KR101953114B1 - Ultra Battery Electrode for ISG System And Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ISG 시스템용 울트라 전지의 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질이 코팅된 극판은 납축전지의 비가역적 반응을 저하시켜 전지수명을 향상시키는 효과가 있으며 전도도를 향상시켜 고용량특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질이 코팅된 극판을 음극판으로 사용하여 울트라 전지를 제조하면 높은 전도도를 유지하면서도 극판(Pb)과 전해액(황산)의 비가역적 반응으로 생성되는 황산납(lead sulfate)의 양이 감소하므로 고용량의 특성을 가지며 장기 충방전 사이클 특성이 우수하여 수명이 향상된 울트라전지를 제조할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to an electrode of an ultra battery for an ISG system and a method of manufacturing the same.
The electrode plate coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material of the present invention has an effect of reducing the irreversible reaction of the lead-acid battery to improve the life of the battery and improve the conductivity and realize the high-capacity characteristics. When an ultra battery is manufactured using the electrode plate coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material of the present invention as a negative electrode plate, lead sulfate (lead sulfate) produced by irreversible reaction between the electrode plate (Pb) and the electrolyte (sulfuric acid) ) Is reduced. Thus, there is an advantage that an ultra battery having a high capacity and excellent long-term charge-discharge cycle characteristics and having an improved life can be produced.

Description

ISG 시스템용 울트라 전지의 전극 및 이의 제조방법{Ultra Battery Electrode for ISG System And Manufacturing Method Thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode of an Ultra Battery for an ISG system,

본 발명은 ISG 시스템용 울트라 전지의 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode of an ultra battery for an ISG system and a method of manufacturing the same.

환경규제의 강화 및 고유가 시대로 인한 자동차산업 전반의 고효율 에너지 사용이 요구되고 있다. 상기와 같은 자동차기술의 패러다임 변화에 대응하기 위해 전기에너지의 사용을 확대하는 그린카(Green Car) 개발이 활발히 진행되고 있다. ISG 시스템(Idle Stop and Go System) 신호 대기나 교통 체증 시의 상황과 같은 차량 정지 시에 엔진을 정지시켰다가 운전자가 진행을 위해 브레이크에서 발을 떼거나, 가속 페달을 밟을 때 순간적으로 엔진을 재가동시키는 시스템이다. 상기 ISG 시스템은 도심 주행 시에 발생하는 공회전으로 인한 에너지 낭비를 효과적으로 줄일 수 있는 시스템으로서 각광받고 있으며 그린카 기술의 중요한 부분으로서 사용되고 있다. ISG 시스템용 전지는 빈번하게 충전 및 방전을 반복해야 하며 높은 전력 수요를 충족하여야 한다. 현재 ISG 시스템에 가장 많이 사용되고 있는 전지는 AGM(AIBSorbed Glass Mat) 전지이다. 상기 AGM 전지는 납축전지의 일종으로 에너지밀도가 낮은 단점이 있으며 메모리 효과로 인한 낮은 수명 특성과 열악한 저온 특성 등의 단점이 있다. 특히 음극에서 발생하는 황산납(PbSO4) 결정은 납축전지의 자가방전을 유도하여 전지의 수명을 단축시키며 상기 납축전지들을 수퍼커패시터(Super-capacitor)와 외장케이블로 연결하는 경우, 가격이 증가하고 수퍼커패시터의 누설전류로 인해 용량손실 발생하는 단점이 있다. 따라서 종래의 AGM 전지와 같은 납축전지들은 높은 초기 비용과 짧은 전지 수명으로 인하여 전지 가격을 상승시키는 요인이 된다. 상기와 같은 납축전지의 성능을 개선하기 위해 단일 전지에 비대칭 슈퍼 커패시터 전극과 납축전지를 결합한 새로운 개념의 진보된 전지 시스템인 울트라 전지(Ultra-battery)가 개발되고 있다. 상기 울트라 전지는 저가이며 출력특성이 개선되고 수명이 연장된 장점이 있어 ISG 시스템 뿐 아니라 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)용 및 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)용 전지로 개발이 진행되고 있다. 그러나 상기 울트라 전지 기술은 아직 국내에서 개발된 바 없으며, 향후 하이브리드 자동차 적용뿐만 아니라 대용량 에너지 저장 시장으로의 진출 가능성도 높은 기술로 국산화 기술 개발 필요성이 시급히 요구된다.It is required to strengthen the environmental regulations and to use high-efficiency energy throughout the automobile industry due to the high oil price era. In order to cope with the paradigm shift of the automobile technology as described above, development of a green car for expanding the use of electric energy is actively under way. ISG System (Idle Stop and Go System) The engine is stopped when the vehicle is at a standstill, such as during signaling or traffic congestion, and the engine is instantly restarted when the driver steps off the brake or presses the accelerator pedal . The ISG system is widely recognized as a system capable of effectively reducing energy waste due to idling occurring during driving in the city and is used as an important part of the green car technology. Batteries for ISG systems must be repeatedly charged and discharged frequently and meet high power demands. Currently, the most widely used battery for ISG systems is an AGBS (AIBSorbed Glass Mat) battery. The AGM battery is a kind of lead acid battery and has a disadvantage of low energy density and low lifetime characteristics due to memory effect and poor low temperature characteristics. In particular, the lead sulfate (PbSO 4 ) crystals generated at the cathode shortens the life of the battery by inducing self-discharge of the lead-acid battery, and when the lead-acid batteries are connected to the super capacitor with an external cable, There is a disadvantage in that a capacity loss occurs due to the leakage current of the supercapacitor. Therefore, conventional lead-acid batteries such as AGM batteries cause a rise in battery cost due to high initial cost and short battery life. In order to improve the performance of such a lead-acid battery, an ultra-battery, which is a new advanced battery system combining an asymmetric supercapacitor electrode and a lead-acid battery in a single battery, has been developed. The ultra battery is inexpensive, has improved output characteristics and has an advantage of extending its service life. Therefore, development of a battery for a hybrid electric vehicle (HEV) and an energy storage system (ESS) have. However, the ULTRA battery technology has not yet been developed in the domestic market, and it is urgently required to develop a localization technology with a high possibility of entering into a large-capacity energy storage market as well as a hybrid vehicle application in the future.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patent documents and references cited herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if each reference was individually and clearly identified by reference.

한국등록특허 제1298251호Korea Patent No. 1298251

본 발명자는 용량 및 전지 수명이 향상된 울트라 전지를 개발하기 위해 노력한 결과, 나노 납/활성탄의 복합체 음극활물질로 코팅된 납 극판을 울트라 전지의 음극으로 사용하면 출력과 수명이 향상된 울트라 전지를 제조할 수 있다는 것을 실험적으로 확인하여 본 발명을 완성하였다. As a result of efforts to develop an ultra battery having improved capacity and battery life, the present inventors have found that when a lead plate coated with a composite anode active material of nano lead / activated carbon is used as a cathode of an ultra battery, an ultra battery with improved output and life can be manufactured And the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판의 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a nano-lead / activated carbon composite anode plate for ultra batteries.

본 발명의 다른 목적은 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질로 코팅된 납(Pb)을 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 것을 특징으로 하는 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide an idle stop and go (ISG) system for automobiles that uses lead (Pb) coated with a nano-lead / activated carbon composite anode active material as a negative electrode plate and lead dioxide (PbO 2 ) Ultra batteries.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention will be described in more detail with reference to the following detailed description, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판의 제조방법을 제공한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an anode plate for an nano-lead / activated carbon composite for an ultra-battery including the following steps.

(a) 나노 납 전구체 용액과 활성탄용액을 혼합하여 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조하고 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 수세하여 나노 납전구체-활성탄 혼합물을 수득하는 단계;(a) mixing a nano-lead precursor solution and an activated carbon solution to prepare a nano-lead precursor-activated carbon mixed solution and washing the nano-lead precursor-activated carbon mixed solution with water to obtain a nano-lead precursor-activated carbon mixture;

(b) 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합물에 황산(H2SO4)용액을 첨가하고 혼합하여 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조하고 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 수세하여 나노 납/활성탄 복합체를 수득하는 단계;(b) adding a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution to the nano-lead precursor-activated carbon mixture to prepare a lead nano-sulfate lead / activated carbon composite solution and washing the nano lead / active carbon composite solution with water to obtain a nano lead / ;

(c) 상기 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 5-20중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조하는 단계;(c) mixing 80-95 wt% of the nano-lead / activated carbon composite with 5-20 wt% of a binder to prepare a nano-lead / activated carbon composite anode active material;

(d) 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5-10중량%와 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 제조하는 단계; 및(d) preparing a nano-lead / activated carbon composite coating solution by mixing 5-10 wt% of the nano-lead / activated carbon composite anode active material with 90-95 wt% of a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms; And

(e) 상기 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액에 납 극판을 침적시켜 코팅하고 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 제조하는 단계;(e) depositing a lead electrode plate in the nano lead / activated carbon composite coating solution, coating and drying the nano lead / activated carbon composite electrode plate for ultra battery;

