KR101566718B1 - 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택 - Google Patents

메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택 Download PDF

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Abstract

양극판 및 음극판을 메시 플레이트 구조로 각각 설계함으로써, 양극판의 중심 부분이 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는 것을 보완함으로써 양극판과 음극판 간의 간격을 균일하게 확보할 수 있음과 더불어 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있는 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 니켈계 2차 전지 단위 셀은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판; 상기 양극판과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판; 및 상기 양극판과 음극판의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택{MESH PLATE TYPE NICKEL BASE SECONDARY BATTERY UNIT CELL AND NICKEL BASE SECONDARY BATTERY STACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극판 및 음극판을 메시 플레이트 구조로 각각 설계함으로써, 양극판의 중심 부분이 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는 것을 보완함으로써 양극판과 음극판 간의 간격을 균일하게 확보할 수 있음과 더불어 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있는 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택에 관한 것이다.
최근 각국의 환경보전에 대한 의지로서 각종 환경규제가 실시되고 있다. 따라서, 소형전지에서는 이미 납축전지 및 니켈/카드뮴전지가 니켈/수소, 리튬이온전지 등으로 대체되었으나, 산업용 대형전지의 분야에서는 그 대안의 전지가 없어 아직 납축전지와 니켈/카드뮴전지가 사용되고 있다. 따라서, 환경친화적인 대용량 축전지에 대한 관심이 높아지고 있으며 이에 따른 기술개발이 집중적으로 진행되고 있다.
그 중에서 납축전지를 대체할 수 있는 니켈(Ni)/아연(Zn) 이차전지는 체적 및 부피 에너지밀도가 유사하며 작동전압이 1.6[V/cell] 이상으로 높고, 고유에너지밀도(specific power density)도 875[W/kg]로서 납축전지의 535[W/kg]보다 우수하며, 게다가 최대 방전용량의 80%에 도달하게 되는 충방전 횟수(cycle life)도 600회 이상으로서 납축전지의 200~700 회에 비해서 비교적 안정적인 장점이 있다.
일반적으로, 2차 전지는 양극판, 양극판과 나란히 배열되는 음극판과, 양극판과 음극판의 사이에 개재되어 양극판과 음극판이 상호 전기적으로 접촉되는 것을 방지하기 위한 세퍼레이터를 구비하며, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 전해액을 수용하는 케이스 내에 함침되는 구조를 갖는다.
그러나, 종래에 따른 2차 전지는 양극판 및 음극판이 모두 단순한 플레이트 구조를 가짐에 따라 단위 셀의 체결 후 단위 셀이 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지면서 양극판이 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는데 기인하여 양극판과 음극판 간의 이격 간격이 불 균일해져 충/방전 효율을 급격히 감소시킬 뿐만 아니라, 스웰링 현상에 의해 양극판의 최외곽 가장자리가 세퍼레이터의 외측으로 돌출되는 음극판과 단락되는 쇼트 불량을 야기하는 문제가 있었다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0114330호(2008.12.31. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 반응면적 증대를 위한 니켈/아연 2차 전지용 음극판 및 그의 제조 방법이 기재되어 있다.
본 발명은 양극판과 음극판 간의 간격을 균일하게 확보할 수 있으면서도 양극판의 중앙 부분이 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는 것을 보완하여 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있는 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판; 상기 양극판과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판; 및 상기 양극판과 음극판의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 스택은 적어도 둘 이상이 스택된 2차 전지 단위 셀; 상기 2차 전지 단위 셀의 최외곽 양측 가장자리에 각각 장착된 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 엔드 플레이트와 상기 스택된 2차 전지 단위 셀을 체결하는 체결 부재;를 포함하며, 상기 2차 전지 단위 셀은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판과, 상기 양극판과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판과, 상기 양극판과 음극판의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택은 상대적으로 강성이 강한 양극판의 가장자리가 자체 하중에 의해 세퍼레이터에 안정적으로 흡착되어 단위 셀의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침되는 단위 셀이 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극판의 중앙 부분이 복수의 개구를 갖는 메시 구조를 가지므로 상대적으로 강성이 약해 스웰링(swelling)되는 것이 보완될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택은 양극판과 음극판 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극판과 음극판이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 단위 셀을 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 3은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 스택을 나타낸 결합 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀 및 이를 갖는 니켈계 2차 전지 스택에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 단위 셀을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 단위 셀(100)은 양극판(110), 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)를 포함한다.
양극판(110)은 메시 플레이트 구조(mesh plate structure)를 갖는다. 이러한 양극판(110)에는 2차 전지의 충/방전을 위한 양극단자(115)가 구비된다. 이때, 양극판(110)은 니켈(Ni)을 함유하는 메시 플레이트 형상을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 양극활물질이 도포된 형태를 가질 수 있다. 이러한 양극활물질로는 수산화니켈(Ni(OH)2)과, 수산화니켈에 첨가제가 혼합될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 증점제가 더 혼합될 수 있다.
