KR20240042996A - VRLA battery manufacturing method including aluminum silicate separator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시킬 수 있는 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a VRLA battery including an aluminum silicate separator. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a VRLA battery by providing an aluminum silicate separator instead of the conventionally used absorbent glass fiber (Absorbet Glass Fiber Mat) separator. This relates to a VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator that can increase charging efficiency.
Description
본 발명은 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시킬 수 있는 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a VRLA battery including an aluminum silicate separator. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a VRLA battery by providing an aluminum silicate separator instead of the conventionally used absorbent glass fiber (Absorbet Glass Fiber Mat) separator. This relates to a VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator that can increase charging efficiency.
VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 납축전지의 일종으로서 밀폐형 전지(Sealed Battery) 또는 재조합 전지(Recombinant Battery)라고도 하며, 이온화 경향이 큰 음극(Pb-해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용기간에 따른 물의 첨가가 불필요한 2차 전지이다.VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery is a type of lead acid battery, also known as sealed battery or recombinant battery. It has a structure in which dilute sulfuric acid electrolyte is placed between the cathode (Pb - lead spongy), which has a high ionization tendency. It is a secondary battery that generates electrical electromotive force through a chemical reaction and does not require the addition of water depending on the period of use.
상술한 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 안정한 품질, 높은 신뢰성, 우수한 경제성을 가지고 있어 현재까지도 광범위하게 사용되고 있으며 특히, 자동차의 시동용 전원(SLI, Starting Lighting and Ignition)으로 가장 많이 사용되고 있다.The VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery described above has stable quality, high reliability, and excellent economic efficiency, and is still widely used to this day, especially as a starting power source for automobiles (SLI, Starting Lighting and Ignition).
그 외에도 전기자동차, 열차, 선박, 항공기, 골프카, 지게차, 발전호, 변전소, 전화국, 무선중계소, 무정전전원장치 등으로 사용되고 있다.In addition, it is used in electric vehicles, trains, ships, aircraft, golf cars, forklifts, power generators, substations, telephone offices, wireless relay stations, and uninterruptible power supplies.
그러나, 종래의 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 다음과 같은 문제점들을 포함하고 있어 그 사용상 한계가 있었다.However, the conventional VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery had the following problems and had limitations in its use.
먼저, 종래의 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 전지 내부의 팽창압력에 의해 전지 케이스가 부풀어 오르는 Bulging 현상으로 인하여 전지 케이스의 파손 및 이로 인한 전해액의 누출우려가 있었으며, 이러한 전해액의 누출은 결국 전지의 수명단축을 초래하였다.First, in the conventional VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery, there was a risk of damage to the battery case and leakage of electrolyte due to the bulging phenomenon in which the battery case swells due to the expansion pressure inside the battery. resulted in a shortened lifespan.
구체적으로 설명하면, VRLA(Valve Regulated Lead Acid) Battery는 납축전지의 일종으로서 이온화 경향이 큰 음극(Pb, 해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용 기간에 따른 물의 첨가가 불필요하며 충전 시 양극에서 생성되는 산소가 음극에서 소비되는 원리를 갖고 있어서 물의 소모가 없다.To be specific, VRLA (Valve Regulated Lead Acid) Battery is a type of lead acid battery that has a structure where an electrolyte solution of dilute sulfuric acid is placed between the cathode (Pb, lead sponge), which has a high ionization tendency, and generates electrical electromotive force through a chemical reaction. There is no need to add water depending on the period of use, and the oxygen produced at the anode during charging is consumed at the cathode, so there is no consumption of water.
VRLA용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소 재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다. The separator for VRLA forms a gas channel through which oxygen gas generated at the anode can easily move to the cathode, thereby inducing an oxygen recombination reaction.
VRLA 전지는 유리섬유매트의 미세 기공을 통하여 충전 시 내부 화학반응에 의해 양극판에서 발생되는 산소(O2)가스가 음극판으로 이동되어 음극판의 다공성 납(Pb)과 반응하여 PbO를 형성시키고, 이 PbO는 전해액(H2SO4)과 반응하여 황산납(PbSO4)과 물(H2O)을 형성시키므로 수소(H2)가스의 발생을 억제하는 구조의 장수명 배터리이다. When charging a VRLA battery, oxygen (O2) gas generated from the positive plate due to an internal chemical reaction moves to the negative plate through the micropores of the glass fiber mat, reacts with the porous lead (Pb) of the negative plate to form PbO, and this PbO It is a long-life battery with a structure that suppresses the generation of hydrogen (H2) gas by reacting with the electrolyte (H2SO4) to form lead sulfate (PbSO4) and water (H2O).
