KR20200057465A - Composition of lead-carbon electrode paste, and manufacturing method of the paste - Google Patents

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이종대
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Abstract

The present invention relates to a negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead storage battery, which can reduce a process cost and improve performance of a negative electrode by adding activated carbon to a negative electrode paste composition without an additional coating process. The present invention also relates to a manufacturing method thereof and a negative electrode manufacturing method using the same.

Description

납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물, 및 이의 제조 방법 {Composition of lead-carbon electrode paste, and manufacturing method of the paste}A cathode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery, and a manufacturing method thereof {Composition of lead-carbon electrode paste, and manufacturing method of the paste}

본 발명은 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery, and a method for manufacturing the same.

납축전지는 비교적 단순한 제조 과정, 저렴한 가격, 기술적 안정성을 가지는 전지이다. 현재 납축전지는 자동차, HEV(Hybrid Electric Vehicles), 에너지 저장 시스템, UPS(Uninterruptible Power Supplies), 통신 등 넓은 분야에 적용되고 있다. 하지만 리튬이온 배터리, 니켈 수소 배터리 등의 배터리에 비하여 상대적으로 에너지 밀도가 낮고, 경량화가 어렵다는 단점이 있다. 특히 음극에서 발생되는 황산납 (PbSO4) 결정의 비가역반응에 의한 출력 및 사이클 성능 손실이 발생된다. Lead acid batteries are batteries that have a relatively simple manufacturing process, low cost, and technical stability. Currently, lead acid batteries are used in a wide range of fields such as automobiles, hybrid electric vehicles (HEV), energy storage systems, uninterruptible power supplies (UPS), and communications. However, compared to batteries such as lithium-ion batteries and nickel-metal hydride batteries, the energy density is relatively low and light weight is difficult. In particular, output and cycle performance loss due to irreversible reaction of lead sulfate (PbSO 4 ) crystals generated at the cathode occurs.

울트라 배터리는 음극에서 발생되는 황산납 결정의 생성 억제 및 가역 반응을 촉진 시킬 경우 기존 납축전지 대비 장수명을 갖게 된다. 이러한 울트라 배터리는 자동차 가속과 정지동안 신속하게 충전되고 동력을 공급하는 능력을 가지고 있어 HEV에 특히 적합하며, 현재 이용되고 있는 HEV용 배터리보다 비용이 70% 가량 더 저렴하다. 또한 대용량 에너지 저장 장치 시장으로 진출 가능성이 높은 기술이다. Ultra batteries have a longer lifespan than conventional lead-acid batteries when they inhibit the formation of lead sulfate crystals generated at the cathode and promote reversible reactions. These ultra-batteries are particularly suitable for HEVs because they have the ability to rapidly charge and power during vehicle acceleration and stoppage, and are 70% cheaper than HEV batteries. It is also a technology that is highly likely to enter the mass storage market.

따라서, 납축전지의 장점은 극대화하고 문제점들은 보완하기 위한 기술이 요구되고 있다.Therefore, a technique for maximizing the advantages of the lead acid battery and compensating for the problems is required.

본 발명의 목적은 추가적인 코팅 공정 없이 활성탄소를 음극 페이스트 조성에 첨가함으로써 공정 단가를 절감할 수 있고, 음극의 성능은 향상시킬 수 있는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 음극 제조 방법이다.The object of the present invention is to reduce the process cost by adding activated carbon to the negative electrode paste composition without an additional coating process, and to improve the performance of the negative electrode, a negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery, a method of manufacturing the same and using the same It is a cathode manufacturing method.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, In order to achieve the object of the present invention as described above,

본 발명의 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물은, 연분, 황산, 증류수, 익스펜더, 파이버블럭 및 활성탄소를 포함하는 것을 특징으로 한다. The negative electrode active material paste composition for the electrode plate of the lead acid battery of the present invention is characterized by containing fuel, sulfuric acid, distilled water, expander, fiber block, and activated carbon.

상기 활성탄소의 입자크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고 비표면적이 1000 m2/g 내지 2500 m2/g 인 것을 특징으로 한다.The activated carbon has a particle size of 2 μm to 10 μm and a specific surface area of 1000 m 2 / g to 2500 m 2 / g.

