KR20230039345A

KR20230039345A - 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법

Info

Publication number: KR20230039345A
Application number: KR1020210122540A
Authority: KR
Inventors: 최석모; 윤강현; 이환재
Original assignee: 한국앤컴퍼니 주식회사
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-21

Abstract

본 발명은 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 납축전지 극판 표면을 질소 플라즈마 분위기에서 동시에 열처리하여 보다 효과적으로 극판 표면에 친수성 극성기를 갖게 함으로써, 전해액의 흡수성을 극대화하고 이에 따라 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법에 관한 것이다.

Description

질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법{Surface modification method of lead-acid battery electrode plate using nitrogen plasma and heat treatment}

기본적으로 전지 격리판은 전자적으로는 부도체이며 이온적으로는 도체이다.

즉, 격리판은 반대 극성의 전극들 간의 직접적인 전자적 접촉을 방지하는 반면에 상기 전극들 간의 이온 전류를 가능하게 한다. 이러한 두 가지 기능을 만족하기 위해서는, 격리판은 일반적으로 덴드라이트(dendrites) 또는 판(plate) 입자(particles)에 의한 전자적 단락을 방지하기 위하여 가능한 한 작은 공극(pores)을 가지며, 내부의 전지 저항을 최소화하기 위해 가능한 한 높은 공극률(porosity)을 가지는 다공성 (porous) 부도체이다.

납축전지에서 격리판은 또한 적절한 전극 간격을 결정하며, 그것에 의해 셀 반응에 참가하는 전해질의 양을 규정한다.

격리판은 전지의 사용기한 내내 안정하여야 한다.(대한민국공개특허공보 특2001-0042790참조)

잘 알려진 바와 같이 자동차 등에 사용되는 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 이는 전해액으로서 묽은 황산(H2SO4)을 사용하고 전극의 활물질로서 양(+)극에 이산화연(PbO2)을 도포하고, 음(-)극에 해면상(海綿狀)납(Pb)을 도포하여 외부 회로에 연결하면 전기가 흐르면서 방전(초기의 양극과 음극의 활물질 조성이 황산납(PbSO4)으로 변하는 과정)과 외부에서 전류를 흘려주면 충전(황산납이 방전전의 초기 양극 활물질과 음극 활물질로 변하는 과정)이 되는 원리를 이용한 것이다.

이러한 납축전지의 구조를 도 1에 간략히 제시한다.

활물질이 도포된 양극판(1)과 음극판(2)은 제조 방법에 따라 여러 가지 형식의 것이 있는데, 그중에 한 예로 도 2 는 본 발명이 대상으로 하는 페이스트(Paste)식 전극의 구조를 나타낸 것이다.

이는 격자 모양의 기판(5)과 그 위에 도포된 페이스트상의 활물질로 이루어진다.

보통 기판(5)은 기계적 강도 및 내부식성 강화를 위해 안티몬(Sb)과 칼슘(Ca)을 주성분으로한 합금으로 이루어져 있으며, 제조 방법은 주형에 부어 중력식으로 주조하거나 연속 압연 공법으로 주조를 한다.(대한민국공개특허번호 특2000-0031876 참조)

활물질은 납축전지 성능에 중요한 작용을 하는 부분으로서 미세한 분말 상태의 산화납(Pb0)을 묽은 황산 수용액과 페이스트상의 것을 도포기에서 그 기판상에 연속적으로 도포하여 숙성과 건조 그리고 전기적으로 산화, 환원시키는 화성 공정을 거쳐 제조된다.

양극 활물질인 이산화납(PbO2)은 산화된 납의 미립자가 무수히 많이 결합되어 있으며, 다공성이 풍부하여 입자 간을 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 되어 있다.

또한 음극판의 활물질인 해면상납(海綿狀鉛) 역시 다공성과 반응성이 풍부하여 전해액이 자유로이 침투하도록 된 것이다.

상기와 같이 제조된 양극판과 음극판은 두 극판의 직접적인 접촉(Short)을 방지하기 위해 다공성의 부도체인 격리판(3)으로 분리되어 제품 전조(제품을 구성하는 용기)에 넣어 조립이 되어진다.