자세히 설명하면, VRLA 전지는 납축전지의 일종으로서 이온화 경향이 큰 음극(Pb, 해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용 기간에 따른 물의 첨가가 불필요하며 충전 시 양극에서 생성되는 산소가 음극에서 소비되는 원리를 갖고 있어서 물의 소모가 없다.To explain in detail, a VRLA battery is a type of lead acid battery that has a structure in which an electrolyte solution of dilute sulfuric acid is placed between a cathode (Pb, lead spongy) that has a high tendency to ionize. It generates electrical electromotive force through a chemical reaction and changes depending on the period of use. There is no need to add water, and the principle is that oxygen generated at the anode during charging is consumed at the cathode, so there is no consumption of water.
VRLA전지용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소 재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다. The separator for VRLA batteries forms a gas channel through which oxygen gas generated from the anode can easily move to the cathode, thereby inducing an oxygen recombination reaction.
따라서, 전지 절연체 외 이온 전도체로서의 역할로 반대 극성을 가진 전극의 직접적인 접촉을 방지하고 동시에 두 전극간의 이온의 흐름이 가능케 하는 것이다.Therefore, in addition to being a battery insulator, it acts as an ion conductor to prevent direct contact between electrodes with opposite polarities and simultaneously enables the flow of ions between the two electrodes.
종래의 VRLA전지용 격리판은 흡수성 유리섬유(AGM)를 사용하였다. Conventional separators for VRLA batteries used absorbent glass fiber (AGM).
흡수성 유리섬유(AGM)는 황산 전해질을 흡수 및 고정하여 유동되는 현상을 막는 동시에 격리판으로서의 기능을 한다.Absorbent glass fiber (AGM) absorbs and fixes the sulfuric acid electrolyte and prevents it from flowing, while also functioning as a separator.
이때, 100% SOC상태에서 격리판 및 극판에 에어 포켓(Air pocket)을 형성하고, 충전 시 산소 재결합 반응(Oxygen Recombination Reaction)을 유도하여 일반적인 운전 조건에서 물 분해에 의한 액 감소가 없어 고 효율 장 수명을 구현한다. At this time, in 100% SOC state, air pockets are formed on the separator and electrode plate, and oxygen recombination reaction is induced during charging, so there is no liquid reduction due to water decomposition under normal operating conditions, resulting in high efficiency. Implement life.
하지만, VRLA전지의 양극과 음극 및 격리판에 존재하는 에어 포켓(Air pocket)은 유동성 전해액을 사용하는 일반 Flooded전지 대비 충전 효율이 80% 정도로 떨어지는 문제가 있었다. However, the air pockets present in the anode, cathode, and separator of VRLA cells had the problem of lowering the charging efficiency by about 80% compared to regular flooded batteries using fluid electrolyte.
본 발명은 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시킬 수 있는 제조 방법을 제안하게 된 것이다.The present invention proposes a manufacturing method that can increase the charging efficiency of VRLA batteries by providing an aluminum silicate separator instead of the absorbet glass fiber mat separator used conventionally.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Therefore, the present invention was devised to solve the above conventional problems,
본 발명의 목적은 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시킬 수 있는 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법을 제공하고자 한다.The purpose of the present invention is to manufacture a VRLA battery including an aluminum silicate separator that can increase the charging efficiency of the VRLA battery by providing an aluminum silicate separator instead of the conventionally used absorbent glass fiber (Absorbet Glass Fiber Mat) separator. We would like to provide a method.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법은,In order to achieve the problem to be solved by the present invention, a VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator according to an embodiment of the present invention is,
다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제1단계(S100);와The first step (S100) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM); and
Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제2단계(S200);와A second step (S200) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM) containing aluminum silicate fiber;
상기 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조하는 제3단계(S300);와The prepared porous adsorption glass mat 110, the porous adsorption glass mat 120 containing aluminum silicate fiber, and the porous adsorption glass mat 130 are laminated in that order, and are pressed using a pressing means to produce an aluminum silicate isolation plate 100. The third step (S300); and
극판군 차입 공정시, 상기 알루미늄실리케이트격리판(100), 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 제4단계(S400);와During the electrode plate group borrowing process, a fourth step (S400) of forming an electrode plate group by sequentially stacking the aluminum silicate separator plate 100, the positive electrode plate, and the negative electrode plate;
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 제5단계(S500);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.By including a fifth step (S500) of forming the electrode group on the precursor to complete the VRLA battery, the problem of the present invention is solved.