상기 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여, 연분 70 내지 75 중량%, 황산 5 내지 10 중량%, 증류수 14 내지 18 중량%, 익스펜더 0.3 내지 0.6 중량%, 및 파이버블럭 0.1 내지 0.3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. Containing 70 to 75% by weight, 5 to 10% by weight sulfuric acid, 14 to 18% by weight distilled water, 0.3 to 0.6% by weight expander, and 0.1 to 0.3% by weight fiber block relative to the total weight% of the paste composition It is characterized by.

상기 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여, 상기 활성탄소는 1 내지 10 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다. With respect to the total weight% of the paste composition, the activated carbon is characterized in that it is contained 1 to 10% by weight.

상기 익스펜더는 황산바륨 70 내지 90 wt%, 리그닌 10 내지 13 wt%, 카본블랙 6 내지 10 wt% 조성을 갖는 것을 특징으로 한다. The expander is characterized by having a composition of 70 to 90 wt% of barium sulfate, 10 to 13 wt% of lignin, and 6 to 10 wt% of carbon black.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법은, 연분, 황산, 증류수, 익스펜더 및 파이버블럭을 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 활성탄소를 첨가하는 단계; 및 상기 활성탄소를 혼합한 혼합물을 교반하는 단계를 포함할 수 있다. Method for producing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery according to various embodiments of the present invention comprises: mixing flour, sulfuric acid, distilled water, expander and fiber block; Adding activated carbon to the mixture; And stirring the mixture of the activated carbon.

상기 교반하는 단계에서는, 상기 혼합물을 3000 rpm 내지 7000 rpm의 속도로 교반하여 3 g/cc 내지 7 g/cc 밀도의 혼합물을 얻는 것을 특징으로 한다. In the stirring step, the mixture is stirred at a speed of 3000 rpm to 7000 rpm to obtain a mixture having a density of 3 g / cc to 7 g / cc.

상기 교반하는 단계 이후, 상기 혼합물 숙성 및 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. After the stirring step, characterized in that it further comprises the step of aging and drying the mixture.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 납축전지의 극판용 음극 제조방법은, 상기의 페이스트 조성물을 금속 기판에 도포하는 단계; 상기 기판에 plate press를 이용하여 1 psi 내지 2 psi의 압력을 가하는 단계; 상기 기판을 건조시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for manufacturing a negative electrode for a lead plate of a lead acid battery according to various embodiments of the present invention, applying the paste composition to a metal substrate; Applying a pressure of 1 psi to 2 psi to the substrate using a plate press; Drying the substrate; It characterized in that it comprises.

본 발명의 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물로 제조된 울트라배터리는, 출력특성이 개선되고, 기존 배터리보다 최소 4배 긴 장수명을 가져, 하이브리드 차량 및 전기자동차 기술의 개발 요구에 부합하다. 또한, 기존 HEV에 이용되는 배터리보다 저렴하다. 또한, 급속 충/방전 시 안정성을 확보할 수 있다. The ultra-battery made of the negative electrode active material paste composition for the electrode plate of the lead acid battery of the present invention has improved output characteristics and has a long lifespan of at least 4 times longer than the existing battery, which meets the development needs of hybrid vehicle and electric vehicle technologies. In addition, it is cheaper than the battery used in the existing HEV. In addition, stability can be secured during rapid charging / discharging.

한편, 본 발명의 납축전지의 극판용 음극 제조 방법은, 추가적인 공정을 생략할 수 있어 기존 공정 대비 공정 효율성이 우수하고, 공정 단가를 절감할 수 있다. 또한, 사용자가 원하는 음극의 성능에 따라 제조할 수 있다.On the other hand, the method for manufacturing a negative electrode for a lead plate of a lead acid battery of the present invention can omit an additional process, and thus has excellent process efficiency compared to an existing process, and can reduce process cost. In addition, it can be manufactured according to the performance of the cathode desired by the user.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 납축전지의 극판용 음극 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 3은 실시예1에 따라 제조된 음극의 사진이다.
도 4는 비교예에 따라 제조된 음극의 사진이다.
도 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예에 따라 제조된 울트라 배터리의 수명 특성 평가 결과이다.
1 is a process flow diagram of a method for manufacturing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a process flow diagram of a method for manufacturing an anode for a lead plate of a lead acid battery.
3 is a photograph of a cathode prepared according to Example 1.
4 is a photograph of a negative electrode manufactured according to a comparative example.
5 is a result of evaluating the life characteristics of ultra batteries manufactured according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings. It should be understood that the examples and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to specific embodiments, but include various modifications, equivalents, and / or substitutes of the examples.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

