KR100210502B1 - 권취극판군용 세퍼레이터 - Google Patents

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Abstract

원통형 전지에서 권취부의 중심에 위치한 세퍼레이터의 본래의 역할인 양극판과 음극판의 단락 방지에 기여하는 데에 있어서 불필요한 부분을 절단기구나 레이저빔을 이용하여 제거하는 공정을 첨가함으로써 전지의 내부 공간을 증대시키고 이로 인하여 주입되는 전해액의 양을 증가시켜 전지 성능을 향상시키고 내부에서 가스발생시 캔의 내압을 감소시킨다.

Description

권치극판군용 세퍼레이터
제1도는 권취기(winding machine)에서 극판과 세퍼레이터(seperator), 권취축에 세퍼레이터가 삽입되어 있는 모습을 나타낸 평면도(a) 및 정면도(b).
제2도는 권취한 후에 극판과 세퍼레이터가 캔에 삽입된 원통형(jelly-roll type) 전지의 부분 단면도.
제3도는 권취한 원통형 전지에서 세퍼레이터의 절취해 낼 부위를 표시한 부분 단면도이다.
제4도는 권취한 원통형 전지에서 세퍼레이터의 일부를 절취하고 난 후의 모습을 나타낸 부분 단면도.
제5도는 원통형 전지의 전체 구조를 나타내는 개략적인 분해도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 권취축 13 : 양극판
15 : 음극판 17 : 세퍼레이터
[산업상의 이용 분야]
본 발명은 원통형 니켈 수소 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원통형 니켈 수소 전지에서 권취부의 중심에 발생하는 불필요한 세퍼레이터를 제거함으로써 전지의 내부 공간을 증대시키고 이로 인하여 주입되는 전해액의 양을 증가시켜 전지의 성능을 향상시키고 내부에서 가스발생시 캔의 내압을 감소시키는 원통형 니켈 수소 전지에 관한 것이다.
[종래기술]
카메라, 캠코더, 휴대용 CD 플레이어, 휴대용 라디오/녹음재생기, 노트북, 컴퓨터, 무선 호출기 또는 휴대용 전화기 등의 각종 휴대용 전자 기기의 보급이 활발해지면서 이들의 작동에 소요되는 전지에 대하여 고용량화 및 장수명화 특성이 요구되고 있다.
일반적으로 전지라고 하는 것은 적당한 물질간의 접촉 전위 차이를 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로서, 그 종류는 매우 다양하다. 전지를 기술적으로 분류하면, 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 방전만이 행하여지는 1차 전기, 방전과 충전을 반복할 수 있는 2차 전지, 탄화수소류의 연소열을 그대로 전기에너지로 변환시키는 연료 전지 그리고 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지 등으로 분류할 수 있다. 또 전해액의 구성에 따라 알칼리 전지, 고체 전해질 전지, 및 비수용액 전지 등으로 분류할 수 있으며, 전지의 외관에 따라 원통형 전지, 단추형 전지, 코인형 전지로 구분할 수 있다.
이중 원통형 구조를 갖는 전지의 양극과 음극, 그리고 이들의 단락을 방지하기 위한 세퍼레이터와, 전해액 그리고 양극 단자 및 음극 단자로 이루어져 있다.
이들 전지의 보다 상세한 구조를 제5도에 도시한 니켈 수소 전지를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 원통형 니켈 수소 전지는 Ni(OH)2를 양극 활물질을 도포한 양극판(13)과 LaNi5, MmNi5, Ti-Fe 또는 Ti-Ni 합금 등을 주성분으로 하는 음극활물질을 도포한 수소 저장 합금인 음극판(15)과 상기 양극판(13)과 음극판(15)의 단락을 방지하기 위하여 부직포로 이루어진 세퍼레이터(17)와 이들의 단자로서 양극 단자인 캡(19)과 음극 단자이면서 수납 장치 역활을 하는 케이스(11)를 포함하고 있으며, 이외에 안전변(23), 봉구판(25), 절연링(27), 절연판(29)을 갖고 있다.
이와 같은 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 양극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 양극판(13)을 제조하고, 음극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건저 그리고 압연하여 음극판(15)을 제조한 후, 상기 양극판(13) 및 음극판(15) 사이에 세퍼레이터(17)를 개재하여 권취하고, 상기 권취 상태로 조립된 극판(13,15)과 세퍼레이터(17) 조립체를 캔 내부에 삽입한 후, 전해액을 주입하고 상측 개구부에 캡 어셈블리를 장착하는 공정을 거쳐 제조한다.
상기와 같이 제조된 원통형 니켈 수소 전지의 충전 및 방전 반응을 상세히 설명하면 다음과 같다.
음극 활물질을 수소 저장 합금으로 하고, 양극 활물질을 니켈하이드록사이드로 하고, 전해액으로는 포테슘하이드록사이드(KOH) 수용액을 사용하여 충전시 전해액 속의 물이 분해되어 생긴 수소를 수소 저장 합금이 저장하고 방전시에는 필요한 수소를 전해액 내로 방출하여 방전하며, 그 충전 및 방전 반응식은 다음과 같다.
상기 반응식에 있어서, M은 수소 이온을 흡수 및 방출할 수 있는 수소 저장 함금을 나타내는 것으로서, 회토류계 원소를 이용한 AB5계와 Ti, Zr, V 등을 이용하는 AB5계가 있다. 상기 식에서 니켈 수소 전지의 양극과 음극은 상기의 반응식에 따라 수백회 이상의 충전 및 방전이 가능하도록 되어 있다.
이와 같은 기능과 구조를 갖는 원통형 니켈 수소 전지를 제조하는 공정에 있어서, 제1도에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(17)를 중심으로 양극판(13)과 음극판(15)을 세퍼레이터(17)의 반대 면에 위치시킨 후, 맨드렐(mandrel) 등의 권취축(12)을 이용하여 권취하는 공정이 있다.
