KR20220022656A - 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법 - Google Patents

전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 그라파이트 실리콘을 극판에 활물질 도포 후, 극판 표면에 분무하여 극판을 제조함으로써, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공할 수 있는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공하게 된다.

Description

전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법{Method for manufacturing electrode plate of lead acid battery with improved active material adhesion by applying conductive graphite silicon}
본 발명은 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 그라파이트 실리콘을 극판에 활물질 도포 후, 극판 표면에 분무하여 극판을 제조함으로써, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공할 수 있는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 등에 사용되는 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지이다.
이는 전해액으로서 희황산(H2SO4)이 사용되고, 극판의 활물질로서 양극(+)에 이산화납(PbO2)을, 음극(-)에 해면상(海綿狀)납(Pb)을 도포하여, 외부회로에 연결하면 전기가 흐르면서 그 양극(+)과 음극(-)의 활물질이 황산납(PbSO4)으로 변화(방전)되고, 반대로 외부에서 전류를 흘려주면 그 황산납이 다시 이산화연(+)과 해면상납(-)으로 변화(충전)되는 원리를 이용한 것이다.
이 중 양극과 음극은 전기적인 신호를 발생시키는 활물질과 이 전기적인 신호의 통로 및 활물질을 지지시켜주는 기판으로 이루어진 것으로 활물질의 중량에 따라서 납축전지의 성능과 용량이 변화하며, 기판은 납축전지의 크기에 따라 변화한다.
종래의 납축전지의 활물질은 일반적으로 연분(鉛粉)과 황산수용액을 기본으로 하며, 양극과 음극 특성에 따라서 기타 첨가제를 배합한 후, 혼합하여 활물질을 만든다. 이렇게 만들어진 활물질은 기판에 바르는 작업인 도포 작업을 거쳐, 양/음극 특성에 따라 숙성공정 및 건조공정을 거친 후, 준비된 양극판과 음극판을 여러 장 교호로 중첩하며, 이때, 극판 간에 전기적 단락을 방지하기 위하여 비전도성 격리판을 설치하여, 양극판과 음극판 및 격리판이 극판군(群)을 이루도록 구성되어 있다.
극판군은 축전지 용량에 따라 여러 개가 직렬로 접속되어 전조안에 수용된다.
상기 수용된 극판군은 전기적인 성질을 가질 수 있도록 초충전인 화성공정을 거치게 되는데, 이때 양극판의 활물질은 이산화납(PbO2)이 형성되고 특성상, 산화된 납의 미립자가 무수히 결합되어 있으며 다공성이 풍부하여 입자간을 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 되어 있다.
또한, 음극판의 활물질은 해면상납(海綿狀鉛, Pb)으로 역시 다공성과 반응성이 풍부하여 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 된 것이다.
이렇게 만들어진 제품은 비로소 시장에서 사용할 수 있게 되는 것이다.
상기 과정 중, 초충전 과정을 원활히 하며, 제품의 내구성을 향상시키기 위하여 극성별로 별도의 숙성건조공정을 거치게 된다.
양극판의 숙성공정은 제품의 내구성을 증대시키는 중요한 공정으로서 스팀(steam)의 뜨거운 온도(약 70 ~ 100℃)와 수분(습도 99%이상)으로 활물질의 구성성분인 납(Pb)을 산화납(PbO)으로 변화시킬 뿐만 아니라, 활물질의 결정구조를 변화시킨다.
음극판은 별도 공정 없이 자연 상태에서 방치하면 숙성 및 건조를 동시에 할 수 있다.