양극판(110)은 내측이 개방되는 사각 테 형상을 갖는 양극판 몸체(110a)와, 양극판 몸체(110a)로부터 연장되며, 제1 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제1 연장 라인(110b)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제2 연장 라인(110c)과, 제1 연장 라인(110b)과 제2 연장 라인(110c)에 의해 구획화된 복수의 개구(G)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 양극판(110)은 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c)에 의해 구획화된 복수의 개구(G)를 구비하는 메시 플레이트 구조를 갖는바, 양극판 몸체(110a)가 배치되는 가장자리 부분이 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c)과 복수의 개구(G)가 위치하는 중앙 부분에 비하여 상대적으로 강성이 강한 구조를 가지므로, 양극판(110)의 가장자리 부분이 자체 하중에 의해 세퍼레이터(130)에 안정적으로 흡착될 수 있게 된다. 이때, 복수의 개구(G)는 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c) 각각은 1.0 ~ 3.0mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c) 각각의 폭이 1.0mm 미만일 경우에는 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c)의 선폭이 협소해지는 관계로 강성 확보가 어려워 스웰링 현상에 대한 보완이 취약할 수 있다. 반대로, 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c) 각각의 폭이 3.0mm를 초과할 경우에는 제1 및 제2 연장 라인(110b, 110c)의 선폭이 과도하게 설계되는데 기인하여 반응면적이 감소하는 요인으로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
복수의 개구(G)는 양극판(110) 전체 면적의 70vol% 이하를 갖도록 설계하는 것이 바람직한데, 이는 복수의 개구(G) 면적이 양극판(110) 전체 면적의 70vol%를 초과할 경우에는 과도한 개구(G) 면적의 설계로 전극 면적이 감소되어 충/방전 효율을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있기 때문이다.
도 3은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판의 변형예를 나타낸 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연장 라인(110b)은 제1 방향을 따라 사선형으로 배치될 수 있고, 제2 연장 라인(110c)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 사선형으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 양극판 몸체(110a)의 중앙에 배치되는 복수의 개구(G)는 다이아몬드 형상을 가질 수 있고, 최외곽 가장자리에 배치되는 복수의 개구(G)는 삼각형 형상을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 음극판(120)은, 양극판(110)과 마찬가지로, 메시 플레이트 구조(mesh plate structure)를 가지며, 이 경우 양극판(110)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 음극판(120)은 내측이 개방되는 사각 테 형상을 갖는 음극판 몸체(미도시)와, 음극판 몸체로부터 연장되며, 제1 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제1 연장 라인(미도시)과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제2 연장 라인(미도시)과, 제1 연장 라인과 제2 연장 라인에 의해 구획화된 복수의 개구(G)를 포함할 수 있다. 이와 달리, 음극판(120)은 플레이트 구조를 가질 수도 있다.
이러한 음극판(120)은 2차 전지의 충/방전을 위한 음극단자(125)가 구비된다. 이때, 음극판(120)은 니켈을 함유하는 망상 구조의 집전체의 일면 또는 양면에 음극활물질이 도포된 형태를 가질 수 있다. 음극활물질로는 산화아연과, 산화아연에 첨가제가 혼합될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 증점제가 더 혼합될 수 있다.
이와 달리, 음극활물질로는 산화아연 대신 MH(metal hydride) 합금, 산화카드뮴 등이 이용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 이차전지 단위 셀은 Ni-Zn, Ni-MH 및 Ni-Cd 이차전지 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
종래에는 양극판 및 음극판이 모두 단순한 플레이트 구조를 가짐에 따라 단위 셀의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침되는 2차 전지 단위 셀이 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지면서 양극판이 스웰링(swelling) 현상으로 부풀어 오르는데 기인하여 양극판과 음극판 간의 이격 간격이 불 균일해져 충/방전 효율을 급격히 감소시킬 뿐만 아니라, 스웰링 현상에 의해 양극판의 최외곽 가장자리가 세퍼레이터의 외측으로 돌출되는 음극판과 단락되는 쇼트 불량을 야기하는 문제가 있었다.
이와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀(100)은 양극판(110) 및 음극판이 메시 플레이트 구조로 각각 설계됨으로써, 양극판(110)의 가장자리가 중앙에 비하여 상대적으로 강성이 강하므로 단위 셀(100)의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침되는 단위 셀(100)이 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극판(110)의 스웰링(swelling) 현상을 보완할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀(100)은 상대적으로 강성이 강한 양극판(110)의 가장자리가 자체 하중에 의해 세퍼레이터(130)에 안정적으로 흡착되어 단위 셀(100)의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극판(110)의 중앙 부분이 복수의 개구(G)를 갖는 메시 구조를 가지므로 상대적으로 강성이 약해 스웰링(swelling)되는 것이 보완되며, 이 결과 양극판(110)과 음극판(120) 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극판(110)과 음극판(120)이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.
