KR20230046112A - TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하기 위한 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것이다.
본 발명과 같이, TiO2를 코팅하면 극판 표면이 친수성으로 변경되고 전해액의 투과성이 향상된다.
본 발명과 같이, TiO2를 코팅하면 극판 표면이 친수성으로 변경되고 전해액의 투과성이 향상된다.
Description
본 발명은 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하기 위한 TiO2 코팅을 적용한 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.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하기 위한 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명인 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 첨가제를 포함하는 활물질을 준비하는 활물질준비단계(S100);와
극판에 상기 활물질을 도포하기 위한 활물질도포단계(S200);와
TiO2 분말과 무기계의 바인더를 준비하여 분무장치에 공급하는 TiO2혼합물공급단계(S300);와
부직포 대신에 상기 분무장치를 이용하여 활물질이 도포된 극판에 균일하게 분사하여 코팅시킴으로써, 극판 표면을 친수성으로 변경시켜 전해액의 투과성을 향상시키기 위한 TiO2혼합물코팅단계(S400);와
건조장치에 상기 TiO2 혼합물이 코팅된 극판을 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 최종적으로 제조하는 TiO2혼합물경화단계(S500);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명에 따른 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법은,
극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하는 효과를 제공하게 된다.
또한, TiO2를 코팅하면 극판 표면이 친수성으로 변경되고 전해액의 투과성이 향상된다.
또한, 극판 전체 면에 전해액이 고르게 흡수될 수 있도록 하여 극판 표면의 저항층 형성을 억제하고, 전해액이 잘 접촉될 수 있는 장점을 제공하여 전기전도도 증가, 이온 전도성 증가에 따른 충전 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 코팅을 적용한 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 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 첨가제를 포함하는 활물질을 준비하는 활물질준비단계(S100);와
극판에 상기 활물질을 도포하기 위한 활물질도포단계(S200);와
TiO2 분말과 무기계의 바인더를 준비하여 분무장치에 공급하는 TiO2혼합물공급단계(S300);와
부직포 대신에 상기 분무장치를 이용하여 활물질이 도포된 극판에 균일하게 분사하여 코팅시킴으로써, 극판 표면을 친수성으로 변경시켜 전해액의 투과성을 향상시키기 위한 TiO2혼합물코팅단계(S400);와
건조장치에 상기 TiO2 혼합물이 코팅된 극판을 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 최종적으로 제조하는 TiO2혼합물경화단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 활물질준비단계(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 TiO2혼합물코팅단계(S400)에서,
분무장치는 초음파 스프레이 방식의 분무장치를 채택하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 TiO2혼합물경화단계(S500)는,
건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 제조 방법에 의해,
TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판을 포함하고 있는 납축전지를 제공함으로써, 극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하는 효과를 제공하게 된다.
이하, 본 발명에 의한 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법의 공정도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법은,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 첨가제를 포함하는 활물질을 준비하는 활물질준비단계(S100);와
극판에 상기 활물질을 도포하기 위한 활물질도포단계(S200);와
TiO2 분말과 무기계의 바인더를 준비하여 분무장치에 공급하는 TiO2혼합물공급단계(S300);와
부직포 대신에 상기 분무장치를 이용하여 활물질이 도포된 극판에 균일하게 분사하여 코팅시킴으로써, 극판 표면을 친수성으로 변경시켜 전해액의 투과성을 향상시키기 위한 TiO2혼합물코팅단계(S400);와
건조장치에 상기 TiO2 혼합물이 코팅된 극판을 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 최종적으로 제조하는 TiO2혼합물경화단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 활물질준비단계(S100)는 배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 첨가제를 포함하는 활물질을 준비하는 과정이다.
구체적으로, 연분 80 중량부, 1.40 비중의 황산 5 중량부, 물 11 중량부, 음극첨가제 혹은 양극첨가제 1 중량부를 배합하여 혼합물을 준비하는 것이다.
그리고, 50 ~ 75도의 온도에서 교반하여 60 ~ 80g/In3 밀도의 혼합물을 얻게 된다.
이후, 활물질도포단계(S200)는 극판에 상기 활물질을 도포하는 과정이다.
이후, TiO2혼합물공급단계(S300)는 TiO2 분말과 무기계의 바인더를 준비하여 분무장치에 공급하는 과정이다.
즉, 분무장치에 TiO2 분말과 무기계의 바인더를 공급하게 되는데, 바람직하게는, 연분 대비 50 ~ 70 중량부를 준비하여 공급하게 된다.