VRLA전지의 황산 전해액은 충전 시 물분해로 양극에서 산소가스가 발생되며, 높은 다공도와 우수한 흡수성 유리섬유의 가스 통로를 통해 음극에서 산소 재결합된다. When charging, the sulfuric acid electrolyte of a VRLA battery generates oxygen gas at the anode through water decomposition, and oxygen recombines at the cathode through the gas passage of the high porosity and excellent absorptive glass fiber.
이때, 본 발명인 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법을 통해, 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시킬 수 있게 된다.At this time, through the VRLA battery manufacturing method including the aluminum silicate separator of the present invention, the charging efficiency of the VRLA battery is increased by providing an aluminum silicate separator instead of the conventionally used absorbent glass fiber (Absorbet Glass Fiber Mat) separator. You can do it.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법에 의해 제조된 알루미늄실리케이트격리판의 단면 예시도이다.Figure 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a VRLA battery including an aluminum silicate separator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional illustration of an aluminum silicate separator manufactured by a VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법은,A VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator according to an embodiment of the present invention,
다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제1단계(S100);와The first step (S100) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM); and
Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제2단계(S200);와A second step (S200) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM) containing aluminum silicate fiber;
상기 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조하는 제3단계(S300);와The prepared porous adsorption glass mat 110, the porous adsorption glass mat 120 containing aluminum silicate fiber, and the porous adsorption glass mat 130 are laminated in that order, and are pressed using a pressing means to produce an aluminum silicate isolation plate 100. The third step (S300); and
극판군 차입 공정시, 상기 알루미늄실리케이트격리판(100), 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 제4단계(S400);와During the electrode plate group borrowing process, a fourth step (S400) of forming an electrode plate group by sequentially stacking the aluminum silicate separator plate 100, the positive electrode plate, and the negative electrode plate;
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 제5단계(S500);를 포함한다.It includes a fifth step (S500) of forming the electrode plate group on the precursor to complete the VRLA battery.
이때, 상기 제2단계(S200)에서,At this time, in the second step (S200),
Aluminum Silicate Fiber의 첨가량은,The amount of Aluminum Silicate Fiber added is:
유리 섬유 100 중량부 대비 1 ~ 5 중량부인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is 1 to 5 parts by weight compared to 100 parts by weight of glass fiber.
이때, 본 발명의 제조 방법에 의해,At this time, by the manufacturing method of the present invention,
제조된 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지를 제공하게 된다.VRLA batteries containing manufactured aluminum silicate separators will be provided.
이하, 본 발명에 의한 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the method for manufacturing a VRLA battery including an aluminum silicate separator according to the present invention will be described in detail through examples.
본 발명인 VRLA 전지는 일반적으로 케이스, 극판군으로 이루어지는데, 구체적으로 설명하자면, 케이스는 일정크기의 내부 공간이 형성되게 되며, 케이스의 내부에 구비되며 일정 개수의 양극판 및 음극판이 교대로 구비되는 복수 개의 극판군을 형성하게 된다.The VRLA battery of the present invention generally consists of a case and a group of electrode plates. To be specific, the case has an internal space of a certain size, and is provided inside the case, and a plurality of positive and negative plates are provided alternately. A group of polar plates is formed.
상기 케이스(case)는 양극판, 음극판, 격리판 및 전해액을 저장하는 용기로 상술한 구성들을 포함하기 위한 일정크기의 내부 공간이 형성되어 있다.The case is a container for storing a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator plate, and an electrolyte solution, and has an internal space of a certain size to contain the above-described components.
이때, 상기 양극판은 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극으로, 다양한 방법을 통해 제작될 수 있다.At this time, the positive plate is an electrode in which the positive electrode active material is reduced by receiving electrons from an external conductor, and can be manufactured through various methods.
그리고, 상기 음극판은 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 전극으로, 다양한 방법을 통해 제작될 수 있으나 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 기판과 활물질인 해면상납(Pb)으로 형성되며, 해면상납은 다공성과 반응성이 풍부하여 상기 전해액이 자유로이 확산, 침투되도록 구성하였다.In addition, the negative electrode plate is an electrode that emits electrons through a conductor as the negative electrode active material is oxidized. It can be manufactured through various methods, but in a preferred embodiment of the present invention, it is formed of a substrate and active material, spongy lead (Pb). It was designed to have high porosity and reactivity so that the electrolyte solution could freely diffuse and penetrate.