하지만, 충분한 숙성 및 건조가 이루어지지 않으면 극판군을 형성하는 조립과정에서 극판과 극판끼리 달라붙으며, 수분이 존재하여 활물질의 내구력이 떨어져 기판사이에 박혀 있는 활물질은 조그마한 충격에도 손쉽게 떨어지게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐 만들어진 납축전지는 충,방전의 횟수가 증가함에 따라 납과 황산의 반응에 의해서 활물질은 기판에서 더욱 쉽게 떨어지게 되며, 떨어진 활물질들은 더이상 반응에 참가할 수 없기 때문에, 결국 납축전지의 성능을 저하시켜 납축전지의 수명을 통상 1~2년에 불과하게 만들었다.
상기 제품의 초충전을 용이하게 하기 위하여, 음극판에 충분한 숙성 및 건조가 이루어지지 않으면 제품 내구성이 떨어지게 된다. 음극판의 경우 자연 숙성 및 건조를 행하고 있으나, 제작된 극판에 수분을 함유하고 있기 때문이다.
본 발명에 관한 선행문헌으로는 '특허문헌 1','특허문헌 2' 및 '특허문헌 3'이 있다.
특허문헌 1은 다공성 실리콘 입자를 초음파 처리하여 나노크기의 실리콘 입자를 합성하는 방법에 관한 것이다.
실리콘은 리튬 이차전지용 음극 재료로서 탄소 재료를 대체할 수 있는 물질이다.
현재 상용화된 흑연질 재료의 경우 이론 용량이 372 mAh/g이나 실리콘은 4000 mAh/g 이상의 이론 용량을 지니고 있다.
그러나, 실리콘의 경우 리튬과의 합금화(alloying) / 비합금화(de-alloying) 과정에서 많은 부피 변화 (310 %)를 겪게되어 전극이 열화되기 때문에, 용량이 급격히 감소하는 문제점이 있었으나, 특허문헌 1에서는 이러한 문제점을 해결하였다.
특허문헌 2는 이차 전지용 금속 산화물을 주체로 하는 활물질원료에 규조토 및 카본을 함유하거나 또는 규조토를 함유하며, 카본의 함유 질량이, 마이너스 4.6×10－1에 규조토의 함유 질량을 곱셈한 값에 4.9를 가산하는 일차식에서 나타내지는 함수가 그리는 직선이 나타내는 값을 포함하고, 한편, 직선이 나타내는 값을 넘는 값의 범위에 대해서도 결정되는“0”을 포함한 카본의 함유 질량과“0”을 포함하지 않는 규조토의 함유 질량의 화의 값“S”를 활물질원료의 질량“A”에 대해서“S/A×100”질량 퍼센트 이상을 함유 시킨 혼합물로부터 완성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 음극 조성물에 관한 것이다.
종래의 기술로서, 특허문헌 3인 등록특허 10-0483246 '음극활물질 및 그 제조방법 그리고 납축전지'는 리그닌이 납분말에 첨가되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 음극(負極)활물질에 관한 기술을 개시한 바 있다. 그러나 상기의 기술은 활물질의 수명을 향상시킨 효과는 기대할 수 있으나 전도성 및 접착력 향상 효과를 기대하기는 어려웠다.
즉, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력 향상을 통해 고온에서도 납축전지의 내구성이 향상될 수 있는 새로운 방식의 극판 제조 기술을 제공할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
대한민국공개특허공보 10-2004-0082876 (2004년09월30일) 일본공개특허공보 2010-225564 (2010년10월07일) 대한민국등록특허 10-0483246 (2002년05월16일)
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 전도성 그라파이트 실리콘을 극판에 활물질 도포 후, 극판 표면에 분무하여 극판을 제조함으로써, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명인 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 음극첨가제를 포함하는 음극 활물질을 준비하는 제1단계(S100);와
전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 공급하는 제2단계(S200);와
상기 배합된 혼합물인 음극 활물질을 납으로 제작된 그리드에 도포하는 제3단계(S300);와
상기 분무장치를 이용하여 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 음극 활물질이 도포된 그리드 상면에 분무하여 균일하게 도포시키는 제4단계(S400);와
건조장치에 상기 전도성 그라파이트 실리콘이 도포된 그리드를 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 제조하는 제5단계(S500);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법은,
전도성 그라파이트 실리콘을 극판에 활물질 도포 후, 극판 표면에 분무하여 극판을 제조함으로써, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공하게 된다.