제2도는 권취한 후에 극판과 세퍼레이터(17)가 캔에 삽입된 원통형 니켈 수소 전지의 부분 단면도로서, 원통형 니켈 수소 전지의 세퍼레이터(17)를 중심으로 양극판(13)과 음극판(15)이 권취되었을 때에 그 중심부, 즉 권취축(12)에 의하여 고정되는 부분에는 극판(13,15)과 겹치지 않으면서 세퍼레이터(17)끼리 중첩되는 부분이 생긴다. 이 부분은 제3도에 나타나 있는데, 세퍼레이터(17)의 본래 목적인 양극판(13)과 음극판(15)의 단락 방지의 역활을 수행하지 못하는 부분으로 권취부의 중심에서 불필요한 부분(////)이다. 이렇듯이 양극판(13)과 음극판(15)의 단락을 방지하기 위하여 삽입되는 상기 세퍼레이터(17)는 불필요한 공간을 점유하게 되어 캔에 주입되는 공간을 차지하여 전지 내의 전해액주입 양이 줄고 내부에서 가스 발생시 내압이 상승하게 되며, 결국 전지의 용량을 줄이고 전지의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
[본 발명이 해결하고자 하는 과제]
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원통형 전지에서 전지 캔 내부 공간을 증대시켜 전지의 성능을 향상시키고 내압을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 구성을 갖는다.
본 발명은 양극판, 음극판, 양극 단자, 음극 단자, 상기 양극판과 음극판 사이에 제공되는 세퍼레이터 그리고 전해액을 포함하며, 상기 양극판, 음극판 그리고 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 원통형 니켈 수소 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터의 중심부에서 상기 세퍼레이터끼리 중첩되는 부분을 절단한 원통형 니켈 수소 전지를 제공한다.
상기 세퍼레이터가 중심부로부터 10∼14절단된 원통형 니켈 수소 전지인 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 양극 활물질 슬러리 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 양극판을 제조하고 음극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 음극판을 제조하고 세퍼레이터를 상기 양극판 및 음극판 상이에 개재하여 권취하고 상기 권취 상태로 조립된 극판과 세퍼레이터를 캔 내부에 삽입한 후 전해액을 주입하고 상측 개구부에 캡 어셈블리를 장착하는 공정을 포함하는 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법에 있어서, 상기 세퍼레이터의 중심부에서 상기 세퍼레이터끼리 중첩되는 부분을 절단하는 공정을 포함하는 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법을 제공한다.
상기 세퍼레이터를 중심부로부터 1∼14절단하며 세퍼레이터의 절단공정은 캔에 절단기구를 삽입하거나 레이저빔을 이용하는 것이 바람직하다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
캔 내부에 권취 상태로 삽입되는 양극판과 음극판은 종래와 같은 방법에 의하여 제작된다.
다시 말하면, 양극판은 44.8%중량부의 니켈하이드록사이드(Ni(OH)), 8.5%중량부의 코발트 산화물, 0.5%중량부의 증점제, 2%중량부의 결착제 및 27%중량부의 물(H2O)이 혼합된 슬러리화된 양극 활물질 82.8%중량부를 금속지지체 상에 도포, 건조한 후, 압연하여 제조하였다. 그리고 음극판은 83.7%중량부의 수소 저장 합금 분말과 도전체인 카본 .33%중량부, 0.17%중량부의 증점제, 0.67%중량부의 결착제 및 13.6%중량부의 물이 혼합된 페이스트화를 이루는 음극 활물질을 금속지지체 상에 도포, 건조하고 압연하여 제조하였다.
상기와 같이 제조한 양, 음극판은 절단공정을 걸쳐서 소정의 크기로 절단하고 세퍼레이터를 나이론계 부직포로 하여 양,음극판 상이에 개재하여 권취한 상태로 소정의 크기를 이루는 캔 내부에 삽입하였다.
그리고 나서, 제3도에서 도시한 바와 같이, 세퍼레이터의 권취부의 중심의 중첩되는 부분(////) 중에서 14를 제거하였다.
그리고 캔 내부에 전해액을 주입하고 그 상측 개구부에는 캡 어셈블리를 장착하여 원통형 니켈 수소 전지를 제작하였다.
제4도에서 중심부의 세퍼레이터가 본 발명의 방법에 의해 제거된 후의 캔의 단면을 보여주고 있다.
[비교예]
권취부의 중심에발생하는 불필요한 세퍼레이터를 제거하는 공정을 생략하는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 실시하여 원통형 니켈 수소 전지를 제작하였다.
상기와 같이 제조된 니켈 수소 전지는 0.1C로 150% 충전, 0.2C로 0.9V 컷-오프(cutt-off)조건으로 3사이클(cycle)로 초기 활성화시키고 1C 150% 충전, 1C 0.9V 컷-오프한 조건으로 충전과 방전을 200회 반복 실시하였다.
그리고 나서 전지적 특성을 측정하여 하기의 표에 나타내었다.
본 발명은 상기의 표에 나타나 있듯이, 세퍼레이터의 체적을 기준으로 하였을 때에, 약 3.8∼6.0%의 추가 공간을 캔의 내부에서 확보할 수 있었으며, 극판과 세퍼레이터가 캔에 삽입된 후에 잔존하는 내부 공간이 최대 20% 증대되는 효과를 가져올 수 있었다. 그리하여 전지에 필요한 충분한 전해액을 캔에 주입할 수 있었으며, 감소된 내부 압력으로 인하여, 전지의 수명이 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.
[효과]
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명에 의한 니켈 수소 전지의 제조방법은 전지의 권취부의 중심에 발생하는 불필요한 세퍼레이터를 제거함으로써 전지의 내부공간을 증가시켜 주입되는 전해액의 양을 증가시키고 캔 내부의 내압 또한 감소시켜 전지의 성능과 수명을 향상시키는 효과를 준다.