한편, 상기 활물질 첨가제는 상기 양극판 및 상기 음극판의 활물질에 일정형상 및 일정크기로 첨가되게 된다.Meanwhile, the active material additive is added to the active material of the positive electrode plate and the negative electrode plate in a certain shape and size.
이때, 상기 격리판은 흡수성 유리섬유(AGM)를 사용했다. At this time, the separator used absorbent glass fiber (AGM).
흡수성 유리섬유(AGM)는 황산 전해질을 흡수 및 고정하여 유동되는 현상을 막는 동시에 격리판으로서의 기능을 한다.Absorbent glass fiber (AGM) absorbs and fixes the sulfuric acid electrolyte and prevents it from flowing, while also functioning as a separator.
본 발명은 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat)격리판을 대신에 알루미늄실리케이트격리판을 제공함으로써, VRLA 전지의 충전 효율을 상승시키고자 한다.The present invention seeks to increase the charging efficiency of VRLA batteries by providing an aluminum silicate separator instead of the conventionally used absorbet glass fiber (Absorbet Glass Fiber Mat) separator.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법을 나타낸 공정도이다.Figure 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a VRLA battery including an aluminum silicate separator according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법은,As shown in Figure 1, the method for manufacturing a VRLA battery including the aluminum silicate separator of the present invention is,
다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제1단계(S100);와The first step (S100) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM); and
Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제2단계(S200);와A second step (S200) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM) containing aluminum silicate fiber;
상기 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조하는 제3단계(S300);와The prepared porous adsorption glass mat 110, the porous adsorption glass mat 120 containing aluminum silicate fiber, and the porous adsorption glass mat 130 are laminated in that order, and are pressed using a pressing means to produce an aluminum silicate isolation plate 100. The third step (S300); and
극판군 차입 공정시, 상기 알루미늄실리케이트격리판(100), 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 제4단계(S400);와During the electrode plate group borrowing process, a fourth step (S400) of forming an electrode plate group by sequentially stacking the aluminum silicate separator plate 100, the positive electrode plate, and the negative electrode plate;
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 제5단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A fifth step (S500) of forming the electrode plate group on the precursor to complete the VRLA battery.
구체적으로 설명하면, 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비(S100)하게 되는데, 이때, 일반적으로 유리섬유에 멜라민 수지, 발포성계면활성제등으로 이루어진 약품액을 첨가하여 물로 반죽하고 이 반죽액을 통상적인 제지공정으로 시트를 제조하게 된다.Specifically, a porous absorbed glass mat (AGM) is prepared (S100). At this time, a chemical solution consisting of melamine resin, foaming surfactant, etc. is generally added to glass fiber, kneaded with water, and this dough is kneaded with water. The liquid is manufactured into sheets through a typical papermaking process.
이후, Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비(S200)하게 되는데, 상기 제조 공정 상에 Aluminum Silicate Fiber의 첨가하게 되는 것이다.Afterwards, a porous absorbed glass mat (AGM) containing Aluminum Silicate Fiber is prepared (S200), and Aluminum Silicate Fiber is added during the manufacturing process.
이때, 바람직하게는, 유리 섬유 100 중량부 대비 1 ~ 5 중량부의 Aluminum Silicate Fiber를 첨가하게 되는 것이다.At this time, preferably, 1 to 5 parts by weight of Aluminum Silicate Fiber is added based on 100 parts by weight of glass fiber.
상기 중량부 미만일 경우에는 하기에서 실험한 결과값을 도출하기가 어렵고, 상기 중량부 초과일 경우에는 실험 결과, 5 중량부일 때와 비교시 기초 성능 및 내구성 향상 부분에서 별반 차이가 존재하지 않아 제조 원가 상승의 원인만 제공하기에 바람직하게는 상기한 범위 내에서의 첨가량을 한정한 것이다.If it is less than the above weight parts, it is difficult to derive the results of the experiment below, and if it is more than the weight parts, the test results show that there is no significant difference in basic performance and durability improvement compared to 5 parts by weight, so the manufacturing cost Since it only provides the cause of the increase, the addition amount is preferably limited within the above range.
이후, 도 2에 도시한 바와 같이, 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조(S300)하게 되는 것이다.Thereafter, as shown in FIG. 2, the prepared porous adsorption glass mat 110, the porous adsorption glass mat 120 containing aluminum silicate fiber, and the porous adsorption glass mat 130 are laminated in that order, and are pressed using a pressing means. The aluminum silicate isolation plate 100 is manufactured (S300).
