KR101781487B1 - Slide fastening type single flow battery stack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스택 내 복수로 구비된 전극 단자 사이의 저항 및 발열을 감소시키는 것이 가능한 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택에 관한 것이다.The present invention relates to a slide fastening type short-circuit battery stack capable of reducing resistance and heat generation between a plurality of electrode terminals provided in a stack.
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.Recently, various environmental regulations have been implemented as a commitment to environmental conservation in each country. Therefore, lead batteries and nickel / cadmium batteries have already been replaced with nickel / hydrogen and lithium ion batteries in small batteries, but lead acid batteries and nickel / cadmium batteries are still used in industrial large batteries because there is no alternative battery. Therefore, there is a growing interest in environmentally friendly large-capacity batteries, and the development of technologies therefor is intensifying.
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.Among them, nickel (Ni) / zinc (Zn) secondary batteries, which can replace lead acid batteries, have similar volume and volume energy densities, have operating voltages as high as 1.6 V / cell, (875 [W / kg]) of the lead-acid battery is 535 [W / kg], and the cycle life which reaches 80% of the maximum discharge capacity is 600 times or more There is a relatively stable advantage compared to the times.
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.In general, the secondary battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate disposed in parallel with the positive electrode plate, and a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent the positive electrode plate and the negative electrode plate from being in electrical contact with each other. And the case is impregnated into the case.
그러나, 종래에 따른 2차 전지는 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.However, in the conventional secondary battery, due to the swelling phenomenon of the positive electrode plate due to charge / discharge of the secondary cell unit cell impregnated in the electrolytic solution accommodated in the case for a long period of time, Discharge spacing between the separator and the negative electrode plate is uneven, so that the charge / discharge efficiency is drastically reduced. In addition, there is a problem that the outermost edge of the positive electrode plate is short-circuited with the negative electrode plate protruding outside the separator by the swelling phenomenon.
또한, 종래에 따른 2차 전지는 복수의 단위 셀의 최외곽 양측에 엔드 플레이트를 각각 배치시킨 상태에서 압력을 가하여 복수의 단위 셀을 체결하였는데, 이 경우 최외곽 양측의 엔드 플레이트에 인접한 단위 셀은 하중이 강하게 걸리는데 반해, 엔드 플레이트와의 거리가 먼 중간 부분은 하중이 약하여 체결력이 불 균일해질 뿐만 아니라, 엔드 플레이트와 복수의 단위 셀을 고정시키기 위한 별도의 체결 장치를 필요로 하기 때문에 체결 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.In the conventional secondary battery, a plurality of unit cells are tightened by applying pressure in a state where the end plates are disposed on both sides of the outermost sides of the plurality of unit cells. In this case, the unit cells adjacent to the end plates on both outermost sides The load is strong, but the middle portion far from the end plate has a weak load so that the fastening force becomes uneven. Further, since a separate fastening device for fixing the end plate and the plurality of unit cells is required, There was a problem of becoming complicated.
본 발명은 스택 내 복수로 구비된 전극(양극판 및 음극판) 단자 사이의 저항을 감소시키는 것이 가능한 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a short-flow battery of a slide fastening type capable of reducing the resistance between a plurality of electrodes (positive and negative electrode plates) provided in a stack.
또한, 본 발명은 복수의 양극판 및 복수의 음극판을 슬라이드 체결 방식으로 체결함으로써, 양극판 및 음극판의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능하며, 각 단위 셀에 인가되는 하중을 균일하게 분산시킬 수 있는 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택을 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the present invention can secure uniform spacing between the positive electrode plate and the negative electrode plate by fastening a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates in a slide fastening manner, and is capable of uniformly distributing the load applied to each unit cell It is an object of the present invention to provide a short-flow battery stack of a fastening type.
아울러, 본 발명은 다수의 충/방전에 따라 수반되는 양극판 및 음극판의 체적 팽창에 의해 상호 접속되는 것을 방지함으로써 단락 발생 가능성을 줄일 수 있는 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a short-flow battery stack of a slide fastening type which can reduce the possibility of short-circuiting by preventing mutual connection by volume expansion of a positive electrode plate and a negative electrode plate accompanying a large number of charge / discharge .