를 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조방법.Wherein the nano lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra cell is manufactured.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 활성탄용액은 비표면적이 1500 내지 3000m2/g인 활성탄과 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올을 혼합하여 제조한다.According to one embodiment of the present invention, the activated carbon solution is prepared by mixing activated carbon having a specific surface area of 1500 to 3000 m 2 / g and a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 나노 납 전구체 용액은 0.1-2M 농도를 가진 Pb(NO3)2 또는 PbSO4 용액이며 상기 (a) 및 (b)의 수세는 증류수를 이용하여 각각 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합용액 및 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액의 pH를 6-8로 조절하여 수행한다.According to another embodiment of the present invention, the nano-lead precursor solution is a Pb (NO 3 ) 2 or PbSO 4 solution having a concentration of 0.1-2 M, and the washing of (a) and (b) The lead precursor-activated carbon mixed solution and the nano-sulfuric acid lead / activated carbon composite solution are adjusted to pH 6-8.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 (b)의 나노 납/활성탄 복합체는 비표면적이 1500-2000m2/g이며 직경이 3-4㎛이다.According to another embodiment of the present invention, the nano-lead / activated carbon composite of (b) has a specific surface area of 1500-2000 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 나노 납/활성탄 복합체로 코팅된 납(pb)을 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 전극 시스템 또는 납(Pb)를 첫 번째 음극판으로 사용하며, 상기 나노 납/활성탄 복합체로 코팅된 납 또는 활성탄을 두 번째 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 삼전극 시스템을 특징으로 하는 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode system in which lead (pb) coated with a nano-lead / activated carbon composite is used as a negative electrode plate and lead dioxide (PbO 2 ) Electrode system in which lead or activated carbon coated with the nano lead / activated carbon composite is used as a second anode plate and lead dioxide (PbO 2 ) is used as a cathode plate, and an automobile ISG (idle stop and go) system And provides an ultra battery for use.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질로 코팅된 납(Pb)은 비표면적이 1500-2000m2/g이며 직경이 3-4㎛인 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 15-20중량%을 혼합하여 제조한 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5-10중량%과 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%를 혼합하여 제조한 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액에 납판을 침적하여 코팅하는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, the lead (Pb) coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material has a specific surface area of 1500-2000 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm By weight of a nano-lead / activated carbon composite anode active material mixed with 15 to 20% by weight of a binder and 90 to 95% by weight of a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms / Activated carbon composite anode active material coating solution.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지는 충전과 방전을 65000회 반복하여도 평균 2.1V의 전압을 유지한다. According to an embodiment of the present invention, the ultra battery for the idle stop and go system of the automobile maintains an average voltage of 2.1 V even when charging and discharging are repeated 65,000 times.

본 발명은 ISG 시스템용 울트라 전지의 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode of an ultra battery for an ISG system and a method of manufacturing the same.

본 발명의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질이 코팅된 극판은 납축전지의 비가역적 반응을 저하시켜 전지수명을 향상시키는 효과가 있으며 전도도를 향상시켜 고용량특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질이 코팅된 극판을 음극판으로 사용하여 울트라 전지를 제조하면 높은 전도도를 유지하면서도 극판(Pb)과 전해액(황산)의 비가역적 반응으로 생성되는 황산납(lead sulfate)의 양이 감소하므로 고용량의 특성을 가지며 장기 충방전 사이클 특성이 우수하여 수명이 향상된 울트라전지를 제조할 수 있는 장점이 있다. The electrode plate coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material of the present invention has an effect of reducing the irreversible reaction of the lead-acid battery to improve the life of the battery and improve the conductivity and realize the high-capacity characteristics. When an ultra battery is manufactured using the electrode plate coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material of the present invention as a negative electrode plate, lead sulfate (lead sulfate) produced by irreversible reaction between the electrode plate (Pb) and the electrolyte (sulfuric acid) ) Is reduced. Thus, there is an advantage that an ultra battery having a high capacity and excellent long-term charge-discharge cycle characteristics and having an improved life can be produced.

도 1은 실시예 2 및 3의 나노 납/활성탄 복합체의 제조 방법을 보여준다.
도 2는 실시예 1 내지 4에서 제조한 나노 납/활성탄 복합체(nano-Pb/AC)와 활성탄(AC)의 BET 분석 결과를 보여준다.
도 3은 실시예 1 및 3에서 제조한 나노 납/활성탄 복합체(nano-Pb/AC)와 활성탄(AC)의 분체저항을 분석한 결과이다.
도 4는 실시예 1 및 2에서 제조한 나노 납/활성탄 복합체 및 활성탄의 SEM 사진을 보여준다. 패널(a) 및 (b)는 실시예 1(활성탄의 비표면적이 2,000m2/g)의 표면 SEM 사진을 배율별로 보여주며 패널(c) 및 패널(d)는 실시예 2(활성탄의 비표면적이 1,500m2/g)의 표면 SEM 사진을 배율별로 보여준다.
도 5는 실시예 6(패널(a)), 실시예 7(패널(b)), 실시예 9(패널(c)) 및 실시예 11(패널(d))의 극판구성으로 제조한 울트라 전지의 충방전 테스트 결과를 보여준다.
도 6은 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 9의 극판구성으로 제조한 울트라 전지를 이용한 사이클 테스트 실험 방법을 보여준다.
도 7은 실시예 6, 실시예 7 및 실시예 9의 극판구성으로 제조한 울트라 전지를 이용한 사이클 테스트 결과를 보여준다.1 shows a process for producing the nano-lead / activated carbon composite of Examples 2 and 3.
FIG. 2 shows the BET analysis results of the nano-lead / activated carbon composite (nano-Pb / AC) and activated carbon (AC) prepared in Examples 1 to 4.
FIG. 3 shows the results of analysis of powder resistance of the nano-lead / activated carbon composite (nano-Pb / AC) and activated carbon (AC) prepared in Examples 1 and 3.
FIG. 4 shows SEM photographs of the nano-lead / activated carbon composite and activated carbon prepared in Examples 1 and 2. FIG. The panels (a) and (b) show a SEM photograph of the surface SEM of Example 1 (specific surface area of activated carbon of 2,000 m 2 / g) Surface area of 1,500 m 2 / g).
5 is an ultraviolet cell manufactured with the electrode plate configuration of Example 6 (Panel (a)), Example 7 (Panel (b)), Example 9 (Panel (c) Charge / discharge test results.
FIG. 6 shows a cycle test experiment method using an ultra battery manufactured by using the electrode plates of Examples 6, 7, and 9. FIG.
Fig. 7 shows the results of a cycle test using an ultra battery manufactured by using the electrode plates of Examples 6, 7 and 9. Fig.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판의 제조방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an anode plate for a nano-lead / activated carbon composite for an ultra-battery comprising:

(a) 나노 납 전구체 용액과 활성탄용액을 혼합하여 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조하고 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 수세하여 나노 납전구체-활성탄 혼합물을 수득하는 단계;(a) mixing a nano-lead precursor solution and an activated carbon solution to prepare a nano-lead precursor-activated carbon mixed solution and washing the nano-lead precursor-activated carbon mixed solution with water to obtain a nano-lead precursor-activated carbon mixture;

(b) 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합물에 황산(H2SO4)용액을 첨가하고 혼합하여 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조하고 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 수세하여 나노 납/활성탄 복합체를 수득하는 단계;(b) adding a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution to the nano-lead precursor-activated carbon mixture to prepare a lead nano-sulfate lead / activated carbon composite solution and washing the nano lead / active carbon composite solution with water to obtain a nano lead / ;

(c) 상기 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 5-20중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조하는 단계;(c) mixing 80-95 wt% of the nano-lead / activated carbon composite with 5-20 wt% of a binder to prepare a nano-lead / activated carbon composite anode active material;

(d) 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5-10중량%와 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 제조하는 단계; 및(d) preparing a nano-lead / activated carbon composite coating solution by mixing 5-10 wt% of the nano-lead / activated carbon composite anode active material with 90-95 wt% of a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms; And

(e) 상기 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액에 납 극판을 침적시켜 코팅하고 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 제조하는 단계;(e) depositing a lead electrode plate in the nano lead / activated carbon composite coating solution, coating and drying the nano lead / activated carbon composite electrode plate for ultra battery;

를 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조방법.Wherein the nano lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra cell is manufactured.

