KR100777797B1

KR100777797B1 - 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법

Info

Publication number: KR100777797B1
Application number: KR1020060048879A
Authority: KR
Inventors: 양상기; 김영록; 김세강
Original assignee: 에너그린(주)
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-11-28

Abstract

본 발명은 축전지의 극판 연결 방법에 관한 것으로서, 특히 동일 극성을 갖는 극판들의 측변부를 서로 심용접하거나 접힘가공하여 적층함으로써, 고가의 용접기가 불필요하고 제조기술이 간단하면서도 방전성능이 현저히 향상되는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 관한 것이다.

본 발명은 양극주에 연결되는 여러 개의 양극판과 음극주에 연결되는 여러 개의 음극판 및 양극판과 음극판의 사이마다 설치되는 분리막 등으로 이루어진 극판군을 구비하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 있어서, 인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판은 각각 서로 직접 연결되며, 양극판과 음극판을 그 측변부를 제외한 표면에 활물질을 코팅하고; 인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판 각각의 일측변들을 서로 겹친 다음 심(Seam) 용접에 의해 접착한 상태에서 양극판과 음극판을 교대로 적층한다.

극판, 축전지, 니켈/수소저장합금, 심용접, 접힘가공

Description

니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법{METHOD FOR ELECTRODE CONNECTION OF NICKEL/METAL HYDRYDE STORAGE BATTERY}

도 1은 본 발명에 따른 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 방법에 의해 연결된 극판을 적층하는 모습을 나타내는 도면,

도 4는 도 3(C)에 따라 연결된 극판을 나타내는 사시도,

도 5는 종래의 니켈/수소저장합금 축전지를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 양극판 11: 측변부

12: 코팅 20: 음극판

21: 측변부 22: 코팅

10a, 20a : 리드선 30: 분리막

40: 양극주 40a: 양극단자

50: 음극주 50a: 음극단자

60: 전조 70: 안전조절부

90: 전극 100: 고전류 발생부

110: 폴딩지그 111: 노치

본 발명은 축전지의 극판 연결 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단한 제조기술과 저렴한 비용으로 전류의 집전효과를 높이고 방전시간을 지속시킬 수 있는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 관한 것이다.

일반적으로 축전지(畜電池)란 충전시켜 다시 쓸 수 있는 전지를 말하며, 납축전지, 알칼리축전지, 기체전지, 리튬이온전지, 니켈/카드뮴전지, 니켈/수소저장합금전지, 폴리머전지 등이 여기에 속한다.

이것은 에너지 변환이 이루어진 뒤 다시 충전하여 계속 사용할 수 있는 재충전식 전지로, 전류의 흐름에 의해 물질이 산화, 환원되고 물질의 산화, 환원에 의해서 전기가 생성되는 과정이 반복적으로 이루어질 수 있게 재료를 조합시킨 것이다.

이 중에서 니켈/수소저장합금(Ni/MH) 이차전지는 경박 단소형 축전지로 제작하는 경우에 좁은 공간에도 용이하게 설치할 수 있으므로 공간활용도가 우수해서 대용량 비상전원 등 산업현장의 다양한 전원환경에 적합하다.

또한, 니켈/수소저장합금 이차전지는 납과 카드뮴의 중금속을 대체하고 가스 재결합 반응으로 인한 유독가스 발생을 방지하며 제조시 분진발생을 억제하기 때문에 친환경적이고, 표준용량 대비 에너지 밀도가 높으며 고출력을 낼 수 있고 다양한 부하에 응용이 가능한 장점이 있다.

니켈/수소저장합금 이차전지의 금속수소화합물(MH)은 합금의 전위를 변화시킴에 따라 수소의 저장과 방출이 가역적으로 반복가능하게 한 것으로서, 기본적으로 양극과 음극에서 아래의 화학식 1~3과 같은 전기화학 반응을 일으키게 된다.

