컨대 대략 50 내지 80 % 의 충전 상태로 작동될 수 있으며, 이는 보통 100 % 의 충전 상태에서 작동되는 통상적인 SLI(시동, 점등 및 점화)와는 다르다. 예컨대, 하이브리드 전기 차량(hybrid electric vehicle; HEV)의 배터리는 PSoC 에서, 예컨대, 대략 50 내지 80% 충전에서 작동할 수 있다. 그럼으로써, 배터리는 적은 충전/재충전 사이클들을 겪을 수 있고, 물의 해리(dissociation)가 수소와 산소를 발생시키고 셀(cell) 내에서 층형 산(stratified acid)과 혼합되는 과충전(overcharge)을 겪지 않을 수 있다.Lead-acid batteries have evolved over time as the demand for sources of mobile power has increased. In certain service sectors, flooded lead-acid batteries can be operated in partial state of charge (PSoC), for example approximately 50-80% of charge, which is usually at 100% state of charge. It is different from the normal SLI (startup, ignition and ignition) in operation. For example, a battery of a hybrid electric vehicle (HEV) may operate in a PSoC, eg at approximately 50-80% charge. As a result, the battery may undergo fewer charge / recharge cycles and may not undergo overcharge where dissociation of water generates hydrogen and oxygen and mixes with stratified acid in the cell. have.

개량된 납산 기반 축전지 시스템은 기존 납산전지의 수명을 개선시키고자 개발된 기술이며, 카본 혼합물 층이 표면에 도포된 경우 증가된 표면 전기전도성으로 인해 국부적인 황산납(PbSO4)결정 성장을 막고 PbO2/Pb로 회복되는 것을 도와 전지의 수명을 향상시킨다.The improved lead acid-based battery system is a technology developed to improve the life of existing lead-acid batteries and prevents the growth of local lead sulfate (PbSO 4 ) crystals and increases PbO due to the increased surface electrical conductivity when a carbon mixture layer is applied to the surface. Helps to recover to 2 / Pb, improving battery life.

보다 구체적으로 살펴보면 충전/방전과정에서 전극활물질인 납결정(Pb)은 납 이온(Pb2+)으로 변화한다. Pb2+ 이온은 방전과정에서 황산납(PbSO4) 결정을 형성하게 되는데 황산납 결정이 성장함에 따라 전극 표면과 전해액 간의 접촉 면적이 줄고, 표면 전기전도성이 감소하여 국부적인 전자 이동 채널을 형성하여 부분적으로 황산납 결정이 크게 형성되어 전극 활물질의 이용률이 떨어지며, 충전 과정 중에 PbO2/Pb로 되돌아가지 못하여 전지의 수명이 급감한다. 하지만, 카본 혼합물층이 전극표면에 도포되면, 증가된 표면 전기전도성으로 인해 국부적인 황산납 결정 성장을 막고 PbO2/Pb로 회복되는 것을 도와 전지의 수명 향상을 도모할 수 있게 되기 때문이다. In more detail, in the charging / discharging process, lead crystal (Pb), which is an electrode active material, is changed into lead ions (Pb 2+ ). Pb 2+ ions form lead sulfate (PbSO 4 ) crystals during the discharge process. As the lead sulfate crystals grow, the contact area between the electrode surface and the electrolyte decreases and the surface electrical conductivity decreases to form local electron transfer channels. Particularly, lead sulfate crystals are largely formed, and the utilization rate of the electrode active material is decreased, and the life of the battery is drastically reduced because it cannot be returned to PbO 2 / Pb during the charging process. However, when the carbon mixture layer is applied to the electrode surface, the increased surface electrical conductivity prevents local lead sulfate crystal growth and recovers to PbO 2 / Pb, thereby improving the life of the battery.

이와 같이 개량된 납산 기반 축전지 시스템은 전극 표면에 카본 혼합층을 도입하여 전극의 수명을 향상시키고자 하였으나, 카본층이 음극 전극에 도포됨으로써 음극 표면에서의 전해액 유동이 원활하지 않고, 이로 인해 음극 표면 저항이 상승하게 되어 용량이 오히려 떨어지거나 수명이 급감하는 문제점이 발생하였다. The improved lead-acid-based battery system is intended to improve the life of the electrode by introducing a carbon mixed layer on the electrode surface, but the flow of the electrolyte on the surface of the negative electrode is not smooth because the carbon layer is applied to the negative electrode, resulting in negative electrode surface resistance This raises the problem that the capacity is rather reduced or the life is abruptly reduced.