이렇게 만들어진 납축전지는 내부 전해질에 의해 전기적 성능을 발휘하며, 자동차 내에서 충전과 방전이 이루어진다.

자동차에 장착된 납축전지는 자동차의 운행 조건(일평균 주행거리, 운전자 운행 습관, 도로 상태) 및 자동차 전장부(電裝部)의 전기적인 부하 상태에 따라 납축전지의 수명에 영향을 미친다.

그러나, 가혹한 상태에서의 운행 조건 및 과도한 전장부 부하는 다공성이 풍부한 양극판 활물질(PbO2)의 결합력을 떨어뜨리며, 이러한 활물질 탈락은 양극판과 음극판의 반응성을 떨어뜨려 전기적인 성능 저하를 초래하여 궁극적으로 납축전지의 수명을 저하시키는 요인이 된다.

상기와 같이 극판의 활물질 탈락 감소를 위해 전극을 주조 또는 익스펜딩된 기판에 전기화학적 활성을 갖는 활물질 도포되고 그 활물질 표면에 열가소성수지가 원료인 부직포를 일정 깊이로 박히도록 압착한 상태에서 극판을 제조하는 방식과 표면에 활물질층을 부착시킨 다수개의 극판으로 구성된 납축전지에 있어서 활물질층의 외면에 얇은 섬유망체를 씌우고 폴리에틸렌계의 고분자 물질로 형성되고 내면에 돌조가 형성된 공지의 격리판을 섬유망체의 외면에 설치하여 활물질 탈락을 감소시키고 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있으며 격리판의 두께를 감소시킬수 있어 납축전지의 크기를 감소시키게 하는 방법이 사용되어지고 있다.

상기 부직포 및 섬유망체의 사용은 전지에서 각각의 특성에 맞게 활용도가 넓게 퍼져있으며, 니켈-아연 2차 전지에 있어 미공성필름과 부직포로 이루어진 세퍼레이터(격리판)의 전지 수명과 방전 성능의 균형에서 최적의 전해액량 규제하기 위해 아연 음극의 이용률을 증대시켜 전지의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 것으로 폴리프로필렌부직포로 감싼 Ni양극과 면부직포 및 폴리프로필렌부직포로 감싼 Zn음극을 폴리프로필렌 미공성 필름으로 감싸서 세퍼레이터에 함습되는 전해액의 량과 상기 전지내의 전해액 총량 비율을 조정하는 전지, 알칼리 아연 축전지에 있어 Ni 양극과 Zn음극 사이를 분리하는 폴리프로필렌 부직포가 형성되고, 상기 Ni 양극, Zn 음극 및 폴리프로필렌 부직포의 외부에 복수겹의 미공성막을 가지는 다층분리막이 배치된 알칼리아연 축전지에 있어서, 상기 다층 분리막 의 Zn 음극과 폴리프로필렌 부직포 사이에 면부직포가 형성된 것으로 특징으로 하는 알칼리아연 축전지 및 리튬이온 전지에서의 격리판 제조에 있어30-80% 범위의 다공성, 002-20마이크론 범위의 평균 공극크기를 가지는 미공성 폴리올레핀 막을 포함하고 폴리올레핀 공중합체와 폴리올레핀 중합체의 올리고머의 블렌드로부터 제조되는 격리판 등 전지에서의 폴리머로 구성된 폴리올레핀계 부직포 및 막이 많이 활용되어 지고 있다.

한편, 기존 납축전지 활물질 제조에 있어서 기타 첨가제들과 혼합한 후, 납 그리드에 도포하여 극판을 제조한다.

이렇게 제조된 극판의 밀도가 높은 구조적 영향으로 황산 이동에 필요한 기공이 좁고 전해액의 침투력이 저하되는 문제가 있었다.