이후, 극판군 차입 공정을 통해, 상기 제조된 알루미늄실리케이트격리판(100), 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성(S400)하고, 상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성(S500)시키게 되는 것이다.Thereafter, through the electrode plate group borrowing process, the manufactured aluminum silicate separator plate 100, the positive electrode plate, and the negative electrode plate are sequentially stacked to form an electrode plate group (S400), and the electrode plate group is formed on the precursor to complete the VRLA battery ( S500).
이때, Aluminum Silicate는 Silica(SiO2) 구조체에 Aluminum이 첨가된 형태로 Powder나 Fiber, Sheet등 여러가지 형태로 제조가 가능하다. At this time, Aluminum Silicate is a form in which aluminum is added to a silica (SiO2) structure and can be manufactured in various forms such as powder, fiber, and sheet.
더하여 Aluminum 첨가량이나 안정화를 위한 양이온 형태에 따라 여러가지 Grade로 상품화 되어 있어 추가 개발 등 소재를 신규 개발할 필요 없이 기존 제품을 활용하여 제조가 가능하다. In addition, it is commercialized in various grades depending on the amount of aluminum added or the type of cation for stabilization, so it can be manufactured using existing products without the need for additional development or new materials.
Aluminum Silicate의 특징은 Aluminum(Al)과 Silicate(SiO2)가 결합하면서 생긴 공극에 의해 이온화된 수용액 안에서 P-TYPE Semiconductor나 P-TYPE Condenser로 활용될 수 있다. The characteristic of Aluminum Silicate is that it can be used as a P-TYPE Semiconductor or P-TYPE Condenser in an ionized aqueous solution due to the gap created when Aluminum (Al) and Silicate (SiO2) combine.
즉, 배터리 방전 상태에서 전자를 Aluminum Silicate안에 일정량 가둘 수 있으며 전자나 음이온의 이동 통로가 될 수 있다. In other words, in a discharged battery state, a certain amount of electrons can be trapped in aluminum silicate and it can serve as a passage for electrons or negative ions.
이는 충전 시 양극에서 발생한 음이온을 보다 빠르게 음극으로 공급해 줄 수 있으며 궁극적으로 전지의 충전 효율을 향상시킬 수 있다. This can supply negative ions generated from the anode to the cathode more quickly during charging and ultimately improve the charging efficiency of the battery.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, the present invention will be examined in more detail through examples and comparative examples.
그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.However, the present invention is not limited to the following examples.
<실시예><Example>
일반적인 제지 공정을 이용하여 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조하였다.A porous adsorption glass mat (110) prepared using a general papermaking process, a porous adsorption glass mat (120) containing aluminum silicate fiber, and a porous adsorption glass mat (130) are laminated in that order, and are pressed using a pressing means to form an aluminum silicate separator. (100) was prepared.
제조한 VRLA 전지용 알루미늄실리케이트격리판의 중량 및 물성들은 평가한 결과는 표 1과 같다.Table 1 shows the results of evaluating the weight and physical properties of the manufactured aluminum silicate separator for VRLA batteries.
<비교예><Comparative example>
흡수성 유리섬유(AGM)로 VRLA 전지용 AGM격리판을 제조하였다.An AGM separator for VRLA batteries was manufactured using absorbent glass fiber (AGM).
제조된 VRLA 전지용 AGM격리판의 중량 및 물성들을 측정한 결과는 표 1과 같다.The results of measuring the weight and physical properties of the manufactured AGM separator for VRLA batteries are shown in Table 1.
상기한 격리판의 인장강도, 연신율, 다공성 및 흡수속도는 아래 방법을 평가(측정)하였다.The tensile strength, elongation, porosity, and water absorption rate of the above-described separator were evaluated (measured) using the following methods.
1) 인장강도(Kgf)/연신율(%)1) Tensile strength (Kgf)/Elongation (%)
BCT(Battery Council International) 표준시험방법 중 "재결합된 전지 격리막(Recombinant Battery Seperator Mat)의 인장강도 및 연신율 측정방법"에 따른다.It follows the “Method for measuring tensile strength and elongation of recombinant battery seperator mat” among the BCT (Battery Council International) standard test methods.
2) 다공성(%)2) Porosity (%)
수은 침투법을 사용하여 측정하며 이 방법은 수은을 공극률 분석기를 사용하여 수은에 가해지는 압력을 변화시켜 상이한 공극에 주입한다. It is measured using the mercury infiltration method, in which mercury is injected into different pores by varying the pressure applied to the mercury using a porosity analyzer.
폴리머층의 미세공극의 크기는 공극을 형성하기 전에 측정한다.The size of the micropores in the polymer layer is measured before forming the pores.
