KR20070017693A - 납축전지용 전극구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축전지용 전극구조에 관한 것으로, 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함하는 납축전지용 전조(100)에 있어서, 상기 전조(100) 내부에는 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조에 의하면, 양극 기판의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극판과 음극판의 연결로 인한 단락율을 낮게하여 화재를 방지할 수 있고, 방전량 및 수명이 향상되는 효과가 있다.

단락, 완충막, 격리판, 방전, 경도

Description

납축전지용 전극구조{AN ELECTRODE STRUCTURE FOR LEAD STORAGE BATTERY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 납축전지용 전극구조의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전극구조과 비교예에 따른 전극구조의 방전용량 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

10 : 양극판

20 : 음극판

30 : 격리판

40 : 완충막

100 : 전조

본 발명은 납축전지용 전극구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극 기판 의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극과 음극의 연결로 인한 단락으로 화재를 방지할 수 있는 납축전지용 전극구조에 관한 것이다.

납축전지는 충전과 방전이 반복됨에 따라 양극 기판이 납에서 이산화납으로 변환되고 그 결과 부피의 증가가 발생한다는 것은 일반적으로 알려진 현상이다(Journal of power source 144(2005) 528-535).

상기와 같은 부식현상에 의한 기판의 부피증가로 인하여 양극, 음극, 격리판 및 전해액을 포함하고 있는 전조의 부피가 좁은 경우 전조를 팽창시키거나, 양극판이 격리판을 관통하여 음극판과 연결됨으로써 단락이 발생되어 폭발사고의 위험 등을 야기할 수 있다.

그 반면에 양극 기판의 부식에 의한 부피성장을 고려하여 전조를 넓게 만들게 되면, 납축전지의 사용 초기에 전극과 격리판의 접촉 특성이 낮아서 계면저항증가 등의 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전조 내의 부피팽창을 방지하여 단락으로 인한 화재를 방지할 수 있는 납축전지용 전극구조을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30) 과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함하는 납축전지용 전조(100)에 있어서, 상기 전조(100) 내부에는 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조에 의하여 달성된다.

본 발명은 납축전지의 사용초기에는 전극과 격리판이 적절한 압력을 유지하게 함으로써 전지성능을 향상시키고, 양극 기판의 부식에 의한 부피 성장이 발생하면 전조의 부피 팽창 또는 양극/음극의 연결로 인한 단락으로 화재 또는 폭발이 발생하는 것을 방지하고자 개발된 것이다.

이를 위하여 전극과 격리판을 적층 또는 와선형으로 제조한 후에, 전극군의 양단면의 일부 또는 전부에 전조 또는 격리판의 물리적 강도보다는 낮지만 전극과 격리판의 접촉 특성의 저하를 방지할 수 있는 완충막을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 납축전지용 전극구조의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 납축전지용 전극구조은 전조(100) 내에는 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함한다.

본 발명에서는 상기 전조(100) 내부에 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 완충막(40)은 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20)을 포함하는 전극군의 양단에 각각 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 적용할 수 있는 완충막(40)은 황산 전해액에 안정하면서 물리적 강도가 전조(100) 또는 격리판(30)보다 낮지만 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제할 수 있는 물리적 강도를 갖고 있는 제품이면 어느 것이나 가능하다.

부연하여 설명하면, 격리판(30)이 폴리에틸렌이고 전조(100)가 폴리프로필렌으로 구성된 납축전지의 경우 두 제품 중 경도(shore D, D1706 방법)가 상대적으로 낮은 폴리프로필렌이 나타내는 일반적인 값인 44~70보다는 낮지만 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제할 수 있는 수준의 값인 10~20의 값을 갖는 물질이라면 사용이 가능하다.

그러나 상기의 경도값은 특정예를 설정하여 제시한 값이며, 사용하고자 하는 전지에서 전조와 격리판의 종류와 기계적 강도 또는 경도, 그리고 전극과 격리판이 이동을 방해하는 전극과 격리판의 중량, 전조와의 마찰특성 등에 의하여 달라질 수 있다.

