KR19980024846A

KR19980024846A - 납 축전지용 양극 그리드, 및 상기 그리드를 이용한 전지 및 축전지

Info

Publication number: KR19980024846A
Application number: KR1019970048051A
Authority: KR
Inventors: 푸루쇼타마 라오
Original assignee: 스미스 토마스 제이; 지엔비 테크놀로지즈, 인코포레이티드
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1998-07-06
Also published as: BR9715038A; US5958625A; MX9707174A; KR100378143B1

Abstract

SLI용 납 축전지, 산업용 축전지 및 전기 자동차용 축전지에 사용되는 양극 그리드로서, 양극 활물질 페이스트 펠릿 개구부의 면적은 감소되고, 그리드 면적 1제곱인치당 개수는 증가되며, 목적하는 용도에 따라 페이스트 펠릿 각각의 면적과 그의 개수를 달리할 수 있는 양극 그리드가 개시되어 있다. 본 발명의 바람직한 일예에 따르면, 페이스트 펠릿의 중심부에서부터 인접한 그리드 와이어까지의 거리를 감소시키고 그리드 와이어의 단위 표면적당 양극 활물질의 양을 최적화함으로써 전기적 성능을 향상시키거나, 전기적 성능은 종래의 납 전지 및 납 축전지에서와 동일하게 하면서 그리드 중량을 상당히 감소시킬 수 있다.

Description

납 축전지용 양극 그리드, 및 상기 그리드를 이용한 전지 및 축전지

본 발명은 납 전지 및 납 축전지에 관한 것이며, 보다 상세하게는 상기 전지와 축전지를 만드는데 이용되는 그리드 및 극판에 관한 것이다.

양극 그리드의 디자인은 납 축전지의 성능 및 수명에 중대한 영향을 미친다. 양극 그리드는 활물질 전하 지지체 (load-bearer) 및 활물질 집전체의 역할을 하기 때문에 납 축전지가 작동하는 과정에서 과도하게 부식된다. 양극 그리드의 부식 속도는 전지 또는 축전지의 수명을 단축시키는 요인이 된다. 양극 그리드는 그 내부 와이어 부재가 충분한 강도를 제공하고 활물질을 수납할 수 있도록 지지체로 작용하며, 활물질로부터 전류 (에너지)를 집전해서 그리드 러그를 통해 스트랩과 터미널로 전달하도록 디자인되어 있다. 양극 그리드의 디자인과 내부 와이어의 구조는 통상 합금 조성, 그리드 제조방법, 및 에너지 밀도, 전력 밀도, 사용 형태 (service type) 및 수명 조건등과 같은 축전지의 사용 유형에 따라 결정된다.

최근 수년 동안 그리드의 디자인을 다양하게 변화시킴으로써 각종 성능을 개선하려는데 상당한 관심이 모아졌다. 그 일예로서, 미국 특허 제3,989,539호 (Grabb 특허)에는 프레임 바로 둘러싸인, 교차하는 수평 및 수직 그리드 와이어를 복수개 포함하는 축전지용 그리드가 개시되어 있다. 일련의 수직 그리드 와이어는 끝부분이 가늘어지는 형태를 가지며, 그리드의 상부, 즉 스트랩으로 집전하는 지점쪽으로 갈수록 횡단면적이 증가한다. 추가의 수직 그리드 와이어는 인접해있는, 끝이 가느다란 수직 그리드 와이어 사이에 측면 프레임 와이어 길이의 약 30-50% 간격으로 상부 프레임쪽으로부터 아래쪽으로 뻗어있다. 이러한 그리드 와이어 디자인은 축전지가 고전류로 방전하는 동안 축전지 극판의 러그로의 전류 흐름을 증가시키고 증가된 전류 흐름을 수용할 수 있도록 개발된 것이다.

미국 특허 제4,099,309호 (Bender 특허)에는 이중 넓이 (doulbe width)의 면적을 나타내도록 각각의 주요 슬릿트 외에 동일한 길이를 갖는 평행한 일련의 슬릿트들을 블랭크 내에서 절단하는 것을 포함하는 그리드의 제조방법이 개시되어 있다. 이 방법을 이용하면 원가 절감 및 재료 사용량 감소 효과가 있을 뿐 아니라 메시 바 (mesh bar) 물질의 결정성 구조에 어떠한 손상을 입히지 않으면서 그리드를 제조할 수 있으며, 설정된 전압 포텐셜이 최적의 메시 바 단면적을 통해 가장 짧은 경로로 방출될 수 있다.

미국 특허 제4,221,852호 (Qureshi 특허)에는 상단부 상에 러그를 가지고 있으며, 프레임의 코너, 프레임의 측단부를 연결하는 서로 평행한 와이어 세트 및 상단부로부터 벗어나서 이 상단부를 프레임의 서로 다른 세개의 단부와 각각 연결하는 방사상 아암 (arm) 세트로부터 이격되어 있는 축전지 그리드가 개시되어 있다. 이러한 그리드는 과도하게 무겁지 않으면서 (통상의 중량은 약 58그램이다) 적절한 경도를 유지한다. 또한, 이 발명에 따른 그리드는 도 2에 도시된 바와 같은 형태를 가지며 1.03㎷/A 이하의 유효 저항을 가지는 것으로 나타났는데, 이는 기존의 그리드 디자인에 비해 성능면에서 현저하게 개선된 것이다.

미국 특허 제4,555,459호 (Anderson 등의 특허)에는 실질적으로 동일한 크기를 갖는 복수개의 평행사변형을 한정하도록 그리드 와이어가 배열된 경량의 축전지 그리드가 개시되어 있다. 전술한 바와 같이, 그리드 구조의 디자인에 있어서 반드시 고려되어야 할 점은 구조적 강도를 유지하고 효과적인 방법으로 활물질을 보유할 수 있는 적당한 기하학적 구조를 제공하면서 그리드의 무게를 최소화하는 것이라는 점에서 상기 특허의 목적중 하나는 그리드 상에 페이스트된 활물질용 도전체로서 효과적으로 작용하는 경량의 축전지 그리드를 제공하는 것이다.

미국 특허 제5,308,719호 (Mrotek 등의 특허)에는 소정량의 금속이 러그 부근에 집중되도록 하는 구조로 된 그리드로서, 중심 극판 러그를 포함하는 납 축전지용 그리드가 개시되어 있다. 이러한 그리드를 이용하면 그리드를 제조하는데 매우 유용하며, 각각의 축전지 극판이 제거됨으로써 축전지 무게가 가벼워지고 원가가 절감되어 그만큼 축전지의 성능이 개선될 수 있다.