세퍼레이터(130)는 양극판(110)과 음극판(120)의 이격된 사이 공간에 개재되어, 양극판(110)과 음극판(120)을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 이때, 세퍼레이터로(130)는 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
이때, 양극판(110), 음극판(120) 및 세퍼레이터(130)는 각각의 최외곽 가장자리를 관통하는 제1, 제2 및 제3 관통공(112, 122, 132)을 구비한다. 이러한 제1, 2, 3 관통공(112, 122, 132)은 단위 셀(100)의 조립시 체결 부재(도 4의 160)와의 체결을 위한 목적으로 형성되는 것으로, 안정적인 체결을 위해 네 모서리에 각각 설계되는 것이 바람직하다. 이때, 제1, 제2, 제3 관통공(112, 122, 132)은 상호 동일한 위치에 설계하는 것이 적절하다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀은 상대적으로 강성이 강한 양극판의 가장자리가 자체 하중에 의해 세퍼레이터에 안정적으로 흡착되어 단위 셀의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침되는 단위 셀이 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극판의 중앙 부분이 복수의 개구를 갖는 메시 구조를 가지므로 상대적으로 강성이 약해 스웰링(swelling)되는 것이 보완될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 단위 셀은 양극판과 음극판 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극판과 음극판이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 스택을 나타낸 분해 사시도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 니켈계 2차 전지 스택(200)은 2차 전지 단위 셀(100), 제1 및 제2 엔드 플레이트(140, 150)와 체결 부재(160)를 포함한다.
2차 전지 단위 셀(100)은 적어도 둘 이상이 스택된다. 이러한 2차 전지 단위 셀(100)은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판(110)과, 양극판(110)과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판(120)과, 양극판(110)과 음극판(120)의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터(130)를 포함한다. 이와 같이, 2차 전지 단위 셀(100)은 양극판(110)에 구비되는 양극단자(115)와, 음극판(120)에 구비되는 음극단자(125)를 구비하며, 양극단자(115) 또는 음극단자(125)는 복수개가 지그재그 배열을 이루도록 엇갈려 장착되는 것이 바람직하다. 이때, 2차 전지 단위 셀(100)의 적층 수는 다양한 수로 변경될 수 있다.
제1 및 제2 엔드 플레이트(140, 150)는 2차 전지 단위 셀(100)의 최외곽 양측 가장자리에 각각 장착된다. 이러한 제1 및 제2 엔드 플레이트(140, 150)는 음극판(120)과 실질적으로 동일한 플레이트 구조를 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 엔드 플레이트(140, 150)는 최외곽 가장자리를 각각 관통하는 제4 및 제5 관통공(미도시)을 구비한다. 이러한 제4 및 제5 관통공은 2차 전지 단위 셀(100)의 조립시 체결 부재(160)와의 체결을 위한 목적으로 형성되는 것으로, 안정적인 체결을 위해 제1, 제2, 제3 관통공(112, 122, 132)과 대응되는 네 모서리에 각각 설계되는 것이 바람직하다.
체결 부재(160)는 제1 및 제2 엔드 플레이트(140, 150)와 스택된 이차전지 단위 셀(100)을 체결하는 역할을 한다. 이때, 체결 부재(160)는 스택된 2차 전지 단위 셀(100) 사이에 각각 개재되어, 스택된 2차 전지 단위 셀(100)을 전기적으로 분리시키는 분리 지지대(162)와, 제1 엔드 플레이트(140)로부터 스택된 2차 전지 단위 셀(100)과 분리 지지대(162)를 각각 관통하여 제2 엔드 플레이트(150)에 삽입되는 체결 볼트(164)와, 제2 엔드 플레이트(150)의 외측에 장착되어, 체결 볼트(164)를 고정시키는 체결 너트(166)를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 미시 플레이트 타입의 니켈계 이차전지 스택은 복수의 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판 및 음극판을 가짐으로써, 상대적으로 강성이 강한 양극판의 가장자리가 자체 하중에 의해 세퍼레이터에 안정적으로 흡착되어 단위 셀의 체결 후 케이스에 수용된 전해액에 함침되는 단위 셀이 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도 양극판의 중앙 부분이 복수의 개구를 갖는 메시 구조를 가지므로 상대적으로 강성이 약해 스웰링(swelling)되는 것이 보완될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 메시 플레이트 타입의 니켈계 2차 전지 스택은 양극판과 음극판 간의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능해져 충/방전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 양극판과 음극판이 단락되는 쇼트 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 니켈계 2차 전지 단위 셀 110 : 양극판
110a : 양극판 몸체 110b : 제1 연장 라인
110c : 제2 연장 라인 112 : 제1 관통공
115 : 양극단자 120 : 음극판
122 : 제2 관통공 125 : 음극단자
130 : 세퍼레이터 132 : 제3 관통공
140 : 제1 엔드 플레이트 150 : 제2 엔드 플레이트
160 : 체결 부재 162 : 분리 지지대
164 : 체결 볼트 164 : 체결 너트
G : 개구

Claims (11)

  1. 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판;