Claims (5)

  1. 양극판; 음극판; 양극 단자; 음극 단자; 상기 양극판과 음극판 사이에 제공되는 세퍼레이터; 그리고 전해액;을 포함하여, 상기 양극판, 음극판, 그리고 세퍼레이터를 권취하여 형성되는 원통형 니켈 수소 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 중심부에서 상기 세퍼레이터끼리 중첩되는 부분이 절단됨을 특징으로 하는 원통형 니켈 수소 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터가 중심부로부터 10∼14절단됨을 특징으로 하는 원통형 니켈 수소 전지.
  3. 양극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 양극판을 제조하고; 양극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 음극판을 제조하고; 세퍼레이터를 상기 양극판 및 음극판 사이에 개재하여 권취하고; 상기 권취 상태로 조립된 극판가 세퍼레이터를 캔 내부에 삽입한 후 전해액을 주입하고 상측 개구부에 캡 어셈블리를 장착하는; 공정을 포함하는 원통형 니켈 수소 전지에 있어서, 상기 세퍼레이터의 중심부에서 상기 세퍼레이터끼리 중첩되는 부분을 절단하는 공정을 포함하는 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세퍼레이터를 중심부로부터 1∼14절단하는 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 세퍼레이터이 절단공정은 캔에 절단기구를 삽입하거나 레이저빔을 이용하는 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법.
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