상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 양극판, 상기 복수의 양극판과 교대로 대향하도록 구비되는 복수의 음극판 및 상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판이 삽입되기 위해 소정의 간격으로 이격되어 배치된 복수의 삽입부를 포함하며, 상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판의 좌우에 각각 구비된 지지부를 포함하되, 상기 양극판과 상기 음극판의 상부로부터 각각 유연성 양극 단자부 및 복수의 유연성 음극 단자부가 돌출 형성된 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a positive electrode plate, comprising: a plurality of positive electrode plates; a plurality of negative electrode plates provided to be alternately opposed to the plurality of positive electrode plates; And a support portion provided on each of the right and left sides of the plurality of the anode plates, wherein the flexible cathode terminal portion and the plurality of flexible portions are provided from the upper portion of the cathode plate and the anode plate, respectively, It is possible to provide a single-flow battery stack of a slide fastening type in which a negative terminal portion is protruded.
상기 실시예에 따르면, 양극판과 음극판은 삽입부에 소정의 이격 간격을 두고 슬라이드 삽입됨에 따라 양극판 및 음극판의 이격 간격을 균일하게 확보하는 것이 가능하며, 각 단위 셀에 인가되는 하중을 균일하게 분산시킬 수 있다.According to this embodiment, as the positive electrode plate and the negative electrode plate are slidably inserted into the inserting portion at a predetermined spacing distance, the spacing between the positive electrode plate and the negative electrode plate can be uniformly ensured and the load applied to each unit cell can be uniformly dispersed .
또한, 임의의 양극판 및/또는 음극판에 손상이 발생한 경우, 개별적으로 분리하여 교체하는 것이 용이한 스택 구조를 제공할 수 있다.Further, when any positive electrode plate and / or negative electrode plate is damaged, it is possible to provide a stack structure that can be easily separated and replaced.
아울러, 상기 실시예에 따르면, 양극판과 음극판의 상부에는 유연성 양극 단자부와 유연성 음극 단자부가 각각 돌출 형성되어 복수의 단자 사이에 구비되는 별도의 체결 부재없이도 서로 동일한 극성의 단자부끼리 접합되어 체결이 가능한 바, 단자부에서 발생하는 저항을 감소시켜 전류 누설을 완화할 수 있다.According to the above-described embodiment, the flexible positive electrode terminal portion and the flexible negative electrode terminal portion are protruded from the upper portion of the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively, so that terminal portions of the same polarity can be joined to each other without any separate fastening member provided between the plurality of terminals, , It is possible to reduce the resistance occurring at the terminal portion and to relax the current leakage.
여기서, 복수의 양극판과 복수의 음극판은 상기 삽입부의 이격 간격에 의해 상호 전기적으로 분리되며, 임의의 양극판 및/또는 음극판의 충/방전에 따른 체적 팽창에 의해 상호 접속되어 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 삽입부의 이격 간격은 1.0mm 내지 10.0mm의 범위 내로 조정되는 것이 바람직하다.Here, the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are electrically separated from each other by the spacing of the inserting portions, and are prevented from being short-circuited by mutual connection by volumetric expansion due to charging / discharging of the positive and negative electrode plates It is preferable that the spacing distance of the insertion portion is adjusted within a range of 1.0 mm to 10.0 mm.
또한, 복수의 양극판과 복수의 음극판은 삽입부에 소정의 갭을 두고 삽입되어 스택됨으로써, 임의의 양극판 및/또는 음극판의 충/방전에 따른 체적 팽창에 의해 양극판과 음극판의 형상이 굴곡지게 변형됨으로써 상호 접속되어 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are inserted and stacked with a predetermined gap in the inserting portions so that the shapes of the positive electrode plate and the negative electrode plate are bent and deformed by volume expansion due to charging / discharging of any positive electrode plate and / It is possible to prevent a short circuit from occurring due to mutual connection.
아울러, 복수의 양극판과 복수의 음극판은 지지부의 하부로부터 소정의 갭을 두고 삽입됨에 따라 지지부 내부에서의 전해액 유동성을 향상시킬 수 있다.In addition, the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are inserted with a predetermined gap from the lower portion of the supporting portion, thereby improving the fluidity of the electrolyte in the supporting portion.