따라서, 전해액의 침투력이 저하되는 문제점을 개선하여 전해액의 흡수성을 극대화시킴으로써, 이에 따른 납축전지의 내구성 및 수명을 더욱 연장시킬 수 있는 기술이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허공보 특2001-0042790호 대한민국공개특허번호 특2000-0031876호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 납축전지 극판 표면을 질소 플라즈마 분위기에서 동시에 열처리하여 보다 효과적으로 극판 표면에 친수성 극성기를 갖게 함으로써, 전해액의 흡수성을 극대화하고 이에 따라 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법을 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법은,

제조된 납축전지의 극판을 RF 플라즈마 진공 챔버(100)에 투입하고, MFC(Mass Flow Controller, 200)를 통해 질소를 진공 챔버 내부로 유입시키며, 질소 유량과 압력을 설정된 질소 유량과 압력 범위 내로 유지시키기 위한 질소플라즈마작동단계(S100);와

RF 파워 조절기(300)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버에 제공되는 RF 파워를 설정된 RF 파워로 유지시키기 위한 RF파워조절단계(S200);와

열처리기(400)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버 내 온도를 조절하여 설정된 온도를 유지하도록 하여 질소 플라즈마 처리 중에 열처리를 수행하기 위한 열처리단계(S300);와

메인컨트롤부(500)를 통해 설정된 시간을 카운팅한 후, 카운팅이 종료될 경우에 상기 MFC와 RF 파워 조절기에 동작 정지 신호를 제공하여 질소 플라즈마 노출을 멈추게 하고, 열처리기에 동작 정지 신호를 제공하여 설정된 시간 동안에 반응 속도를 촉진시키기 위한 열처리정지단계(S400);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명인 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법을 통해, 납축전지 극판 표면을 질소 플라즈마 분위기에서 동시에 열처리하여 보다 효과적으로 극판 표면에 친수성 극성기를 갖게 함으로써, 전해액의 흡수성을 극대화하고 이에 따라 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 일반적인 납축전지의 내부 구조를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 2는 일반적인 납축전지를 구성하는 전극의 일부분을 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법을 수행하는 시스템 개략 설명도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법은,

메인컨트롤부(500)를 통해 설정된 시간을 카운팅한 후, 카운팅이 종료될 경우에 상기 MFC와 RF 파워 조절기에 동작 정지 신호를 제공하여 질소 플라즈마 노출을 멈추게 하고, 열처리기에 동작 정지 신호를 제공하여 설정된 시간 동안에 반응 속도를 촉진시키기 위한 열처리정지단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 질소 플라즈마 공정 중에 진행되는 열처리는 설정 시간 동안에 반응속도를 더욱 촉진시켜 극판 표면에 질소기를 생성 및 흡착시켜 친수성으로 변경하여 전해액의 침입성을 향상시켜 납축전지의 기초 성능 및 충전 수입성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 질소 플라즈마 노출 시간은 30 초 내지 2분이며, 상기 열처리 노출 시간은 1분 내지 3분 인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법에 의해,

개질된 극판을 구성하고 있는 납축전지의 보유용량(RC)은 120분에서 128분으로 향상되고,

20 시간율 용량(AH)은 80Ah 에서 83Ah로 향상되고,

저온시동전류(CCA)는 630A에서 635A로 향상되고,

수명은 1,900 싸이클에서 2,420 싸이클로 향상되고,

충전수입성은 16.43 에서 23.82로 향상되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된,

개질된 극판을 구성하고 있는 납축전지를 제공할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 의한 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법의 공정도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법을 수행하는 시스템 개략 설명도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법은,

본 발명은 납축전지 극판 표면을 질소 플라즈마 분위기에서 동시에 열처리하여 보다 효과적으로 극판 표면에 친수성 극성기를 갖게 함으로써, 전해액의 흡수성을 극대화하고 이에 따라 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

구체적으로 다시 설명하면, 현재 다양한 차량 내부의 전자제품 등을 동시에 사용하기 위하여 종래 극판 대비 전해액의 투과성을 높여 전해액이 충전 및 방전 상태에서 원활하게 순환될 수 있도록 하여 부분적으로 전해액을 이용함에 따른 납축전지의 성능이 악화되는 문제점을 개선함으로써, 납축전지의 보유용량(RC)은 120분에서 128분으로 향상되고, 충전수입성은 16.43 에서 23.82로 향상시킬 수 있다는 점을 발견하고, 확인시험을 거쳐 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

다음은 제조단계에 대하여 구체적으로 설명하도록 하겠다.