울트라 배터리는 기존 납축전지에 탄소 소재를 함유 시키거나 코팅하여 제조한다. 탄소 소재가 함유되거나 코팅된 음극은 탄소 소재의 우수한 전기 전도도에 의해 양의 전류가 인가될 때, 금속 납으로 환원되는 양이나 속도에 영향을 준다. 또한 배터리의 충*?*방전 과정에서 음극 표면에 생성되는 황산납 결정의 생성을 막고, 가역 반응 향상을 통하여 울트라 배터리의 성능을 향상시킨다. 이와 같은 울트라 배터리는 함유 방법이나 코팅 방법에 따라 다양한 특성을 나타내며, 또한 사용되는 탄소 소재에 따라 다른 특성을 보인다. Ultra batteries are manufactured by containing or coating a carbon material in an existing lead acid battery. A cathode containing or coated with a carbon material affects the amount or rate of reduction to metal lead when a positive current is applied due to the excellent electrical conductivity of the carbon material. In addition, it prevents the formation of lead sulfate crystals formed on the surface of the cathode during charging *? * Discharging of the battery, and improves the performance of the ultra battery by improving the reversible reaction. Such an ultra battery exhibits various characteristics depending on a method of containing or coating, and also exhibits different characteristics depending on the carbon material used.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물은, 연분, 황산, 증류수, 익스펜더(Expander), 파이버블럭(Fiber flock) 및 활성탄소(Activated carbon)를 포함할 수 있다. A negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery according to various embodiments of the present invention may include flour, sulfuric acid, distilled water, expander, fiber flock, and activated carbon.

본 발명의 페이스트 조성물은, 활성탄소를 포함함으로써 납축전지의 성능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 페이스트 조성물은 고 비표면적의 활성탄소를 포함할 수 있다. 이때, 활성탄소의 입자크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고 비표면적이 1000 m2/g 내지 2500 m2/g 일 수 있다. 활성탄소의 입자크기가 2 ㎛ 보다 작거나 10 ㎛보다 클 경우, 납축전지 음극의 수명 특성 및 출력 특성 개선이 미미할 수 있다. 이와 유사하게, 활성탄소의 비표면적이 1000 m2/g 보다 작거나 2500 m2/g 보다 클 경우, 납축전지 음극의 수명 특성 및 출력 특성 개선이 미미할 수 있다.The paste composition of the present invention can improve the performance of a lead acid battery by containing activated carbon. Specifically, the paste composition of the present invention may include high specific surface area activated carbon. At this time, the particle size of the activated carbon may be 2 μm to 10 μm and the specific surface area may be 1000 m 2 / g to 2500 m 2 / g. When the particle size of the activated carbon is smaller than 2 μm or larger than 10 μm, improvement in life characteristics and output characteristics of the lead acid battery negative electrode may be insignificant. Similarly, when the specific surface area of the activated carbon is less than 1000 m 2 / g or greater than 2500 m 2 / g, improvement in life characteristics and output characteristics of the lead acid battery negative electrode may be negligible.

활성탄소의 packing Density는 0.2 g/cc 내지0.6 g/cc일 수 있다. 또한, 활성탄소의 기타 불순물 함량은 Ca, K, Na 100 ppm이하, Fe, Ni 20 ppm 이하일 수 있다. The packing density of activated carbon may be 0.2 g / cc to 0.6 g / cc. In addition, other impurity contents of activated carbon may be 100 ppm or less of Ca, K, Na, or 20 ppm or less of Fe and Ni.

활성탄소는 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여, 1 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 활성탄소가 1 중량 %보다 적게 첨가될 경우 원하는 수명 특성 및 보유 용량을 확보할 수 없고, 10 중량 % 보다 많이 첨가될 경우에는 더 이상 수명 특성 및 보유 용량이 개선되지 않게 되므로 첨가의 의미가 없어지게 된다. 바람직하게는, 활성탄소는 1 중량 % 내지 3 중량 % 포함될 수 있다. Activated carbon may be included in 1 to 10% by weight based on the total weight of the paste composition. When less than 1% by weight of activated carbon is added, the desired life characteristics and retention capacity cannot be secured. When more than 10% by weight is added, the meaning of addition is lost because the life characteristics and retention capacity are no longer improved. do. Preferably, the activated carbon may be included in 1% to 3% by weight.