3) 흡수속도(㎜/초)3) Absorption speed (mm/sec)
폭 25 * 길이 20㎝ 시편의 밑부분 5㎜를 37%의 황산 수용액에 수직으로 침지시킨 후, 시편을 통해 상승한 황산 수용액의 높이가 120㎜일 때의 시간을 측정한다.After immersing the bottom 5 mm of a 25 cm wide * 20 cm long specimen vertically in a 37% aqueous sulfuric acid solution, measure the time when the height of the aqueous sulfuric acid solution rising through the specimen is 120 mm.
상기한 시험 평가 결과, 본 발명의 RLA 전지용 알루미늄실리케이트격리판을 통해 황산 전해질의 차입 공정을 용이하게 할 수 있으며, 인장 강도 등의 기계적 강도가 우수하며, 종래보다 우수한 다공성을 가지고 있기 때문에 내부 전기 쇼트 발생을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.As a result of the above test evaluation, the aluminum silicate separator for RLA batteries of the present invention can facilitate the borrowing process of sulfuric acid electrolyte, has excellent mechanical strength such as tensile strength, and has better porosity than the conventional one, preventing internal electric short circuit. It was found that occurrence could be prevented.
한편, VRLA 전지용 알루미늄실리케이트격리판을 삽입하여 전지를 제조하게 되면, 수명 종지 현상을 제거하게 되어 종래의 AGM 격리판이 삽입된 전지에 대비 20% 이상의 기초성능 향상과 15% 내구성을 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였다.On the other hand, when a battery is manufactured by inserting an aluminum silicate separator for VRLA batteries, the lifespan phenomenon is eliminated, and basic performance can be improved by more than 20% and durability by 15% compared to a battery with a conventional AGM separator inserted. was discovered.
위 발명의 효과를 파악하기 위해 종래의 극판을 제작하고 조립 및 화성하여 기초성능 및 수명시험을 하였다.In order to determine the effect of the above invention, a conventional electrode plate was manufactured, assembled and formed, and basic performance and lifespan tests were performed.
또한, 최종적인 80Ah의 용량을 갖는 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J2801 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다. In addition, a product with a final capacity of 80Ah was produced, and a lifespan test was conducted according to the SAE J2801 standard to verify the lifespan at high temperatures.
시험 결과, 보유용량에서 88Ah의 용량과 수명이 315사이클에서 종지되었으며, 이는 종래품 대비 보유용량에서 20%, 수명에서는 15% 향상되었다.As a result of the test, the holding capacity of 88Ah and the lifespan were reached at 315 cycles, which is a 20% improvement in the holding capacity and a 15% improvement in lifespan compared to the conventional product.
<시험예><Test example>
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 VRLA 전지에 사용하는 일반적인 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 VRLA 전지용 알루미늄실리케이트격리판을 포함시켜 제조된 제품을 말한다.The conventional products described below refer to general products used in VRLA batteries manufactured by the applicant, and the improved products refer to products manufactured by including the aluminum silicate separator for VRLA batteries of the present invention.
상기 표 2는 종래의 VRLA 전지와 본 발명의 VRLA 전지의 성능 시험결과로서, 내구성이 종래품의 경우, 274 cycle을 나타냈으며, 개선품의 경우, 315 Cycle을 나타내고 있다.Table 2 shows the performance test results of the conventional VRLA battery and the VRLA battery of the present invention, showing durability of 274 cycles for the conventional product and 315 cycles for the improved product.
따라서, 종래품보다 내구성이 15% 향상되었음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed through experiments that durability was improved by 15% compared to conventional products.
1) 보유용량 (RC : Reserve Capacity)1) Reserve Capacity (RC: Reserve Capacity)
보유용량 RC는 만충전 완료 후 1시간 이상 방치한 다음 25℃에서 25A의 방전전류로 방전종지전압 10.5V 도달 시까지의 방전가능지속시간을 측정하는 것으로, 예를 들면 이는 차량에 있어서 시동이 정지된 상태 등에서 부하를 작동시키는데 어느 시간까지 최소한의 기능을 발휘할 수 있는가에 대한 척도가 된다.Holding capacity RC measures the discharge duration until the end-of-discharge voltage of 10.5V is reached with a discharge current of 25A at 25℃ after being left for more than 1 hour after full charge. It is a measure of how long the minimum function can be exercised in operating the load under certain conditions.