추가적으로, 서로 마주보는 양극판과 음극판 사이의 이격 간격에 삽입되는 복수의 돌출부가 구비된 중앙 스페이서가 구비됨에 따라 양극판과 음극판에 체적 팽창이 발생하더라도 양극판과 음극판 사이의 이격 간격을 균일하게 유지하는 것이 가능하다.In addition, since the center spacer provided with the plurality of protrusions inserted in the spacing distance between the positive and negative electrode plates facing each other is provided, it is possible to maintain a uniform spacing between the positive and negative electrode plates even if volume expansion occurs in the positive electrode plate and the negative electrode plate Do.
여기서, 양극판 또는 음극판이 최외곽에 배치될 경우, 양극판 또는 음극판은 엔드 플레이트로 사용될 수 있다.Here, when the positive electrode plate or the negative electrode plate is disposed at the outermost periphery, the positive electrode plate or the negative electrode plate may be used as an end plate.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택은 스택 내 복수로 구비된 전극 단자는 유연하게 제작되어 서로 접합되어 체결되는 바, 전극 단자 사이의 저항 및 발열을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 전류 누설을 막아 양극과 음극 사이의 언밸런싱을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 단흐름전지 스택이 직렬 또는 병렬로 연결될 경우 발생할 수 있는 셀 사이의 전압 편차를 줄이는 것이 가능하다.In the single-flow battery stack of the slide fastening type according to an embodiment of the present invention, electrode terminals provided in a plurality of stacks in the stack are fabricated to be flexible and joined to each other so as to be able to reduce resistance and heat generation between electrode terminals, Accordingly, it is possible to prevent current leakage and prevent unbalance between the anode and the cathode. Therefore, it is possible to reduce the voltage deviation between cells that may occur when the single-flow cell stack is connected in series or in parallel.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결방식의 단흐름전지 스택이 전해액을 수용하는 케이스 내에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도, 슬라이드 체결 방식에 의해 양극판과 음극판의 가장자리를 안정적으로 고정시키고 중앙 스페이서를 구비하는 구조를 가지므로, 양극판이 스웰링(swelling)되는 것이 보완되며, 이 결과 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.Also, even if the short-circuiting battery stack of the slide fastening type according to an embodiment of the present invention is charged / discharged by being used for a long period of time in a state of being impregnated in a case containing an electrolyte, the positive and negative electrode plates Since the positive electrode plate is swelled, the distance between the positive electrode plate and the negative electrode plate can be uniformly ensured. As a result, the charge / discharge efficiency can be improved. And it is also possible to prevent a short failure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are short-circuited.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택은 양극판 및/또는 음극판이 최외곽에 배치될 경우 이를 각각 엔드 플레이트로 활용함으로써, 엔드 플레이트를 생략할 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 체결 장치를 필요로 하지 않으므로 구조가 단순화될 수 있다.Also, in the case of the single-flow battery stack of the slide fastening type according to the embodiment of the present invention, when the positive electrode plate and / or the negative electrode plate are disposed at the outermost periphery, they are used respectively as end plates, Since the device is not required, the structure can be simplified.
도 1은 개별 체결 방식이 적용된 단흐름전지 스택의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스택의 단자 체결 방식을 나타낸 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택이 슬라이드 체결 방식으로 체결되는 상태를 나타낸 결합 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택의 완성된 상태를 나타낸 결합 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택에 사용되는 중앙 스페이서의 사시도를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 중앙 스페이서가 적용된 단흐름전지 스택의 평면도 및 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.1 is an assembled perspective view of a single-flow battery stack to which an individual fastening system is applied.
FIG. 2 is an assembled perspective view illustrating a terminal fastening method of the stack shown in FIG. 1. FIG.
3 is a photograph of a single-flow cell stack according to one embodiment of the present invention.
4 is an assembled perspective view illustrating a state where a single-flow battery stack according to an embodiment of the present invention is fastened by a slide fastening method.
5 is an assembled perspective view illustrating a completed state of a single-flow cell stack according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of a center spacer used in a single-flow cell stack according to an embodiment of the present invention.
Figs. 7 and 8 schematically show a plan view and a cross-sectional view of a single-flow cell stack to which a center spacer is applied.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 수 있다. Certain terms are hereby defined for convenience in order to facilitate a better understanding of the present invention. Unless otherwise defined herein, scientific and technical terms used in the present invention may have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art.
또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함할 수 있다.Also, unless the context clearly indicates otherwise, the singular form of the term includes plural forms thereof, and the plural forms of terms may include singular forms thereof.