    상기 양극판과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판; 및
    상기 양극판과 음극판의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터;를 포함하며,
    상기 양극판 및 음극판 각각은 사각 테 형상을 갖는 판 몸체와, 상기 판 몸체로부터 연장되며, 제1 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제1 연장 라인과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제2 연장 라인과, 상기 제1 연장 라인과 제2 연장 라인에 의해 구획화된 복수의 개구를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 연장 라인 각각은 1.0 ~ 3.0mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극판은
    니켈(Ni)을 함유하는 메시 플레이트 형상을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 양극활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극판은
    니켈을 함유하는 망상 구조의 집전체의 일면 또는 양면에 음극활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 개구는
    직사각형, 다이아몬드 및 삼각형 중 하나 이상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 개구는
    상기 양극판 및 음극판 전체 면적의 70vol% 이하를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터는
    최외곽 가장자리를 각각 관통하는 제1, 제2 및 제3 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 단위 셀.
  9. 적어도 둘 이상이 스택된 2차 전지 단위 셀;
    상기 2차 전지 단위 셀의 최외곽 양측 가장자리에 각각 장착된 제1 및 제2 엔드 플레이트; 및
    상기 제1 및 제2 엔드 플레이트와 상기 스택된 2차 전지 단위 셀을 체결하는 체결 부재;를 포함하며,
    상기 2차 전지 단위 셀은 메시 플레이트 구조를 갖는 양극판과, 상기 양극판과 대향하도록 이격 배치되며, 메시 플레이트 구조를 갖는 음극판과, 상기 양극판과 음극판의 이격된 사이 공간에 개재된 세퍼레이터를 포함하며,
    상기 양극판 및 음극판 각각은 사각 테 형상을 갖는 판 몸체와, 상기 판 몸체로부터 연장되며, 제1 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제1 연장 라인과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수개가 이격 배치된 제2 연장 라인과, 상기 제1 연장 라인과 제2 연장 라인에 의해 구획화된 복수의 개구를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 연장 라인 각각은 1.0 ~ 3.0mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 스택.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 체결 부재는
    상기 스택된 2차 전지 단위 셀 사이에 각각 개재되어, 상기 스택된 2차 전지 단위 셀을 전기적으로 분리시키는 분리 지지대와,
    상기 제1 엔드 플레이트로부터 상기 스택된 2차 전지 단위 셀과 분리 지지대를 각각 관통하여 상기 제2 엔드 플레이트에 삽입되는 체결 볼트와,
    상기 제2 엔드 플레이트의 외측에 장착되어, 상기 체결 볼트를 고정시키는 체결 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 스택.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 2차 전지 단위 셀은
    상기 양극판에 구비되는 양극단자와, 상기 음극판에 구비되는 음극단자를 구비하며,
    상기 양극단자 또는 음극단자는 복수개가 지그재그 배열을 이루도록 엇갈려 장착된 것을 특징으로 하는 니켈계 2차 전지 스택.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1379088A (en) * 1921-05-24 edison
JPS5661766A (en) * 1979-10-24 1981-05-27 Japan Storage Battery Co Ltd Pasted lead acid battery
US4865933A (en) * 1984-08-22 1989-09-12 Blanyer Richard J Battery grid structure made of composite wire
EP1516377A2 (en) * 2002-06-05 2005-03-23 Reveo, Inc. Layered electrochemical cell and manufacturing method therefor
WO2006035691A1 (ja) * 2004-09-30 2006-04-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 非水電解質電池用リード線及び非水電解質電池
US8097364B2 (en) * 2008-03-31 2012-01-17 Integrated Resource Recovery, Inc Electroactive material for charge transport
WO2010073588A1 (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 新神戸電機株式会社 鉛蓄電池用格子板、極板及びこの極板を備えた鉛蓄電池
US8338026B2 (en) * 2009-05-27 2012-12-25 Lg Chem, Ltd. Positive electrode active material, and positive electrode and lithium secondary battery including the same
CN102263269B (zh) * 2011-06-22 2015-04-01 广东博特动力能源有限公司 锌镍电池负极活性材料、斜拉网负极基体、负极及其制备方法

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