한편, 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여, 연분은 70 내지 75 중량%, 황산은 5 내지 10 중량%, 증류수는 14 내지 18 중량%, 익스펜더는 0.3 내지 0.6 중량%, 파이버블럭은 0.1 내지 0.3 중량% 포함될 수 있다. 이때, 황산은 1.2 내지 1.4 비중의 황산일 수 있다. On the other hand, with respect to the total weight% of the paste composition, 70 to 75% by weight of oil, 5 to 10% by weight of sulfuric acid, 14 to 18% by weight of distilled water, 0.3 to 0.6% by weight of expander, and 0.1 to 0.3% of fiber block % Can be included. In this case, the sulfuric acid may be sulfuric acid having a specific gravity of 1.2 to 1.4.

여기서, 익스펜더는 황산바륨 70 내지 90 wt%, 리그닌 10 내지 13 wt%, 카본블랙 6 내지 10 wt% 조성을 가질 수 있다. 황산바륨은 황산납의 생성핵으로 작용하여 음극판의 용량을 증대시키는 역할을 할 수 있다. 리그닌은, 납(Pb)과 황산납(PbSO4)에 강하게 흡착하여 전극의 표면적과 다공도를 증대 및 유지시키는 역할을 할 수 있다. 카본블랙은 양극 및 음극을 육안으로 식별할 수 있게 함과 동시에 전도성을 증대시키는 역할을 할 수 있다. Here, the expander may have a composition of 70 to 90 wt% of barium sulfate, 10 to 13 wt% of lignin, and 6 to 10 wt% of carbon black. Barium sulfate acts as a nucleus for the production of lead sulfate and may serve to increase the capacity of the negative electrode plate. Lignin is strongly adsorbed to lead (Pb) and lead sulfate (PbSO4) and may serve to increase and maintain the surface area and porosity of the electrode. Carbon black can serve to increase the conductivity while allowing the positive and negative electrodes to be visually identified.

파이버블럭은 음극 활물질간의 결합력을 증대시키고, 음극 활물질 내 수분을 유지할 수 있다. The fiber block increases the bonding force between the negative electrode active materials and can maintain moisture in the negative electrode active material.

이하, 도 1을 참고하여, 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery will be described with reference to FIG. 1.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법은, 연분, 황산, 증류수, 익스펜더 및 파이버블럭을 혼합하는 단계(S100); 혼합물에 활성탄소를 첨가하는 단계(S200); 및 활성탄소를 혼합한 혼합물을 교반하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. Method for producing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery according to various embodiments of the present invention, mixing the flour, sulfuric acid, distilled water, expander and fiber block (S100); Adding activated carbon to the mixture (S200); And it may include the step of stirring the mixture of the activated carbon (S300).

혼합하는 단계(S100)에서는, 연분 70 내지 75 중량%, 1.2 내지 1.4 비중의 황산 5 내지 10 중량%, 증류수 14 내지 18 중량%, 익스펜더 0.3 내지 0.6 중량%, 및 파이버블럭 0.1 내지 0.3 중량% 로 혼합할 수 있다. In the mixing step (S100), 70 to 75% by weight, 5 to 10% by weight of sulfuric acid having a specific gravity of 1.2 to 1.4, 14 to 18% by weight of distilled water, 0.3 to 0.6% by weight of expander, and 0.1 to 0.3% by weight of fiber block You can mix.

이후, 상기 혼합물에 활성탄소를 첨가하는 단계(S200)에서는, 입자크기가 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고 비표면적이 1000 m2/g 내지 2500 m2/g 인 활성탄소를 첨가할 수 있다. 이때, 활성탄소는 1 내지 10 중량% 포함될 수 있다. Thereafter, in the step (S200) of adding activated carbon to the mixture, activated carbon having a particle size of 2 μm to 10 μm and a specific surface area of 1000 m 2 / g to 2500 m 2 / g may be added. At this time, the activated carbon may be included 1 to 10% by weight.