전술한 종래의 특허들에서 명백히 알 수 있듯이, 납 축전지용 그리드 디자인을 제공하는데 필요한 여러 가지 다양한 기준이 있다. 납 전지와 축전지를 만드는 제조업자들은 예비 동력 또는 원거리 통신 용도에서부터 자동차와 트럭용의 에스엘아이 (이하, SLI: starting, lighting and ignition) 축전지에 이르기까지 다양한 용도의 그리드를 만드는데 사용될 수 있는 여러 가지 다양한 방법을 알고 있기 때문에 더 복잡하다. 통상, 이러한 납 축전지용 그리드는 그래비티 캐스팅 기법 (gravity casting techique)에 의해 만들어져왔는데, 이 방법에서는 무결함 납 전지 그리드를 제공하기 위한 여러 가지 조건들에 주의해야 한다. 또한, 최근 들어서는 연속 발포형 그리드 제조방법을 이용하는 연속 방식으로, 즉 예를 들어 직접 연속 그리드 캐스팅 방법 (direct continuous grid casting process)에 의해 그리드를 제조하는 여러 가지 방법이 제시되었다.

미국 특허 제5,434,025호 (Rao 등의 특허)에서는 직접 캐스팅된 스프립으로부터 만들어진, 특히 바람직한 발포형 그리드 메시가 개시되어 있다. 이러한 그리드 및 이 그리드를 이용한 축전지는 매우 바람직한 성능을 나타내지만, 이들 그리드의 디자인은 보다 더 개선되어야 한다. 즉, 이러한 그리드는 수직 프레임 바가 부족하기 때문에 사용 중에 수직 방향으로 그리드 성장률이 더 높아지려는 경향이 있을 수 있다. 사실상, 특히 축전지가 높은 주변온도에서 작동하는 경우에는 음성 스트랩 아래에서 내부 단락이 형성되기 때문에 전술한 바와 같이 수직 그리드 성장률이 높으면 조기에 축전지 불량을 일으킬 수 잇다.

또한, 축전지 또는 전지의 디자인은 더 복잡할 수 있다. 그 일예로서, 양극 그리드의 부식율은 통상의 유출형 전해질 (flooded electrolyte) 납 축전지의 경우에서보다 자동차용 SLI와 같은 밀폐형 납 전지 및 축전지 (통칭하여 VRLA (valve-regulated, lead-acid cell and batteries)라고 함)의 경우에 더 높다. 또한, 대용량의 산업용 축전지용으로 사용되는 양극 그리드는 자동차용 그리드에 비하여 매우 두꺼우며, 그리드를 캐스팅함에 있어서 주의해야 한다. 이러한 그리드는 상대적으로 낮은 속도로 캐스팅함으로써 그리드 와이어에 균일이 생기는 것을 최소화하여야 하며, 여러 가지 종류의 합금을 사용하여 제조할 경우 이러한 와이어 교차 지점에서 핫 티어 (hot tear)와 핫 크랙 (hot crack)이 발생하기 쉽다.

납 전지 및 축전지용 그리드를 디자인하는데 많은 노력을 기울였음에도 불구하고, 종래 기술에 비해 다양극과 요구 조건들을 더 크게 만족시킬 수 있는 최적화된 그리드 디자인에 대한 필요성이 여전히 남아있다. 실질적으로, 종전의 모든 노력에도 불구하고, 주시하여야 할 점은 양극 그리드 디자인이 납 전지 및 축전지의 음극 그리드를 디자인하는데 고려해야할 여러 가지 사항들과는 전혀 다른 디자인상의 여러 가지 요인들이 고려되어야 한다는 것을 이해하는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 납 축전지에 개선된 전기적 성능 및/또는 상기 전기적 성능과 관련하여 향상된 비용 편익 관계를 부여할 수 있는 양극 그리드 드자인을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전력 및 에너지 밀도가 향상된 납 축전지를 제공하는 것이다. 이와 관련이 있으며 보다 구체적인 목적은 이러한 그리드 디자인을 가지면서 양극 활물질 전도성이 개선된 축전지를 제공하는 것이다. 이와 관련된 또 다른 목적은 그리드 물질 중량을 낮출 수 있는 양극 그리드 디자인을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 양극 그리드의 내부식성이 개선되고, 발포형 양극 그리드에서의 수직 그리드 성장율이 감소된 납 축전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 화성 효율 (formation efficiency)이 개선된 납 축전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 양극 활물질 이용율이 증가된 납 축전지를 제공하는 것이다.

이들 이외의 본 발명의 목적 및 잇점은 첨부된 도면을 들어 하기에 설명한 바로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 양극 그리드의 일 실시예를 나타내는 측면도이다;

도 2는 도 1의 양극 그리드를 이용하여 만들어진 양극판의 부분 측면도로서, 그리드 디자인시 중요한 파라메터를 나타낸다;

도 3은 양극 그리드를 나타내기 위하여 활물질이 부분적으로 제거된 양극판의 부분 측면도이다;

도 4는 본 발명의 양극 그리드 및 양극판을 이용하는 본 발명의 보전불요성 (maintenance-free) 축전지의 사시도이다;

도 5는 본 발명의 양극 그리드의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다;

도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 절단된 단면도로서, 그리드 와이어의 바람직한 횡단면의 일 실시예를 나타내는데, 점선으로 표시된 것은 다른 바람직한 횡단면을 나타낸다;

도 7은 본 발명에 따른 양극 그리드의 또 다른 태양을 나타내는 횡단면도이다;

도 8은 도 5에 도시된 바와 같은 양극 그리드를 이용하는 본 발명의 VRLA 축전지의 사시도이다;

도 9는 종래의 양극 그리드와 본 발명에 따른 양극 그리드를 625Amps, 0℉에서의 방전 성능을 평가하여 나타낸 축전지 전압 대 방전 시간의 그래프이다;

도 10은 평가 조건을 300Amps, -20℉로 한 것을 제외하고는 도 9에서와 같은 방법으로 방전 성능을 평가하여 그 결과를 나타낸 그래프이다;

도 11은 도 10에서와 같이 종래의 양극 그리드와 본 발명의 양극 그리드에 대하여 80℉에서의 부동 충전 성능을 평가하여 나타낸 부동 충전 전류 대 부동 전압의 그래프이다;

도 12는 평가 조건을 125℉로 한 것을 제외하고는 도 11에서와 같은 방법으로 부동 충전 성능을 평가하여 그 결과를 나타낸 그래프이다;

도 13은 평가 조건을 140℉로 한 것을 제외하고는 도 11에서와 같은 방법으로 부동 충전 성능을 평가하여 그 결과를 나타낸 그래프이다;

도 14는 밀폐형 전지용으로 사용되는 양극 그리드에 대한 바람직한 일실시예를 나타낸 평면도이다;

도 15는 도 14의 라인 15-15를 따라 절개한 단면도로서, 그리드의 긴쪽을 가로지르는 그리드 와이어의 위치를 결정하는 오프셋 (offset)을 나타낸다;

도 16은 도 14의 라인 16-16을 따라 절개한 횡단면도로서 그리드의 길이 방향으로 평행하게 뻗어있는 그리드 와이어의 구조를 나타낸다;

도 17 및 18은 각각 라인 17-17 및 18-18을 따라 절개한 횡단면도로서 각각 그리드의 길이 방향을 가로질러서 뻗어있는 것과 그리드 러그와 연결되어 있는 그리드 프레임 바의 구조를 나타낸다;

도 19A와 19B, 20A와 20B 및 21A와 21B는 200배 (19A와 19B) 및 50배 (20A와 20B 및 21A와 21B) 확대한 현미경 사진으로서, 이중 도 19A, 20A 및 21A는 통상의 그리드 구조를 갖는 그래비티 캐스팅된 양극 그리드의 입자 구조를 나타내는 것이며, 도 19B, 20B 및 21B는 1.5중량%의 안티몬과 1.65중량%의 카드뮴을 갖는 납-기재 합금을 이용하여 도 14-18에 도시된 바와 같은 형태로 그래비티 캐스팅된 양극 그리드의 미세 구조를 나타낸다.