상기 질소플라즈마작동단계(S100)는 제조된 납축전지의 극판을 RF 플라즈마 진공 챔버(100)에 투입하고, MFC(Mass Flow Controller, 200)를 통해 질소를 진공 챔버 내부로 유입시키며, 질소 유량과 압력을 설정된 질소 유량과 압력 범위 내로 유지시키기 위한 단계이다.

도 4에 도시한 바와 같이, RF 플라즈마 진공 챔버(100) 내에 납축전지의 극판을 투입한 후, MFC(Mass Flow Controller, 200)를 통해 질소를 진공 챔버 내부로 유입시키며, 질소 유량과 압력을 설정된 질소 유량과 압력 범위 내로 유지시키게 된다.

예를 들어, MFC를 통해 질소가 흐르는 RF 플라즈마 챔버의 압력은 대략 0.100 내지 0.200 Torr로 유지하며, 질소의 유량을 100 내지 300 sccm으로 유지하도록 제어하게 되는 것이다.

상기 RF파워조절단계(S200)는 RF 파워 조절기(300)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버에 제공되는 RF 파워를 설정된 RF 파워로 유지시키기 위한 단계이다.

예를 들어, RF 플라즈마 챔버에 가해지는 RF 파워는 약 10 내지 80W로서, 상기 설정된 RF 파워로 유지시켜야 한다.

상기 열처리단계(S300)는 열처리기(400)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버 내 온도를 조절하여 설정된 온도를 유지하도록 하여 질소 플라즈마 처리 중에 열처리를 수행하기 위한 단계이다.

예를 들어, 플라즈마 처리 중에 열처리를 위해 챔버의 온도를 약 100℃ 내지 300℃로 유지하여야 한다.

300℃로 처리하게 되는데, 이를 초과할 경우에 열처리 과정에서 극판의 손상이 발생하기 때문에 바람직하게는 상기한 온도 범위 내에서 열처리하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열처리기(400)는 일반적인 히팅 장치를 의미하게 되며, 메인컨트롤부의 제어에 따라 온도를 조절할 수 있는 장치를 의미하게 된다.

바람직한 구성으로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 열처리기는,

상기 RF 플라즈마 진공 챔버(100)의 중심축을 기준으로 원통 모양으로 권취되어 나선형을 형성하는 열에너지생성코일부(410);

상기 열에너지생성코일부(410)로 주파수를 발진하는 주파수발진부(420);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

즉, 주파수발진부를 통해 발진되는 주파수에 의해 열에너지생성코일부에 전류가 유도되고, 이에 따른 자기 저항의 상호 작용으로 열에너지생성코일부가 가열됨으로써, RF 플라즈마 진공 챔버(100)가 가열되게 되는 것이다.

상기 열처리정지단계(S400)는 메인컨트롤부(500)를 통해 설정된 시간을 카운팅한 후, 카운팅이 종료될 경우에 상기 MFC와 RF 파워 조절기에 동작 정지 신호를 제공하여 질소 플라즈마 노출을 멈추게 하고, 열처리기에 동작 정지 신호를 제공하여 설정된 시간 동안에 반응 속도를 촉진시키기 위한 단계이다.

바람직하게, 상기 질소 플라즈마 노출 시간은 30 초 내지 2분이며, 상기 열처리 노출 시간은 1분 내지 3분 인 것을 특징으로 한다.

질소 플라즈마 노출 시간이 30초 미만일 경우에는 질소 플라즈마 효과를 기대할 수 없으며, 2분 초과일 경우에는 극판에 크랙이 발생될 수 있음을 실험을 통해 확인하였으므로 상기한 범위 내의 노출 시간을 유지해야 한다.

그리고, 열처리 노출 시간이 1분 미만일 경우에는 열처리 효과가 미비하여 종래품과의 성능이 유사하기에 성능 향상 효과를 기대할 수 없었으며, 3분이 초과할 경우에는 지나친 열처리에 따른 극판 컨디션 저하를 야기시키게 된다.

따라서, 상기한 범위 내의 열처리 노출 시간을 유지해야 한다.