교반하는 단계(S300)에서는, 상기 혼합물을 호모 믹서를 이용하여 3000 rpm 내지 7000 rpm의 속도로 교반할 수 있다. 이를 통해, 3 g/cc 내지 7 g/cc 밀도의 혼합물을 얻을 수 있다. In the stirring step (S300), the mixture may be stirred at a speed of 3000 rpm to 7000 rpm using a homo mixer. Through this, a mixture having a density of 3 g / cc to 7 g / cc can be obtained.

한편, 도면에 도시하지 않았으나, 교반하는 단계(S300) 이후, 혼합물 숙성 및 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 혼합물을 상대 습도가 90%, 온도가 35 ℃ 내지 55 ℃로 유지되는 항습기에서 10시간 이상 숙성할 수 있다. On the other hand, although not shown in the drawing, after the step of stirring (S300), the mixture may further include a step of aging and drying. At this time, the mixture can be aged for 10 hours or more in a humidity chamber where the relative humidity is maintained at 90% and the temperature is maintained at 35 ° C to 55 ° C.

이하, 도 2를 참고하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 납축전지의 극판용 음극 제조방법을 설명한다. 도 2를 참고하면, 앞서 설명한 페이스트 조성물을 금속 기판에 도포하는 단계(S400); 기판에 압력을 가하는 단계(S500); 및 상기 기판을 건조시키는 단계(S600);를 포함할 수 있다. Hereinafter, a method for manufacturing a negative electrode for an electrode plate of a lead acid battery according to various embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 2. Referring to Figure 2, applying the paste composition described above to a metal substrate (S400); Applying pressure to the substrate (S500); And drying the substrate (S600).

금속 기판에 도포하는 단계(S400)에서, 금속 기판은, Pb-0.04Ca-1.1Sn을 조성으로 갖는 금속 Grid일 수 있다. In the step of applying to the metal substrate (S400), the metal substrate may be a metal grid having Pb-0.04Ca-1.1Sn as a composition.

기판에 압력을 가하는 단계(S500)에서는, chrome plate를 양면에 놓고 plate press를 이용하여 1 psi 내지 2 psi의 압력을 가할 수 있다. In the step of applying pressure to the substrate (S500), the chrome plate is placed on both sides and a pressure of 1 psi to 2 psi can be applied using a plate press.

이후, 기판을 건조시키는 단계(S600)에서는, 프레싱 공정이 완료된 극판을 30±10 ℃로 온도가 유지되는 건조기에서 15시간 이상 건조할 수 있다. Thereafter, in the step of drying the substrate (S600), the electrode plate on which the pressing process is completed may be dried for 15 hours or more in a dryer where the temperature is maintained at 30 ± 10 ° C.

실시예Example 1 One

본 발명은 울트라 배터리의 음극 개질 방법으로서 페이스트 제조 시 활성탄소를 추가로 첨가하여 성능을 향상시키는 것이다. 첨가된 탄소 함량에 따른 전기화학적 성능 테스트를 진행하였다. 사용된 탄소소재는 고 비표면적을 갖는 활성탄소로서 전기 전도도가 우수하다. 크기는 2-5 ㎛정도이며, Packing Density는 0.2-0.6 g/cc이다. 기타 불순물 함량은 Ca, K, Na 100 ppm이하, Fe, Ni 20 ppm 이하이다. 울트라 배터리 음극판용 페이스트 배합은 볼 밀을 이용하여 분쇄한 납 100 g, 증류수 21.6 mL, 비중 1.360을 갖는 황산 수용액 12 mL, 0.68 g의 익스펜더 그리고 파이버블럭 0.15 g을 혼합하였다. 실시예에서는 음극판용 페이스트 배합 시 1 wt% 활성탄소를 추가로 첨가하였다. 조성물들을 첨가 후 유리 막대를 이용하여 조성물을 넣을 때마다 총 10분 간 혼합하였다. 이후 호모 믹서를 이용하여 5000 rpm의 속도로 15 분간 혼합하였다. 페이스트는 4.40±0.05 g/cc의 밀도를 가지며, 준비된 익스펜더의 조성은 리그닌(11.5 wt%), 황산바륨(80.0 wt%), 카본블랙(8.5 wt%)이다. 배합이 완료된 페이스트는 지속적으로 수증기를 발생시켜 상대 습도가 90%, 온도가 35-55 ℃로 유지되는 항습기에서 10시간 이상 숙성과정을 거친다. The present invention is to improve performance by additionally adding activated carbon when preparing a paste as a method for reforming a cathode of an ultra battery. The electrochemical performance test was conducted according to the added carbon content. The carbon material used is activated carbon having a high specific surface area and has excellent electrical conductivity. The size is about 2-5 μm, and the packing density is 0.2-0.6 g / cc. Other impurity contents are 100 ppm or less of Ca, K, Na, and 20 ppm or less of Fe and Ni. In the paste formulation for the ultra-battery negative electrode plate, 100 g of lead pulverized using a ball mill, 21.6 mL of distilled water, 12 mL of an aqueous sulfuric acid solution having a specific gravity of 1.360, an expander of 0.68 g, and 0.15 g of a fiber block were mixed. In the examples, 1 wt% activated carbon was additionally added when mixing the paste for the negative electrode plate. After adding the compositions, each time the composition was added using a glass rod, the mixture was mixed for a total of 10 minutes. Thereafter, the mixture was mixed for 15 minutes at a speed of 5000 rpm using a homo mixer. The paste has a density of 4.40 ± 0.05 g / cc, and the composition of the prepared expander is lignin (11.5 wt%), barium sulfate (80.0 wt%), and carbon black (8.5 wt%). The paste, which has been completely blended, undergoes aging for 10 hours or more in a humidity chamber where the relative humidity is maintained at 90% and the temperature is maintained at 35-55 ℃ by continuously generating water vapor.