통상, 본 발명은 페이스트 펠렛내의 양극 활물질 전도성을 향상시킴으로써 양극판의 성능이 전반적으로 개선되도록 양극 활물질용 페이스트 펠렛 영역 내에 내부 양극 그리드 와이어의 기하학적 구조를 최적화하는 것을 기본 개념으로 한다. 즉, 상업적으로 사용되는, 다양한 형태를 가지며 서로 다른 방법으로 제조되는 납 축전지용 양극 그리드 디자인은 전기적 성능의 면에서는 최적의 디자인과는 거리가 멀다는 것을 발견하게 되었다. 전기적 성능은, 그리드의 단위 면적당 페이스트 펠릿 영역의 갯수를 증가시키면서 페이스트 펠릿 각각의 면적은 감소시킴으로써 전기적 성능을 실질적으로 개선할 수 있음을 발견하였다.

이와 마찬가지로, 본 발명의 바람직한 태양은 페이스트 펠릿의 중심에서부터 인접한 그리드 와이어까지의 최장 및 최단 거리를 감소시킴으로써 이루어질 수 있다. 사실상, 본 발명의 더 바람직한 태양은 상기 최장 및 최단 거리를 감소시키면서 이들 거리 사이의 차이를 가능한한 감소시킴으로써 이루어질 수 있는데, 이는 제조시의 고려사항 및 기타 목적들에도 부합되는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 용도는 양극 활물질과 관련된 소정의 감소된 비율을 이용하는 것이다. 따라서, 양극 활물질의 양은 납 축전지의 바람직한 용량 조건에 따라 결정된다. 그러나, 그리드 와이어 표면적을 적절하게 증가시키면 종래의 납 축전지에 비해 결과적으로 낮은 비율 (즉, 양극 활물질/그리드 와이어 표면적)로 인해 전기적 성능이 실질적으로 개선된다는 사실이 발견되었다.

본 발명의 최적화된 양극 그리드의 기하학적 구조의 중요성을 인식하게 된다면 비용과 편익 관계를 최적화할 수 있는 그리드 디자인을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가격 조건이 때로는 매우 중요하게 작용하는 자동차용 SLI 축전지의 경우에 본 발명을 이용하면 그리드 재료의 가격 감소로 인하여 원가를 실질적이고도 현저하게 절감하면서도 성능면에서는 종래의 축전지와 동일한 축전지를 제조할 수 있다. 즉, 교차하는 내부 그리드 화이어의 횡단면적을 비례적으로 감소시킴으로써 그리드의 기하학적 구조를 최적화할 수 있다.

예를 들어 동력원이 카운터발란스 (counterbalance)로서 작용하기 때문에 전지 및 축전지의 무게가 중요한 이동용 동력원으로서 사용되는 납 전지 및 축전지의 경우에 본 발명을 적용하면 단위 양극 그리드 중량당 보다 높은 전력 밀도 및 에너지 밀도를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 태양은 최적화된 그리드 와이어 형태, 특히 납-기재 공융합금족에 알맞은 형태를 제공하는 것이다. 그러한 최적화된 형태는 핫 티어, 핫 크랙 등과 같은 미세구조적인 캐스팅 결함을 감소시킨다. 이와 마찬가지로 중요한 것은 이처럼 최적화된 그리드 와이어 형태로 인하여 입자 정제도가 매우 우수한 그리드를 수득할 수 있는데, 이러한 입자 구조와 캐스팅 결함의 상당한 감소는 축전지의 사용기간 동안 양극 그리드에 의해 나타나는 부식율을 전반적으로 균일하게 낮춘다.

도 1은 직접 캐스팅된 스트립으로부터 만들어진 양극 그리드를 나타낸다. 양극 그리드(10)는 러그(12), 상부 프레임 바(14) 및 하부 프레임 바(16)를 포함한다. 도시된 바와 같이 상부 및 하부 프레임 바(14 및 16) 사이에 있는 메시는 통상 다이아몬드의 형태(18)를 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같은 양극 그리드는 바람직하게는 미국 특허 5,434,025호 (Rao 등의 특허)에 개시된 바와 같은 방법에 의해 만들어질 수 있다. 발포형 메시 그리드가 만들어질 수 있는 직접 캐스팅된 스트립을 만드는데 사용되는 합금으로는 납-기재의 양극 그리드 합금용으로 적당한 합금이라면 어느 것이어도 무방할 수 있으며, 많은 것이 이미 알려져 사용되고 있다.

그러나, 바람직하게는 합금 스트립의 중량을 기준으로하여 약 0.02-0.05% 또는 0.06%의 칼슘, 약 0.3-0.5% 내지 0.6%의 주석 및 약 0.02-0.05%의 은을 포함하는 납-기재 합금이 사용된다. 통상 주석 함량이 많아질수록 발포형 메시 스트립의 가공, 예를 들면 슬릿팅 단계 및 발포 단계가 다소 복잡해지기 때문에 주석의 최대 함량은 가공이 용이한 범위 내에서 결정되어야 한다. 그러나, 필요에 따라서는 다른 성능 조건에 부합하도록 주석 함량을 0.7%까지, 때로는 0.8% 또는 1.0%까지 증가시킬 수 있다.

종래의 양극 그리드에 비하여 본 발명의 양극 그리드는 단위 면적당 페이스트 펠릿 영역의 갯수는 많지만 각 페이스트 펠릿의 면적은 감소된 기하학적 구조를 갖는다. 통상, 그리드의 높이, 즉 상부 프레임 바에서 하부 프레임 바까지의 길이에 다이아몬드 모양의 양극 활물질 펠릿 개구부의 갯수를 증가시킴으로써 그리드의 적당한 기하학적 구조를 얻을 수 있다. 즉, 약 14개의 다이아몬드형 개구부를 가지고 있는 종래의 양극 그리드에 비하여, 본 발명의 양극 그리드는 17개 이상, 바람직하게는 19-22개의 다이아몬드형 개구부를 가지고 있다. 더 많은 수의 다이아몬드형 개구부를 사용할 수도 있으나, 실용상 적당한 상한선을 두는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 설명하면, 다이아몬드형 개구부의 개수가 표면적과 비례하여 증가함에 따라 각각의 펠릿 개구부 크기가 감소됨으로써 활물질이 그리드에 페이스트되려는 특성 및 페이스트 접착 특성이 다소 감소하게 된다.