본 발명에서 "완충막(40)"의 경도로 적용가능 여부를 결정한 이유는 완충막(40)의 경도가 너무 낮게 되면 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제하는 것이 어렵게 되고, 그 반대로 너무 높은 경도의 제품을 사용하게 되면 양극판(10)의 부식으로 인한 부피성장을 완충막(40)이 흡수하지 못하고 격리판(30) 또는 전조(100)가 흡수하게 되어 발명의 효과를 기대할 수 없기 때문이다.

본 발명에서 제시한 완충막(40)은 사용하는 전지의 부식정도를 고려하여 그 두께를 선정함으로써, 완충막(40)이 흡수할 수 있는 부피의 성장보다 더 큰 부피의 성장으로 인해 본 발명의 효과가 반감되는 것을 예방해야 한다.

본 발명에 따른 납축전지용 전극구조의 효과를 확인하기 위하여 진행한 비교예와 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

* 실시예

양/음극판의 폭이 144mm, 높이가 113mm, 두께가 각각 1.4mm, 1.2mm인 전극을 7매/6매로 구성하고 양극판과 음극판 사이에는 두께 0.95mm의 폴리에틸렌 격리판을 삽입하여 양극판과 음극판이 연결되는 것을 방지하도록 구성하였다. 이와 같이 구성된 단위 전지(총 두께는 33.6mm)를, 폭 160mm, 높이 140mm, 그리고 두께 38.5mm로 제조된 폴리프로필렌 전조에 경도(shore D) 15정도를 나타내는 유리섬유 완충막을 2.5mm 두께로 제조하여 전극군의 양단에 추가적으로 삽입하였다.

* 비교예 1

완충막 삽입하는 것을 제외하고 실시예와 동일하게 제조하였다.

이후에 화성공정 등을 동일하게 거친 후 제품의 성능은 다음과 같은 방법으로 비교하였다.

- 방전 : 전지의 전압이 1.75V가 될 때까지 12.5Ampere의 전류로 방전

- 충전 : 전지의 전압이 2.34V가 될 때까지 충전한 후, 방전 전류량의 1.2배가 될 때까지 1Ampere의 전류로 충전

- 수명 : 전지가 초기 방전량 대비 80% 이하의 방전량을 나타낼 때까지 진행한 방전 횟수

제조한 제품의 성능을 비교한 결과 실시예에 따른 전지가 비교예에 따른 전지 보다 방전량에서 평균 10%, 수명에서 30% 이상 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 본 비교에서는 전조의 부피가 전극의 부피팽창을 고려하여 넓게 제조된 제품이어서 두 비교군 간의 단락율 차이 또는 전조팽창의 차이를 확인할 수는 없었다.

도 2는 본 발명에 따른 전극구조과 비교예 1에 따른 전극구조의 방전용량 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예에서는 비교에 1에 비하여 방전량이 높음을 알 수 있다.

* 비교예 2

상기의 실시예와 동일한 전극판, 격리판을 포함하는 전조를 제조한 바, 전조의 내부 두께를 실시예에 따른 단위 전지의 두께(33.6mm)와 유사한 두께(33.8mm)로 제조하여 전지의 성능을 실시예와 비교하였다. 본 비교예 2에서는 본 발명에 따른 완충막을 적용하지 않았다. 전지의 성능을 실시예와 동일하게 진행하여, 그 특성을 비교한 결과 전지의 방전량은 실시예와 동일한 수준을 나타내었으나, 높은 비율의 단락율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

표 1에서는 각 실험예에 따른 단락율을 나타내었다.

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예에서는 비교예 2에 비하여 단락율이 매우 낮음을 알 수 있다.

상기 언급한 바와 같은 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조에 의하면, 양극 기판의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극판과 음극판의 연결로 인한 단락율을 낮게하여 화재를 방지할 수 있고, 방전량 및 수명이 향상되는 효과가 있다.

비록 본 발명에 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (4)

1. 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함하는 납축전지용 전조(100)에 있어서,

   상기 전조(100) 내부에는 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 완충막(40)은 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20)을 포함하는 전극군의 양단에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 완충막(40)의 경도는 상기 전조(100) 또는 격리판(30)의 경보 보다 낮은 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 완충막(40)의 경도는 10~20(shore D)인 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조.

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