도 1 및 도 2는 개별 체결 방식이 적용된 단흐름전지 스택의 결합 사시도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택을 설명하기 전 종래의 체결 방식이 적용된 단흐름전지 스택을 살펴보기로 한다.1 and 2 are exploded perspective views of a single-flow battery stack to which an individual fastening system is applied. FIG. 1 is a perspective view of a single-flow battery stack according to a conventional fastening method, .
도 1 및 도 2를 참조하면, 개별 체결 방식의 단흐름전지 스택(10)은 양극판(11), 음극판(12), 체결 볼트(13) 및 체결 너트(14)를 포함한다.Referring to Figs. 1 and 2, the single-stage
양극판(11)은 플레이트 형상을 가지며, 관통공을 구비한다. 이러한 양극판(11)에는 2차 전지의 충/방전을 위한 양극단자(11a)가 구비된다.The
이 때, 양극판(11)은 니켈(Ni)을 함유하는 망상 구조를 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질이 도포된 형태를 가질 수 있다. At this time, the
이러한 양극 활물질로는 수산화니켈(Ni(OH)2)과, 수산화니켈에 첨가제가 혼합될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 증점제가 더 혼합될 수 있다.Such a cathode active material may be mixed with nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) and nickel hydroxide, and in addition to the additive, a binder and a thickener may be further mixed.
음극판(12)은 복수의 양극판(11)과 교대로 대향하도록 스택된다.The negative electrode plate (12) is stacked so as to face alternately with a plurality of positive electrode plates (11).
음극판(12)은 플레이트 형상을 가지며, 관통공을 구비하며, 2차 전지의 충/방전을 위한 음극단자(12a)가 구비된다. The
이 때, 음극판(12)은 니켈을 함유하는 망상 구조를 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질이 도포된 형태를 가질 수 있다. At this time, the
음극 활물질로는 산화아연 또는 산화아연에 첨가제가 혼합된 형태가 될 수 있으며, 첨가제 외에 바인더 및 증점제가 더 혼합될 수 있다.The anode active material may be a mixture of zinc oxide or zinc oxide with an additive. In addition to the additive, a binder and a thickener may be further mixed.
음극 활물질로는 산화아연 대신 MH (metal hydride) 합금, 산화카드뮴 등이 이용될 수도 있다.As the anode active material, MH (metal hydride) alloy, cadmium oxide, or the like may be used instead of zinc oxide.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 개별 체별 방식의 단흐름전지 스택은 Ni-Zn, Ni-MH 및 Ni-Cd 이차전지 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.Accordingly, the single-flow battery stack of the individual sorting method according to the embodiment of the present invention may have any one of Ni-Zn, Ni-MH, and Ni-Cd secondary batteries.
양극판(11)과 음극판(12)의 관통공은 체결 볼트(13) 및 복수의 체결 너트(14)를 이용한 개별 체결시 체결 볼트(13)를 삽입하기 위한 목적으로 형성되는 것이다.The through holes of the
체결 볼트(13)는 양극판과 음극판의 관통공에 삽입되어 복수의 양극판(11) 및 복수의 음극판(12)을 지지하며, 체결 너트(14)는 복수의 양극판(11) 및 복수의 음극판(12) 사이에 각각 개재되어, 체결 볼트(13)에 개별적으로 체결된다.The
복수의 체결 너트(14)가 복수의 양극판(11) 및 복수의 음극판(12)의 사이 공간에 각각 개재되어, 복수의 양극판(11) 및 복수의 음극판(12) 간의 이격 간격을 확보하는 역할을 함과 더불어, 복수의 양극판(11) 및 복수의 음극판(12)을 전기적으로 분리시키는 세퍼레이터 역할을 동시에 수행할 수 있게 된다.A plurality of
다만, 도 1에 예시된 개별 체결 방식의 단흐름전지 스택에 따르면, 복수의 양극판(11)과 복수의 음극판(12)이 일정한 위치에 구비된 관통공에 삽입되는 체결 볼트(13)에 의해 일체로 고정되기 때문에, 각각의 전극판의 손상 또는 수명과 무관하게 전극판 교체시 통째로 교체할 수 밖에 없다는 문제점이 발생하였다.1, a plurality of
또한, 양극판(11)과 음극판(12) 사이의 이격 간격을 위해 일일이 체결 너트(14)가 삽입되어야 한다는 번거로움이 존재하였다.In addition, there is a problem that the
게다가, 볼트(13)에 체결 너트(14)가 결합될 때, 양극판(11) 및/또는 음극판(12)에 압력을 가할 수 있으며, 이 때 복수의 체결 너트(14)가 모두 일정한 간격으로 결합되지 않을 경우, 양극판(11) 및/또는 음극판(12)에 손상을 가하는 문제가 빈번히 발생하였다.Further, when the
아울러, 복수의 양극판(11)과 복수의 음극판(12)이 체결 볼트(13)에 의해 체결된 상태에서 양극단자(11a)와 음극단자(12a)는 각각 동일한 극성의 단자끼리 체결 부재(15)를 통해 체결된다.The
이 때, 서로 이웃한 두 양극단자(11a) 사이에 하나의 체결 부재(15)가 개재되는데 이러한 체결 방식은 양극단자(11a) 사이의 저항 및 발열을 증가시키는 요인으로 작용하며, 이에 따라 증가된 저항에 의해 전류가 누설될 가능성이 높아진다.At this time, one
이는 양극과 음극의 활성화 언밸런싱을 초래하는 원인이며, 이러한 스택이 구비된 셀 사이의 전압 편차를 발생시키는 원인으로 작용하기도 한다.This causes active unbalance of the anode and the cathode, and this causes the voltage deviation between the cells provided with the stack.