따라서, 본 발명의 목적은 납산전지용 음극에 코팅된 카본층으로 인해 발생하는 전해액 유동이 원활하지 않고 표면저항 상승 등의 문제점을 해결할 수 있는 구조의 납축전지용 전극을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lead acid battery electrode having a structure capable of solving problems such as an increase in surface resistance due to a lack of electrolyte flow due to a carbon layer coated on a lead acid battery anode.

본 발명의 다른 목적은 전해액이 전극과 원활히 접촉할 수 있는 구조의 전극을 채용함으로써 음극 전극의 용량이 향상되고 시스템 수명도 향상시킬 수 있는 납산 기반 축전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a lead acid-based storage battery system capable of improving the capacity of the cathode electrode and improving the system life by employing an electrode having a structure in which the electrolyte can contact the electrode smoothly.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연분이 도장된 전극판; 및 상기 전극판 표면에 형성되는 수용성고분자포함카본층;을 포함하는 납산전지용 전극을 제공한다. In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is an electrode plate coated with a powder; It provides a lead-acid battery electrode comprising a; and a water-soluble polymer containing carbon layer formed on the surface of the electrode plate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용성고분자포함카본층은 비표면적이 500 내지 3,000 m2/g인 고비표면적 카본재료, 전기전도도가 20S/m이상인 고 전도성 카본재료, 수용성고분자 및 바인더를 포함한다. In a preferred embodiment, the water-soluble polymer-containing carbon layer includes a high specific surface area carbon material having a specific surface area of 500 to 3,000 m 2 / g, a high conductive carbon material having an electrical conductivity of 20 S / m or more, a water-soluble polymer, and a binder.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용성고분자는 상기 고 비표면적 카본재료, 고 전도성 카본재료 및 바인더의 합산함량 100중량부당 1 내지 30중량부 포함된다. In a preferred embodiment, the water-soluble polymer is included 1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the high specific surface area carbon material, high conductive carbon material and binder.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 합산함량 중 상기 고 비표면적 카본 재료는 25 내지 80 중량%, 상기 고 전도성 카본 재료는 15 내지 70중량%, 및 바인더는 1 내지 40중량%이다. In a preferred embodiment, the total content of the high specific surface area carbon material is 25 to 80% by weight, the high conductive carbon material is 15 to 70% by weight, and the binder is 1 to 40% by weight.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용성고분자의 크기는 0.1 μm 내지 100 μm이다. In a preferred embodiment, the size of the water-soluble polymer is 0.1 μm to 100 μm.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용성고분자는 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PAA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone, PVP)으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상이다. In a preferred embodiment, the water-soluble polymer is selected from the group consisting of poly vinyl alcohol (PVA), poly acrylic acid (PAA), poly vinyl pyrrolidone (PVP) 1 More than

바람직한 실시예에 있어서, 상기 바인더는 폴리에스테르, PET, PTFE, PVdF, CMC로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상이다. In a preferred embodiment, the binder is at least one selected from the group consisting of polyester, PET, PTFE, PVdF, CMC.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용성고분자포함카본층은 10㎛ 내지 500㎛ 두께로 형성되고, 상기 수용성고분자포함카본층은 전해액과 접촉시 상기 수용성고분자가 용해되어 다수의 기공이 형성된다. In a preferred embodiment, the water-soluble polymer containing carbon layer is formed to a thickness of 10㎛ to 500㎛, the water-soluble polymer containing carbon layer is dissolved in the water-soluble polymer when the contact with the electrolyte solution to form a plurality of pores.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 전극을 포함하는 납산 기반 축전지 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a lead acid-based storage battery system comprising any one of the electrodes described above.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극은 음극이다.In a preferred embodiment, the electrode is a cathode.