자동차용 SLI 축전지용의 양극 그리드의 외곽 크기는 일반적으로 (예를 들면 표준 BCI 그룹 크기 사양 범위내로) 고정되어 있으므로, 다이아몬드형 개구부의 갯수를 증가시키면 극판 제곱 인치당 갯수가 증가하면서 각각의 펠릿 면적은 감소한다. 즉, 각각의 페이스트 펠릿 영역의 면적은 약 0.035-0.095제곱인치인 반면, 그리드 페이스트의 면적 (양극 활물질로 페이스트된 면적으로서 러그 영역과 프레임 바 영역을 포함하는 면적, 즉 도 3에 도시된 메시 면적) 1제곱인치당 페이스트 펠릿 영역의 개수는 약 10.5-28개이다. 구체적인 일예로서, 20개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 양극 그리드에서 각각의 페이스트 면적은 0.067제곱인치 (14개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 유사한 그리드에서의 페이스트 면적의 약 절반에 해당함)인 반면에, 그리드의 면적 1제곱인치당 약 14.3개의 페이스트 펠릿 (14개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 유사한 그리드의 두배에 해당함)을 갖는다.

이와 유사하게, 목적하는 전기적 용량을 기초로 하여 고정된 양극 활물질의 양에 있어서는, 양극 활물질과 그리드 와이어 표면적의 비율은 요구되는 성능을 기초로 하여 조절된다. 이러한 이유로 인하여, 그리고 본 발명의 바람직한 태양에 따라서 자동차용 SLI 축전지 등으로 사용하기 위해서는 상기 비율이 적당한 범위, 약 0.25g/㎠ 내지 0.70g/㎠의 범위일 수 있는데, 이때 상기 표면적은 각각의 길이에 수배에 달하는 수평 및 수직 아이어들의 주변둘레로서 측정된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 그리드를 이용하는 도 3에 도시된 극판은 그리드 표면적 1㎠당 0.356g의 양극 활물질을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 각각의 펠릿 영역의 중심에서부터 그리드 와이어의 중심까지의 감소된 거리를 이용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중심(C)로부터 각각의 그리드 와이어 (각 그리드 아이어의 중심부)까지의 거리를 각각 LWD (최장거리) 및 SWD (최단거리)로서 정의한다. 본 발명에 따라서, SLI 축전지에 있어서 SWD는 약 0.025 내지 0.11인치인데 반하여, LWD는 0.05-0.18인치이다. 사실상, LWD와 SWD의 차이가 0이 되도록 LWD를 감소시킬 경우에는 다른 특성 (예를 들어 기계적 특성)면에서 바람직스럽지 못한 결과가 나타나기도 하지만 성능은 향상시킬 수 있다. 일예로서, 도 1의 그리드의 경우 SWD는 0.107인치이고 LWD는 0.156인치이다 (이와 비교하여, 14개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 경우에 SWD와 LWD는 각각 0.152 및 0.225인치이다).

그리드를 제조하기 위한 그래비티 캐스팅법 또는 그외의 공지된 연속 방법중 어느 하나에 의하여 적당한 그리드를 제조할 수 있다. 미국 특허 제5,434,025호에 개시된 바와 같은, 직접 캐스팅된 스트립을 이용하는 연속 방법이 바람직하며, 상기 특허는 본 명세서에 참고 자료로서 인용되어 있다. 본 발명의 양극 그리드를 제조하는데 사용되는 방법이 생성되는 축전지의 성능 개선 정도에 다소 영향력을 미치수도 있지만, 본 발명을 이용하면 향상된 성능을 지속적으로 제공할 수 있으며/거나 그리드 물질을 크게 절감할 수 있다.

예시된 실시예에서는 다이아몬드형 개구부를 포함하지만, 본 발명은 직사각형, 사각형 또는 소정의 어떠한 펠릿 개구부 형태도 포함할 수 있음은 당연하다. 본 명세서에 개시된 파라메터들은 펠릿 개구부의 기하학적 형태 및 그리드 제조방법 등에 관계없이 모든 SLI 축전지용 양극 그리드 및 양극판에 적용가능하다.

도 4에는 도 1 및 도 3의 그리드 및 극판을 이용하는 통상의 축전지(30)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 축전지(30)는 자동차용 SLI 축전지용으로 사용되는 사이드 터미널 축전지 (side terminal battery)이다. 양극 그리드 및 양극판은 본 발명에 따른 최적화된 그리드의 기하학적 구조의 적어도 일부 또는 전부를 이용하여 만들어지며, 상세한 축전지 구조는 모든 납 축전지 용도로 유용한 공지의 또는 소정의 축전지 구조일 수 있다. 즉, 모든 소정의 어떠한 터미널 형태 (예를 들어, 상부, 측면부 또는 이중 터미널)를 가질 수 있을 뿐 아니라, 내부 구조는 어떠한 음극용 합금 및 세퍼레이터 재료라도 사용될 수 있다. 구조에 대한 상세한 모든 것은 당해 분야의 기술로서 이미 공지되었다.

하기에 개시된 바와 같은 최적화된 기하학적 형태를 갖는 양극 그리드 및 양극판을 이용하는 본 발명의 축전지는 종래의 축전지에서와 같은 전기적 성능을 나타내는 동시에 실질적인 그리드 재료의 절감 효과도 있을 뿐 아니라 통상의 축전지와 동일한 그리드 중량으로 그보다 더 우수한 전기적 성능을 제공할 수 있다. 이러한 실질적인 성능 개선은 부식율을 변화시키는 최적화된 양극 그리드의 기하학적 구조, 향상된 양극 페이스트 전도도, 및 화성 효율과 전력 밀도 및 에너지 밀도를 개선시키는 양극 활물질의 높은 이용율로부터 비롯된다.

도 5는 대용량의 산업용 축전지 용도로 유용한 양극 그리드를 나타낸다. 그리드(40)는 러그(42), 수직 그리드 와이어(44), 수평 그리드 와이어(46), 각각의 펠릿 영역을 형성하는 교차점(48)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 수직 및 수평 와이어는 그리드(40)의 각각의 프레임 바, 즉 상부 프레임 바(50), 측면 프레임 바(52) 및 하부 프레임 바(54) 내부에 있다.

도 1에 도시된 예시적인 그리드의 경우에서와 같이, 도 5에 나타낸 양극 그리드(40)는 유사한 기하학적 파라메터를 가지고 있다. 산업용 축전지 용도에 있어서 양극 그리드의 크기는 단위 전지에 의해 제공되는 용량에 기초한다. 즉, 이러한 용도로 쓰이는 양극 그리드는, 예를 들어 100Amp 양극 그리드로서 정의된다. 양극 그리드의 크기는 10-100Amp, 약 1000Amp 이하의 범위일 수 있다. 그러나, 양극 그리드의 크기는 전지 고유의 형태와 용량에 알맞게 결정될 수 있다. 산업용 축전지 (밀폐형 VRLA 축전지 및 전지, 및 통상의 전해질 유출형 축전지 및 전지) 용도로 사용되는 본 발명의 양극 그리드 및 양극판은 각각의 페이스트 면적이 약 0.1-0.4제곱인치이고, 그리드 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿의 갯수는 약 2.5-10개일 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, SWD와 LWD는 각각 약 0.08-0.20인치 및 약 0.15-0.35인치이다. 그리드 와이어의 표면적 1㎠당 양극 활물질 페이스트는 약 0.6-1.7g일 수 있다.