Ni(OH)₂ + OH- → NiOOH + H₂O + e^_ --- 화학식 1,

M + H₂O → MH + OH^_ (M은 수소저장합금) --- 화학식 2,

Ni(OH)₂ + M ↔ NiOOH + MH --- 화학식 3,

상기 화학식 1은 양극인 니켈 전극에서의 반응을, 화학식 2는 음극인 수소전극에서의 반응을, 화학식 3은 전지 전체의 충방전 반응을 각각 나타낸다.

이렇게, 음극으로 사용되는 수소저장합금(M)은 충전시에 양극 활물질에서 생긴 수소를 흡수하고, 방전시에는 흡수한 수소를 방출하면서 합금표면으로부터 전기화학적 반응이 일어나 전기를 발생시킨다.

그런데, 종래에 대부분의 축전지는 도 5에서 보는 바와 같이, 양극판(10)과 음극판(20)을 한 장씩 교대로 적층하고 그 사이에 단락을 방지시키는 분리막(30)을 삽입한 후 각 극판 간에 고전류가 원활하게 흐를 수 있도록 극판의 집전체를 니켈판 형태의 리드선(10a, 20a)과 연결한 다음 볼트체결하였다.

이외에도 초고율의 방전성능을 얻기 위해 극판의 리드선을 극주와 아크(Arc)용접하거나 극판의 측면을 빔(Beam)용접에 의해 일시에 접합하는 방식이 사용되기도 하였으나, 아크용접시 용접부가 불균일해지고 빔용접시 고가의 용접기가 필요할 뿐 아니라 제조기술이 복잡한 문제점이 있다.

또한, 축전지는 사용처에 따라 방전성능이 저율, 중율, 고율, 초고율로 분류되는데 장시간 저전류를 사용하는 저율형 전지에서는 전류의 방전시 내부저항이 우려되지 않지만 단시간에 고전류를 사용하는 초고율형 전지에서는 저항에 따라 사용가능한 전류차이가 매우 크다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용접부가 균일하고 고가의 용접기가 불필요하며 제조기술이 간단함은 물론이고, 내부저항을 저감시켜 안정적으로 (초)고율의 방전성능이 실현되는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법은,

양극주에 연결되는 여러 개의 양극판과 음극주에 연결되는 여러 개의 음극판 및 양극판과 음극판의 사이마다 설치되는 분리막 등으로 이루어진 극판군을 구비하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 있어서,

인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판은 각각 서로 직접 연결되는 것을 특 징으로 한다.

그리고, 양극판과 음극판을 그 측변부를 제외한 표면에 활물질을 코팅하고;

인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판 각각의 일측변부들을 서로 겹친 다음 심(Seam) 용접에 의해 접착한 상태에서 양극판과 음극판을 교대로 적층하는;

것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 양극판과 음극판을 그 표면에 활물질이 코팅되지 않은 상태에서 각각 접힘(Folding) 가공하고;

양극판과 음극판의 표면에 활물질을 코팅한 다음에 교대로 적층하는;

것을 특징으로 한다.

본 발명의 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 설명하기에 앞서, 도 5에서 보는 바와 같이 일례로 일반적인 페이스트 타입(Pastet Type) 니켈/수소저장합금 이차전지의 극판 구조 및 연결 방법을 아래에서 간략히 살펴본다.

양극판(10)은 여러 개의 미세한 구멍이 뚫린 박막의 강판으로 이루어진 포켓(Pocket)에 수산화니켈(Ni(OH)₂) 활물질을 충진한 다음, 니켈도금된 강판에 여러 개의 포켓을 끼워 넣어 극판을 구성한다.

그리고, 전도성을 양호하게 보전하기 위해 니켈도금된 강판과 포켓을 스폿(Spot)용접하고 전체를 프레싱(Pressing)하여 완성한다.

음극판(20)은 상기 양극판(10)과 동일한 구조이며, 다만 활물질로는 수소저장합금(MH Alloy)이 사용된다.

이에 따라, 양극판(10) 및 음극판(20)이 집전체를 형성하면서 양극판(10)에 형성된 기공들에는 도전재 화합물이 첨가된 수산화니켈이 활물질로서 충진되고, 음극판(20)에 형성된 기공들에는 수소저장합금(MH Alloy)이 충진되는 것이다.