먼저, 본 발명의 납축전지용 전극은 카본층에 다수의 기공을 형성시켜 전해액은 더욱 원활하게 탄소층을 이동하며 이로 인해 저항이 감소되어 전지 용량이 향상될 뿐만 아니라 충/방전 과정에서 생성되는 황산납결정들이 전극 표면을 막지 않고 기공 내부에서 성장하게 됨으로써 전극 수명을 향상시킬 수 있다. First, the lead-acid battery electrode of the present invention forms a plurality of pores in the carbon layer, so that the electrolyte moves more smoothly through the carbon layer, thereby reducing the resistance, thereby improving battery capacity as well as sulfuric acid generated during the charging / discharging process. Lead crystals can grow inside pores without blocking the surface of the electrode, thereby improving electrode life.

또한, 본 발명의 납산 기반 축전지 시스템은 전해액이 전극과 원활히 접촉할 수 있는 구조의 전극을 채용함으로써 음극 전극의 용량을 개선할 뿐만 아니라 시스템 수명도 향상시킬 수 있어 우수한 사이클 성능의 2차전지를 구현할 수 있다.In addition, the lead-acid-based storage battery system of the present invention employs an electrode having a structure in which the electrolyte can contact the electrode smoothly, thereby not only improving the capacity of the negative electrode but also improving the system life, thereby implementing a secondary battery having excellent cycle performance. have.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 얻어진 납축전지용 전극을 이용한 용량평가 실험 결과그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 얻어진 납축전지용 전극을 이용한 수명평가 실험 결과그래프이다.
1 is a graph of a capacity evaluation experiment using the lead-acid battery electrode obtained according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the results of life test using the lead-acid battery electrode obtained in accordance with an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.

본 발명의 기술적 특징은 납산전지의 전극 표면에 형성되는 카본층에 수용성고분자를 포함시킴으로써 전해액과 카본층이 접촉될 때 카본층에 기공이 다수개 형성될 수 있는 구조의 납산전지용 전극에 있다.The technical feature of the present invention resides in a lead-acid battery electrode having a structure in which a plurality of pores are formed in the carbon layer when the electrolyte layer and the carbon layer are contacted by including a water-soluble polymer in the carbon layer formed on the electrode surface of the lead-acid battery.

즉, 납 소재 전극지지체의 표면에 코팅되는 카본층에 수용성 고분자를 도입함으로써 전극이 조립되어 전해액이 침투될 때 카본층에 포함된 수용성고분자가 전해액에 용해되어 수용성고분자가 있던 공간에 빈공간인 기공이 형성되고, 이 기공에 의해 전해액이 더욱 원활하게 카본층을 이동하며 전극과 전해액의 접촉을 원활히 함으로써 저항이 감소되어 전지 용량이 향상되고, 충/방전 과정에서 생성되는 황산납결정들이 전극 표면을 막지 않고 기공 내부에서 성장하게 됨으로써 전지의 수명향상에도 기여할 수 있기 때문이다. That is, when the electrode is assembled by introducing the water-soluble polymer into the carbon layer coated on the surface of the lead electrode support, the water-soluble polymer contained in the carbon layer is dissolved in the electrolyte, and the pores are empty in the space where the water-soluble polymer was present. By the pores, the electrolyte moves more smoothly through the carbon layer and the contact between the electrode and the electrolyte decreases the resistance, thereby improving the battery capacity, and the lead sulfate crystals generated during the charging / discharging process form the electrode surface. This is because it can contribute to the life of the battery by growing inside the pores without blocking.

따라서, 본 발명은 납으로 구성된 전극지지체; 및 상기 지지체 표면에 형성되는 수용성고분자포함카본층;을 포함하는 납산전지용 전극을 제공한다. Accordingly, the present invention provides an electrode support made of lead; And a water-soluble polymer-containing carbon layer formed on the support surface.

수용성고분자포함카본층은 고비표면적 카본재료, 고전도성 카본재료, 수용성고분자 및 바인더를 포함할 수 있다. The water-soluble polymer-containing carbon layer may include a high specific surface area carbon material, a highly conductive carbon material, a water-soluble polymer, and a binder.

