KR100735641B1

KR100735641B1 - 이중 케이스를 구비한 2차전지

Info

Publication number: KR100735641B1
Application number: KR1020050095266A
Authority: KR
Inventors: 양상기; 김영록; 김세강
Original assignee: 에너그린(주)
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: KR20070024301A

Abstract

축전지로 잘 알려진 니켈 수소 2차 전지가 개시된다. 개시된 니켈 수소 2차 전지는, 양극판과 음극판이 적층 수납된 내부케이스와, 내부케이스를 다수개 병렬로 연결시키는 연결수단과, 병렬로 연결된 내부케이스의 양극주와 음극주 각각을 극성별로 해당 외부로 노출되는 해당 극성의 최종 극주에 연결하는 극주연결판 및, 내부케이스들을 전해액과 함께 수용하며 극주는 외부로 노출시켜서 지지하는 외부케이스를 구비한다. 이와 같은 구조에 의하면, 내부케이스와 외부케이스의 2중 케이스로 극판을 보호하므로, 강한 충격에 대해서도 극판들을 안전하게 보호할 수 있고, 또한 양극판에서 발생된 산소 가스가 내부케이스 안의 음극판에서 바로 흡수될 수 있어서 전지 내 가스 발생량을 줄일 수 있다.

니켈, 수소, 2차전지, 내부케이스

Description

이중 케이스를 구비한 2차전지{A Nickel Metal Hydride secondary battery having inner case}

도 1은 종래의 2차전지 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 2차전지 구조를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...2차전지 110...외부케이스

120...내부케이스 130...양극판

140...분리판 150...음극판

160...극주연결판 170...극주

180...고정판 190...고정밴드

본 발명은 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차전지에 관한 것으로서, 특히 극판의 수용 구조가 개선된 2차전지에 관한 것이다.

일반적으로, 2차전지는 한번 사용한 뒤 다시 충전하여 사용할 수 있는 재충전식 전지를 말하는 것으로, 전류의 흐름에 의해 물질이 산화 및 환원되고, 물질의 산화 및 환원에 의해 전기가 생성되는 과정이 반복적으로 이루어질 수 있게 재료를 조합시킨 것이다.

도 1은 알카리 전해액을 사용하는 대표적인 축전지인 니켈-수소 2차전지의 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 양극판(12)과 분리판(13) 및 음극판(14)이 순차적으로 적층되어 있고, 양극판(12)과 연결된 양극주(15) 및 음극판(14)과 연결된 음극주(16)가 외부케이스(11) 밖으로 돌출되어 있으며, 내부에는 알카리 전해액이 적정량 채워진 구조를 가지고 있다.

그리고, 하기의 화학식 1 ~ 3과 같은 전기화학 반응을 양극과 음극에서 일으키게 된다.

Ni(OH)₂ + OH^- → NiOOH + H₂O + e^-

M + H₂O → MH + OH^- (M은 수소저장합금)

Ni(OH)₂ + M ↔ NiOOH + MH

상기 화학식1은 양극(12)인 니켈 전극에서의 반응을, 화학식2는 음극(14)인 수소 전극에서의 반응을, 화학식3은 전지 전체의 충방전 반응을 각각 나타낸다. 여기서 알 수 있듯이, 음극(14)으로 사용되는 수소저장합금은 충전 시에 전해액 속의 물이 분해되어 생긴 수소를 흡수하고, 방전 시에는 흡수한 수소를 전해액 내로 방출하면서 합금 표면에서 전기화학적으로 소비하여 전기를 발생시킨다.

그런데, 이때 양극(12)이 과충전되면 아래 화학식4와 같이 산소가 발생하게 된다.

4OH^- → O₂ + H₂O

만일 이 산소를 효과적으로 제거하지 못하면 전지의 내압상승 및 내부 전해액의 증발로 인하여 전지의 수명이 단축되고 용량이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해서는 산소 가스의 발생을 억제할 수 있는 새로운 구조의 전지가 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 충방전 과정에서 발생될 수 있는 가스의 양을 전지에 악영향이 미치지 않는 수준으로 감소시킬 수 있도록 개선된 2차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차전지는, 양극판과 음극판이 적층 수납된 내부케이스; 상기 내부케이스를 다수개 병렬로 연결시키는 연결수단; 병렬로 연결된 내부케이스의 양극주와 음극주 각각을 극성별로 해당 외부로 노출되는 해당 극성의 최종 극주에 연결하는 극주연결판; 및, 상기 내부케이스들을 전해액과 함께 수용하며, 상기 극주는 외부로 노출시켜서 지지하는 외부케이스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 연결수단은, 병렬로 연결된 내부케이스들의 양단에 설치되는 고정판과, 상기 고정판 및 내부케이스들을 일체로 묶는 고정밴드를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 2차전지(100)의 구조를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 2차전지(100)에서는, 양극판(130)과 분리판(140) 및 음극판(150)이 적층된 적층체가 외부케이스(110) 안에 수용된 내부케이스(120) 안에 수납된다. 즉, 기존과 달리 전해액이 채워지는 외부케이스(110) 안에 별도의 내부케이스(120)를 설치하여, 그 안에 극판들을 삽입해놓은 것이다.