특히, 내구성 향상에 따른 수명 연장 효과를 제공할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법의 공정도이다.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 음극첨가제를 포함하는 음극 활물질을 준비하는 제1단계(S100);와
전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 공급하는 제2단계(S200);와
상기 배합된 혼합물인 음극 활물질을 납으로 제작된 그리드에 도포하는 제3단계(S300);와
상기 분무장치를 이용하여 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 음극 활물질이 도포된 그리드 상면에 분무하여 균일하게 도포시키는 제4단계(S400);와
건조장치에 상기 전도성 그라파이트 실리콘이 도포된 그리드를 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 제조하는 제5단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1단계(S100)는,
연분 82 중량부, 1.40 비중의 황산 5 중량부, 물 11 중량부, 음극첨가제 1 중량부를 배합하여 혼합물을 준비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 그라파이트 실리콘은,
연분 대비 50 ~ 70 중량부인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제5단계(S500)는,
건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 의해,
제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 81Ah의 용량일 경우,
수명은 전도성 그라파이트 실리콘을 도포하지 않은 수명인 238 사이클에서 전도성 그라파이트 실리콘을 도포할 경우에 수명이 306 사이클로 28.5%의 수명 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 제조 방법에 의해, 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 극판을 포함하고 있는 납축전지를 제공함으로써, 활물질 접착력 향상에 따른 내구성 증대 효과를 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 의한 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법의 공정도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 음극첨가제를 포함하는 음극 활물질을 준비하는 제1단계(S100);
전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 공급하는 제2단계(S200);
상기 배합된 혼합물인 음극 활물질을 납으로 제작된 그리드에 도포하는 제3단계(S300);
상기 분무장치를 이용하여 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 음극 활물질이 도포된 그리드 상면에 분무하여 균일하게 도포시키는 제4단계(S400);
건조장치에 상기 전도성 그라파이트 실리콘이 도포된 그리드를 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 제조하는 제5단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 설명하고 있는 그라파이트는 도전제로서, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 좋다. 예를 들어, 그라파이트, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등이 될 수 있다.
구체적으로 설명하자면, 상기 제1단계(S100)는 배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 음극첨가제를 포함하는 음극 활물질을 준비하는 과정이다.
즉, 상기 제1단계(S100)는,
연분 82 중량부, 1.40 비중의 황산 5 중량부, 물 11 중량부, 음극첨가제 1 중량부를 배합하여 혼합물을 준비하는 것이다.
그리고, 50 ~ 75도의 온도에서 교반하여 60 ~ 80g/In3 밀도의 혼합물을 얻게 된다.
이후, 상기 제2단계(S200)는 전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 공급하는 과정이다.
즉, 분무장치에 전도성 그라파이트 실리콘을 공급하게 되는데, 바람직하게는, 연분 대비 50 ~ 70 중량부를 준비하여 공급하게 된다.
전도성 그라파이트 실리콘은 연분 중량을 기준으로 50 ~ 70 중량부를 추가하는데, 상기 전도성 그라파이트 실리콘의 중량부가 50 중량부 미만일 경우에는 극판의 전기 전도도는 종래와 비슷하므로 성능 향상을 기대하기가 어려운 소량에 해당하고, 70 중량부를 초과할 경우에는 가속 수명 시험에서 입증하였듯이, 수명 싸이클의 70 중량부의 싸이클 이상으로 기대하기가 어렵고, 단지 가격 상승 원인만을 제공할 뿐이다.
따라서, 상기한 범위 내에서 전도성 그라파이트 실리콘을 투입하는 것이 바람직할 것이다.
이후, 제3단계(S300)는 상기 배합된 혼합물인 음극 활물질을 납으로 제작된 그리드에 도포하는 과정이다.