특히, 수용성고분자는 카본재료를 일정함량 대체한 것으로, 고 비표면적 카본재료, 고 전도성 카본재료 및 바인더의 합산함량 100중량부당 1 내지 30중량부 포함될 수 있다. 상기 중량비는 실험적으로 결정된 것으로, 상기 중량비 미만인 경우 기공이 너무 적게 형성되어 표면저항이 감소되지 않는 문제가 있고, 초과하게 되면 점도가 너무 높아져서 전극에 코팅시 표면이 고르지 않게 코팅될 수 있을 뿐만 아니라 수용성고분자포함코팅층의 탈락 문제가 있을 수 있다. In particular, the water-soluble polymer is to replace the carbon material in a certain amount, it may be included 1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the high specific surface area carbon material, high conductive carbon material and binder. The weight ratio is determined experimentally, if less than the weight ratio there is a problem that the porosity is formed too small surface resistance is not reduced, if exceeded, the viscosity is too high can be unevenly coated surface when coating the electrode as well as water-soluble There may be a problem of dropping the coating layer containing the polymer.

합산함량 중 고 비표면적 카본 재료는 25 내지 80 중량%, 고 전도성 카본 재료는 15 내지 70중량%, 및 바인더는 1 내지 40중량%일 수 있다. 상기 중량비는 실험적으로 결정된 것으로, 상기 중량비 중 바인더의 중량비가 상기 명시된 중량비의 미만인 경우 활물질의 탈락 문제가 있고, 초과하게 되면 카본코팅층에서의 전해액 투과가 어려워져 계면 저항 상승 문제가 있을 수 있다. The total specific surface area carbon material may be 25 to 80 wt%, the high conductive carbon material is 15 to 70 wt%, and the binder may be 1 to 40 wt%. The weight ratio is determined experimentally, if the weight ratio of the binder in the weight ratio is less than the specified weight ratio there is a problem of dropping the active material, if exceeded it may be difficult to permeate the electrolyte solution in the carbon coating layer to increase the interface resistance.

수용성고분자는 물, 에탄올 등과 같은 극성용매에 잘 용해되기만 하면 제한되지 않으나, 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PAA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone, PVP)으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상일 수 있다. 이 때 수용성고분자의 크기가 카본층에 형성되는 기공의 크기를 결정하게 되므로, 전해액의 유동성 등 전기적 특성을 고려하여 수용성고분자의 크기를 결정할 수 있는데, 일 구현예로서 수용성고분자의 크기는 0.1 μm 내지 100 μm일 수 있다. 카본층에 형성되는 기공의 크기가 0.1 μm 미만이면 기공형성을 통한 전해액 침투 역할이 어려운 문제가 있고, 100 μm를 초과하게 되면 수용성고분자포함코팅층의 표면적이 감소하는 문제가 있을 수 있다. 또한 수용성 고분자는 탄소재료와 잘 혼합되어 있어야 하므로 용매와 혼합된 상태로 사용될 수 있다. Water-soluble polymers are not limited as long as they are well dissolved in polar solvents such as water and ethanol, but are not limited to polyvinyl alcohol (PVA), poly acrylic acid (PAA), polyvinyl pyrrolidone, PVP) may be one or more selected from the group consisting of. At this time, since the size of the water-soluble polymer determines the size of the pores formed in the carbon layer, it is possible to determine the size of the water-soluble polymer in consideration of the electrical properties such as the fluidity of the electrolyte, in one embodiment the size of the water-soluble polymer is 0.1 μm to 100 μm. If the size of the pores formed in the carbon layer is less than 0.1 μm, there is a problem that the role of electrolyte penetration through the pore formation is difficult, and if it exceeds 100 μm there may be a problem that the surface area of the water-soluble polymer containing coating layer is reduced. In addition, since the water-soluble polymer should be well mixed with the carbon material can be used in a mixed state with the solvent.