일실시예로서, 100Amp의 양극 그리드는 하기의 같은 기하학적 형태의 그리드 및 극판을 가질 수 있다 (괄호안은 통상의 산업용 그리드 및 극판의 값을 나타낸다): 각각의 페이스트 펠릿 면적-0.18in²(0.609in²); 그리드 면적 1n²당 페이스트 펠릿의 개수-5.5개 (1.64개); SWD-0.143인치 (0.301인치); LWD-0.314인치 (0.505인치); 및 그리드 와이어의 표면적 1㎠당 양극 활물질-1.65g (1.8g).

산업용 전지/축전지 용도로 사용되는 양극 그리드는 자동차 용도로 사용되는 양극 그리드에 비하여 상대적으로 두꺼우며 (예를 들면 2.5-6.5 ㎜이다), 따라서 그리드 캐스팅이 특별한 방법으로 이루어져야 한다. 이러한 그리드는 와이어 교차점에서 균열 발생이 최소화되도록 캐스팅되어야 한다. 즉, 이러한 그리드에는, 특히 공융 결정상 또는 포석결정상 (peritectic phase) 조성물을 기재로 하는 여러 종류의 합금으로 그리드 캐스팅하는 동안에 좀 더 두꺼운 와이어 교차점에서 핫 티어와 핫 크랙이 쉽게 발생한다.

본 발명의 한가지 바람직한 태양에 따르면, VLRA-밀폐형 축전지 용도로 사용되는 경우에 양극 그리드 내부 와이어 형태는 그 단면이 일반적으로 원통형 또는 타원이다. 이와 같은 형태를 갖는 양극 그리드는 그리드 캐스팅 공정 중에 균일하게 응고될 수 있는데, 이때 응고시 유도되는 응력을 덜 받거나 최소한으로 받는다. 본 발명의 이러한 태양을 이용하면 그래비티 캐스팅에 의해 입자 경계를 따라 발생할 수 있는 핫 티어나 내부 수지상 결정 (interdendritic) 경계를 따라 발생할 수 있는 미세한 핫 크랙과 같은 캐스팅 결함이 거의 없는 그리드 와이어를 만들 수 있다.

와이어 직경은 소망하는 대로 결정할 수 있다. 통상, 합금의 부식율에 따라 적당한 와이어 직경을 결정하여 소정의 축전지 또는 전지의 수명을 목적하는 대로 제공한다. 본 발명의 그리드에 적용가능한 부식율은 공지의 기법에 따라 쉽게 결정될 수 있다. 도 6은 VRLA 용도로서 바람직한 양극 그리드의 횡단면을 나타낸다. 즉, 수직 그리드 와이어(44) (및 수평 그리드 와이어(46))는 도면 부호 60으로 도시된 바와 같이 원형의 횡단면을 갖는다. 점선(62)는 소망하는 타원형 횡단면을 나타낸 것이다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 특히 그리드가 캐스팅될 경우에, 양극 그리드 형태는 그의 활물질 보유특성이 개선될 수 있도록 디자인될 수 있다. 이러한 개선된 특성은 최적의 그리드 형태 내에서 활물질 펠릿 면적이 점점 작아짐에 따라서 더 좋아질 수 있다. 이를 위하여 인접한 그리드 와이어 (수직, 수평 또는 수직과 수평 모두)가 그리드의 수직면으로부터 오프셋되어 있는 오프셋 와이어 배열이 사용될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 그리드 와이어(70)는 72로 나타낸 수직면으로부터 바깥쪽으로 오프셋되어 있는 반면에, 인접한 그리드(74)는 수직면(72)로부터 반대 방향으로 바깥쪽을 향해 오프셋되어 있다. 이러한 방식에 있어서, 그리드의 두께가 두꺼워짐으로써 양극 그리드 물질을 증가시키지 않으면서도 활물질 보유 특성을 개선할 수 있다. 활물질 보유 특성을 개선할 수 있는 오프셋 패턴이라면 어느 것이라도 사용될 수 있다.

도 8은 도 5에 도시된 양극 그리드를 이용한 VRLA 전지(80)를 나타낸다. 세퍼레이터와 음극 그리드 합금을 포함하는 구조는 본 발명의 일부를 형성하지 않는다. 다양한 형태와 내부 구조가 공지된 바 있으며 이들중 어느 것이라도 사용될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 자동차용 축전지에 비하여 VRLA 전지(80)는 상대적으로 종횡비 (즉, 높이/폭의 비율)가 크다. 그러나, 이러한 용기의 기하학적 형태는 적당한 밀폐형 VRLA의 한가지 유용한 예일 뿐이다. 즉, 통상적으로 사용되는 많은 VRLA 전지는 특정의 용도에 부합되는 공간적인 제약으로 인하여 비교적 일정한 크기를 유지하면서 보다 긴 전지를 이용함으로써 용량을 증가시킬 수 있다. 그러나, VRLA 전지 또는 축전지의 특정한 외부 크기 또는 형태는 소정의 목적에 따라 변형될 수 있다.

밀폐형 VRLA 전지 및 축전지를 디자인하는 경우에 본 발명에 의해 제공되며 자동차용 축전지와 관련하여 논의되고 있는 것과 같은 디자인상의 유연성이 유용하다. 그 일예로서, 밀폐형 VRLA 전지 및 축전지는 지게차 (forklift truck)과 같은 자동차의 동력원으로 사용되는 통상의 유출형 전지 및 축전지에 비하여 현저한 잇점을 제공할 수 있다. 특히, 상당히 무게운 짐을 움직여야 하는 경우와 같은 상황에서는 높은 방전율에서 만족스러운 성능을 나타낼 수 있는 구동용 축전지가 필요하다. 본 발명에 의하면 이러한 어려운 조건을 보다 쉽게 만족시킬 수 있는 실질적으로 개선된 성능이 제공될 수 있다. 그 일예로서, 하나의 100A 양극 그리드는 10개의 타원형 수직 와이어와 24개의 수평 와이어를 포함하며 하기와 같은 파라메터를 갖는다: 중량-약 953g; 펠릿 높이-0.717인치; 펠릿 폭-0.399인치; 부식 직경-0.047인치; 각각의 페이스트 펠릿 면적-0.2861인치; SWD-0.1995인치; LWD-0.3585인치; 그리드 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿 영역의 개수-3.49개; 및 양극 그리드당 100Amp에서의 평균 전압 강하-55.220㎷. 또한, 양극 그리드는 13개의 둥근 수직 와이어와 27개의 둥근 수평 와이어를 포함하며 하기와 같은 파라메터를 갖는다: 중량-953g; 펠릿 높이-0.628인치; 펠릿 폭-0.287인치; 부식 직경-0.05인치; 각각의 페이스트 펠릿 면적-0.18제곱인치; 그리드 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿 영역의 개수-5.5개; SWD-0.143인치; LWD-0.314인치; 및 평균 전압 강하-49.628㎷.