본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택은 상술한 종래의 체결 방식의 문제점을 해결하고자 양극판과 음극판의 체결 방식으로 슬라이드 체결 방식을 채택하되, 양극판과 음극판에 각각 구비된 단자부를 서로 접합시켜 체결함는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problem of the conventional fastening system, the single-flow battery stack according to an embodiment of the present invention adopts the slide fastening method as a fastening method of the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the terminal portions provided on the positive electrode plate and the negative electrode plate are bonded to each other And is fastened.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택의 사진이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택이 슬라이드 체결 방식으로 체결되는 상태를 나타낸 결합 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택의 완성된 상태를 나타낸 결합 사시도이다.FIG. 3 is a photograph of a single-flow cell stack according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an assembled perspective view illustrating a state where a single-flow cell stack according to an embodiment of the present invention is fastened by a slide fastening method, 1 is a combined perspective view illustrating a completed state of a single-flow cell stack according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택은 복수의 양극판(110)과 이에 교대로 대향하도록 삽입되는 복수의 음극판(120)이 지지부(130)에 슬라이드 체결되도록 구비된다.3 to 5, in the single-flow battery stack of the slide fastening type according to an embodiment of the present invention, a plurality of
지지부(130)는 복수의 양극판(110)과 복수의 음극판(120)의 좌우에 각각 구비되어 양극판(110)과 음극판(120)을 고정하며, 지지부(130)에는 복수의 양극판(110)과 복수의 음극판(120)이 삽입되기 위해 소정의 간격으로 이격되어 배치된 복수의 삽입부(135)가 포함된다.The
여기서, 지지부(130)는 전지의 쇼트 등과 같은 문제를 일으키지 않도록 비전도성 재료로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the
각 삽입부(135)에는 양극판(110)과 음극판(120)이 교대로 삽입되어 고정되며, 이 때, 양극판(110)과 음극판(120)이 삽입부(135)에 전체적으로 삽입되는 것이 바람직하다. 따라서, 삽입부(135)는 양극판(110)과 음극판(120)과 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.The
이에 따라, 양극판(110)과 음극판(120)은 지지부(130)에 배치된 삽입부(135)에 의해 전체적으로 지지될 수 있으며, 특히 충/방전에 따른 체적 변화에 의해 야기되는 양극판(110)과 음극판(120)의 형상 변화를 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.Accordingly, the
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 복수의 체결 너트(14) 없이도 복수의 양극판(110)과 복수의 음극판(120) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있으므로, 가장 단순하면서도 효율적인 단흐름전지 스택 구조를 제공할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, since the gap between the plurality of
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 복수의 체결 볼트(13) 및 복수의 체결 너트(14)와 같은 부품의 필요성이 없어지므로 단흐름전지 스택의 제조 단가 역시 획기적으로 줄일 수 있다.In addition, since there is no need for components such as the plurality of
여기서, 인접한 양극판(110)과 음극판(120)의 이격 간격(d)은 1.0 ~ 10.0mm를 갖는 것이 바람직하다. Here, the spacing d between the adjacent
인접한 양극판(110)과 음극판(120)의 이격 간격(d)이 좁을수록, 즉 1.0mm 미만인 경우, 충/방전 효율은 증가할 수 있으나, 충/방전에 따른 양극판(110)과 음극판(120)의 체적 변화 또는 양극판(110) 및/또는 음극판(120) 상에 형성된 덴드라이트 결정 등에 의해 양극판(110)과 음극판(120)이 상호 접속되어 단락이 발생할 수 있다.Discharging efficiency can be increased when the distance d between the adjacent
반면, 인접한 양극판(110)과 음극판(120)의 이격 간격(d)이 과도하게 넓을 경우 전체 스택의 크기가 불필요하게 증가할 뿐만 아니라 충/방전 효율이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.On the other hand, if the spacing d between the adjacent cathode and
상술한 바와 같이, 인접한 양극판(110)과 음극판(120)의 이격 간격을 균일하게 함으로써 덴드라이트 결정 등에 의한 단락 발생을 억제함과 동시에 양극판(110)과 음극판(120)의 노출면에 활물질을 고르게 전착시킴으로써 초기 반응성을 개선하는 것이 가능하다는 이점이 있다.As described above, by making the spacing between the adjacent