고비표면적 카본재료는 비표면적이 500 내지 3,000 m2/g인 카본재료일 수 있는데, 고 비표면적 카본재료의 비표면적이 500m2/g 미만이면 기공이 너무 작아 전극을 코팅하였을 경우, 전해액이 전극 내부로 침투되지 않아 전극 성능이 떨어지는 문제가 있고, 3,000 m2/g을 초과하게 과도한 비표면적으로 인해 수소발생이 촉진되어 전해액의 감소가 극심해져 전극의 수명이 감소하게 된다. 본 발명에서 사용되는 고비표면적 카본재료는 상술된 비표면적의 범위에 있기만 하면 공지된 모든 카본재료가 사용될 수 있는데 일 구현예로서 활성탄, 카본블랙, 아세틸렌 블랙 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다. 고비표면적 카본재료는 0.1 내지 100㎛ 크기의 분말이 사용될 수 있는데, 고 비표면적 카본 재료의 크기가 0.1㎛ 미만이면 카본 재료의 비산으로 작업공정의 안정성이 매우 저하되고, 100㎛를 초과하게 전극층을 형성하기 위한 슬러리를 구성하는데 있어 균일한 혼합이 이뤄지지 않기 때문이다. The high specific surface area carbon material may be a carbon material having a specific surface area of 500 to 3,000 m 2 / g. If the specific surface area of the high specific surface area carbon material is less than 500 m 2 / g, the pores are too small to coat the electrode. There is a problem that the electrode performance is poor because it does not penetrate inside, hydrogen generation is promoted due to the excessive specific surface area exceeding 3,000 m 2 / g to reduce the electrolyte solution is severe, reducing the life of the electrode. As the high specific surface area carbon material used in the present invention, any known carbon material may be used as long as it is in the above-described specific surface area range, and as an embodiment, it may be any one of activated carbon, carbon black, acetylene black, or a combination thereof. As the high specific surface area carbon material, a powder having a size of 0.1 to 100 μm may be used. When the size of the high specific surface area carbon material is less than 0.1 μm, the stability of the work process is very deteriorated due to scattering of the carbon material, and the electrode layer is exceeded to 100 μm. This is because there is no uniform mixing in constructing the slurry for formation.

고전도성 카본재료는 전기전도도가 20S/m이상인 카본재료일 수 있는데, 고전도성 카본재료의 전기전도도가 20S/m 미만이면 탄소 활물질의 전기전도도가 감소하여 코팅층을 구성하였을 경우 전기저항이 증가하기 때문이다. 본 발명에서 사용되는 고전도성 카본재료는 상술된 전기전도도의 범위에 있기만 하면 공지된 모든 카본재료가 사용될 수 있는데 일 구현예로서 그라파이트, 그래핀, 탄소 나노튜브 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다. 고전도성카본재료 또한 고비표면적 카본재료와 동일한 크기의 분말이 사용될 수 있다.The highly conductive carbon material may be a carbon material having an electrical conductivity of 20 S / m or more. If the electrical conductivity of the highly conductive carbon material is less than 20 S / m, the electrical conductivity of the carbon active material decreases, so that the electrical resistance increases when the coating layer is formed. to be. As the highly conductive carbon material used in the present invention, any known carbon material may be used as long as it is in the above-described range of electrical conductivity, and as an embodiment, it may be any one of graphite, graphene, carbon nanotubes, or a combination thereof. . Highly conductive carbon materials may also be used with powders of the same size as the high specific surface area carbon materials.

바인더는 공지된 모든 바인더용 고분자 물질일 수 있는데, 예를 들면 폴리에스테르, PET, PTFE, PVdF, CMC로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 특히 바인더는 카본 재료와 균일하게 혼합되어 있어야 하므로 용매와 혼합된 상태로 사용될 수 있다.The binder may be any known polymeric material for the binder, for example, at least one selected from the group consisting of polyester, PET, PTFE, PVdF, CMC. In particular, since the binder must be uniformly mixed with the carbon material, the binder can be used in a mixed state with the solvent.

