KR100339804B1 - 겔 전해질의 주입이 용이한 납축전지용 전조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 밀폐형 연축전지 제조시, 실리카가 포함된 액체 전해질을 겔이 형성되기 전에 조속한 시간 내에 전극 내로 균일하게 공급하기 위한 납축전지용 전조에 관한 것이다.

본 발명은 전조의 바닥에 홈을 내고, 전해질 주입 통로로 사용되는 전조의 측면에는 양말단이 Z형인 ㄷ자 형 튜브가 설치된, 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조에 관한 것이고, 또한 전조의 바닥에 Z형의 양말단을 갖고, 한쪽 면이 트인 튜브가 설치되고, 전해질 주입 통로로 사용되는 전조의 한 쪽 측면에는 양말단이 Z형인 ㄷ자형의 튜브가 설치된, 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조에 관한 것이다.

본 발명에 의해 제조된 납축전지용 전조를 사용함으로써, 대형 산업용 연축전지 제조시 실리카가 포함된 겔 전해질을 고속으로 혼합하여 액상으로 만든 다음 겔화(고형화)되기 전 조속한 시간 내에 균일하게 전극 내로 공급할 수 있기 때문에 전지 성능을 안정화시킬 수 있다.

또한, 종래에는 3차원 실리카겔을 안정화시키기 위한 결합제의 사용이 전해질의 점도를 높이기 때문에 그 양과 종류에 제한을 받았지만, 본 발명의 납축전지용 전조를 사용함으로써, 결합제 사용에 대한 제한요소를 완화시킬 수 있으므로, 결합제를 사용하면서도 효과적으로 단시간 내에 전해질을 전조에 균일하게 주입하는 것이 가능하다.

Description

겔 전해질의 주입이 용이한 납축전지용 전조{A battery jar used in a storage lead battery for an easy injection of gel electrolyte}

본 발명은 산업용 밀폐형 연축전지 제조 시, 실리카가 포함된 전해질을 고속으로 회전시켜 액상으로 만든 다음 전해질이 고형화 되기 전 조속한 시간 내에 전극 내로 균일하게 공급하기 위한 납축전지용 전조에 관한 것이다.

통신 중계소나 UPS(Uninterrupted Power Supply)에 사용되는 전지는 고용량이며, 저가로 제작 가능하고, 비교적 안전한 대형 밀폐형 연축전지가 사용된다. 자동차용 전지와 달리 통신용 또는 UPS용 전지는 10년 이상 장기간을 고정된 장소에서 보관·사용되기 때문에, 액체 전해질을 사용하게 되면 전해질 내에 황산 전해질의 비중차가 발생하게 되어 전지의 높이에 따라서 전해질 비중이 달라지게 된다. 이로 인하여 비중이 높은 전지의 바닥 부분, 즉 포스트(post)에서 가장 멀리 떨어진 부분이 쉽게 부식되어 수명이 조기에 종료된다.

이러한 전해질의 층분리를 막기 위해서 유리질 섬유(Absorptive Glass Mat, 이하 AGM이라 칭함)에 황산 전해질을 함침시키거나, 또는 황산 전해질에 실리카를 분산시킨 겔 전해질을 사용할 수 있다.

상기 미세 다공성의 AGM은 모세관력으로 전해질을 흡수하여 전해질의 유동성을 낮춤으로써 층분리를 방지하고, 상기 겔 전해질은 황산 전해질에 미세한 실리카 분말을 분산시켜 고형화함으로써, 실리카 분말 표면의 수산화기는 분말간에 서로 수소결합하여 3차원 구조를 형성하고, 황산과도 수소결합을 형성하여 층분리되는 것을 효과적으로 방지한다.

일반적으로 AGM은 공정이 간단하면서도 비교적 성능도 우수하기 때문에 겔 전해질보다는 많이 사용되고 있지만, 장기간 사용하게 되면 비중차가 발생되고, 특히 높이가 큰 전지에서는 중력으로 인한 비중차 발생률이 높기 때문에 대형 산업용 전지에는 부적합하다. 따라서, 대형 산업용 전지나 장수명을 요하는 용도에서는 층분리 억제효과가 뛰어나고 상대적으로 많은 양의 황산을 포함할 수 있는 겔 전해질이 주로 사용된다.

비록 겔 전해질은 실리카 입자들이 수소결합을 형성하여 3차원 구조를 이루고 있지만, 약한 수소결합으로 되어 있기 때문에 진동이나 충격 등의 외력에 의해서 쉽게 붕괴되어 액상이 형성되고 시간이 지나면 다시 굳어져 고체가 된다. 전지의 전조 내로 겔 전해질을 주입하기 위해서는 반드시 액상 상태에서 실시하여야만 하는데, 일정 시간 후에는 상기 겔 전해질은 겔화 되어 굳어지기 때문에 납축전지용 전조 내로 주입하는 것이 불가능하게 된다.