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택(100)은, 엔드 플레이트를 이용한 하중 체결 방식이 아니라, 복수의 양극판(110)과 음극판(120)의 좌우에 구비된 지지부(130)에 소정의 간격을 두고 배치된 삽입부(135)로 양극판(110)과 음극판(120)이 교대로 슬라이드 체결됨으로써 각 단위 셀에 인가되는 하중을 균일하게 분산시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 복수의 양극판(110)과 음극판(120) 중 일부만을 선택적으로 교체하는 것이 가능하다는 점에서 추가적인 이점이 있다.Particularly, in the slide fastening type battery cell stack 100 of the slide fastening type according to the embodiment of the present invention, a plurality of
일 실시예에 있어서, 지지부(130)의 내측으로 구비되는 삽입부(135)는 지지부(130)와 별개의 구성으로서, 지지부(130)의 내측에 삽입부(135)가 개별적으로 체결될 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따르면, 지지부(130)와 삽입부(135)는 일체로 사출 형성될 수 있다. In one embodiment, the
다른 변형예에 있어서, 복수의 양극판(110) 중 최외곽에 배치되는 양극판(110)과 복수의 음극판(120) 중 최외곽에 배치되는 음극판(120)은 엔드 플레이트로 사용할 수 있으며, 이 때 별도의 엔드 플레이트를 장착할 필요가 없을 뿐만 아니라 엔드 플레이트를 고정시키기 위한 추가적인 체결 장치 또한 필요 없게 되므로 구조가 단순화될 수 있다.In another modification, the
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 양극판(110)과 복수의 음극판(120)은 각각 상부로부터 돌출 형성된 양극 단자부(115)와 음극 단자부(125)을 구비한다.According to an embodiment of the present invention, the plurality of
이 때, 양극 단자부(115)와 음극 단자부(125) 유연성을 가지므로 도 5에 도시된 바와 같이 서로 동일한 극성의 단자부끼리 접합되어 체결 단자(140)에 의해 일체로 체결되는 것이 가능하다.At this time, since the positive
즉, 상술한 실시예에 따르면, 서로 이웃한 단자부 사이에 별도의 체결 부재가 개재되어 복수의 단자부가 간접적으로 체결되는 것이 아니라 서로 이웃한 단자부들이 하나의 체결 단자에 의해 일체로 접합되어 체결됨에 따라 체결 부재 등에 의해 유발될 수 있는 저항 증가 현상을 줄여 전류가 누설되는 것을 방지하는 것이 가능하다.In other words, according to the above-described embodiment, since the separate fastening members are interposed between the neighboring terminal portions so that the plurality of terminal portions are not indirectly fastened but the adjacent terminal portions are integrally joined and fastened by one fastening terminal It is possible to reduce the resistance increase phenomenon that can be caused by the fastening member or the like and to prevent the current from leaking.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 단흐름전지 스택은 양극판(110)과 음극판(120) 사이의 이격 간격을 균일하게 유지하기 위한 중앙 스페이서(150)가 구비될 수 있다.The single-flow cell stack according to a further embodiment of the present invention may be provided with a
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택에 사용되는 중앙 스페이서(150)의 사시도를 나타낸 것으로서, 중앙 스페이서(150)는 서로 마주보는 양극판(110)과 음극판(120) 사이의 이격 간격에 삽입되는 복수의 돌출부(155)가 구비된 빗살 구조를 가지고 있다.FIG. 6 is a perspective view of a
상술한 중앙 스페이서(150)가 적용된 단흐름전지 스택의 평면도 및 단면도를 개략적으로 나타낸 도 7 및 도 8을 참조하면, 중앙 스페이서(150)는 삽입부(135)에 양극판(110)과 음극판(120)이 모두 삽입된 상태에서 스택의 상부로부터 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 존재하는 공간으로 삽입되도록 끼워지게 된다.7 and 8, which schematically illustrate a plan view and a cross-sectional view of a single-flow battery stack to which the above-described
이 때, 중앙 스페이서(150)는 스웰링 현상에 의해 양극판(110)과 음극판(120)이 주로 휘어지는 중심부 위치에 삽입되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the
이에 따라, 양극판(110)과 음극판(120)은 삽입부(135)의 이격 간격에 의해 서로 이격된 상태로 존재할 뿐만 아니라 중앙 스페이서(150)의 존재로 인해 충/방전시 체적 팽창이 발생하더라도 이격 간격이 균일하게 유지될 수 있다.Accordingly, not only are the
아울러, 복수의 양극판과 복수의 음극판은 지지부의 하부로부터 소정의 갭을 두고 삽입됨에 따라 지지부 내부에서 전해액이 유동될 수 있는 공간이 증가할 수 있다. 이에 따라, 지지부 내부에서의 전해액 유동성을 향상시켜 단흐름전지의 전기적 특성을 개선할 수 있다.In addition, as the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are inserted with a predetermined gap from the lower portion of the support portion, the space through which the electrolyte can flow inside the support portion may increase. This improves the fluidity of the electrolyte inside the support, thereby improving the electrical characteristics of the single-flow battery.