이는 일반적으로 도포하는 방식을 활용하여 납으로 제작된 그리드(극판)에 배합된 혼합물인 음극 활물질을 도포하게 된다.
이후, 제4단계(S400)는 분무장치를 이용하여 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 음극 활물질이 도포된 그리드 상면에 분무하여 균일하게 도포시키는 과정이다.
즉, 분무장치에 포함되어 있는 전도성 그라파이트 실리콘을 균일하게 도포하게 되는 것이다.
예를 들어, 닥터블레이드법, 스프레이 코팅법, 및 스핀 코팅법 중에서 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 코팅법을 이용하여 도포 즉, 코팅하게 된다.
이후, 제5단계(S500)는 건조장치에 상기 전도성 그라파이트 실리콘이 도포된 그리드를 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 제조하는 과정이다.
구체적으로는, 건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 온도 범위 미만일 경우에 실리콘 코팅층이 제대로 경화되지 않아 전도성에 문제가 발생할 수 있으며, 상기 온도 범위를 초과할 경우에 실리콘 코팅층에 크랙이 발생할 수도 있기 때문에 상기한 범위 내에서 경화하는 것이 바람직하다.
한편, 통상적으로 납축전지는 Grid에 활물질 도포 후, 부직포 또는 종이 재질의 티슈 Paper를 활물질 표면에 압착시켜 활물질 지지대를 만들며, 이 활물질 지지대는 Grid에 도포된 활물질이 Grid에서 탈락되지 않도록 지지하는 역할로만 사용되며, 이러한 활물질 지지대(부직포 or 티슈 Paper)는 내산성, 내열성, 내산화성이 특징이다.
하지만, 이러한 활물질 지지대는 Grid에 활물질 도포 시, 압착에 의해서만 활물질을 지지하고 있기 때문에 차량에 장착되어 사용 시, 사용자의 사용 조건, 운행 조건, 사용 환경에 따라 Grid에서의 활물질 탈락이 쉽고 이후, 활물질의 탈락이 가속화되어 시동력 저하 또는 조기 수명 종지를 초래한다.
본 발명에서는 이러한 압착식의 지지대 대신에 전도성 에폭시 수지 복합체를 적용하여, Grid에 활물질을 도포 한 후 분무 및 건조 공정을 거치면 활물질의 접착력이 향상되며 납축전지의 조기 수명 종지를 개선할 수 있게 되는 것이다.
또한, 전도성 에폭시 수지 복합체 중 본 발명에서 수많은 실험을 통해 선정된 전도성 그라파이트 실리콘은 실리콘계의 고분자 재료를 바탕으로 실리콘 고무의 주 폴리머는 폴리티메틸실록산으로 사슬고무 형태의 구성을 하고 있으며, 여기에 전도성 충전제로는 그라파이트의 분말 등이 사용되며, 이는 내열성, 내산성, 내후성, 전기특성이 우수한 접착제로서 전도성 입자로 피착물끼리 서로 밀착시킴과 동시에 입자를 쇄상으로 연결시켜, 전도성 및 접착력이 나타난다.
따라서, Grid에 활물질 도포 후, 전도성 그라파이트 실리콘을 분무하여, 활물질 표면에 균일하게 도포시키고, 이후 고온(300 ~ 400℃)에서 건조를 통한 활물질 표면의 페이스트를 경화시켜 납축전지 극판을 제작할 수 있게 되는 것이다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 활물질 혼합하여 극판에 도포한 후, 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 극판에 분무하여 코팅한 후, 고온에서 건조를 통한 활물질 표면에 페이스트를 경화시켜 납축전지 극판을 제조하고 숙성 공정을 통해 숙성시킨 후, 기초성능 및 수명시험을 하였다.
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 납축전지(BX80)에 사용하는 활물질을 도포한 음극판을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 극판을 포함하고 있는 제품을 말한다.