400 mAh의 용량을 갖는 배터리의 설계를 위해 숙성된 페이스트는 Pb-0.04Ca-1.1Sn을 조성으로 갖는 금속 Grid에 일정량 도포하고 chrome plate를 양면에 놓고 Plate press를 이용하여 1.5 psi의 압력을 가하였다. 프레싱 공정이 완료된 극판은 이후 30±10 ℃로 온도가 유지되는 건조기에서 15시간 이상 건조 과정을 거쳤다. 이후 음극과 양극이 만나는 면적을 같게 하기 위하여 grid에서 벗어난 부분은 잘라내었다. 제조된 음극과 PbO2 양극을 이용하여 배터리를 조립하였으며, 음극과 양극의 직접적인 접촉을 막기 위하여 AGM(Absorptive Glass Mat)분리막을 이용하였다. 기존 납축전지와의 비교를 위해 일반적으로 납축전지 전해액으로 쓰이는 비중 1.28을 갖는 H2SO4 수용액을 전해액으로 이용하였다. 제조된 울트라 배터리는 전압 안정화를 위해 최소 24시간 동안 25 ℃로 유지되는 항온 수조에 두었다. 전압 안정화 과정이 완료된 전지에 0.1 C (40 mA)의 전류를 48시간 동안 인가하여 1차 충전하였고, 이는 음극의 납을 해면상(海綿想)의 납이 형성되게 하기 위함이다. 2차 충전은 0.05 C (20 mA)의 전류를 24시간 동안 인가하여 진행하였다. 1,2차 충전과정은 전기화학적 활성화 단계이며, 이후 전압안정화 단계를 24시간 동안 진행하였다. 한편, 도 3은 실시예1에 따라 제조된 음극의 사진이다.For the design of a battery with a capacity of 400 mAh, the aged paste was applied to a metal grid having a composition of Pb-0.04Ca-1.1Sn and a chrome plate was placed on both sides, and a pressure of 1.5 psi was applied using a plate press. . After the pressing process was completed, the plate was dried for 15 hours or more in a dryer where the temperature was maintained at 30 ± 10 ° C. After that, to make the area where the anode and the anode meet, the part off the grid was cut out. A battery was assembled using the prepared anode and PbO 2 anode, and an AGM (Absorptive Glass Mat) separator was used to prevent direct contact between the anode and the anode. For comparison with an existing lead acid battery, an H 2 SO 4 aqueous solution having a specific gravity of 1.28, which is generally used as an electrolyte for a lead acid battery, was used as an electrolyte. The manufactured ultra battery was placed in a constant temperature water bath maintained at 25 ° C. for at least 24 hours for voltage stabilization. A voltage of 0.1 C (40 mA) was applied for 48 hours to the battery, where the voltage stabilization process was completed, and the primary charging was performed, so that lead of the negative electrode was formed in the sea level. Secondary charging was performed by applying a current of 0.05 C (20 mA) for 24 hours. The 1st and 2nd charging process is an electrochemical activation step, and then the voltage stabilization step was performed for 24 hours. Meanwhile, FIG. 3 is a photograph of a negative electrode manufactured according to Example 1.