TiO2 분말과 무기계의 바인더는 연분 중량을 기준으로 50 ~ 70 중량부를 추가하는데, 1 : 1의 비율로 준비하게 된다.
상기 혼합물의 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 혼합물을 투입하는 것이 바람직할 것이다.
이후, TiO2혼합물코팅단계(S400)는 부직포 대신에 상기 분무장치를 이용하여 활물질이 도포된 극판에 균일하게 분사하여 코팅시킴으로써, 극판 표면을 친수성으로 변경시켜 전해액의 투과성을 향상시키는 효과를 제공하게 된다.
이때, 분무장치는 초음파 스프레이 방식의 분무장치를 채택하는 것을 특징으로 한다.
코팅 방법은 초음파 스프레이 방식이 적용될 수 있는데, 구체적으로, 분무 노즐을 사용하여 혼합된 TiO2를 즉시 분출시켜 원뿔형 분사 패턴을 생성시킨다.
이 과정에서 x - y 포지셔닝 스테이지를 일정한 속도로 움직여 극판에 균질한 코팅을 할 수 있다.
코팅 두께는 극판을 통과하는 전해액의 흐름을 막지 않을 정도의 두께여야 하므로 0.1mm ~ 0.5mm 정도가 적당하며 코팅 시간, 코팅 속도 등을 조절하여 제어 될 수 있다.
이후, TiO2혼합물경화단계(S500)는 건조장치에 상기 TiO2 혼합물이 코팅된 극판을 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 최종적으로 제조하는 과정이다.
구체적으로는, 건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
상기 온도 범위 미만일 경우에 TiO2코팅층이 제대로 경화되지 않아 전도성에 문제가 발생할 수 있으며, 상기 온도 범위를 초과할 경우에 TiO2코팅층에 크랙이 발생할 수도 있기 때문에 상기한 범위 내에서 경화하는 것이 바람직하다.
일반적으로 납축전지 극판 제조 과정에서 활물질을 기판에 균일하게 도포하기 위해 극판 상부와 하부에 종이 티슈나 PET 부직포가 널리 사용되고 있다.
이 중 PET 부직포는 기계적 강도가 높아 작업속도를 향상시킬 수 있는 강점이 있지만 소수성을 띄고 있어 주액 과정에서 극판의 전해액 확산속도가 저하되고, 저항의 역할을 하기 때문에 전기전도도를 낮춰 충전수입성 및 고율방전 성능을 저하시키는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명에서는 PET 부직포 대신에 TiO2 용액을 초음파 스프레이 방식을 이용하여 균일하게 분사하여 코팅한 후 건조시키면 극판 표면이 친수성으로 변경되고 전해액의 투과성이 향상된다.
또한, 극판 전체 면에 전해액이 고르게 흡수될 수 있게 돕는다.
이는 극판 표면의 저항층 형성을 억제하고 전해액이 잘 접촉될 수 있다는 장점 덕분에 전기전도도가 증가하며, 이온의 전도성이 증가해 빠른 충전 성능이 기대된다.
또한, 코팅층은 거대 기공을 갖는 다공성 구조로 전해액의 흐름에 방해가 되지 않으며, 고온에서도 열변형 없이 다공성 구조를 유지할 수 있게 된다.
부직포는 차량에 장착 후 외부 진동이나 충격으로 인하여 탈락의 위험이 있어 활물질을 지지해주는 역할이 어려울 수 있으나, TiO2 코팅층은 용액 제작 시 무기계의 바인더를 함께 혼합하여 도포되며 이는 외부 진동에나 충격에도 잘 견뎌 극판 표면에서 탈락되지 않으며 활물질 탈락을 방지하여 배터리의 수명 향상에 도움을 줄 수 있는 것이다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 상기한 제조 공정을 토대로 제조된 극판을 가지고 기초성능 및 수명시험을 하였다.