보다 상세하게는 다음을 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판의 제조방법을 제공한다:More particularly, the present invention provides a method of manufacturing a nano-lead / activated carbon composite anode plate for ultra batteries comprising:

(a) 활성탄과 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올을 혼합하여 교반속도 150-450rpm으로 1-5분간 교반하여 활성탄 용액을 제조하는 1 단계;(a) mixing activated carbon with a straight chain or branched alcohol having 1-10 carbon atoms and stirring at a stirring speed of 150-450 rpm for 1-5 minutes to prepare an activated carbon solution;

(b) 상기 1 단계에서 제조한 활성탄 용액에 나노 납 전구체 용액을 첨가한 후 울트라 초음파 장비를 이용하여 분산시켜 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조하는 2단계;(b) adding a nano-lead precursor solution to the activated carbon solution prepared in the above step (1) and dispersing the solution with ultrasound equipment to prepare a lead precursor-activated carbon mixed solution;

(c) 상기 2 단계의 납전구체-활성탄 혼합용액을 수세하여 침전물을 수득하는 3단계;(c) washing the mixed solution of the lead precursor and activated carbon in the two steps to obtain a precipitate;

(d) 상기 3단계의 침전물에 황산(H2SO4)용액을 첨가하고 울트라 초음파 장비를 이용하여 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조하는 4단계;(d) adding sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution to the precipitate of step 3 and dispersing it using ultrasonic equipment to prepare a lead nano-sulfate / activated carbon composite solution;

(e) 상기 4 단계의 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 수세하여 침전물을 수득하는 5단계;(e) washing the lead nanoparticle / active carbon composite solution of step 4 with water to obtain a precipitate;

(f) 상기 5 단계의 침전물을 오븐에서 건조하여 나노 납/활성탄 복합체를 수득하는 6단계;(f) drying the precipitate of step 5 in an oven to obtain a nano-lead / activated carbon composite;

(g) 상기 6 단계의 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 5-20중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조하는 7단계;(g) mixing the nano-lead / activated carbon composite of step 6 with 80-95 wt% of the binder and 5-20 wt% of the binder to prepare a nano-lead / activated carbon composite negative electrode active material;

(h) 상기 7 단계의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5-10중량%와 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 제조하는 8단계;(h) 5-10% by weight of the nano-lead / activated carbon composite anode active material of 7-stage and 90-95% by weight of straight-chain or branched alcohol having 1-10 carbon atoms are mixed to prepare a coating solution for a negative electrode active material / 8 steps;

(i) 상기 8 단계의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 20-50℃로 유지하고 납 극판을 상기 온도가 조절된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액에 0.5-10분간 침적시켜 코팅하는 9단계; 및(i) the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution of step 8 is maintained at 20-50 ° C, and the lead electrode plate is coated on the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution with the temperature controlled for 0.5-10 minutes by coating Step 9; And

(j) 상기 9 단계의 코팅된 납 극판을 20 내지 100℃ 온도범위에서 12 내지 24시간 동안 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판을 제조하는 10단계.(j) 10 steps of preparing the nano-lead / activated carbon composite anode plate for an ultra-cell by drying the coated lead electrode plate in the temperature range of 20 to 100 ° C for 12 to 24 hours.

본 발명의 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판은 종래의 납축전지에 음극판으로 사용되어 용량이 향상되며 충방전 성능이 향상된 전지를 만드는데 사용될 수 있다. 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극판의 제조방법은 1) 나노 납/활성탄 복합체의 합성 단계; 2) 상기 나노 납/활성탄 복합체를 이용한 음극활물질의 제조 단계: 3) 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 납판에 코팅하는 음극판 제조단계로 구성된다.The nano-lead / activated carbon composite anode plate for an ultra-battery of the present invention can be used as a negative electrode plate for a conventional lead-acid battery to improve the capacity and improve the charge-discharge performance. The method for preparing the nano-lead / activated carbon composite anode plate includes 1) a step of synthesizing a nano-lead / activated carbon composite; 2) a step of preparing an anode active material using the nano-lead / activated carbon composite; and 3) an anode plate manufacturing step of coating the nano-lead / activated carbon composite anode active material on a lead plate.

1) 나노 납/활성탄 복합체의 합성 단계(1-6단계)1) Synthesis of nano lead / activated carbon composite (steps 1-6)

1 단계: 활성탄 용액의 제조Step 1: Preparation of activated carbon solution

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 1단계의 활성탄(active carbon, 活性炭)은 비표면적이 1500 내지 3000m2/g인 것을 사용할 수 있다. 상기 1500 내지 3000m2/g의 비표면적을 가진 활성탄은 나노사이즈의 직경을 가진 활성탄이다. 상기 활성탄은 입자의 크기가 작을수록 비표면적이 증가하기 때문에 비표면적이 큰 나노사이즈의 활성탄(고비표면적 활성탄)을 사용하면 고밀도 활성탄 펠렛(pellet)을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 활성탄의 비표면적이 클수록 액체 또는 기체와의 접하는 면이 향상되어 반응성이 향상되는 장점이 있다. 고비표면적 활성탄을 활물질(active material)로 사용하는 경우, 고비표면적 활성탄의 수많은 공극으로 인하여 활물질과 전해액의 함침성이 향상되어 전지의 방전효율이 향상되는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the activated carbon of the first stage may have a specific surface area of 1500 to 3000 m 2 / g. The activated carbon having a specific surface area of 1500 to 3000 m 2 / g is activated carbon having a nano-sized diameter. Since the specific surface area increases as the particle size of the activated carbon becomes smaller, high-density activated carbon pellets can be produced using nano-sized activated carbon having a large specific surface area (high specific surface area activated carbon). The larger the specific surface area of the activated carbon is, the more the surface in contact with the liquid or the gas is improved and the reactivity is improved. When the high specific surface area activated carbon is used as the active material, the impregnation property of the active material and the electrolyte is improved due to the numerous voids of the high specific surface area activated carbon, thereby improving the discharge efficiency of the battery.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비표면적이 1500 내지 3000m2/g인 활성탄 1-5g을 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 100㎖에 첨가하여 교반속도 150-450rpm으로 1-5분간 교반하여 활성탄 용액을 제조할 수 있다. 바람직하게는 상기 비표면적이 1750 내지 2500m2/g인 활성탄 1-3g을 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 100㎖에 첨가하여 교반속도 200-400rpm으로 1-3분간 교반하여 활성탄 용액을 제조할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 비표면적이 2000m2/g인 활성탄 2g을 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 100㎖에 첨가하여 교반속도 300rpm으로 2분간 교반하여 활성탄 용액을 제조할 수 있다. 상기 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올은 에탄올, 메탄올, IPA, 프로판올 또는 아세톤 일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, 1-5 g of activated carbon having a specific surface area of 1500 to 3000 m 2 / g is added to 100 ml of a straight chain or branched alcohol having 1 to 10 carbon atoms, And the mixture is stirred for a minute to produce an activated carbon solution. Preferably, 1-3 g of activated carbon having a specific surface area of 1750 to 2500 m 2 / g is added to 100 ml of a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms and the mixture is stirred at 200-400 rpm for 1-3 minutes to obtain an activated carbon solution Can be manufactured. More preferably, 2 g of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g is added to 100 ml of a straight chain or branched alcohol having 1-10 carbon atoms and stirred at a stirring speed of 300 rpm for 2 minutes to prepare an activated carbon solution. The straight chain or branched alcohol having 1 to 10 carbon atoms may be ethanol, methanol, IPA, propanol or acetone.

2 단계: 납전구체-활성탄 혼합용액의 제조Step 2: Preparation of lead precursor-activated carbon mixed solution

나노 납/활성탄 복합체를 제조하기 위하여 상기 1 단계에서 제조한 활성탄 용액과 나노 납 전구체 용액을 혼합한다. To prepare the nano-lead / activated carbon composite, the activated carbon solution prepared in the above step 1 and the nano-lead precursor solution are mixed.

상기 나노 납 전구체 용액은 Pb(NO3)2용액 또는 PbSO4 용액을 사용하며 상기 1 단계의 활성탄 용액과 혼합한 후 울트라 초음파 장비를 이용하여 분산시킬 수 있다. The nano-lead precursor solution may be prepared by mixing Pb (NO 3 ) 2 solution or PbSO 4 solution with the activated carbon solution in step 1, and then dispersing the solution using ultrasound equipment.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성탄 용액 50-200㎖에 0.1-0.2M Pb(NO3)2용액 또는 PbSO4 용액을 첨가한 후 울트라 초음파 장비를 이용하여 5-15분 동안 분산시켜 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조할 수 있다. 바람직하게는 상기 활성탄 용액 75-150㎖에 0.1-0.15M Pb(NO3)2용액 또는 PbSO4 용액을 첨가한 후 울트라 초음파 장비를 이용하여 7-12분 동안 분산시켜 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 활성탄 용액 100㎖에 0.1M Pb(NO3)2용액 또는 PbSO4 용액을 첨가한 후 울트라 초음파 장비를 이용하여 10분 동안 분산시켜 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, 0.1-0.2 M Pb (NO 3 ) 2 solution or PbSO 4 solution is added to 50-200 ml of the activated carbon solution and dispersed for 5-15 minutes using ultrasound equipment to prepare lead A precursor-activated carbon mixed solution can be prepared. Preferably, 0.1 to 0.15 M Pb (NO 3 ) 2 solution or PbSO 4 solution is added to 75-150 ml of the activated carbon solution and dispersed for 7 to 12 minutes using an ultrasonic apparatus to prepare a lead precursor-activated carbon mixed solution Can be manufactured. More preferably, 0.1 M Pb (NO 3 ) 2 solution or PbSO 4 solution is added to 100 ml of the activated carbon solution and dispersed for 10 minutes using an ultrasonic apparatus to prepare a lead precursor-activated carbon mixed solution.