실시예Example 2 2

실시예 1에 있어서의 활성탄소 조성을 1 wt%에서 2 wt%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하고 이를 이용하여 울트라 배터리를 제조하였다.An anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the active carbon composition in Example 1 was changed from 1 wt% to 2 wt%, and an ultra battery was manufactured using the same.

실시예Example 3 3

실시예 1에 있어서의 활성탄소 조성을 1 wt%에서 3 wt%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하고 이를 이용하여 울트라 배터리를 제조하였다.An anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the active carbon composition in Example 1 was changed from 1 wt% to 3 wt%, and an ultra battery was manufactured using the same.

비교예Comparative example 1 One

실시예 1에 있어서의 활성탄소를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 음극을 제조하고 이를 이용하여 울트라 배터리를 제조하였다. 한편, 도 4는 비교예에 따라 제조된 음극의 사진이다.An anode was prepared in the same manner as in Example 1, except that the activated carbon in Example 1 was not added, and an ultra battery was manufactured using the same. On the other hand, Figure 4 is a photo of the negative electrode prepared according to the comparative example.

실험예Experimental Example -배터리의 성능 평가-Battery performance evaluation

상기 실시예 1, 실시예 2、실시예 3 및 비교예에 따라 제조된 울트라 배터리의 수명 특성 및 전기화학적 성능 평가를 위하여 ZIVE LAB MP2(Won A Tech)를 이용하여 사이클 테스트를 진행하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. Cycle test was performed using ZIVE LAB MP2 (Won A Tech) to evaluate the life characteristics and electrochemical performance of the ultra batteries manufactured according to Examples 1 and 2 and Example 3 and Comparative Examples. 5 is shown.

사이클 테스트는 배터리 조립 후 최소 24시간 이상의 에이징 시간을 주어 전기화학적 평형에 이르게 한 다음 방전 정전류 0.1 C(40 mA)를 인가하여 배터리 전압을 1.75 V까지 방전하고, 충전 정전류 0.1 C의 전류로 배터리 전압 2.60 V까지 충전후에 50 % DOD(Depth Of Discharge)로 방전하였다. 10 초의 휴지기를 가지고 다시 방전된 만큼 충전하는 과정을 1 cycle로 하여 반복하였으며, 배터리의 방전 후 전압이 1.7 V가 되면 실험을 중단하고 사이클 횟수를 측정하였다. The cycle test is performed after at least 24 hours of aging after assembling the battery to reach an electrochemical equilibrium, and then discharge the battery voltage to 1.75 V by applying a discharge constant current of 0.1 C (40 mA), and the battery voltage with a current of 0.1 C of constant charge current. After charging to 2.60 V, it was discharged with 50% DOD (Depth Of Discharge). The process of charging as much as it was discharged again with a pause of 10 seconds was repeated as 1 cycle. When the voltage became 1.7 V after discharge of the battery, the experiment was stopped and the number of cycles was measured.

그 결과, 비교예 1의 음극을 이용하여 제조한 배터리의 수명특성을 평가한 결과 374 cycle의 성능을 나타내었다. 이에 비해, 실시예 1에서 제조한 울트라 배터리용 음극의 성능은 844 cycle의 향상된 수명 특성을 나타내었다. 실시예 2 와 실시예 3에서 활성탄소의 첨가량을 증가시킬수록 비교예 1과 실시예 1에 비하여 향상된 성능인 898, 952 cycle을 나타내었다. 기존의 납축전지 음극에 충방전 동안 표면에 생성되는 황산납 결정에 의해 배터리 수명이 감소되는 것으로 알려져있다. 실시예 1 내지 3에서 적절히 함유된 탄소가 음극 표면에 황산납 결정이 생기는 것을 막아주고, 가역반응을 촉진시켜 배터리 수명 성능이 향상됨을 보였다. 또한, 전기화학적 숙성단계에서 우수한 전기전도도를 가진 활성 탄소에 의해 해면상(海綿想)의 납이 음극에 고르게 형성되는데 도움이 된 것으로 보인다. 함유된 활성탄소량이 가장 큰 페이스트로 제조한 음극과 울트라 배터리인 실시예 3이 가장 우수한 성능을 나타내었다.As a result, as a result of evaluating the life characteristics of the battery manufactured using the negative electrode of Comparative Example 1, the performance of 374 cycles was shown. On the other hand, the performance of the negative electrode for an ultra battery prepared in Example 1 showed an improved lifespan characteristic of 844 cycles. In Example 2 and Example 3, as the amount of activated carbon was increased, 898, 952 cycles, which were improved performances compared to Comparative Example 1 and Example 1, were shown. It is known that battery life is reduced by lead sulfate crystals formed on the surface during charging and discharging of the existing lead acid battery negative electrode. In Examples 1 to 3, the carbon contained properly prevented the formation of lead sulfate crystals on the negative electrode surface, and promoted a reversible reaction, thereby improving battery life performance. In addition, it appears that in the electrochemical aging step, activated carbon having excellent electrical conductivity helps to evenly form lead in the sea surface at the cathode. The negative electrode prepared with the paste containing the largest amount of activated carbon and Example 3, which is an ultra battery, showed the best performance.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been focused on the preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