수용성고분자포함카본층은 상술된 구성요소를 포함한 전극코팅용 슬러리를 제조한 후 전극에 딥코팅 방법으로 형성할 수 있는데, 전극코팅용 슬러리에 포함된 수용성고분자는 슬러리 상태에서는 슬러리 용액에 녹았다가 전극에 코팅한 후 전극 표면의 코팅층에서 건조되면서 다시 결정화 된다. 이와 같이 제조된 전극을 양극과 함께 조립하여 단위셀을 만들게 되면 전극이 전해액에 접촉되어 수용성 고분자가 다시 전해액에 용해되면서 수용액 고분자의 결정 크기만큼의 기공이 형성되는 다공성 전극을 구현할 수 있다. 이때, 전극에 코팅되는 수용성고분자포함카본층의 두께는 10㎛ 내지 500㎛로 형성될 수 있는데, 두께가 10㎛ 미만이면 카본 코팅의 의미 있는 성능을 기대할 수 없으며, 500㎛ 이상이면 카본층에 의해 전극 표면이 막혀 전극 성능이 떨어질 수 있기 때문이다. The water-soluble polymer-containing carbon layer may be formed by preparing a electrode coating slurry including the above-described components by a dip coating method, and the water-soluble polymer contained in the electrode coating slurry is dissolved in the slurry solution in the slurry state. After coating on the electrode is dried on the coating layer of the electrode surface crystallized again. When the electrode manufactured as described above is assembled with the positive electrode to make a unit cell, the electrode contacts the electrolyte, and the water-soluble polymer is dissolved in the electrolyte again, thereby implementing a porous electrode in which pores as large as the crystal size of the aqueous polymer are formed. At this time, the thickness of the water-soluble polymer-containing carbon layer coated on the electrode may be formed from 10㎛ to 500㎛, if the thickness is less than 10㎛ can not expect meaningful performance of the carbon coating, if 500㎛ or more by the carbon layer This is because the electrode surface may be blocked and the electrode performance may be degraded.

일 구현예로서 본 발명의 납축전지용 전극은 전극코팅용슬러리를 수용성고분자포함카본층슬러리로 제조한 후, 납 소재 전극지지체를 전극코팅용슬러리에 딥코팅한 후 25-80℃로 유지되는 건조기에서 0.5-10시간 유지하여 건조시킴으로써 수용성고분자포함카본층을 제조할 수 있다. 전극코팅용 슬러리는 카본재료(활성탄과 그라파이트 1:1의 중량비로 포함)와 바인더, 수용성 고분자용액을 포함하여 형성할 수 있는데, 일 구현예로서 90 중량%의 카본재료와 10 중량%인 바인더를 고형물로서, 용매인 증류수 중 수용성고분자를 10중량% 포함하는 수용성 고분자 용액과 함께 혼합하여 전체 고형물 농도가 40 중량%가 되도록 수용성고분자포함카본층슬러리를 제조하였다. In one embodiment, the lead-acid battery electrode of the present invention is manufactured by manufacturing an electrode coating slurry with a water-soluble polymer-containing carbon layer slurry, followed by a dip coating of a lead material electrode support on the electrode coating slurry, followed by a dryer maintained at 25-80 ° C. A water-soluble polymer-containing carbon layer can be prepared by drying at 0.5-10 hours. The electrode coating slurry may be formed of a carbon material (containing carbon in a weight ratio of graphite 1: 1), a binder, and a water-soluble polymer solution. As an embodiment, a 90% by weight carbon material and a 10% by weight binder may be formed. As a solid, a water-soluble polymer-containing carbon layer slurry was prepared such that the total solid concentration was 40% by weight by mixing with a water-soluble polymer solution containing 10% by weight of a water-soluble polymer in distilled water as a solvent.

본 발명의 납산 기반 축전지 시스템은 상술된 전극을 포함한다. 즉 상술된 구조의 전극판을 음극전극, 양극전극 중 하나 이상을 포함한 2차전지로 구현할 수 있는데, 예를 들어 양극 및 음극을 모두 본 발명의 전극을 사용하고 양극전극과 음극전극 사이에 격리막을 두고 황산으로 함침한 구조로 2차전지를 구현할 수 있을 것이다.The lead-acid based storage battery system of the present invention includes the electrode described above. That is, the electrode plate of the above-described structure may be implemented as a secondary battery including at least one of a cathode electrode and a cathode electrode. For example, both the anode and the cathode use the electrode of the present invention, and the separator is disposed between the anode electrode and the cathode electrode. A secondary battery may be realized by a structure impregnated with sulfuric acid.

특히, 본 발명의 납산 기반 축전지 시스템은 상술된 전극을 음극으로 구현할 수 있다.In particular, the lead-acid based storage battery system of the present invention can implement the above-described electrode as a negative electrode.