다음으로, 극판군을 형성하기 위해 양극판(10)과 음극판(20)의 사이마다 수백㎛ ~ 2mm 정도로 얇은 두께를 가진 다공성의 판재인 폴리 프로필렌(PP) 재질의 분리막(Separator)(30)을 삽입한다.

그리고, 원하는 용량에 맞게 양극판(10)과 음극판(20) 여러 개를 교대로 적층한 후 양극판(10)은 양극주(40)에 연결하고 음극판(20)은 음극주(50)에 연결한다.

마지막으로, 상기 양극판(10), 음극판(20) 및 분리막(30)을 타이트(tight)하게 설계된 합성수지(ABS) 재질의 전조(60)에 안착시키고, 일정 전해액(KOH+LiOH+Di)을 주입한 다음 전조(60)의 덮개를 고정, 밀봉한 후 전기활성화 작업을 함으로써 전지제조를 완료한다.

여기서, 상기 분리막(30)은 극판 간의 접촉으로 인한 단락을 방지하고 전조(60)의 내부에 주입되는 전해액을 유지시켜 주며, 양극주(40)와 음극주(50)는 양극판(10) 및 음극판(20)과 전조의 양/음극단자(40a,50a)를 전기적으로 연결시킨다.

도면에서 미설명 부호는 내압 안전조절부(80)이다.

본 발명은 상기 과정 중에서 양극판(10)과 음극판(20)에 활물질을 충진하는 부분과 시기, 동일 극성을 갖는 양극판(10)과 음극판(20) 각각을 연결하는 방법에 그 주요 특징이 있으며, 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하 여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 극판 연결 방법은 장방형의 양극판(10)과 음극판(20)에 수산화니켈(Ni(OH)₂)이나 수소저장합금(MH Alloy)의 활물질을 충진할 때 그 측변부(가장자리 부분)(11,21)를 제외한 표면 전체에 활물질을 코팅(12,22)처리한다.

그리고, 인접하는 동일 극성의 양극판(10)은 양극판(10)끼리, 음극판(20)은 음극판(20)끼리 각각의 코팅되지 않은 일측변들(11,21)을 서로 겹친 다음 심(Seam)용접에 의해 직접 접착(연결)한다.

구체적으로, 한 쌍의 원판형 전극(90) 사이에 피용접재인 극판(10,20)의 일측변들(11,21)을 끼워서 가압 통전하고, 전극(90)을 회전하여 극판(10,20)을 이동시키면서 연속적으로 점용접을 행하는 방법으로 측변부(11,21)를 따라 하나의 연속된 선모양의 용접부를 얻는다.

이렇게 각각의 일측변들(11,21)이 접착된 양극판(10)과 음극판(20)은 교대로 적층한 다음에 각각 극주(40,50)에 연결한다.

여기서, 심용접을 하는 부분인 각 측변부(11,21)에 활물질을 코팅하지 않는 것은 강판표면을 외부로 노출시켜 용접부위를 확보하기 위한 것이다.

도면에서 미설명 부호는 원판형의 전극(90)에 고전류를 통전시키기 위한 고전류 발생부(100)이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서 도 2에서 보는 바와 같이, 인접하는 양극판(10)과 음극판(20) 각각을 심(Seam)용접하는 대신에 ∧형의 노치(Notch)(111)가 구비된 폴딩지그(110)에서 양극판(10)과 음극판(20)을 접힘(Folding)가공하여 구성할 수 있다.

구체적으로, 양극판(10)과 음극판(20)을 간격을 두고 계속해서 노치(111)의 표면으로 가압, 밀착시켜 ∧형이 연속되도록 함으로써 결국 인접하는 극판(10,20)끼리 용접 등에 의해 직접 연결시키는 것과 동일한 형상을 얻을 수 있는 것이다.