본 발명의 양극 그리드의 기하학적 형태는 모든 납 전지 또는 납 축전지의 용도에 알맞은 양극 그리드 및 양극판용으로 사용될 수 있다. 그 예의 하나가 전기 자동차이다. 이러한 용도에 적용가능한 각각의 파라메터를 대략적인 범위값으로서 하기에 열거하였다: 각각의 페이스트 펠릿 면적-0.04 내지 0.14제곱인치; 그리드 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿 영역의 개수-7 내지 25개; SWD-0.06 내지 0.16인치; LWD-0.01 내지 0.22인치; 및 그리드 와이어의 표면적 1㎠당 양극 활물질 페이스트-0.3 내지 0.9g. 그 일예로서, 13.7Amp hour/극판의 양극 그리드 (폭×높이; 6.035×6.43)에 있어서는 하기와 같은 파라메터가 얻어진다 (괄호 안은 통상적인 형태의 그리드의 경우의 파라메터이다): 각각의 페이스트 펠릿 면적-0.133제곱인치 (0.19); 그리드 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿의 개수-7.25개 (5.25); SWD-0.149인치 (0.193); LWD-0.225인치 (0.245); 및 그리드 와이어의 표면적 1㎠당 양극 활물질-0.89g (0.98).

도 14-18은 도 6 및 7에 나타낸 형태를 이용하며 VRLA 전지 또는 축전지용으로 사용되는 최적화된 그리드 와이어의 형태가 포함된 양극 그리드의 바람직한 일실시예를 도시한 것이다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 양극 그리드(90)는 러그(92), 외부 프레임 바(94) 및 상기 러그(92)와 일체화된 상부 프레임 바(96)를 포함한다.

두 셋트의 그리드 와이어를 포함한다. 수직 그리드 와이어(98) (러그(92)가 직립해있는 경우에 나타남)는 그리드(90)의 길이 방향으로 뻗어있으며, 수평 그리드 와이어(100)은 그리드(90)의 수평 방향으로 뻗어있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 인접한 수직 그리드 와이어(98)는 그리드가 페이스트된 후에 활물질의 보유 특성을 향상시킬 수 있도록 서로에 대하여 오프셋되어 있다. 또한, 그리드 와이어의 기하학적 형태에 부합하여, 수평 그리드 와이어(100)는 그의 상부 및 하부(각각 102 및 104)에 반경을 갖는다. 측면(106)은 릴리프각 (relief angle; 108)을 제공할 수 있도록 끝으로 갈수록 가늘어지므로 캐스팅된 그리드가 주조틀로부터 쉽게 제거될 수 있다.

사용된 그리드 와이어의 크기 및 각각의 반경, 그리고 릴리프각은 원하는 바에 따라 변경시킬 수 있다. 통상, 현재의 상업적 용도로는 약 40-100Amp 크기의 양극 그리드가 사용된다. 100Amp 크기를 갖는 그리드의 일 예로서, 상부와 하부에서의 반경은 약 0.08 및 0.03인치이고, 릴리프각은 약 25°이다.

상부 프레임 바(96)에 있어서, 내부의 릴리프각 (도 17 및 18에서 110으로 도시됨)은 25°이고, 외부 릴리프각 (도 17 및 18에서 112로 도시됨)은 약 150°이다. 이러한 각도는 멀리 있는 말단부 (도 18)는 물론 러그(92) (도 17)로 통합되는 상부 프레임 바에 있어서도 동일한다. 이러한 상부 프레임 바(96)의 형태가 바람직스러우면 전도도가 향상될 수 있다.

수직 그리드 와이어(98) (도 16)는 그의 횡단면이 원형이어야 한다. 즉, 상기 그리드 와이어는 릴리프각 (25°, 116으로 도시됨)과 평평한 영역(118) (이 평평한 영역은 그리드 주조틀을 쉽게 제조하는데 사용된다)을 갖는 절편(segment, 114, 0.04인치의 반경을 갖는 100Amp 크기의 그리드)을 포함한다. 사용된 반경과 릴리프각은 유용하지만, 소정의 목적에 따라 변경시킬 수 있다.

수직 및 수평 그리드 와이어의 형태는 본 명세서에 설명된 것과 반대일 수 있다. 즉, 필요에 따라서는 수직 그리드 아이어가 오프셋될 수 있고, 수평 그리드 와이어가 원형의 횡단면을 갖게된다.

또한, 필요에 따라서는, 동일 또는 유사한 형태를 사용할 수 있다. 마찬가지로, 필요한 경우에는 특정의 형태로 바꿀 수 있다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 부합하여, 최적화된 그리드 와이어의 형태는 그의 횡단면이 원형이어야 한다. 이러한 점으로 미루어볼 때, 원형의 횡단면으로부터의 변형은 주조 특성 및 소정의 페이스트 보유 특성에 부합하는 범위 내에서 최소한으로 이루어져야 한다. 횡단면이 원형인 수평 및/또는 수직 와이어를 사용하면 응고시에 발생하는, 응력에 의한 균열 및 그로 인한 납-기재 공융 합금 그리드의 부서짐 현상이 현저하게 최소화된다. 균일한 응고 공정이 이루어지면 내부 수지상 결정 (interdendritic) 경계를 따라 발생할 수 있는 핫 크랙 및 입자 경계를 따라 발생할 수 있는 핫 티어가 나타나지 않는다.

즉, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 특히 납-기재의 공융 합금에 있어서는, 원형의 그리드 와이어를 사용하면 와이어 교차시에 입자 경계에서의 핫 티어와 핫 크랙이 발생하지 않을 뿐 아니라 입자 및 매트릭스 내부 수지 결정 경계의 개질이 광범위하게 이루어진다. 이러한 광범위한 입자 개질이 이루어지고 캐스팅 결합이 거의없게 되면 형성되는 양극 그리드는 사용 기간중 그의 부식율이 전반적으로 균일하게 낮아진다.

기존의 그리드 형태와 본 발명에 따른 최적화된 와이어 형태를 갖는 그리드 사이의 미세한 외관 구조 차이가 도 19A와 19B, 도 20A와 도 20B, 및 도 21A와 도 21B에 각각 비교, 도시되어 있다. 본 발명의 그리드는 종래의 와이어 형태가 사용된 경우 (도 19A, 20A 및 21A)에 비하여 핫 티어와 같은 결함이 상대적으로 거의 없으며 형태면에서는 광범위한 입자 개질을 나타낸다.