실시예 1Example 1

1. 카본재료 준비1. Carbon Material Preparation

고비표면적 카본으로 활성탄, 고전기전도성 카본으로 그라파이트를 선택하고, 활성탄 및 그라파이트를 분쇄하여 10-30㎛ 크기의 분말을 제조하였다.Activated carbon was selected as high specific surface area carbon and graphite was selected as high electroconductive carbon, and activated carbon and graphite were ground to prepare a powder having a size of 10-30 μm.

2.수용성 고분자 준비 2. Water soluble polymer preparation

수용성 고분자로서 PVA를 선택하고, 물에 녹여 10 중량%용액을 제조하였다. PVA was selected as the water-soluble polymer and dissolved in water to prepare a 10 wt% solution.

3. 전극코팅용 슬러리 제조3. Preparation of slurry for electrode coating

카본재료(활성탄:그라파이트를 1:1의 중량비로 포함) 90 중량% 및 바인더인 CMC 10 중량%를 고형물로서, 수용성고분자가 용매인 증류수의 10중량%가 되도록 함유된 수용성고분자용액과 혼합하여, 전체 고형물 농도가 40 중량%가 되도록 전극코팅용 슬러리를 제조하였다.90% by weight of a carbon material (including activated carbon: graphite in a weight ratio of 1: 1) and 10% by weight of CMC as a binder are mixed with a water-soluble polymer solution containing 10% by weight of the distilled water as a solvent as a solid. A slurry for electrode coating was prepared such that the total solid concentration was 40% by weight.

4. 수용성고분자포함카본층 형성4. Formation of Carbon Layer with Water Soluble Polymer

연분이 도장된 전극판에 전극코팅용 슬러리를 이용하여 딥코팅을 통해 두께가 50㎛로 수용성고분자포함카본층이 형성된 전극을 제조하였다.An electrode having a water-soluble polymer-containing carbon layer having a thickness of 50 μm was prepared through dip coating using an electrode coating slurry on an electrode plate coated with lead.

실시예 2Example 2

실시예 1에서 얻어진 전극을 음극전극으로 하고 양극전극 및 격리판을 이용하여 케이스에 고정시킨 후 비중 1.3의 황산 용액을 함침하여 단위셀을 제조하였다. The electrode obtained in Example 1 was used as a cathode electrode, and was fixed to a case using an anode electrode and a separator, and then a unit cell was prepared by impregnating a sulfuric acid solution having a specific gravity of 1.3.

비교예 1Comparative Example 1

수용성고분자가 첨가되지 않은 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 비교예전극을 제조하였다.Comparative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the water-soluble polymer was not added.

비교예 2Comparative Example 2

비교예전극을 음극전극으로 하는 것을 제외하면 실시예2와 동일한 방법으로 비교예단위셀을 제조하였다. Comparative Example A unit cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that the electrode was the cathode electrode.

실험예 1Experimental Example 1

실시예 2 및 비교예 2에서 얻어진 단위셀 및 비교예단위셀을 대상으로 다음과 같이 용량을 평가하고 그 결과를 도 1에 도시하였다.The capacity of the unit cell and the comparative unit cell obtained in Example 2 and Comparative Example 2 was evaluated as follows and the results are shown in FIG.

용량평가는 0.1C(10시간율 전류)의 전류로 2.45V에 도달할 때까지 충전 후, 전압 및 온도 안정화를 위해 10분 동안 방치한 다음, 1.75V에 도달할 때까지 0.1C의 전류로 방전하여 실시하였다.The capacity rating is charged until it reaches 2.45V with a current of 0.1C (10-hour rate current), left for 10 minutes for voltage and temperature stabilization, and then discharged with a current of 0.1C until it reaches 1.75V. It was carried out by.

도 1에는 방전에 대한 결과만을 나타내었는데, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서 얻어진 전극을 포함하는 단위셀의 용량이 향상됨을 알 수 있었다.1 shows only the results of the discharge, it can be seen that the capacity of the unit cell including the electrode obtained in the present invention as shown in FIG.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 2 및 비교예 2에서 얻어진 단위셀 및 비교예단위셀을 대상으로 다음과 같이 수명을 평가하고 그 결과를 도 2에 도시하였다.The life of the unit cell and the comparative unit cell obtained in Example 2 and Comparative Example 2 was evaluated as follows and the results are shown in FIG.