또한, 후속 공정인 조립 및 기판에 전기 전도도를 부여하는 화성 등의 공정을 통해 최종적인 70Ah 용량(20시간율 용량)을 갖는 종래품과 개선품을 제작하였으며, 전도성 그라파이트 실리콘의 적용 효과를 입증하기 위하여 충전수입성과 50% DoD 내구성 시험을 진행하였다.
1) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)
만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다.
이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다.
시험결과, 전지전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 15% 증대되었음을 알 수 있었다.
구분 시간 종래품 개선품





충전수입성		 1분 27.25 28.14
2분 24.21 25.98
3분 22.14 23.73
4분 21.25 22.82
5분 20.11 21.43
6분 19.35 20.81
7분 18.74 19.06
8분 17.68 18.49
9분 17.04 18.67
10분 16.43 18.82
종래품의 경우에는 부직포 또는 종이 재질의 티슈 Paper를 활물질 표면에 압착시켜 활물질 지지대를 만들며, 이 활물질 지지대는 Grid에 도포된 활물질이 Grid에서 탈락되지 않도록 지지하는 역할로만 사용되며, 이러한 활물질 지지대(부직포 or 티슈 Paper)는 내산성, 내열성, 내산화성이 특징이다.
하지만, 이러한 활물질 지지대는 Grid에 활물질 도포 시, 압착에 의해서만 활물질을 지지하고 있기 때문에 차량에 장착되어 사용 시, 사용자의 사용 조건, 운행 조건, 사용 환경에 따라 Grid에서의 활물질 탈락이 쉽고 이후, 활물질의 탈락이 가속화 되어 시동력 저하 또는 조기 수명 종지를 초래한다.
그러나, 상기 종래 기술은 갈수록 높은 기초 성능을 요구하는 현재 사회의 환경에서는 성능 제공에 문제점이 발생하게 되었다.
예를 들어, 차량 내에서 갈수록 각종 전자기기와 통신 등을 활용하기 때문에 이에 따른 전기 사용이 많아지게 되며, 지구 온난화의 영향으로 고온에서 사용하는 경우가 빈번히 발생하므로 배터리 성능의 강인성을 보장해줘야 한다.
따라서, 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 전기 전도도가 우수하면서 동시에 접착력이 우수한 전도성 그라파이트 실리콘을 사용하게 된 것이다.
이러한 전도성 그라파이트 실리콘은 내열성, 내산성, 내후성, 전기특성이 우수한 접착제로서, 전도성 입자로 피착물끼리 서로 밀착시킴과 동시에 입자를 쇄상으로 연결시켜, 전도성 및 접착력이 나타나기 때문에 이를 이용하여 본 발명에서 적용하게 되는 것이다.
따라서, 고출력 및 기대 수명 향상을 가져올 수 있게 되어 최종적으로 전지의 기초성능 및 수명을 향상시키는 것이다.
이에 대한 실험 자료는 후술하도록 하겠다.
2) 가속 수명 시험(SAE J2801)
납축전지를 75℃ 수조에서 약 1주일 동안 일반적인 차량 조건과 유사하게 34회 충/방전 싸이클이 진행한다.
34회 싸이클 실시 후 200A로 10초 방전하여 7.2V 이상 유지가 되면 다시 34회 싸이클을 진행하는 방식으로 수명 시험을 진행한다.
또한, 싸이클 중 충전전류가 15A 이상 올라가거나 방전 전압이 12.0V 이하로 떨어지면 시험을 중단한다.
하기 표2는 SAE J2801 시험을 실시한 결과이며, 34회 충/방전 싸이클 마다 200A로 10초 방전 시 전압을 나타내었다.