시험결과, 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지를 제작하였을 경우, 보유용량(RC)은 140 ~ 150분으로, 정확하게는 150분으로 종래품에 대비하여 20%의 성능향상 효과를 보임으로써 알루미늄실리케이트격리판이 보유용량에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As shown in Table 2, as a result of the test, when a VRLA battery including an aluminum silicate separator according to the present invention is manufactured, the retention capacity (RC) is 140 to 150 minutes, 150 minutes to be exact, 20 minutes compared to the conventional product. By showing a performance improvement of %, it was found that the aluminum silicate separator had a positive effect on the holding capacity.
2) 저온시동전류(CCA : Cold Cranking Ampere)2) Cold Cranking Ampere (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. In general, the rapid discharge characteristics of storage batteries rapidly deteriorate below -10℃, and cold starting current (CCA) is a high-rate discharge test to evaluate car starting ability at low temperatures. After full charge, it reaches 630A at -18℃ by 30 degrees Celsius. Measure the voltage during super discharge.
이 시험에 있어서는 30초 때의 전압이 7.2V이상 요구되며, 높을수록 성능이 우수한 것으로 평가된다. In this test, a voltage of 7.2V or higher is required for 30 seconds, and the higher the voltage, the better the performance.
본 발명에서는 (30초 전압÷6-0.2)×630의 보정식을 사용하여 CCA를 계산하였다.In the present invention, CCA was calculated using the correction equation of (30 seconds voltage ÷6-0.2) × 630.
시험결과, 표 2에서 도시한 바와 같이, 30초 전압은 7.70V ~ 7.82V, 환산 CCA는 680A ~ 700A으로, 정확하게는 700A로 기존제품에 대비하여 10%의 성능향상 효과를 보임으로써 알루미늄실리케이트격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우 저온시동전류에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As shown in Table 2, the 30-second voltage is 7.70V ~ 7.82V, and the converted CCA is 680A ~ 700A, to be exact, 700A, showing a 10% performance improvement compared to existing products, resulting in aluminum silicate isolation. It was found that manufacturing a product containing a plate had a positive effect on low-temperature starting current.
3) 20 시간율 용량(AH)3) 20 hour rate capacity (AH)
이는 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로, 축전지 용량에 대해 비교적 적은 전류인 3.75A로 연속 방전시켜, 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하는 것이다. This is to determine the low-rate discharge characteristics, by continuously discharging at 3.75A, which is a relatively small current for the storage battery capacity, and measuring the discharge capacity (AH) until the voltage reaches 10.5V.
시험 결과, 90AH ~ 98AH로, 정확하게는 98AH로 기존제품에 대비하여 20%의 성능향상 효과를 보임으로써, 알루미늄실리케이트격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우에 20 시간율 용량(AH)에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As a result of the test, it showed a 20% performance improvement compared to existing products from 90AH to 98AH, to be exact, 98AH, showing a positive effect on the 20 hour rate capacity (AH) when a product containing an aluminum silicate separator was manufactured. It was found that it had a significant impact.
4) 수명 검증 시험(SAE J2801, Cycle)4) Life verification test (SAE J2801, Cycle)
미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 75℃ 환경에서 수명을 검증한 그래프(J2801)로서, 상기 시험 규격은 전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다. This is a graph (J2801) that verifies the lifespan in a 75℃ environment according to the American Association of Automotive Engineers standards. The test standard measures the cycle until the battery reaches the end of its life by repeatedly charging/discharging at high temperature (75℃). This is a test method.
(1사이클 : 25A 18초 방전, 14.2V[최대 25A] 정전압 30분 충전- 5회 반복시 1Cycle)(1 cycle: 25A 18 second discharge, 14.2V [maximum 25A] constant voltage charge for 30 minutes - 1 cycle when repeated 5 times)
본 시험은 1주 동안 34회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후 200A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 배터리의 상태를 판정한다. This test is repeated 34 times for one week, and then after standing for 56 hours, the battery is discharged at a high rate of 200A and the voltage at 30 seconds is measured to determine the state of the battery.
30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 배터리를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 배터리를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다. If the voltage at 30 seconds is more than 7.2V, the battery is judged to be intact and the above cycle is repeated. If it is less than 7.2V, the battery is judged to be at the end of its life and the test is stopped.
시험 결과, 종래품에 대비하여 수명에서 15% 향상되는 효과를 보임으로써 알루미늄실리케이트격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우, 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.As a result of the test, the lifespan was improved by 15% compared to conventional products, showing that manufacturing a product containing an aluminum silicate separator had a positive effect on increasing the lifespan.