이러한 현미경 사진은 합금의 총중량을 기준으로 하여 약 1.5%의 안티몬과 1.65%의 카드뮴을 갖는 납-기재의 카드뮴-안티몬 합금으로 그래비티 캐스팅된 그리드를 나타낸다. 이러한 형태의 합금은 납-기재의 공융 합금족의 한 바람직한 예이다.

보다 상세하게는, Sb-Cd-Pb의 삼원 시스템은 Pb-SbCd의 유사 이원 공융 시스템을 형성한다. 공융 합금 시스템의 잇점을 최적화하기 위해서는 안티몬과 카드뮴의 비율이 1:1 원자(몰)비를 가져야 한다. 이러한 시스템으로 인하여 양호한 그리드 캐스팅 특성, 매트릭스 내에서의 공융상의 분배로 인한 강력한 그리드 경도가 얻어지며, 매우 개질된 미세 입자 (subgrain) 또는 내부 수지상 결정 경계가 얻어지는데, 이로 인하여 그리드의 내부식성이 우수해지고, 부식 공격이 균일해지며, 전지 또는 축전지의 사용기간 내내 미세구조적 안정성이 우수하고, 매우 안정한 SbCd 중간상으로 인하여 음극 페이스트로 인한 안티몬 독성에 의해 일어날 수 있는 효과를 최소화시킴으로써 충전중의 전압 안정성이 양호하다.

통상, 이러한 합금족은 합금의 총중량을 기준으로 하여 약 0.5-2.0%의 카드뮴과 안티몬을 포함한다. 바람직하게는, 카드뮴과 안티몬 모두의 함량을 각각 합금 총량의 약 1.0% 이상으로 할 수도 있다. 더욱 바람직한 범위는 안티몬과 카드뮴의 함량이 각각 약 1.0-1.3%인 것이다. 통상, 카드뮴은 합금 제조 중에 손실될 수 있으므로 과량의 카드뮴, 약 7-18%의 카드뮴을 가하는 것이 적당하다.

필요에 따라서는 이 합금에 유효량의 은을 가하여 강도 및/또는 경도 및/또는 내부식성을 향상시킬 수도 있다. 바람직한 은의 범위는 합금의 총량을 기준으로 하여 약 0.016-0.03%이다.

또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 기타의 납-기재 공융 합금 시스템의 예로는 Sn-Pb 이원 합금, Sb-PB 이원 합금, 및 주석 함량이 비교적 많은 (예를 들면, 약 1.0중량% 이상) 칼슘-주석 납-기재 합금을 들 수 있다. 유용하게 사용될 수 있는 합금 성분에 대해서는 이미 공지 및 사용되고 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 제한하지 않는다. 실시예에서 합금의 조성은 합금의 총중량을 기준으로 하여 나타낸 것이다.

실시예

본 실시예에서는 통상의 양극 그리드를 이용하여 만들어진 축전지와 본 발명에 따른 기하학적 형태를 갖는 양극 그리드를 이용하여 만들어진 본 발명의 축전지의 전기적 성능을 비교하기 위한 것이다. BCI 그룹 24를 제조하였다. 각각의 축전지는 상대 극판의 표면적이 334.5제곱인치인, 단위 전지당 14개의 극판을 포함한다. 두께가 0.040인치인 세퍼레이터 (예를 들어, 폴리에틸렌 실리케이트 (상품명: Duramic)를 사용하였으며, 음극 플레이트를 포함시켰다. 사용된 음극 그리드 합금은 0.08%의 Ca, 0.38%의 Sn-Pb의 음극 발포형 합금이었다. 양극 그리드의 조성은 0.045%의 Ca, 0.5%의 Sn, 0.032%의 Ag, 0.01%의 Al 및 나머지량의 Pb이다.

통상의 디자인을 갖는 양극 그리드를 이용하는 축전지를 미국 특허 제5,434,025호에 개시된 방법, 즉 그래비티 캐스팅법 및 연속 방법으로 제조하였다. 미국 특허 제'025호의 방법을 이용하여 14개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 양극 그리드가 형성된 종래의 축전지 1을 얻었다. 14개의 다이아몬드형 개구부를 갖는 양극 그리드를 그래비티 캐스팅법으로 제조하고, 이를 이용하는 축전지를 종래의 축전지 2로 표기하였다. 축전지 3으로 표기되는 본 발명의 축전지에서 양극 그리드는 그래비티 캐스팅법에 따라 제조되었으며, 20개의 다이아몬드형 개구부를 갖는다.

각각의 그리드 중량과 전기적 성능을 표 1에 열거하였다. 초기의 최상 성능을 나타내는 데이터는 6개의 축전지의 평균값을 나타낸 것이며, 반면에 167℉ 싸이클 수명은 2개의 축전지의 평균값이다. 다른 데이터들은 5개의 축전지의 평균값이다. 양극 활물질 효율은 미형성된 양극 페이스트 중량을 기초로 한 것이다.

도 9 및 10은 각 축전지의 0℉ 및 -20℉에서의 성능을 각각 설명하기 위한 그래프이다. 축전지 1과 2는 종래의 축전지인 반면에, 축전지 3은 앞서 논의된 본 발명에 따른 축전지이다. 도면에서 알 수 있듯이, 본 발명의 양극 그리드를 이용하는 축전지 (즉, 축전지 3)는 실질적일 것으로 간주되는 성능 개선을 나타낸다.

표 2에는 80℉, 125℉ 및 140℉에서의 무수 가스 발생 전류값 (mAmp)을 나타내었다.

하기의 표 3은 상기 열거된 각 온도에서의 부동 충전 성능을 20시간 충전을 기준으로 하여 mAmp/Ah로 나타내는 것을 제외하고는 표 2와 유사하다.

도 11-13은 80℉, 125℉ 및 140℉에서의 각 축전지의 부동 충전 성능을 설명하기 위한 그래프이다. 도 9 및 10에 관하여 언급한 바와 같이, 종래의 축전지는 축전지 1 및 2로서 표기되었고, 본 발명의 축전지는 축전지 3으로서 표기되었다. 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 기하학적 형태를 갖는 양극 그리드를 이용하는 축전지 (즉, 축전지 3)은 실질적일 것으로 판단되는 잇점, 즉 정상화된 부동 전류가 낮아서 부식율이 낮다는 잇점을 갖는다.

즉, 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명은 전기적 성능은 실질적으로 개선되면서 양극 그리드의 중량 감소로 인하여 원가는 절감될 수 있는 축전지를 제공한다. 실제로, 자동차용 축전지 제조업자의 입장에서 생각해본다면, 달성될 수 있는 원가 절감 효과는 상당한 것이다. 본 발명은 여러 가지 다양한 수정 및 변형이 가능하지만, 그의 구체적인 실시예는 본 명세서를 통하여 잘 드러나 있다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정한 예에 제한되는 것은 아니며 첨부된 청구범위에 나타난 바와 같이 본 발명의 범주내에 포함되는 모든 변형예를 포함할 수 있다.