또한, 별도로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 단흐름전지 스택은 적어도 하나의 전해액 주입구 및 배출구를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 5개의 전해액 주입구 및 배출구를 포함할 수 있다.In addition, although not shown separately, the single-flow battery stack according to an embodiment of the present invention may include at least one electrolyte injection port and an outlet port, and may preferably include one to five electrolyte injection ports and exhaust ports.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택은 스택 내 복수로 구비된 전극 단자는 유연하게 제작되어 서로 접합되어 체결되는 바, 전극 단자 사이의 저항 및 발열을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 전류 누설을 막아 양극과 음극 사이의 언밸런싱을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 단흐름전지 스택이 직렬 또는 병렬로 연결될 경우 발생할 수 있는 셀 사이의 전압 편차를 줄이는 것이 가능하다.As described above, in the single-flow battery stack of the slide fastening type according to the embodiment of the present invention, the electrode terminals provided in the stack are formed in a flexible manner and are joined and fastened to each other. It is possible to prevent unbalance between the anode and the cathode by preventing current leakage. Therefore, it is possible to reduce the voltage deviation between cells that may occur when the single-flow cell stack is connected in series or in parallel.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결방식의 단흐름전지 스택이 전해액을 수용하는 케이스 내에 함침된 상태에서 장 기간의 사용으로 충/방전이 이루어지더라도, 슬라이드 체결 방식에 의해 양극판과 음극판의 가장자리 및 중앙부 중앙 스페이서를 통해 안정적으로 고정시키는 구조를 가지므로, 양극판이 스웰링(swelling)되는 것이 보완되며, 이 결과 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.Also, even if the short-circuiting battery stack of the slide fastening type according to an embodiment of the present invention is charged / discharged by being used for a long period of time in a state of being impregnated in a case containing an electrolyte, the positive and negative electrode plates Since the positive electrode plate is swelled by the edge of the positive electrode plate and the center spacer at the central portion of the negative electrode plate, the gap between the positive electrode plate and the negative electrode plate can be uniformly ensured, And it is also possible to prevent a short failure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are short-circuited.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택은 최외곽 양극판 및 최외곽 음극판을 엔드 플레이트로 각각 활용함으로써, 엔드 플레이트를 생략할 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 체결 장치를 필요로 하지 않으므로 구조가 단순화될 수 있다.In addition, the end-plate battery stack of the slide fastening type according to the embodiment of the present invention utilizes the outermost cathode plate and the outermost cathode plate as the end plates, respectively, so that the end plate can be omitted and an additional fastening device is not required The structure can be simplified.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
100 : 단흐름전지 스택 110 : 양극판
115 : 양극 단자부 120 : 음극판
125 : 음극 단자부 130 : 지지부
135 : 삽입부 140 : 체결 단자
150 : 중앙 스페이서 155 : 돌출부100: single-flow cell stack 110: positive plate
115: positive electrode terminal part 120: negative electrode plate
125: negative electrode terminal part 130:
135: insertion portion 140: fastening terminal
150: center spacer 155: protrusion
Claims (8)
상기 복수의 양극판과 교대로 대향하도록 구비되는 복수의 음극판; 및
상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판이 삽입되기 위해 소정의 간격으로 이격되어 배치된 복수의 삽입부를 포함하며, 상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판의 좌우에 각각 구비된 지지부;
를 포함하는 슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택에 있어서,
상기 단흐름전지 스택은 서로 마주보는 양극판과 음극판 사이의 이격 간격에 삽입되는 복수의 돌출부가 구비된 빗살 구조의 중앙 스페이서를 더 포함하며,
상기 중앙 스페이서는 상기 삽입부에 양극판과 음극판이 모두 삽입된 상태에서 상기 돌출부가 상기 단흐름전지 스택의 상부로부터 양극판과 음극판 사이의 이격 간격에 삽입되도록 끼워지며,