일반적으로 겔화 속도에 영향을 주는 것은 전해질 비중, 실리카 함량, 결합제의 사용 등을 들 수 있다. 전해질의 비중이 높고, 실리카 함량이 높을수록 겔화 속도는 빨라진다. 실질적으로 산업용 밀폐형 연축전지에 사용되는 겔 전해질은, 전지에서 가장 우수한 성능을 낼 수 있는 실리카가 8중량% 포함된 비중 1.28의 전해질로서, 겔화 속도가 매우 빠르기 때문에 2분 정도 지나면 겔로 굳어지기 시작한다.

통상적인 액체 전해질은 전조 내에서 충분한 유동성이 있기 때문에 초기 주입시 전해질에 함침되어 있지 않은 전극도 나중에는 모두 전해질을 흡수할 수 있다. 그러나, 겔 전해질은 고형화 되면 높은 점도로 인하여 전조 내에서의 이동이 불가능하게 되기 때문에, 겔이 형성되면 극판 내부와 극판사이, 격리판 내에 포함된 공기가 외부로 빠져나올 수 없고, 초기에 전해질이 채워지지 않으면 고형화된 겔 때문에 전해질이 더 이상 채워질 수가 없게 되어, 그 부분은 전기화학 반응에 참여하지 못하고 이로 인해 용량 감소와 수명특성의 악화를 초래할 수 있다.

예를 들면, 용량이 3000Ah인 통신용 전지(57㎝×21㎝×80㎝)에는 약 60㎏ 정도의 전해질이 들어가기 때문에 일정 시간 이상의 주입 시간이 반드시 필요하다. 그러나 주입 시간이 길어지면 겔 전해질의 고체로 굳어질 가능성이 높기 때문에, 극판과 극판, 격리판 사이 작은 공간에 전해질을 효과적으로 단시간 내에 채우기 위해서는 전조 내로 전해질의 빠른 공급을 할 수 있는 대안이 요구된다.

이에 본 발명은 산업용 밀폐형 연축전지, 특히 대형전지의 겔 전해질을 단시간 내에 효과적으로 주입시키기 위한 납축전지용 전조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 홈과 T 형 받침이 설치된 납축전지용 전조 바닥 면의 측단면도이다.

도 2는 양말단에 Z형 받침이 있고, 중앙에 T형 받침이 있는 튜브가 설치된 납축전지용 전조 바닥 면의 측단면도이다.

도 3은 전조의 측면에 양말단이 Z형인 ㄷ자형의 튜브가 설치되어 있는 납축전지의 평면도이다.

도 4는 전조의 바닥에는 도 1의 홈 또는 도 2의 튜브가 설치되어 있고, 전조의 측면에는 도 3의 튜브가 설치되어 있는 납축전지에서의 전해질의 이동경로를 도시한다.

본 발명은 여러개의 양극판 및 음극판이 격리판을 게재하여 배치되어서 된 극판군과 그 사이에 전해액이 구비되어 있는 납축전지용 전조에 있어서, 상기 전조의 바닥에 홈을 내고, 전해질 주입 통로로 사용되는 전조의 측면 한쪽에는 양말단이 Z형인 ㄷ자 형 튜브가 설치된, 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 여러개의 양극판 및 음극판이 격리판을 게재하여 배치되어서 된 극판군과 그 사이에 전해액이 구비되어 있는 납축전지용 전조에 있어서, 상기 전조의 바닥에 Z형의 양말단을 갖고, 한쪽 면이 트인 튜브가 설치되고, 전해질 주입 통로로 사용되는 전조의 한쪽 측면에는 양말단이 Z형인 ㄷ자형 튜브가 설치된, 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 겔 전해질이 겔화 되기 전에 납축전지용 전조 내로 신속하게 주입하기 위하여, 도 1과 같이 바닥 양옆에 턱을 만들어 홈을 형성시키거나, 또는 도 2와 같이 Z형의 양말단을 갖고 한쪽 면에 트인 튜브를 바닥에 가로로 설치한다.

또한 전해질 주입 초기에 전해질을 바닥으로 직접 공급할 수 있도록 하기 위하여, 전조의 측면에 도 3과 같은 양말단이 Z형인 ㄷ자형 튜브를 설치한다.

상기 도 1에서 나타낸 바와 같이, 전조의 제작시 양옆에 턱을 만들어 전극이 걸쳐지도록 하여 전극 아래에 공간을 형성함으로써 전해질을 원활하게 공급할 수 있는 통로가 제공된다. 따라서, 실리카 함량이 높은 고점도의 전해질이 원활하게 전조 내 전극사이를 채울 수 있다. 만약 전극이 무거워 힘을 받지 못할 경우에는 홈 중앙에 T형 받침대를 가로로 설치하여 양끝과 가운데서 서로 힘을 받도록 한다.