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 납축전지(BX80)에 사용하는 활물질을 도포한 극판을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 부직포가 구성되지 않고, TiO2 코팅층을 포함한 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, CNT 코팅층을 포함한 극판의 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 | 26.78 | |
| 3분 | 22.14 | 25.83 | |
| 4분 | 21.25 | 24.72 | |
| 5분 | 20.11 | 23.73 | |
| 6분 | 19.35 | 22.81 | |
| 7분 | 18.74 | 20.16 | |
| 8분 | 17.68 | 19.87 | |
| 9분 | 17.04 | 18.97 | |
| 10분 | 16.43 | 18.32 |
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 이온 전동성이 우수한 TiO2 코팅액을 사용하게 된 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 | 혼합물 0 중량부 | 혼합물 30 중량부 | 혼합물 50 중량부 | 혼합물 70 중량부 | 혼합물 90 중량부 |
| 34 | 11.82 | 11.83 | 11.84 | 11.87 | 11.89 |
| 68 | 11.76 | 11.77 | 11.80 | 11.85 | 11.87 |
| 102 | 11.72 | 11.73 | 11.78 | 11.83 | 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 | 11.70 | 11.74 | 11.76 |
| 238 | 11.43 | 11.45 | 11.69 | 11.71 | 11.70 |
| 272 | 7.2 이하 | 7.2 이하 | 11.58 | 11.68 | 11.63 |
| 306 | 7.2 이하 | 11.65 | 11.55 | ||
| 340 | 7.2 이하 | 7.2 이하 |
상기 표 2와 같이, 시험결과, TiO2 용액으로 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 TiO2 용액을 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, TiO2 용액을 분무하여 코팅층을 형성함으로써, 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
본 발명을 통해, 극판에 부착되는 부직포를 사용하지 않고, 내산성이 뛰어나며 초친수성 고분자인 다공성 TiO2를 극판 표면에 코팅하여 전해액 투과성을 향상시키고 활물질의 탈락을 방지하는 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 : 활물질준비단계
S200 : 활물질도포단계
S300 : TiO2혼합물공급단계
S400 : TiO2혼합물코팅단계
S500 : TiO2혼합물경화단계
S200 : 활물질도포단계
S300 : TiO2혼합물공급단계
S400 : TiO2혼합물코팅단계
S500 : TiO2혼합물경화단계
Claims (5)
- TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법에 있어서,
배합장치를 이용하여 연분, 황산, 물, 첨가제를 포함하는 활물질을 준비하는 활물질준비단계(S100);와
극판에 상기 활물질을 도포하기 위한 활물질도포단계(S200);와
TiO2 분말과 무기계의 바인더를 준비하여 분무장치에 공급하는 TiO2혼합물공급단계(S300);와
부직포 대신에 상기 분무장치를 이용하여 활물질이 도포된 극판에 균일하게 분사하여 코팅시킴으로써, 극판 표면을 친수성으로 변경시켜 전해액의 투과성을 향상시키기 위한 TiO2혼합물코팅단계(S400);와
건조장치에 상기 TiO2 혼합물이 코팅된 극판을 투입한 후, 경화시켜 납축전지 극판을 최종적으로 제조하는 TiO2혼합물경화단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 활물질준비단계(S100)는,
연분 82 중량부, 1.40 비중의 황산 5 중량부, 물 11 중량부, 음극첨가제 1 중량부를 배합하여 혼합물을 준비하는 것을 특징으로 하는 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 TiO2혼합물코팅단계(S400)에서,
분무장치는 초음파 스프레이 방식의 분무장치를 채택하는 것을 특징으로 하는 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 TiO2혼합물경화단계(S500)는,
건조장치의 온도를 300 ~ 400℃ 온도로 설정하고, 1시간 ~ 7시간을 경화시키는 것을 특징으로 하는 TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법.
- 제 1항의 제조 방법에 의해,
TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판을 포함하고 있는 납축전지.
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|---|---|---|---|
| KR1020210129208A KR20230046112A (ko) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210129208A KR20230046112A (ko) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법 |
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| KR1020210129208A KR20230046112A (ko) | 2021-09-29 | 2021-09-29 | TiO2 코팅을 적용한 납축전지의 극판 제조방법 |
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Citations (3)
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| KR20040082876A (ko) | 2003-03-20 | 2004-09-30 | 주식회사 엘지화학 | 다공성 실리콘 및 나노크기 실리콘 입자의 제조 방법과리튬 이차 전지용 음극 재료로의 응용 |
| KR100483246B1 (ko) | 2000-11-09 | 2005-04-15 | 가부시키가이샤 유아사코오포레이션 | 음극활물질 및 그 제조방법 그리고 납축전지 |
| JP2010225564A (ja) | 2008-04-04 | 2010-10-07 | Ntt Data Intellilink Corp | 二次電池用負極組成物、それらを生成するための中間組成物及びそれらを使用した二次電池 |
-
2021
- 2021-09-29 KR KR1020210129208A patent/KR20230046112A/ko not_active Application Discontinuation
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