3 단계: 나노 납 전구체-활성탄 혼합물의 수득Step 3: Obtaining the nano-lead precursor-activated carbon mixture

상기 2 단계에서 제조한 납전구체-활성탄 혼합용액의 pH를 조절하여 나노 납-활성탄 혼합물(침전물)을 수득한다. 상기 나노 납 전구체 용액인 Pb(NO3)2용액 또는 PbSO4용액은 각각 해리된 NO3이온에 의해 pH 12에 가까운 염기성 용액으로 존재하거나 SO4 이온에 의해 pH 2-4에 가까운 산성 용액으로 존재한다. 상기 납전구체-활성탄 혼합용액에 대하여 증류수를 이용한 수세를 수행하면 NO3 이온 또는 SO4 이온의 농도가 줄어들게 되어 나노 납-활성탄 혼합물이 석출된다. The pH of the lead precursor-activated carbon mixed solution prepared in step 2 is adjusted to obtain a nano lead-activated carbon mixture (precipitate). The Pb (NO 3 ) 2 solution or PbSO 4 solution, which is a nano-lead precursor solution, is present as a basic solution near pH 12 by dissociated NO 3 ions or as an acidic solution near pH 2-4 by SO 4 ions do. When the lead precursor-activated carbon mixed solution is washed with distilled water, the concentration of NO 3 ions or SO 4 ions is reduced, and the nano lead-activated carbon mixture precipitates.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 3 단계의 수세는 증류수를 이용하여 상기 납전구체-활성탄 혼합용액의 pH를 6-8로 조절하여 수행한다. 바람직하게는 상기 3 단계의 수세는 증류수를 이용하여 상기 납전구체-활성탄 혼합용액의 pH를 7로 조절하여 수행한다. According to an embodiment of the present invention, the three-step washing is performed by adjusting the pH of the lead precursor-activated carbon mixed solution to 6-8 using distilled water. Preferably, the washing of the above three stages is carried out by adjusting the pH of the lead precursor-activated carbon mixed solution to 7 using distilled water.

4 단계: 나노 황산납/활성탄 복합체 용액의 제조Step 4: Preparation of nano-sulfuric acid lead / activated carbon composite solution

상기 석출한 나노 납-활성탄 혼합물은 황산에 녹여 나노 납/활성탄 복합체의 전구물질인 나노 황산납/활성탄 복합체를 합성한다. The precipitated nano lead-activated carbon mixture is dissolved in sulfuric acid to synthesize a nano-sulfuric acid lead / activated carbon complex which is a precursor of a nano-lead / activated carbon composite.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 3 단계에서 석출한 나노 납-활성탄 혼합물에 황산(H2SO4)용액을 첨가하고 울트라 초음파 장비를 이용하여 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조한다.According to an embodiment of the present invention, a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution is added to the nano lead-activated carbon mixture precipitated in the step 3 and dispersed using an ultrasonic equipment to prepare a lead nano-sulfate / activated carbon composite solution .

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 3단계의 나노 납-활성탄 혼합물에 0.05-2M 황산(H2SO4)용액 200-400㎖을 첨가하고 울트라 초음파 장비(ultra sonicator)를 이용하여 5-15분간 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조한다. 바람직하게는 상기 3단계의 나노 납-활성탄 혼합물에 0.075-1M 황산용액 250-350㎖을 첨가하고 울트라 초음파 장비를 이용하여 7-13분간 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조한다. 보다 바람직하게는 상기 3단계의 나노 납-활성탄 혼합물에 0.1M 황산용액 300㎖을 첨가하고 울트라 초음파 장비를 이용하여 10분간 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조한다.According to another embodiment of the present invention, 200-400 ml of a 0.05-2 M sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution is added to the nano lead-activated carbon mixture of the above three stages, and 5-15 To prepare a nanosulfate lead / activated carbon composite solution. Preferably, 250-350 ml of a 0.075-1 M sulfuric acid solution is added to the nano lead-activated carbon mixture of the above three stages and dispersed for 7-13 minutes using an ultrasonic equipment to prepare a lead nano-sulfate / activated carbon composite solution. More preferably, 300 ml of a 0.1 M sulfuric acid solution is added to the nano lead-activated carbon mixture of the above three stages and dispersed for 10 minutes using an ultrasonic equipment to prepare a lead nano-sulfate / active carbon composite solution.

5 및 6 단계: 나노 납/활성탄 복합체의 제조Steps 5 and 6: Preparation of nano-lead / activated carbon composite

상기 3 단계의 수세 방법과 동일하게 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 수세하여 나노 납/활성탄 복합체를 석출하고 오븐에서 건조한다. In the same manner as in the three-step water washing method, the nano-lead / activated carbon composite solution is washed with water and dried in an oven.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액은 pH가 6-8이 될 때까지 증류수를 이용하여 수세하며 상기 수세를 통해 석출된 나노 납/활성탄 복합체(침전물)는 오븐에서 건조한다. 바람직하게는 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액은 pH가 7이 될 때까지 증류수를 이용하여 수세하며 상기 수세를 통해 석출된 나노 납/활성탄 복합체(침전물)는 오븐에서 건조한다.According to an embodiment of the present invention, the nano-sulfate / activated carbon composite solution is washed with distilled water until the pH is 6-8, and the nano-lead / activated carbon composite (precipitate) Dry. Preferably, the nano-sulfuric acid lead / activated carbon composite solution is washed with distilled water until the pH reaches 7, and the nano-lead / activated carbon composite (precipitate) precipitated through the water washing is dried in an oven.

상기 수세 및 건조과정을 통해 합성한 나노 황산납/활성탄 복합체는 본 발명의 활성탄이 가지는 고비표면적인 성질 및 나노크기의 성질을 가진다. The nano-sulfuric acid lead / activated carbon composite synthesized through the washing and drying process has high surface area properties and nano-size properties of the activated carbon of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노 황산납/활성탄 복합체는 비표면적이 1500-2000m2/g이며 직경이 3-4㎛이다. 바람직하게는 상기 나노 황산납/활성탄 복합체는 비표면적이 1700-1800m2/g이며 직경이 3-4㎛이다. 보다 바람직하게는 상기 나노 황산납/활성탄 복합체는 비표면적이 1740m2/g이며 직경이 3-4㎛이다.According to one embodiment of the present invention, the nano-sulfuric acid lead / activated carbon composite has a specific surface area of 1500-2000 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm. Preferably, the nanosulfate lead / activated carbon composite has a specific surface area of 1700-1800 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm. More preferably, the nanosulfate lead / activated carbon composite has a specific surface area of 1740 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm.

2) 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 제조 단계(7-8 단계)2) Nano lead / activated carbon composite anode active material preparation step (steps 7-8)

7 단계: 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 제조Step 7: Preparation of anode active material for nano-lead / activated carbon composite

상기 나노 납/활성탄 복합체의 합성 단계에서 합성한 나노 납/활성탄 복합체와 바인더를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조한다. 활성탄을 활물질로 사용하는 경우 전기전도도를 향상시키기 위하여 전도성 물질을 첨가하는 경우가 있다. 그러나 본 발명은 나노 납/활성탄 복합체에 전도도가 높은 납이 포함되어 있어 활성탄 나노 납/활성탄 복합체외에 전도도를 향상시키기 위한 추가적인 전도성 물질의 사용 없이 고밀도/고비표면적의 활성탄을 활물질로 사용할 수 있는 장점이 있다. 상기 고밀도/고비표면적의 활성탄을 사용하게 되면 활성탄의 수많은 공극으로 인해 전해액의 함침성이 향상되고 전지의 방전 효율이 상승하는 효과가 있다. The nano-lead / activated carbon composite anode active material composite is prepared by mixing the nano lead / activated carbon composite synthesized in the step of synthesizing the nano-lead / activated carbon composite and the binder. When activated carbon is used as an active material, a conductive material may be added to improve electrical conductivity. However, since the nano lead / activated carbon composite includes lead having high conductivity, it is advantageous to use activated carbon having a high density / high specific surface area as an active material without using an additional conductive material for improving conductivity besides the activated carbon nano lead / activated carbon composite have. When the activated carbon having the high density / high specific surface area is used, the impregnation property of the electrolyte is improved due to the numerous voids of the activated carbon, and the discharge efficiency of the battery is increased.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 6 단계의 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 5-20중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조한다. 바람직하게는 상기 6 단계의 나노 납/활성탄 복합체 90중량%와 바인더 10중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조한다. According to an embodiment of the present invention, a nano-lead / activated carbon composite anode active material is prepared by mixing 80-95 wt% of the nano-lead / activated carbon composite of 6 steps and 5-20 wt% of a binder. Preferably, the nano lead / activated carbon composite anode active material is prepared by mixing 90 wt% of the nano lead / activated carbon composite of the above 6 steps and 10 wt% of the binder.