또한 상기 도 2에 나타낸 바와 같이, 전조의 바닥에 Z형의 양말단을 갖는 튜브를 설치함으로써 전극이 걸쳐지도록 할 수 있고, 또한 상기 튜브는 한쪽 면이 트여 있어, 도 1에서와 마찬가지로 전해질을 원활하게 공급할 수 있는 통로가 제공된다. 따라서, 실리카 함량이 높은 고점도의 전해질이 원활하게 전조 내 전극사이를 채울 수 있다. 이 경우에도 전극이 무거워 힘을 받지 못할 때에는 튜브 중앙에 T형 받침대를 설치하여 힘을 받도록 할 수 있다.

사용되는 전극의 무게와 크기에 따라서 상기 도 1 및 도 2의 각각의 양옆의 턱 또는 튜브의 양말단의 모양 및 중앙의 T형 받침대를 충분히 힘을 받을 수 있도록 설치한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 전해질을 초기에 공급할 때 넓고 긴 튜브가 전조 바닥까지 닿도록, ㄷ자형 튜브를 전조 측면에 설치한다. 상기 튜브의 크기와 높이는 전지의 용량을 감소시키지 않고 힘을 받을 수 있도록 적당한 크기로 제작되고, 튜브의 양말단은 Z형을 이루며, 튜브의 재질은 유동성 재질이다.

상기 ㄷ자형 튜브는 전해질 주입 시에는 튜브를 끼울 수 있는 통로가 되고,양말단이 Z형으로 이루어져 있어 튜브 내에 어느 정도의 겔 전해질이 충전되어 있으므로, 전해질이 공급이 끝난 후 전극 내에 부족한 전해질을 여분으로 공급할 수 있고, 또한 유연성 재질로 이루어져 있기 때문에, 충·방전 하는 동안 전극의 팽창 수축으로 인한 응력을 완충할 수 있어 전조의 변형을 막을 수 있으므로 장기간 안정하게 사용하는 것이 가능하다.

겔 전해질의 주입을 위하여, 상기와 같은 구조를 갖는 납축전지용 전조 내에 전극군을 넣어 조립한 후 진공을 걸어 전조내 공기를 제거한다. 전조의 한쪽 면에서는 겔 전해질을 공급할 수 있도록 하여, 전해질이 바닥면으로 들어가고, 이것이 다시 위로 차오르게 한다. 이때 전해질이 전극군 상부에 한꺼번에 들어가지 않도록 한다. 만약 전극 상부를 액체 전해질이 다 덮으면 내부에 존재할 수 있는 공기가 전조 위로 빠져 나올 수 없고, 전해질이 빠른 시간에 균일하게 들어 갈 수 없다.

상기와 같이 겔 전해질을 한쪽 면에서만 공급하고, 반대쪽 다른 면에서는 겔 전해질이 극판으로 들어가면서 발생하는 공기가 외부로 빠져 나올 수 있는 통로를 공급한다. 상기 통로는 겔 전해질이 전조 바닥으로부터 위로 이동할 수 있는 통로로서 사용된다. 도 4에는 본 발명에 의한 전해질 주입시 전해질의 이동경로를 나타냈다.

본 발명에 의해 제조된 납축전지용 전조를 사용함으로써, 대형 산업용 연축전지 제조시 실리카가 포함된 겔 전해질을 고속으로 혼합하여 액상으로 만든 다음 겔화(고형화)되기 전 조속한 시간 내에 균일하게 전극 내로 공급할 수 있기 때문에전지 성능을 안정화시킬 수 있다.

또한, 종래에는 3차원 실리카겔을 안정화시키기 위한 결합제의 사용이 전해질의 점도를 높이기 때문에 그 양과 종류에 제한을 받았지만, 본 발명의 납축전지용 전조를 사용함으로써, 결합제 사용에 대한 제한요소를 완화시킬 수 있으므로, 결합제를 사용하면서도 효과적으로 단시간 내에 전해질을 전조에 균일하게 주입하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 여러개의 양극판 및 음극판이 격리판을 게재하여 배치되어서 된 극판군과 그 사이에 전해액이 구비되어 있는 납축전지용 전조에 있어서, 상기 전조의 바닥에 홈을 내고, 전해질의 주입 통로로 사용되는 전조의 한쪽 측면에는 양말단이 Z형인 ㄷ자형 튜브가 설치되어 있으며, 상기 전조 바닥의 홈 중앙에 T자형 받침대가 설치된 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조.
2. 삭제
3. 여러개의 양극판 및 음극판이 격리판을 게재하여 배치되어서 된 극판군과 그 사이에 전해액이 구비되어 있는 납축전지용 전조에 있어서, 상기 전조의 바닥에 Z형의 양말단을 갖고 한쪽 면이 트인 튜브가 설치되고, 전해질의 주입 통로로 사용되는 전조의 한쪽 측면에는 양말단이 Z형인 ㄷ자형 튜브가 설치되어 있으며, 상기 전조 바닥의 튜브 중앙에 T형 받침대가 설치된 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 전조 측면의 튜브는 유연성 재질로 만들어진 겔 전해질 주입이 용이한 납축전지용 전조.