요약하자면, VRLA전지는 충전 중 발생하는 산소 가스가 음극의 산소 재결합으로 황산 전해액 감소를 최소화한 납축전지이다. In summary, VRLA batteries are lead-acid batteries that minimize the reduction of sulfuric acid electrolyte by recombining oxygen gas at the cathode with oxygen gas generated during charging.
이때, 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 통로와 황산 전해액을 고정시키기 위해 흡수성 유리 섬유를 사용한다.At this time, absorbent glass fiber is used to fix the gas passage through which oxygen gas can easily move to the cathode and the sulfuric acid electrolyte.
흡수성 유리 섬유는 뛰어난 전해액 보유 특성이 있어야 하기에 높은 다공도와 젖음 특성이 있다. Absorbent glass fibers must have excellent electrolyte retention properties and therefore have high porosity and wetting properties.
하지만, 유리섬유 특성상, VRLA전지의 양극과 음극 및 격리판에 존재하는 에어 포켓(Air pocket)은 유동성 전해액을 사용하는 일반 Flooded전지 대비 충전 효율이 80% 정도로 떨어지는 문제가 있었다. However, due to the nature of glass fiber, the air pockets present in the anode, cathode, and separator of VRLA cells had the problem of reducing charging efficiency to about 80% compared to regular flooded batteries using fluid electrolyte.
본 발명에서는 이러한 유리 섬유를 기본 베이스로 하고, 추가적으로 Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트를 구성하여 격리판을 제공하게 된다.In the present invention, a separator is provided by using glass fiber as a basic base and additionally comprising a porous adsorption glass mat containing aluminum silicate fiber.
상기한 알루미늄실리케이트격리판은 90% 이상의 다공도를 가지고 압축 성형되며, 황산전해액에 대해 우수한 흡수성을 보유하여 전기 저항이 낮기 때문에 고성능 VRLA전지를 구현하는 효과를 제공하게 됨으로써, 내구성 향상에 따른 수명 향상의 상승 효과를 제공하게 되는 것이다.The above-described aluminum silicate separator is compression molded with a porosity of 90% or more, and has excellent absorption of sulfuric acid electrolyte and low electrical resistance, thereby providing the effect of implementing a high-performance VRLA battery, resulting in improved lifespan due to improved durability. This provides a synergistic effect.
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. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not limiting.
S100 : 제1단계
S200 : 제2단계
S300 : 제3단계
S400 : 제4단계
S500 : 제5단계S100: Stage 1
S200: 2nd stage
S300: Stage 3
S400: Stage 4
S500: Stage 5
Claims (3)
다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제1단계(S100);와
Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(absorbed glass mat: AGM)를 준비하는 제2단계(S200);와
상기 준비된 다공성 흡착 유리 매트(110), Aluminum Silicate Fiber를 포함한 다공성 흡착 유리 매트(120), 다공성 흡착 유리 매트(130) 순으로 적층하며, 압착수단을 통해 압착하여 알루미늄실리케이트격리판(100)을 제조하는 제3단계(S300);와
극판군 차입 공정시, 상기 알루미늄실리케이트격리판(100), 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 제4단계(S400);와
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 제5단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법.
In the VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator,
The first step (S100) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM); and
A second step (S200) of preparing a porous absorbed glass mat (AGM) containing aluminum silicate fiber;
The prepared porous adsorption glass mat 110, the porous adsorption glass mat 120 containing aluminum silicate fiber, and the porous adsorption glass mat 130 are laminated in that order, and are pressed using a pressing means to produce an aluminum silicate isolation plate 100. The third step (S300); and
During the electrode plate group borrowing process, a fourth step (S400) of forming an electrode plate group by sequentially stacking the aluminum silicate separator plate 100, the positive electrode plate, and the negative electrode plate;
A VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator comprising a fifth step (S500) of forming the electrode plate group on the precursor to complete the VRLA battery.
상기 제2단계(S200)에서,
Aluminum Silicate Fiber의 첨가량은,
유리 섬유 100 중량부 대비 1 ~ 5 중량부인 것을 특징으로 하는 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지 제조방법.
According to clause 1,
In the second step (S200),
The amount of Aluminum Silicate Fiber added is:
A VRLA battery manufacturing method including an aluminum silicate separator, characterized in that 1 to 5 parts by weight compared to 100 parts by weight of glass fiber.
제조된 알루미늄실리케이트격리판을 포함한 VRLA 전지.
By the manufacturing method of claim 1,
VRLA cell containing manufactured aluminum silicate separator.
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| KR1020220121958A KR20240042996A (en) | 2022-09-26 | 2022-09-26 | VRLA battery manufacturing method including aluminum silicate separator |
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