상기 바인더가 5중량% 미만으로 첨가되면 음극활물질의 부착력이 저하되는 문제점이 있으며 활물질이 전해액에 용해되는 문제점이 있다. 바인더가 20중량%를 초과하여 첨가되면 상대적으로 나노 납/활성탄 복합체의 양이 적어 체적당 발현 용량이 불충분하거나 전도성이 불충분한 문제점이 있다. When the binder is added in an amount of less than 5% by weight, there is a problem that the adhesive force of the negative electrode active material is lowered and the active material is dissolved in the electrolyte solution. When the binder is added in an amount exceeding 20% by weight, the amount of the nano-lead / activated carbon complex is relatively small and the expression capacity per volume is insufficient or the conductivity is insufficient.

8 단계: 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액의 제조Step 8: Preparation of Coating Solution for Nano-lead / Activated Carbon Composite Anode

본 발명의 울트라 전지는 상기 제조한 음극활물질을 코팅액으로 제조하고 이를 이용하여 납 극판을 코팅하여 납축전지의 음극으로 사용한다. 이를 위하여 상기 7 단계에서 제조한 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질과 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올을 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 제조한다. In the ultra battery of the present invention, the prepared negative electrode active material is prepared as a coating liquid and coated with a lead electrode plate to be used as a negative electrode of a lead-acid battery. To this end, the nano-lead / activated carbon composite anode active material prepared in step 7 and the linear or pulverized alcohol having 1-10 carbon atoms are mixed to prepare a coating solution for an anode active material / anode active material composite.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5-10중량%와 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 제조한다. 바람직하게는 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5중량%와 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 제조한다. 상기 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올은 에탄올, 메탄올, IPA, 프로판올, 또는 아세톤일 수 있다. 상기 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올의 함량이 95중량%를 초과하면 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 코팅양이 적어 울트라전지의 성능을 저하시킬 수 있으며 상기 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올의 함량이 90중량% 미만이면 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 코팅층이 균일하지 않아 울트라전지의 성능이 저하될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, 5-10% by weight of the nano-lead / activated carbon composite anode active material and 90-95% by weight of linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms are mixed to form a nano-lead / activated carbon composite anode active material coating Solution. Preferably, the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution is prepared by mixing 5 wt% of the nano-lead / activated carbon composite anode active material with 95 wt% of linear or pulverized alcohol having 1-10 carbon atoms. The straight chain or branched alcohol having 1 to 10 carbon atoms may be ethanol, methanol, IPA, propanol, or acetone. If the content of the linear or branched alcohols having 1-10 carbon atoms is more than 95% by weight, the coating amount of the anode active material / anode active material composite may be small and the performance of the ultra battery may be deteriorated. Or when the content of the pulverized alcohol is less than 90% by weight, the coating layer of the nano-lead / activated carbon composite anode active material may not be uniform and the performance of the ultra battery may be deteriorated.

3) 나노 납/활성탄 복합체 음극판 코팅 및 건조 단계(9-10 단계)3) Nano lead / activated carbon composite anode plate coating and drying step (steps 9-10)

9 단계: 나노 납/활성탄 복합체 음극판 코팅 단계Step 9: Nano lead / activated carbon composite anode plate coating step

상기 8 단계의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 20-50℃로 유지하고 납 극판을 상기 온도가 조절된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액에 0.5-10분간 침적시켜 코팅한다. 바람직하게는 상기 8 단계의 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액을 30-40℃로 유지하고 납 극판을 상기 온도가 조절된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액에 5-7분간 침적시켜 코팅한다.The nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution of step 8 is maintained at a temperature of 20-50 ° C, and the lead electrode plate is coated on the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution for 0.5-10 minutes. Preferably, the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution of step 8 is maintained at 30-40 ° C, and the lead electrode plate is coated on the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution with temperature control for 5-7 minutes .

10 단계: 나노 납/활성탄 복합체 음극판 건조 단계Step 10: Nano lead / activated carbon composite anode plate drying step

상기 9 단계의 코팅된 납 극판을 20 내지 100℃ 온도범위에서 12 내지 24시간동안 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판을 제조한다. 바람직하게는 상기 9 단계의 코팅된 납 극판을 50 내지 100℃ 온도범위에서 18 내지 24시간동안 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판을 제조한다.The nano lead / activated carbon composite anode plate for ultraviolet batteries is prepared by drying the coated lead electrode plate in the temperature range of 20 to 100 ° C for 12 to 24 hours. Preferably, the nano lead / activated carbon composite anode plate for an ultra battery is prepared by drying the coated lead electrode plate in the temperature range of 50 to 100 DEG C for 18 to 24 hours.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 나노 납/활성탄 복합체로 코팅된 납(pb)을 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 전극 시스템 또는 납(Pb)를 첫 번째 음극판으로 사용하며, 상기 나노 납/활성탄 복합체로 코팅된 납 또는 활성탄을 두 번째 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 삼전극 시스템을 특징으로 하는 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrode system in which lead (pb) coated with a nano-lead / activated carbon composite is used as a negative electrode plate and lead dioxide (PbO 2 ) Electrode system in which lead or activated carbon coated with the nano lead / activated carbon composite is used as a second anode plate and lead dioxide (PbO 2 ) is used as a cathode plate, and an automobile ISG (idle stop and go) system And provides an ultra battery for use.

상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질로 코팅된 음극판은 상기 제조방법에 의해 제조된 것으로 음극활물질인 나노 납/활성탄 복합체가 나노 사이즈(직경이 3-4㎛)이며 고비표면적(1500-2000m2/g)을 가지고 있어서 고밀도로 납극판을 코팅할 수 있으며 활성탄이 가지고 있는 수많은 공극으로 인하여 활물질과 전해액의 함침성이 향상되므로 전지의 방전효율이 향상되는 효과가 있다. The negative electrode plate coated with the nano-lead / activated carbon composite anode active material was prepared by the above-described method. The nano-lead / activated carbon composite as the negative electrode active material had a nano size (3-4 μm in diameter) and a high specific surface area (1500-2000 m 2 / g ). Thus, it is possible to coat the lead plate with high density, and the impregnation property of the active material and the electrolyte is improved due to the numerous voids possessed by the activated carbon, so that the discharge efficiency of the battery is improved.

상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질은 비표면적이 1500-2000m2/g이며 직경이 3-4㎛인 나노 납/활성탄 복합체 80-95중량%와 바인더 15-20중량%을 혼합하여 제조하며 상기 제조된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질은 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올 90-95중량%와 5-10중량%로 혼합되어 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액으로 제조된다. 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액의 제조에 있어서, 상기 바인더가 5중량% 미만으로 첨가되면 음극활물질의 부착력이 저하되는 문제점이 있으며 활물질이 전해액에 용해되는 문제점이 있다. 또한 바인더가 20중량%를 초과하여 첨가되면 상대적으로 나노 납/활성탄 복합체의 양이 적어 체적당 발현 용량이 불충분하거나 전도성이 불충분한 문제점이 있다. 상기 에탄올 또는 메탄올의 함량이 95중량%를 초과하면 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 코팅양이 적어 울트라전지의 성능을 저하시킬 수 있으며 상기 에탄올 또는 메탄올의 함량이 90중량% 미만이면 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질의 코팅층이 균일하지 않아 울트라전지의 성능이 저하될 수 있다. The nano-lead / activated carbon composite anode active material is prepared by mixing 80-95 wt% of a nano-lead / activated carbon composite having a specific surface area of 1500-2000 m 2 / g and a diameter of 3-4 μm and 15-20 wt% of a binder, The nano-lead / activated carbon composite anode active material is prepared by mixing 90 to 95% by weight of linear or branched alcohols having 1-10 carbon atoms with 5-10% by weight of a nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution. When the binder is added in an amount of less than 5% by weight in the preparation of the nano-lead / activated carbon composite anode active material coating solution, the adherence of the anode active material is deteriorated and the active material is dissolved in the electrolyte. When the binder is added in an amount exceeding 20% by weight, the amount of the nano-lead / activated carbon complex is relatively small and the expression capacity per volume is insufficient or the conductivity is insufficient. If the content of ethanol or methanol is more than 95% by weight, the coating amount of the nano-lead / activated carbon composite anode active material may be small and the performance of the ultra battery may be deteriorated. If the content of ethanol or methanol is less than 90% The coating layer of the composite negative electrode active material may not be uniform and the performance of the ultra battery may deteriorate.

상기 제조된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 코팅용액으로 코팅된 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 음극판과 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하여 제조한 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지는 충전과 방전을 65000회 반복하여도 평균 2.1V의 전압을 유지하는 장점이 있다. An ultra battery for an idle stop and go (ISG) system manufactured by using the nano lead / activated carbon composite anode plate for an ultra cell and the lead dioxide (PbO 2 ) as a positive electrode plate coated with the prepared nano lead / activated carbon composite anode active material coating solution It is advantageous to maintain an average voltage of 2.1 V even if charging and discharging are repeated 65,000 times.