이때, 메인컨트롤부는 질소 플라즈마 노출 시간을 참조하여 시간을 카운팅 한 후, 카운팅이 종료되면 상기 MFC와 RF 파워 조절기에 동작 정지 신호를 제공하여 질소 플라즈마 노출을 멈추게 한다.

그리고, 메인컨트롤부는 열처리기의 노출 시간을 참조하여 시간을 카운팅한 후, 카운팅이 종료되면 열처리기에 동작 정지 신호를 제공하여 설정된 시간 동안에 반응 속도를 촉진시키게 되는 것이다.

상기한 같이, 시간을 각기 달리 설정하는 이유는 질소 플라즈마 노출 시간이 종료된 후, 열처리 노출 시간을 더 연장시켜 반응 속도를 더욱 촉진시키게 되는 것이다.

상기와 같이, 질소 플라즈마 공정 중에 진행되는 열처리는 설정 시간 동안에 반응속도를 더욱 촉진시켜 극판 표면에 질소기를 생성 및 흡착시켜 친수성으로 변경하여 전해액의 침입성을 향상시켜 납축전지의 기초 성능 및 충전 수입성을 향상시키는 것이다.

위에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 효과를 파악하기 위해 일반적인 극판을 사용한 납축전지와 본 발명의 질소 플라즈마와 열처리한 극판을 사용한 납축전지에 대한 기초성능 및 수명시험을 하되, 후속 공정인 조립, 화성 등의 공정을 통해 최종적인 80Ah의 용량을 갖는 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J240 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다.

후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 일반적인 극판을 사용한 납축전지를 말하며, 개선품은 질소 플라즈마와 열처리한 극판을 사용한 납축전지를 말한다.

이에 대한 실험 자료는 후술하도록 하겠다.

고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법을 사용하였다.

(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)

본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후, 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 납축전지의 상태를 판정한다.

30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 납축전지를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 납축전지를 수명 종지로 판정하여, 시험을 중단한다.

<시험예>

후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 일반적인 격리판을 사용하는 납축전지를 말하며, 개선품은 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판을 사용한 납축전지를 말한다.

구분	종래품	개선품
RC	120min	128min
CCA	630A	635A
C20	80Ah	83Ah
내구성(SAE J240)	1,900 Cycle	2,420 Cycle

상기 표 1은 종래의 납축전지와 본 발명의 제조 방법을 이용하여 제조한 납축전지의 성능 시험결과로서, 내구성이 종래품의 경우, 1,900 cycle을 나타냈으며, 개선품의 경우, 2,420 Cycle을 나타내고 있다.

따라서, 종래의 종래품보다 내구성이 약 27% 향상되었음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.

1) 보유용량 (RC : Reserve Capacity)

보유용량 RC는 만충전 완료 후 1시간 이상 방치한 다음 25℃에서 25A의 방전전류로 방전종지전압 10.5V 도달 시까지의 방전가능지속시간을 측정하는 것으로서, 예를 들면, 이는 차량에 있어서, 시동이 정지된 상태 등에서 부하를 작동시키는데 어느 시간까지 최소한의 기능을 발휘할 수 있는가에 대한 척도가 된다.

시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 친수성 극성기를 가지는 극판을 포함하여 제조하였을 경우, 보유용량(RC)은 123분 ~ 128분으로, 정확하게는 128분으로 기존 종래품에 대비하여 약 8%의 성능 향상 효과를 보임으로써, 친수성 극성기를 가지는 극판이 포함된 납축전지가 보유용량에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.

2) 저온시동전류(CCA : Cold Cranking Ampere)

일반적으로 축전지의 급속방전 특성은 -10℃ 이하에서 급속히 저하되는데, 저온시동전류(CCA)는 저온에서의 자동차 시동능력을 평가하기 위한 고율방전시험으로서, 만충전 완료 후 -18℃에서 630A로 30초 방전시의 전압을 측정한다.

이 시험에 있어서는 30초 때의 전압이 7.2V이상 요구되며, 높을수록 성능이 우수한 것으로 평가된다.

본 발명에서는 (30초 전압÷6-0.2)×630의 보정식을 사용하여 CCA를 계산하였다.