수명평가는 각 단위셀을 0.1C의 전류로 충전한 뒤, 0.5C(2시간율 전류)로 61초 충전 후. 0.5C로 60초 방전을 반복하였다. 방전 종지전압이 1.2V가 되면 사이클을 종료하였다. For life evaluation, charge each unit cell with a current of 0.1C, and then charge it for 61 seconds at 0.5C (2 hours rate current). The 60 second discharge was repeated at 0.5C. The cycle was terminated when the discharge end voltage reached 1.2V.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에서 얻어진 전극을 포함하는 단위셀의 수명이 현저하게 향상됨을 확인 할 수 있었다.As shown in Figure 2 it could be confirmed that the life of the unit cell including the electrode obtained in the present invention is significantly improved.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

Claims (10)

연분이 도장된 전극판; 및
상기 전극판 표면에 형성되는 수용성고분자포함카본층;을 포함하는 납산전지용 전극.
Electrode plate coated with powder; And
A lead acid battery electrode comprising a; water-soluble polymer-containing carbon layer formed on the surface of the electrode plate.
제 1 항에 있어서,
상기 수용성고분자포함카본층은 비표면적이 500 내지 3,000 m2/g인 고비표면적 카본재료, 전기전도도가 20S/m이상인 고 전도성 카본재료, 수용성고분자 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 1,
The water-soluble polymer-containing carbon layer includes a high specific surface area carbon material having a specific surface area of 500 to 3,000 m 2 / g, a high conductive carbon material having an electrical conductivity of 20 S / m or more, a water-soluble polymer and a binder. .
제 2 항에 있어서,
상기 수용성고분자는 상기 고 비표면적 카본재료, 고 전도성 카본재료 및 바인더의 합산함량 100중량부당 1 내지 30중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 2,
The water-soluble polymer is a lead-acid battery electrode, characterized in that it contains 1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of the high specific surface area carbon material, high conductive carbon material and binder.
제 3 항에 있어서,
상기 합산함량 중 상기 고 비표면적 카본 재료는 25 내지 80 중량%, 상기 고 전도성 카본 재료는 15 내지 70중량%, 및 바인더는 1 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 납산전지용 다층구조상 전극.
The method of claim 3, wherein
The sum total content of the high specific surface area carbon material 25 to 80% by weight, the high conductive carbon material 15 to 70% by weight, and the binder is a lead-acid battery multilayer structure electrode, characterized in that 1 to 40% by weight.
제 1 항에 있어서,
상기 수용성고분자의 크기는 0.1 μm 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 1,
The size of the water-soluble polymer is a lead-acid battery electrode, characterized in that 0.1 μm to 100 μm.
제 5 항에 있어서,
상기 수용성고분자는 폴리비닐알코올(Poly vinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴산(poly acrylic acid, PAA), 폴리비닐 피롤리돈(Poly vinyl pyrrolidone, PVP)으로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 5,
The water-soluble polymer is characterized in that at least one selected from the group consisting of poly vinyl alcohol (PVA), poly acrylic acid (PAA), polyvinyl pyrrolidone (PVP) Lead-acid battery electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리에스테르, PET, PTFE, PVdF, CMC로 구성된 그룹에서 선택되는 1개 이상인 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 1,
The binder is a lead-acid battery electrode, characterized in that at least one selected from the group consisting of polyester, PET, PTFE, PVdF, CMC.
제 1 항에 있어서,
상기 수용성고분자포함카본층은 10㎛ 내지 500㎛ 두께로 형성되고,
상기 수용성고분자포함카본층은 전해액과 접촉시 상기 수용성고분자가 용해되어 다수의 기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 납산전지용 전극.
The method of claim 1,
The water-soluble polymer containing carbon layer is formed to a thickness of 10 ㎛ to 500 ㎛,
The water-soluble polymer-containing carbon layer is a lead-acid battery electrode, characterized in that the water-soluble polymer is dissolved when a plurality of pores are formed in contact with the electrolyte.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 전극을 포함하는 납산 기반 축전지 시스템.
A lead-acid based storage battery system comprising the electrode of any one of claims 1 to 8.
제 9 항에 있어서,
상기 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 납산 기반 축전지 시스템.
The method of claim 9,
The lead acid-based battery system, characterized in that the electrode is a negative electrode.
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