실시예 Example

실시예 1: 비표면적이 2000mExample 1: 22 /g인 활성탄을 이용한 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판/ g of nano lead / activated carbon composite electrode plate for ultra battery using activated carbon

1) 나노 납/활성탄 복합체(Nano Pb/Active Carbon complex)의 합성1) Synthesis of Nano Pb / Active Carbon Complex

비표면적이 2000m2/g인 활성탄 2g을 에탄올 100㎖에 첨가한 후 교반속도 300rpm으로 2분 교반하여 활성탄 용액을 제조하였다. 2 g of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g was added to 100 ml of ethanol and stirred at a stirring speed of 300 rpm for 2 minutes to prepare an activated carbon solution.

상기 활성탄 용액 100㎖에 실리카 나노 납(Pb)전구체인 0.1M의 Pb(NO3)2용액 300㎖을 첨가 한 후 울트라 초음파 처리(ultra sonication) 장비를 사용하여 10분 동안 분산시켜 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조하였다. 상기 납전구체-활성탄 혼합용액의 pH가 7이 될 때까지 증류수를 이용하여 수세 한 후 잔여물(침전물)을 수득하였다. 상기 수득한 잔여물은 0.1M 황산(H2SO4)용액 300㎖에 첨가하고 울트라 초음파 처리 장비를 이용하여 10분 동안 분산시켜 나노 황산납/활성탄 복합체(nano PbSO4/active carbon complex)용액을 제조하였다. 상기 제조한 나노 황산납/활성탄 복합체 용액은 pH 7이 될 때까지 증류수 및 에탄올을 이용하여 수세하고 오븐에서 건조하여 나노 납/활성탄 복합체(nano Pb/ active carbon complex)를 합성하였다.300 ml of 0.1 M Pb (NO 3 ) 2 solution as a precursor of silica nano lead (Pb) was added to 100 ml of the activated carbon solution and dispersed for 10 minutes using ultra sonication equipment to prepare lead precursor-activated carbon To prepare a mixed solution. The lead precursor-activated carbon mixed solution was washed with distilled water until the pH reached 7, and then a residue (precipitate) was obtained. The obtained residue was added to 300 ml of a 0.1 M sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution and dispersed for 10 minutes using an ultrasound treatment apparatus to prepare a solution of nano PbSO 4 / active carbon complex . The prepared nanosulfate lead / activated carbon composite solution was washed with distilled water and ethanol until pH 7 and dried in an oven to synthesize a nano Pb / active carbon complex.

2) 나노 납/활성탄 복합체 전극물질 및 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액의 제조2) Preparation of nano lead / activated carbon composite electrode material and nano lead / activated carbon composite coating solution

상기 합성한 나노 납/활성탄 복합체 90중량%와 바인더 10중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 전극물질(파우더)을 제조하였다. 상기 제조한 나노 납/활성탄 복합체 전극물질 5중량%와 에탄올 또는 메탄올 용액 95중량%을 혼합하고 5분 내지 30분 동안 분산하여 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 제조하였다.Nano lead / activated carbon composite electrode material (powder) was prepared by mixing 90 wt% of the synthesized nano lead / activated carbon composite and 10 wt% of binder. 5 wt% of the nano-lead / activated carbon composite electrode material prepared above and 95 wt% of ethanol or methanol solution were mixed and dispersed for 5 minutes to 30 minutes to prepare a nano-lead / activated carbon composite coating solution.

3) 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조3) Manufacture of nano-lead / activated carbon composite electrode plates for ultra batteries

상기 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 적당한 용기에 옮긴 후 20 내지 50℃의 온도를 유지하였다. 상기 온도로 유지된 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액에 납 극판을 30초 내지 10분간 침적 시켰다. 상기 침적이 끝난 납 극판을 20 내지 100℃의 온도범위에서 12 내지 24시간동안 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 제조하였다.The nano-lead / activated carbon composite coating solution was transferred to a suitable container and maintained at a temperature of 20 to 50 ° C. The lead plate was immersed in the nano lead / activated carbon composite coating solution maintained at the temperature for 30 seconds to 10 minutes. The plated electrode plate was dried at a temperature ranging from 20 to 100 ° C for 12 to 24 hours to prepare a nano-lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra-cell.

실시예 2: 비표면적이 1500mExample 2: 22 /g인 활성탄을 이용한 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판/ g of nano lead / activated carbon composite electrode plate for ultra battery using activated carbon

비표면적이 1500m2/g인 활성탄을 이용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 제조하였다.A nano-lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra-battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that activated carbon having a specific surface area of 1500 m 2 / g was used.

실시예 3: 비표면적이 2000mExample 3: 22 /g인 활성탄을 이용한 울트라 전지용 활성탄 극판/ g activated carbon for Ultra battery

1) 활성탄 전극물질 및 활성탄 코팅용액의 제조1) Preparation of activated carbon electrode material and activated carbon coating solution

비표면적이 2000m2/g인 활성탄 90중량%와 바인더 10중량%를 혼합하여 활성탄 전극물질(파우더)을 제조하였다. 상기 제조한 활성탄 전극물질 5중량%와 에탄올 또는 메탄올 용액 95중량%을 혼합하고 5분 내지 30분 동안 분산하여 활성탄 코팅용액을 제조하였다.An activated carbon electrode material (powder) was prepared by mixing 90 wt% of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g and 10 wt% of a binder. 5 wt% of the prepared activated carbon electrode material and 95 wt% of ethanol or methanol solution were mixed and dispersed for 5 minutes to 30 minutes to prepare an activated carbon coating solution.

2) 울트라 전지용 활성탄 극판의 제조2) Production of activated carbon electrode plate for Ultra battery

상기 활성탄 코팅용액을 적당한 용기에 옮긴 후 20 내지 50℃의 온도를 유지하였다. 상기 온도로 유지된 활성탄 코팅용액에 납 극판을 30초 내지 10분간 침적 시켰다. 상기 침적이 끝난 납 극판을 20 내지 100℃의 온도범위에서 12 내지 24시간동안 건조하여 울트라 전지용 활성탄 극판을 제조하였다.The activated carbon coating solution was transferred to a suitable container and maintained at a temperature of 20 to 50 ° C. The lead plate was immersed in the activated carbon coating solution maintained at the temperature for 30 seconds to 10 minutes. The immersed electrode plate was dried at a temperature ranging from 20 to 100 ° C for 12 to 24 hours to prepare an activated carbon electrode plate for an ultra battery.

실시예 4: 비표면적이 1500mExample 4: 22 /g인 활성탄을 이용한 울트라 전지용 활성탄 극판/ g activated carbon for Ultra battery

비표면적이 1500m2/g인 활성탄을 이용한 것을 제외하고 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 울트라 전지용 활성탄 극판을 제조하였다.An activated carbon electrode plate for an ultra battery was prepared in the same manner as in Example 3 except that activated carbon having a specific surface area of 1500 m 2 / g was used.

실시예Example 5:  5: 비표면적이Specific surface area 2000m 2000m 22 // g인g 활성탄  Activated carbon 95중량%와95% by weight and 바인더  bookbinder 5중량%를5% by weight 이용하여 제조한  Manufactured using 울트라ultra 전지용 활성탄 극판 Activated Carbon Plate for Battery

비표면적이 2000m2/g인 활성탄 95중량%와 바인더 5중량%를 혼합하여 제조한 전극물질을 이용한 것을 제외하고 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 울트라 전지용 활성탄 극판을 제조하였다.An activated carbon electrode plate for an ultra-battery was prepared in the same manner as in Example 3, except that the electrode material prepared by mixing 95 wt% of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g and 5 wt% of a binder was used.

전극물질용액Electrode material solution 코팅용액Coating solution 실시예1Example 1 나노 납/비표면적이 2000m2/g인 활성탄 복합체 90중량%90 wt% of activated carbon composite having nano lead / specific surface area of 2000 m 2 / g, 바인더 10중량%Binder 10 wt% 전극물질용액 90중량%Electrode material solution 90 wt% 에탄올 또는 메탄올 10중량%10% by weight of ethanol or methanol 실시예2Example 2 나노 납/비표면적이 1500m2/g인 활성탄 복합체 90중량%90 wt% of activated carbon composite having a nano lead / specific surface area of 1500 m 2 / g, 바인더 10중량%Binder 10 wt% 전극물질용액 90중량%Electrode material solution 90 wt% 에탄올 또는 메탄올 10중량%10% by weight of ethanol or methanol 실시예3Example 3 비표면적이 2000m2/g인 활성탄 90중량%90 wt% of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g, 바인더 10중량%Binder 10 wt% 전극물질용액 90중량%Electrode material solution 90 wt% 에탄올 또는 메탄올 10중량%10% by weight of ethanol or methanol 실시예4Example 4 비표면적이 1500m2/g인 활성탄 90중량%90 wt% of activated carbon having a specific surface area of 1500 m 2 / g, 바인더 10중량%Binder 10 wt% 전극물질용액 90중량%Electrode material solution 90 wt% 에탄올 또는 메탄올 10중량%10% by weight of ethanol or methanol 실시예5Example 5 비표면적이 2000m2/g인 활성탄 95중량%95 wt% of activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g, 바인더 5중량%Binder 5 wt% 전극물질용액 90중량%Electrode material solution 90 wt% 에탄올 또는 메탄올 10중량%10% by weight of ethanol or methanol