그리고, 이러한 내부케이스(120)들 다수개가 병렬로 연결되어 있다. 즉, 상기와 같이 극판들이 삽입된 내부케이스(120) 여러개를 병렬로 붙이고, 양단에 합성수지판이나 스테인레스판과 같은 지지체 역할을 할 수 있는 고정판(180)을 댄 후 고정밴드(190)로 묶어서 고정시킨 것이다. 이렇게 되면, 다수개의 내부케이스(120)들이 하나의 군을 형성하게 된다.

참조부호 160은 각 내부케이스(120)들에 들어있는 양극판(130)과 음극판(150)을 각 극성끼리 해당 극주(170)에 연결시켜주는 극주연결판을 나타낸다.

이 구조를 종합적으로 살펴보면, 전해액이 채워지는 외부케이스(110) 안에 종래처럼 극판들이 직접 설치되는 것이 아니라, 내부케이스(120)를 별도로 준비하여 그 안에 극판들을 삽입하고 극주(170)와 각 극판들의 극성을 연결해놓은 것이다.

이와 같은 2차전지를 조립할 때에는, 먼저, 내부케이스(120)에 양극판(130)와 분리판(140) 및 음극판(150)을 삽입하여 준비하고, 이들을 병렬로 붙인 후 고정판(180)을 대고 고정밴드(190)로 묶는다. 그리고, 극주연결판(160)으로 각 극판들 의 극성을 연결하여 전체 극판군을 만든다. 이후, 이렇게 만들어진 극판군을 극주(170)와 연결되도록 외부케이스(110)에 안착시킨 다음, 전해액을 주입하고 밀봉시켜서 전기를 활성화하면 전지의 조립이 완료된다.

이렇게 만들어진 2차전지에서는, 일단 내부케이스(120)라는 별도의 지지부재를 내장시켜서 극판들을 지지하고 있기 때문에, 기계적으로 매우 안정적인 구조가 된다. 즉, 외부케이스(110)와 함께 2중 케이스의 구조가 되므로, 강한 충격이 가해져도 극판들을 안전하게 보호할 수 있게 된다.

그리고, 내부케이스(120)에 의해 작은 규모의 단위 전지들로 나뉘어져 있는 형태이므로, 인접 단위 전지들끼리 영향을 잘 받지 않아서 충방전 효율을 오래동안 높게 유지할 수 있다.

그리고, 무엇보다 산소의 발생량을 줄일 수 있다. 즉, 내부케이스(120)에 의해 단위 전지들로 분할되어 있고, 개방홀(111)을 통해서만 전해액이 교류되기 때문에, 양극판(130)에서 발생된 산소 가스를 음극판(150)에서 바로 흡수할 수 있다.

실제로 실험비교를 해본 결과, 기존의 구조에 비해 내부케이스(120)를 사용하는 경우에 가스발생량이 약 20% 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 그리고, 그에 따라 충전효율도 약 5% 정도 상승하는 것으로 나타났다.

따라서, 내부케이스(120)로 극판들을 단위 전지들로 나눠서 2차전지를 만들면, 상기한 바와 같이 극판을 안정화시켜 충전과 방전의 효율이 극대화되는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 2차전지는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 내부케이스와 외부케이스의 2중 케이스의 구조이므로, 강한 충격에 대해서도 극판들을 안전하게 보호할 수 있다.

둘째, 내부케이스에 의해 인접 단위 전지들끼리 영향을 잘 받지 않아서 충방전 효율을 오래동안 높게 유지할 수 있다.

셋째, 양극판에서 발생된 산소 가스를 내부케이스 안의 음극판에서 바로 흡수할 수 있어서, 전지 내 가스 발생량을 줄일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

양극판과 음극판이 적층 수납된 내부케이스;

상기 내부케이스를 다수개 병렬로 연결시키는 연결수단;

병렬로 연결된 내부케이스의 양극주와 음극주 각각을 극성별로 해당 외부로 노출되는 해당 극성의 최종 극주에 연결하는 극주연결판;

상기 내부케이스들을 전해액과 함께 수용하며, 상기 극주는 외부로 노출시켜서 지지하는 외부케이스;를 포함하며,

상기 연결수단은,

병렬로 연결된 내부케이스들의 양단에 설치되는 고정판과,

상기 고정판 및 내부케이스들을 일체로 묶는 고정밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지.
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