이 방법에서는 접힘(Folding)가공시에 활물질 코팅이 벗겨지는 것을 방지하기 위해 접힘가공을 하기 전에 양극판(10)과 음극판(20)의 표면에 수산화니켈(Ni(OH)₂)이나 수소저장합금(MH Alloy) 활물질을 코팅하지 않는다.

이와 같이, 접힘가공에 의해 양극판(10)과 음극판(20)을 각각 접은 다음 그 표면에 수산화니켈(Ni(OH)₂)과 수소저장합금(MH Alloy) 활물질을 코팅한 후 교대로 적층하면 된다.

심용접이나 접힘가공에 의해 일정 길이까지 연결된 양극판(10)과 음극판(20)은 도 3에서 보는 바와 같이 사용용량 등에 따라 다양한 형태로 적층이 가능할 것이다.

한편, 도 4는 도 3(C)에 따라 연결된 극판을 나타내는 사시도이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법은 다음과 같이 작용한다.

본 발명의 축전지의 극판 연결 방법은 기존에 양극판(10)과 음극판(20) 한 장씩을 적층한 다음에 일시에 연결하는 방식에서 벗어나서 각각의 극판(10,20)을 미리 심용접이나 접힘가공에 의해 직접 일체가 되도록 연결한다.

따라서, 일반적으로 사용되는 리드선의 용접방식인 심(Seam)용접을 활용하여 전류의 집전효과를 높일 수 있으며, 빔(Beam)용접과는 달리 고가의 용접기가 필요하지 않고 제조기술도 간단하다.

본 발명에 따라 극판(10,20)의 측면부(11,21)를 사전에 심용접에 의해 일체화한 다음 적층함으로써 개선되는 효과는 아래의 시험결과를 통해서 더욱 분명하게 확인할 수 있다.

- 시험전지: 도 4에 도시된 페이스트 타입 니켈/수소저장합금 이차전지(Paste Type Ni-MH 25Ah)

- 평가조건: 직육면체형 배기식 니켈수소(Ni/MH) 축전지 -KSC 8543

- 평가결과

구분	표준 (0.2C=5A)	고율 (1.0C=25A)	초고율 (10.0C=250A)
개선전	5:15:00 (시:분:초)	0:58:00 (시:분:초)	0:02:30 (시:분:초)
개선후	5:20:00 (시:분:초)	1:00:00 (시:분:초)	0:04:00 (시:분:초)

위의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 표준, 고율, 초고율 충전지로 분류하여 테스트해 감에 따라 개선전(극판 한 장씩 적층 후 일시에 연결)에 비하여 개선후(용접에 의해 직접 일체화 후 적층)에 방전시간(성능)이 더욱 지속(향상)될 수 있 는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법은 용접하는 경우에 고가의 용접기가 불필요하고 용접부가 균일하며, 제조기술이 간단할 뿐만 아니라 내부저항을 저감시켜 안정적으로 (초)고율의 방전이 지속될 수 있는 유용한 효과를 발휘한다.

본 발명의 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 자명한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims

삭제
양극주에 연결되는 여러 개의 양극판과 음극주에 연결되는 여러 개의 음극판 및 양극판과 음극판의 사이마다 설치되는 분리막 등으로 이루어진 극판군을 구비하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 있어서,

인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판은 각각 서로 직접 연결되고;

양극판과 음극판을 그 측변부를 제외한 표면에 활물질을 코팅하고;

인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판 각각의 일측변부들을 서로 겹친 다음 심(Seam) 용접에 의해 접착한 상태에서 양극판과 음극판을 교대로 적층하는;

것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법.
양극주에 연결되는 여러 개의 양극판과 음극주에 연결되는 여러 개의 음극판 및 양극판과 음극판의 사이마다 설치되는 분리막 등으로 이루어진 극판군을 구비하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법에 있어서,

인접하는 동일 극성의 양극판과 음극판은 각각 서로 직접 연결되고;

양극판과 음극판을 그 표면에 활물질이 코팅되지 않은 상태에서 각각 접힘(Folding) 가공하고;

양극판과 음극판의 표면에 활물질을 코팅한 다음에 교대로 적층하는;

것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 축전지의 극판 연결 방법.