실시예 6 내지 11: 울트라 전지용 극판을 이용한 울트라 전지의 제조Examples 6 to 11: Preparation of ultra battery using ultra plate for ultra battery

상기 제조한 울트라 전지용 극판을 이용하여 울트라 전지를 제조하고 상기 극판의 전기화학적 특성을 확인하였다. 먼저 양극 물질로서 이산화납(PbO2)을 이용하고 음극 물질로서 납(Pb)을 이용한 울트라 전지(실시예 6)를 제조하였으며, 양극 물질로서 PbO2를 사용하고 음극에 활성탄 전극물질 또는 나노 납/활성탄 전극물질을 코팅한 울트라 전지용 극판을 이용하여 울트라 전지(실시예 7 내지 11)를 제조하여 탄소계 물질의 첨가에 따른 전지특성을 확인하였다. An ultra cell was fabricated using the electrode plate for ultra battery and the electrochemical characteristics of the electrode plate were confirmed. First, an ultra cell (Example 6) using lead dioxide (PbO 2 ) as a cathode material and lead (Pb) as a cathode material was prepared. PbO 2 was used as a cathode material and an activated carbon electrode material or nano lead / Ultra batteries (Examples 7 to 11) were fabricated by using an electrode plate for an ultra battery coated with an activated carbon electrode material, and the characteristics of a battery according to the addition of a carbonaceous material were confirmed.

음극cathode 양극anode 실시예6Example 6 납(Pb)Lead (Pb) 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 ) 실시예7Example 7 실시예 1의 울트라 전지용 활성탄 극판The active carbon electrode plate for ultra battery of Example 1 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 ) 실시예8Example 8 실시예 2의 울트라 전지용 활성탄 극판The active carbon electrode plate for ultra battery of Example 2 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 ) 실시예9Example 9 실시예 3의 울트라 전지용 활성탄 극판The activated carbon electrode plate for ultra battery of Example 3 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 ) 실시예10Example 10 실시예 4의 울트라 전지용 활성탄 극판The active carbon electrode plate for ultra battery of Example 4 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 ) 실시예11Example 11 실시예 5의 울트라 전지용 활성탄 극판The active carbon electrode plate for ultra-battery of Example 5 이산화납(PbO2)Lead dioxide (PbO 2 )

코팅용액의 물질로서 실시예 1 내지 5에서 제조한 활성탄 또는 나노 납/활성탄 복합체가 포함된 코팅용액을 사용하였다. 각 전극물질 90중량%와 바인더 10중량%(실시예 7 내지 10) 또는 전극물질 95중량%와 바인더 5중량%(실시예 11)를 혼합한 후 메탄올에 분산시켜 코팅용액을 제조하였으며, 납 극판을 상기 코팅용액에 침적하여 울트라 전지용 전극을 각각 제조하였다. 상기 제조된 울트라 전지용 전극을 음극으로 사용하였으며; 이산화납 극판을 양극으로 사용하였으며; 분리막은 고분자 분리막을 사용하였으며; 전해액은 5M H2SO4를 사용하였다.The coating solution containing the activated carbon or nano lead / activated carbon composite prepared in Examples 1 to 5 was used as the material of the coating solution. 90 wt% of each electrode material, 10 wt% of binder (Examples 7 to 10) or 95 wt% of electrode material and 5 wt% of binder (Example 11) were mixed and dispersed in methanol to prepare a coating solution. Were immersed in the coating solution to prepare electrodes for an ultra battery. The prepared electrode for ultra battery was used as a negative electrode; A lead dioxide electrode plate was used as the anode; The separation membrane was a polymer membrane; 5M H 2 SO 4 was used as an electrolytic solution.

실험예 1: 나노 납/활성탄 복합체의 물성 평가Experimental Example 1: Evaluation of physical properties of nano-lead / activated carbon composite

실시예 1 내지 2의 극판 제조에 사용된 전극물질의 물리적 특성을 확인하기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)실험; 질소 흡/탈착 실험 및 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer Emmett Teller, BET)식 분석; 및 분체저항을 측정하여 각각 결정의 형상, 기공분포(비표면적), 및 극판의 저항을 분석하였다.Scanning electron microscope (SEM) experiments were conducted to confirm the physical properties of the electrode materials used in the preparation of the electrode plates of Examples 1 and 2; Nitrogen adsorption / desorption experiments and Brunauer Emmett Teller (BET) analysis; And powder resistance were measured to analyze the crystal shape, the pore distribution (specific surface area), and the resistance of the electrode plate.

1) 질소 흡/탈착 실험 및 BET분석을 이용한 비표면적 측정1) Determination of specific surface area by nitrogen adsorption / desorption experiment and BET analysis

실시예 1 내지 2에서 제조된 나노 납/활성탄 복합체에 대하여 질소 흡/탈착 실험 및 BET 분석을 수행하여 비표면적을 산출하였다(도 2 및 표 3 참조). Nitrogen adsorption / desorption experiments and BET analyzes were performed on the nano-lead / activated carbon composites prepared in Examples 1 and 2 to calculate the specific surface area (see FIG. 2 and Table 3).

전극물질Electrode material 사용한 활성탄의 비표면적Specific surface area of activated carbon used 전극물질의 비표면적The specific surface area of the electrode material 실시예 1Example 1 나노 납/활성탄 복합체Nano lead / activated carbon composite 2000m2/g2000m 2 / g 1740m2/g1740 m 2 / g 실시예 2Example 2 나노 납/활성탄 복합체Nano lead / activated carbon composite 1500m2/g1500 m 2 / g 1421m2/g1421m 2 / g

전극물질의 제조에 사용한 활성탄의 비표면적에 따라 제조된 전극물질의 비표면적이 차이가 있는 것이 확인되었으며 활성탄의 비표면적이 증가할 수 전극물질의 비표면적도 증가하는 것이 확인되었다(표 3 참조).It was confirmed that the specific surface area of the prepared electrode material was different according to the specific surface area of the activated carbon used in the production of the electrode material and it was confirmed that the specific surface area of the activated carbon was increased and the specific surface area of the electrode material was also increased (see Table 3) .

2) 분체저항 측정2) Powder resistance measurement

나노 납/활성탄 복합체를 이용하여 제조한 실시예 1의 나노 납/활성탄 복합체 전극물질과 활성탄을 이용하여 제조한 실시예 3의 활성탄 전극물질의 전기전도도 특성을 알아보기 위하여 분체저항 분석을 수행하였다(도 3 참조). 도 3의 결과를 참조하면, 압력이 높아질수록 입자간의 거리가 가까워지므로 전기전도도가 증가하게 된다. 도 3의 결과에 따르면, 활성탄에 비해 전기전도도가 높은 납(Pb)이 첨가된 나노 납/활성탄 복합체를 이용한 실시예 1의 전극물질의 전기전도도가 실시예 3의 활성탄 전극물질에 비해 높은 것으로 확인되었다.Powder resistance analysis was performed to investigate the electrical conductivity of the nano-lead / activated carbon composite electrode material of Example 1 prepared using a nano-lead / activated carbon composite and the activated carbon electrode material of Example 3 prepared using activated carbon 3). Referring to the results of FIG. 3, the higher the pressure, the closer the distance between the particles becomes, so that the electric conductivity increases. 3, it was confirmed that the electrode material of Example 1 using the nano lead / activated carbon composite with lead (Pb) added with higher electrical conductivity than activated carbon had higher electric conductivity than the activated carbon electrode material of Example 3 .

3) 주사전자현미경 분석을 이용한 결정 형상 분석3) Analysis of crystal shape using scanning electron microscope

도 4는 비표면적이 2000m2/g인 활성탄을 이용하여 제조한 나노 납/활성탄 전극물질(실시예 1) 및 비표면적이 1500m2/g인 활성탄을 이용하여 제조한 나노 납/활성탄 전극물질(실시예 2)의 결정(입자) 모양 및 표면 분석 결과를 보여준다. 분석결과, 실시예 1 및 실시예 2의 전극물질은 직경 3 내지 4 μm의 입자 크기를 가지는 것이 확인되었으며 비표면적이 증가하여 이에 따라 표면 거칠기가 증가하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the nano lead / activated carbon electrode material (Example 1) and the nano lead / activated carbon electrode material (Example 1) prepared using activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g and the activated carbon having a specific surface area of 1500 m 2 / (Particle) shape and surface analysis results of Example 2). As a result of the analysis, it was confirmed that the electrode materials of Examples 1 and 2 had a particle size of 3 to 4 탆 in diameter, and that the specific surface area was increased, thereby increasing the surface roughness.

실험예 2: 울트라 전지의 성능평가Experimental Example 2: Performance evaluation of ultra battery

상기 제조한 울트라 전지(실시예 6 내지 11)에 대한 충방전 테스트 및 사이클 테스트를 수행하여 상기 전지의 전기 화학적 특성을 평가하였다.The electrochemical characteristics of the battery were evaluated by performing a charge-discharge test and a cycle test on the ultra batteries (Examples 6 to 11).