상기 양극판과 상기 음극판의 상부로부터 각각 유연성 양극 단자부 및 복수의 유연성 음극 단자부가 돌출 형성된,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
A plurality of positive plates;
A plurality of cathode plates alternately opposing the plurality of cathode plates; And
A plurality of positive plates and a plurality of inserting portions spaced apart from each other at a predetermined interval to be inserted into the plurality of negative plates, the supporting portions being provided respectively on the right and left of the plurality of positive plates and the plurality of negative plates;
The battery pack according to claim 1,
Wherein the end-flow battery stack further comprises a comb-shaped center spacer having a plurality of protrusions inserted in a spacing distance between the cathode and anode plates facing each other,
The center spacer is inserted such that the protrusion is inserted into the gap between the positive electrode plate and the negative electrode plate from the top of the end flow cell stack with the positive electrode plate and the negative electrode plate both inserted into the inserting portion,
And a flexible cathode terminal portion and a plurality of flexible cathode terminal portions protruded from the upper portion of the cathode plate and the cathode plate, respectively,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 유연성 양극 단자부와 상기 유연성 음극 단자부는 서로 동일한 극성의 단자부끼리 접합되어 체결된,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
The method according to claim 1,
Wherein the flexible positive electrode terminal portion and the flexible negative electrode terminal portion are joined together by terminal portions of the same polarity,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판은 상기 삽입부의 이격 간격에 의해 상호 전기적으로 분리되는,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are electrically separated from each other by the spacing of the inserting portions,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 삽입부의 이격 간격은 1.0mm 내지 10.0mm의 범위 내인,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
The method of claim 3,
Wherein the spacing of the inserts is in the range of 1.0 mm to 10.0 mm,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판은 상기 삽입부에 소정의 갭을 두고 삽입되어 삽입되는,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are inserted and inserted into the inserting portion with a predetermined gap therebetween,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 복수의 양극판과 상기 복수의 음극판은 상기 지지부의 하부로부터 소정의 갭을 두고 삽입되어 삽입되는,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates are inserted and inserted with a predetermined gap from the lower portion of the support portion,
Single-flow cell stack with slide fastening.
상기 양극판 또는 상기 음극판이 최외곽에 배치될 경우, 상기 양극판 또는 상기 음극판은 엔드 플레이트로 사용되는,
슬라이드 체결 방식의 단흐름전지 스택.The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode plate or the negative electrode plate is used as an end plate when the positive electrode plate or the negative electrode plate is disposed at the outermost periphery,
Single-flow cell stack with slide fastening.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160034364A KR101781487B1 (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Slide fastening type single flow battery stack |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11508985B2 (en) | 2018-07-19 | 2022-11-22 | Lg Energy Solution, Ltd. | Electrode assembly and method for manufacturing the same |
US11641011B2 (en) | 2018-07-09 | 2023-05-02 | Lg Energy Solution, Ltd. | Secondary battery and method for manufacturing the same |
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