Claims

러그, 상기 러그에 연결된 상부 프레임 바 및 페이스트 펠릿 개구부를 한정하는 그리드 메시를 갖는 그리드 및 상기 그리드 메시에 부착된 양극 활물질을 포함하는 SLI 납 축전지 양극판에 있어서, 상기 페이스트 펠릿 개구부의 면적은 약 0.035-0.095제곱인치이고 상기 그리드 메시 면적 1제곱인치당 페이스트 펠릿 개구부의 개수가 약 10.5-28개인 것을 특징으로 하는 SLI 납 축전지용 양극판.
제1항에 있어서, 상기 각각의 페이스트 펠릿 개구부가 페이스트 펠릿 개구부의 중심에서부터 인접한 그리드 와이어에 이르기까지의 최단 및 최장 거리를 한정하는 교차하는 그리드 와이어에 의해 한정되며, 상기 최단 거리는 약 0.025-0.11인치이고 상기 최장 거리는 약 0.05-0.18인치인 것을 특징으로 하는 양극판.
제2항에 있어서, 상기 그리드 메시 표면적 1㎠당 양극 활물질의 양이 약 0.25-0.75g인 것을 특징으로 하는 양극판.
제1항에 있어서, 상기 그리드 와이어 메시가 납 전지 그리드 메시인 것을 특징으로 하는 양극판.
제4항에 있어서, 상기 발포된 그리드 메시가 직접 캐스팅된 스트립으로부터 만들어지며, 상기 양극판이 상기 그리드 메시에 부착된 하부 프레임 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제1항에 있어서, 상기 그리드가 상기 그리드의 중량을 기준으로 하여 약 0.02-0.06%의 칼슘, 약 0.3-0.9%의 주석 및 약 0.02-0.045%의 은을 필수 성분으로서 포함하는, 납-기재의 합금으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 양극판.
제6항에 있어서, 상기 주석 함량이 약 0.3-0.6%인 것을 특징으로 하는 양극판.
러그, 상기 러그에 연결된 상부 프레임 바, 납 전지 그리드 메시 및 하부 프레임 바를 갖는 그리드를 포함하는 SLI 납 축전지의 양극판에 있어서, 상기 납 전지 그리드 메시는 상부와 하부 프레임 바 사이에 연결되어 있고, 양극 활물질은 상기 납 전지 그리드 메시에 부착되어 있으며, 상기 발포된 그리드 메시는 다이아몬드 형태를 갖는 페이스트 펠릿 개구부를 한정하고, 상기 그리드가 상부 프레임 바에서 하부 프레임 바에 이르기까지 17개 이상의 다이아몬드형 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 SLI 납 축전지용 양극판.
제8항에 있어서, 19개 이상의 다이아몬드형 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제9항에 있어서, 20개 이상의 다이아몬드형 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제10항에 있어서, 22개 이상의 다이아몬드형 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
복수개의 단위 전지 및 상기 단위 전지 내에 함유된 전해질이 수납되어 있는 축전지 용기를 포함하는 자동차용 SLI 납 축전지에 있어서, 상기 각 단위 전지가 제1항 기재의 양극판을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 SLI 축전지.
제2항 기재의 양극판을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 SLI 축전지.
제3항 기재의 양극판을 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 SLI 축전지.
러그, 상기 러그가 연결된 상부 프레임 바, 그리드 메시, 하부 프레임 바 및 측면 프레임 바를 갖는 그리드를 포함하는 산업용 축전지에 적합한 납 축전지용 양극판에 있어서, 상기 그리드 메시가 상부 및 하부 프레임 바 사이에 연결되어 있고, 양극 활물질은 상기 그리드 메시에 부착되어 있으며, 상기 그리드 메시는 약 0.1-0.4제곱인치의 면적을 갖는 페이스트 펠릿 개구부를 한정하며, 상기 그리드는 상기 그리드 메시 1제곱인치당 2.5-10개의 페이스트 펠릿 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 양극판.
제15항에 있어서, 교차하는 그리드 와이어가 페이스트 펠릿 개구부를 한정하며 페이스트 펠릿 개구부의 중심에서부터 인접한 그리드 와이어의 중심에 이르기까지의 최장 거리 및 최단 거리를 포함하며, 상기 최장 거리는 약 0.15-0.35인치이고, 상기 최단 거리는 약 0.08-0.20인치인 것을 특징으로 하는 양극판.
제16항에 있어서, 상기 그리드 와이어의 표면적 1㎠당 약 0.6-1.7g의 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제15항에 있어서, 상기 그리드가 합금의 전체 중량을 기준으로 하여 카드뮴과 안티몬이 각각 0.5-2.0%인 납-기재의 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 양극판.
제18항에 있어서, 상기 카드뮴과 안티몬의 함량이 각각 약 1.0% 이상인 것을 특징으로 하는 양극판.
제19항에 있어서, 상기 카드뮴과 안티몬이 상기 합금 중에서 약 1:1의 원자비로 존재하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제20항에 있어서, 상기 그리드 메시의 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 양극판.
제15항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
제16항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
제17항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
제18항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
제19항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
제20항 기재의 양극판을 포함하는 산업용 납 전지.
러그, 러그가 연결된 상부 프레임 바, 그리드 메시 및 하부 프레임 바를 갖는 그리드를 포함하는, 전기 자동차에 적합한 납 축전지용 양극판에 있어서, 상기 그리드 메시가 상기 상부 및 하부 프레임 바 사이에 연결되어 있으며, 양극 활물질이 상기 그리드 메시에 부착되어 있고, 상기 그리드 메시가 약 0.04-0.14제곱인치의 면적을 갖는 복수개의 페이스트 펠릿 개구부를 한정하며, 상기 그리드 메시 1제곱인치당 약 7-25개의 페이스트 펠릿 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차에 적합한 납 축전지용 양극판.
제28항에 있어서, 상기 그리드 메시가 상호 교차하는 그리드 와이어를 포함하며, 상기 그리드 와이어는 페이스트 펠릿 개구부를 한정하며 페이스트 펠릿 개구부의 중심에서부터 인접한 와이어까지의 최장 거리 및 최단 거리를 가지는데, 상기 최장 거리는 약 0.06-0.16인치이고 최단 거리는 약 0.1-0.22인치인 것을 특징으로 하는 양극판.
제29항에 있어서, 그리드 메시의 표면적 1㎠당 약 0.30-0.9g의 양극 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제28항에 있어서, 상기 그리드가 합금의 전체 중량을 기준으로 하여 카드뮴과 안티몬이 각각 0.5-2.0%인 납-기재의 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 양극판.
제31항에 있어서, 상기 카드뮴과 안티몬이 상기 합금 중에서 약 1:1의 원자비로 존재하는 것을 특징으로 하는 양극판.
제32항에 있어서, 상기 그리드 메시의 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 양극판.
제28항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.
제29항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.
제30항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.
제31항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.
제32항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.
제33항 기재의 양극판을 갖는 전기 자동차용으로 적합한 납 축전지.