1) 충방전 테스트1) Charge / discharge test

제조된 울트라 전지의 전기화학적 특성을 평가하기 위해 ZIVE LAB MP2(Won A Tech)를 이용하여 충방전 테스트를 수행하였다. 울트라 전지 조립 후 최소 24시간의 에이징 시간을 주어 전기화학적 평형에 이르게 한 후 정전류법을 이용해 충방전 테스트를 진행하였다(도 5 참조). 상기 정전류법은 실제 전지를 구성하였을 때, 전지의 성능을 가장 정확하게 평가할 수 있는 방법이며 울트라 전지에 사용되는 경우 사용되는 재료의 반응 특성에 따른 결과를 확인할 수 있는 장점이 있다. 상기 충방전 테스트의 cut-off voltage는 1.75V 내지 2.7V로 설정하였으며 KS C 8511 평가 기준에 맞추어 C-rate를 설정하여 테스트를 수행하였다. In order to evaluate the electrochemical characteristics of the ultra battery, charge / discharge test was performed using ZIVE LAB MP2 (Won A Tech). Ultrathin battery was aged for at least 24 hours after assembling to reach electrochemical equilibrium, and the charge and discharge test was carried out using the constant current method (see FIG. 5). The constant current method is a method for evaluating the performance of a battery most accurately when an actual battery is constituted, and has an advantage in that it can confirm the results depending on the reaction characteristics of a material used in an ultra battery. The cut-off voltage of the charge / discharge test was set from 1.75V to 2.7V and the C-rate was set in accordance with the KS C 8511 evaluation standard.

테스트 결과, 비표면적이 2000 m2/g인 활성탄을 사용하여 제조한 나노 납/활성탄 복합체; 상기 나노 납/활성탄 복합체와 바인더가 90:10의 중량비로 혼합된 나노 납/활성탄 전극물질; 및 상기 나노 납/활성탄과 용매(에탄올 또는 메탄올)가 10:90의 중량비로 혼합된 코팅용액으로 제조한 전극을 이용한 울트라 전지(실시예 7)의 첫번째 사이클 방전시간, 충전시간 및 용량이 가장 우수한 것으로 확인 되었다(도 5 참조).As a result of the test, a nano lead / activated carbon composite prepared using activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g; A nano lead / activated carbon electrode material in which the nano lead / activated carbon composite and the binder are mixed at a weight ratio of 90:10; And the ultraviolet battery (Example 7) using the electrode made of the coating solution in which the nano-lead / activated carbon and the solvent (ethanol or methanol) were mixed at a weight ratio of 10:90 were most excellent in the first cycle discharge time, charge time and capacity (See FIG. 5).

2) 사이클 테스트2) Cycle test

제조된 울트라 전지의 전기화학적 특성을 평가하기 위해 ZIVE LAB MP2(Won A Tech)를 이용하여 사이클 테스트를 진행하였다. 상기 사이클 테스트는 도 6의 방법으로 수행하였으며 그 결과는 도 7에 나타내었다. 사이클 테스트의 cut-off voltage는 1.75V～2.7V로 하였으며 KS C 8511 평가 기준에 맞춰 C-rate를 설정하여 테스트를 수행하였다. 테스트 결과, 비표면적이 2000 m2/g인 활성탄을 사용하여 제조한 나노 납/활성탄 복합체; 상기 나노 납/활성탄 복합체와 바인더가 90:10의 중량비로 혼합된 나노 납/활성탄 전극물질; 및 상기 나노 납/활성탄과 용매(에탄올 또는 메탄올)가 10:90의 중량비로 혼합된 코팅용액으로 제조한 전극을 이용한 울트라 전지(실시예 7)가 69713번의 충방전 사이클 동안 2.1V 전압을 유지하여 가장 충방전 성능이 가장 우수한 것으로 확인되었다. In order to evaluate the electrochemical properties of the prepared ultra battery, a cycle test was conducted using ZIVE LAB MP2 (Won A Tech). The cycle test was carried out by the method of FIG. 6, and the results are shown in FIG. The cut-off voltage of the cycle test was 1.75V to 2.7V and the test was performed by setting the C-rate according to the KS C 8511 evaluation standard. As a result of the test, a nano lead / activated carbon composite prepared using activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g; A nano lead / activated carbon electrode material in which the nano lead / activated carbon composite and the binder are mixed at a weight ratio of 90:10; (Example 7) using an electrode made of a coating solution prepared by mixing the nano-lead / activated carbon and a solvent (ethanol or methanol) in a weight ratio of 10:90 was maintained at a voltage of 2.1 V during a charge / discharge cycle of 69713 It was confirmed that the most charge / discharge performance was the best.

본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다.The specific embodiments described herein are representative of preferred embodiments or examples of the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the invention do not depart from the scope of the invention described in the claims.

Claims (6)

(a) 나노 납 전구체 용액과 비표면적이 2000m2/g인 활성탄과 탄소수 1-10의 직쇄형 또는 분쇄형 알코올을 혼합하여 제조한 활성탄용액을 혼합하여 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 제조하고 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합용액을 수세하여 나노 납전구체-활성탄 혼합물을 수득하는 단계;
(b) 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합물에 황산(H2SO4)용액을 첨가하고 혼합하여 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 제조하고 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액을 수세하여 나노 납/활성탄 복합체를 수득하는 단계;
(c) 상기 나노 납/활성탄 복합체 90중량%와 바인더 10중량%를 혼합하되, 전도성 물질이 미첨가된 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질을 제조하는 단계;
(d) 상기 나노 납/활성탄 복합체 음극활물질 5중량%와 메탄올 또는 에탄올 95중량%를 혼합하여 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 제조하는 단계; 및
(e) 상기 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액을 20-50℃로 유지하고 납 극판을 상기 온도가 조절된 나노 납/활성탄 복합체 코팅용액에 0.5-10분간 침적시켜 코팅한 후에 20 내지 100℃ 온도범위에서 12 내지 24시간 동안 건조하여 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 제조하는 단계;
를 포함하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조방법.
(a) mixing a nano-lead precursor solution, an activated carbon having a specific surface area of 2000 m 2 / g and an activated carbon solution prepared by mixing a linear or branched alcohol having 1-10 carbon atoms to prepare a nano-lead precursor-activated carbon mixed solution, Washing the nano lead precursor-activated carbon mixed solution with water to obtain a nano-lead precursor-activated carbon mixture;
(b) adding a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution to the nano-lead precursor-activated carbon mixture to prepare a lead nano-sulfate lead / activated carbon composite solution and washing the nano lead / active carbon composite solution with water to obtain a nano lead / ;
(c) preparing a nano-lead / activated carbon composite negative electrode active material to which a conductive material is not added by mixing 90% by weight of the nano-lead / activated carbon composite and 10% by weight of a binder;
(d) preparing a nano-lead / activated carbon composite coating solution by mixing 5% by weight of the nano-lead / activated carbon composite anode active material with 95% by weight of methanol or ethanol; And
(e) The nano-lead / activated carbon composite coating solution is maintained at a temperature of 20 to 50 ° C, and the lead electrode plate is immersed in the temperature-controlled nano-lead / activated carbon composite coating solution for 0.5 to 10 minutes, For 12 to 24 hours to prepare a nano-lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra-battery;
Wherein the nano lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra cell is manufactured.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 나노 납 전구체 용액은 0.1M~ 2M 농도를 가진 Pb(NO3)2 또는 PbSO4 용액인 것을 특징으로 하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the nano-lead precursor solution is Pb (NO 3 ) 2 or PbSO 4 solution having a concentration of 0.1M to 2M.
제 1 항에 있어서, 상기 (a) 및 (b)의 수세는 증류수를 이용하여 각각 상기 나노 납전구체-활성탄 혼합용액 및 상기 나노 황산납/활성탄 복합체 용액의 pH를 6-8로 조절하는 것을 특징으로 하는 울트라 전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판의 제조방법.


The method of claim 1, wherein the washing of (a) and (b) is performed by using distilled water to adjust the pH of the nano-lead precursor-activated carbon mixed solution and the nano-sulfuric acid lead / Of lead plate / activated carbon composite electrode plate for ultra battery.


삭제delete 청구항 제1항의 방법으로 제조된 울트라전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판을 음극판으로 사용하고 이산화납(PbO2)을 양극판으로 사용하는 전극 시스템 또는 납을 첫 번째 음극판으로 사용하며, 상기 울트라전지용 나노 납/활성탄 복합체 극판 또는 활성탄을 두 번째 음극판으로 사용하고 이산화납을 양극판으로 사용하는 삼전극 시스템을 특징으로 하는 자동차 ISG(idle stop and go)시스템용 울트라 전지.A nano-lead / activated carbon composite electrode plate for an ultra-battery manufactured by the method of claim 1 is used as a negative electrode plate and an electrode system using lead dioxide (PbO 2 ) as a positive electrode plate or lead is used as a first negative electrode plate. An ultra battery for an automotive ISG (idle stop and go) system characterized by a three electrode system using an activated carbon composite electrode plate or activated carbon as a second anode plate and using lead dioxide as a cathode plate.
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