시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 30초 전압은 7.15V ~ 7.22V, 환산 CCA는 632A ~ 635A로, 정확하게는 635A로서 종래품에 대비하여 성능향상 효과를 보임으로써, 친수성 극성기를 가지는 극판이 저온시동전류에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.

3) 20 시간율 용량(AH)

이는 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로, 납축전지 용량에 대해 비교적 적은 전류인 3.75A로 연속 방전시켜, 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하는 것이다.

시험 결과, 82AH ~ 83AH로, 정확하게는 83AH로 기존제품에 대비하여 성능향상 효과를 보임으로써, 친수성 극성기를 가지는 극판이 20 시간율 용량(AH)에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.

4) 수명 검증 시험(SAE J240, Cycle)

미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 75℃ 환경에서 수명을 검증한 그래프(SAE J240)로서, 상기 시험 규격은 납축전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다.

(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)

본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 납축전지의 상태를 판정한다.

30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 납축전지를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 납축전지를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다.

시험 결과, 종래품에 대비하여 수명에서 약 27% 향상 효과를 보임으로써, 친수성 극성기를 가지는 극판이 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.

5) 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, 전기 전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 약 44% 증대되었음을 알 수 있었다.

구분	시간	종래품	개선품
충전수입성	1분	27.25	28.17
	2분	24.21	27.88
	3분	22.14	27.26
	4분	21.25	26.82
	5분	20.11	26.23
	6분	19.35	25.74
	7분	18.74	25.26
	8분	17.68	24.79
	9분	17.04	24.27
	10분	16.43	23.82

상기와 같은 제조 방법을 통해, 납축전지 극판 표면을 질소 플라즈마 분위기에서 동시에 열처리하여 보다 효과적으로 극판 표면에 친수성 극성기를 갖게 함으로써, 전해액의 흡수성을 극대화하고 이에 따라 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 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 : 질소플라즈마작동단계
S200 : RF파워조절단계
S300 : 열처리단계
S400 : 열처리정지단계

Claims

질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법에 있어서,
제조된 납축전지의 극판을 RF 플라즈마 진공 챔버(100)에 투입하고, MFC(Mass Flow Controller, 200)를 통해 질소를 진공 챔버 내부로 유입시키며, 질소 유량과 압력을 설정된 질소 유량과 압력 범위 내로 유지시키기 위한 질소플라즈마작동단계(S100);와
RF 파워 조절기(300)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버에 제공되는 RF 파워를 설정된 RF 파워로 유지시키기 위한 RF파워조절단계(S200);와
열처리기(400)를 통해 RF 플라즈마 진공 챔버 내 온도를 조절하여 설정된 온도를 유지하도록 하여 질소 플라즈마 처리 중에 열처리를 수행하기 위한 열처리단계(S300);와
메인컨트롤부(500)를 통해 설정된 시간을 카운팅한 후, 카운팅이 종료될 경우에 상기 MFC와 RF 파워 조절기에 동작 정지 신호를 제공하여 질소 플라즈마 노출을 멈추게 하고, 열처리기에 동작 정지 신호를 제공하여 설정된 시간 동안에 반응 속도를 촉진시키기 위한 열처리정지단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법.
제 1항에 있어서,
상기 질소 플라즈마 공정 중에 진행되는 열처리는 설정 시간 동안에 반응속도를 더욱 촉진시켜 극판 표면에 질소기를 생성 및 흡착시켜 친수성으로 변경하여 전해액의 침입성을 향상시켜 납축전지의 기초 성능 및 충전 수입성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법.
제 1항에 있어서,
상기 질소 플라즈마 노출 시간은 30 초 내지 2분인 것을 특징으로 하는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법.
제 1항에 있어서,
상기 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법에 의해,
개질된 극판을 구성하고 있는 납축전지의 보유용량(RC)은 120분에서 128분으로 향상되는 것을 특징으로 하는 질소 플라즈마와 열처리를 이용한 납축전지 극판의 표면 개질 방법.
제 1항의 제조 방법에 의해 제조된,
개질된 극판을 구성하고 있는 납축전지.