Claims (8)

연분, 황산, 증류수, 익스펜더, 파이버블럭 및 활성탄소를 포함하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물.A negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery containing soft powder, sulfuric acid, distilled water, expander, fiber block, and activated carbon. 제1항에 있어서,
상기 활성탄소의 입자크기는 2 ㎛ 내지 10 ㎛이고 비표면적이 1000 m2/g 내지 2500 m2/g 인 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물.
According to claim 1,
The particle size of the activated carbon is 2 ㎛ to 10 ㎛ and the specific surface area of 1000 m 2 / g to 2500 m 2 / g The negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery.
제1항에 있어서,
상기 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여,
연분 70 내지 75 중량%, 황산 5 내지 10 중량%, 증류수 14 내지 18 중량%, 익스펜더 0.3 내지 0.6 중량%, 및 파이버블럭 0.1 내지 0.3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물.
According to claim 1,
With respect to the total weight percent of the paste composition,
A cathode active material for the electrode plate of a lead acid battery, comprising 70 to 75% by weight, 5 to 10% by weight of sulfuric acid, 14 to 18% by weight of distilled water, 0.3 to 0.6% by weight of expander, and 0.1 to 0.3% by weight of fiber block Paste composition.
제1항에 있어서,
상기 페이스트 조성물의 총 중량 %에 대하여,
상기 활성탄소는 1 내지 10 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물.
According to claim 1,
With respect to the total weight percent of the paste composition,
The active carbon is a negative electrode active material paste composition for an electrode plate of a lead acid battery, characterized in that contained 1 to 10% by weight.
제1항에 있어서,
상기 익스펜더는 황산바륨 70 내지 90 wt%, 리그닌 10 내지 13 wt%, 카본블랙 6 내지 10 wt% 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 페이스트 조성물.
According to claim 1,
The expander is 70 to 90 wt% of barium sulfate, 10 to 13 wt% of lignin, and 6 to 10 wt% of carbon black.
연분, 황산, 증류수, 익스펜더 및 파이버블럭을 혼합하는 단계;
상기 혼합물에 활성탄소를 첨가하는 단계; 및
상기 활성탄소를 혼합한 혼합물을 교반하는 단계를 포함하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법.
Mixing flour, sulfuric acid, distilled water, expander and fiber block;
Adding activated carbon to the mixture; And
A method of manufacturing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery comprising agitating a mixture of the activated carbon.
제6항에 있어서,
상기 교반하는 단계에서는,
상기 혼합물을 3000 rpm 내지 7000 rpm의 속도로 교반하여 3 g/cc 내지 7 g/cc 밀도의 혼합물을 얻는 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조방법.
The method of claim 6,
In the stirring step,
A method of manufacturing a negative electrode active material for an electrode plate of a lead acid battery, wherein the mixture is stirred at a speed of 3000 rpm to 7000 rpm to obtain a mixture having a density of 3 g / cc to 7 g / cc.
제6항에 있어서,
상기 교반하는 단계 이후,
상기 혼합물 숙성 및 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 납축전지의 극판용 음극 활물질 제조 방법.
The method of claim 6,
After the stirring step,
Method for producing a negative electrode active material for a positive electrode of a lead acid battery, characterized in that it further comprises the step of aging and drying the mixture.
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