사이클 그라파이트 0 중량부 그라파이트 30 중량부 그라파이트 50 중량부 그라파이트 70 중량부 그라파이트 90 중량부
34 11.82 11.83 11.85 11.87 11.89
68 11.76 11.77 11.80 11.83 11.87
102 11.72 11.73 11.78 11.80 11.84
136 11.69 11.71 11.76 11.79 11.82
170 11.65 11.68 11.74 11.77 11.80
204 11.55 11.61 11.69 11.70 11.76
238 11.43 11.45 11.60 11.63 11.70
272 7.2 이하 7.2 이하 11.49 11.55 11.65
306 7.2 이하 11.50 11.55
340 7.2 이하 7.2 이하
상기 표 2와 같이, 시험결과, 그라파이트 실리콘으로 코팅하지 않거나, 30 중량부를 분무장치에 제공하여 일반적인 그리드의 면적에 1 ~ 3mm 정도의 두께로 코팅할 경우에 수명은 238 사이클이지만, 50 중량부를 분무장치에 제공하여 코팅할 경우에 수명은 272 사이클이며, 70 중량부를 분무장치에 제공하여 코팅할 경우에 수명은 306 사이클로 28.5%의 수명 향상을 제공할 수 있게 되었다.
그러나, 상기 70 중량부를 초과하는 전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 제공하여 1 ~ 3mm 두께로 코팅하여도 수명은 306 사이클에서 더 증가하지 않음을 알 수 있어 이에 따라 0 중량부 ~ 90 중량부 중에서 유효한 범위는 50 ~ 70 중량부이고, 이중에서도 가장 최적의 값은 70 중량부가 되므로 상기한 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
이는 활물질간 전기 전도도가 향상되어 전기저항이 낮아지고, 반응 표면적이 증가되었기 때문에 충전효율이 상승되면서 활물질에 누적되는 설페이션 함량이 감소되어 나타난 결과로 보여진다.
즉, 종래품 대비 수명에서 28.5% 향상 효과를 보임으로써, 전도성 그라파이트 실리콘을 분무하여 코팅층을 형성함으로써, 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
본 발명을 통해, 전도성 그라파이트 실리콘을 극판에 활물질 도포 후, 극판 표면에 분무하여 극판을 제조함으로써, 납축전지 극판의 전기 전도도 향상 및 활물질의 접착력을 향상시켜, 고온에서 납축전지의 내구성 향상을 제공하게 된다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
S100 : 제1단계
S200 : 제2단계
S300 : 제3단계
S400 : 제4단계
S500 : 제5단계

Claims (6)

  1. 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 있어서,
    배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 음극첨가제를 포함하는 음극 활물질을 준비하는 제1단계(S100);와
    전도성 그라파이트 실리콘을 분무장치에 공급하는 제2단계(S200);와
    상기 배합된 혼합물인 음극 활물질을 납으로 제작된 그리드에 도포하는 제3단계(S300);와
    상기 분무장치를 이용하여 전도성 그라파이트 실리콘을 상기 음극 활물질이 도포된 그리드 상면에 분무하여 균일하게 도포시키는 제4단계(S400);와
    건조장치에 상기 전도성 그라파이트 실리콘이 도포된 그리드를 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 제조하는 제5단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1단계(S100)는,
    연분 82 중량부, 1.40 비중의 황산 5 중량부, 물 11 중량부, 음극첨가제 1 중량부를 배합하여 혼합물을 준비하는 것을 특징으로 하는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 그라파이트 실리콘은,
    연분 대비 50 ~ 70 중량부인 것을 특징으로 하는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제5단계(S500)는,
    건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 하는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법에 의해,
    제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 81Ah의 용량일 경우,
    수명은 전도성 그라파이트 실리콘을 도포하지 않은 수명인 238 사이클에서 전도성 그라파이트 실리콘을 도포할 경우에 수명이 306 사이클로 28.5%의 수명 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 납축전지의 극판 제조방법.
  6. 제 1항의 제조 방법에 의해,
    전도성 그라파이트 실리콘을 적용하여 활물질 접착력을 향상시킨 극판을 포함하고 있는 납축전지.

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