KR20110052352A - 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지 - Google Patents

분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20110052352A
KR20110052352A KR1020090109345A KR20090109345A KR20110052352A KR 20110052352 A KR20110052352 A KR 20110052352A KR 1020090109345 A KR1020090109345 A KR 1020090109345A KR 20090109345 A KR20090109345 A KR 20090109345A KR 20110052352 A KR20110052352 A KR 20110052352A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nickel
secondary battery
negative electrode
poly
positive electrode
Prior art date
Application number
KR1020090109345A
Other languages
English (en)
Inventor
황지호
Original Assignee
황지호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 황지호 filed Critical 황지호
Priority to KR1020090109345A priority Critical patent/KR20110052352A/ko
Publication of KR20110052352A publication Critical patent/KR20110052352A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/28—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/30—Nickel accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 니켈-수소 2차전지는 음극주에 연결되며, 충방전시에 제1활물질층을 각각 구비하는 복수의 음극판과, 양극주에 연결되는 복수의 양극판이 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위하여, 화이버의 이동을 차단할 수 있는 소정의 두께로 형성되는 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 포함한다. 전술한 본 발명의 니켈-수소 2차 전지는, 니켈-카드뮴 전지에 비해 전지의 고효율충방전 특성 및 에너지 밀도가 향상됨은 물론, 기존의 니켈-수소 전지에 비해 고출력 특성 및 수명특성이 향상된다. 이와 같은 본 발명의 니켈-수소 2차 전지는 고출력, 장수명 특성을 필요로 하는 산업용 전지로 적합하게 사용될 수 있다.
니켈-수소, 니켈-수소 2차전지, 분리막

Description

분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지{Improved separator with nickelhydrogen secondary batteries}
본 발명은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지에 관한 것으로서, 특히, 니켈-수소 2차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 2차 전지에는 니켈-카드뮴(Ni-Cd)2차전지, 니켈-수소(Ni-MH)2차 전지가 있다. 여기서, 니켈-수소 2차 전지는 동일한 크기의 니켈-카드뮴 2차 전지에 비하여 약2배 이상의 용량을 가지며, 고속 충방전 특성 및 수명 특성이 우수하다.
니켈-수소 2차 전지는 양극(+)주에 연결되는 양극판, 음극(-)주에 연결되는 음극판 및 상기 양극판과 음극판의 사이에 설치되는 분리막(Separator)을 포함하여 형성된다. 이러한 경우, 기존의 니켈-수소2차 전지에서는, 양극판 및 음극판이 압연 공정 등에 의해 다공성 판상으로 형성되는 니켈(Ni)판재인 집전체를 구비한다. 그리고, 상기 양극판의 집전체에 형성된 기공들에는 도전재 화합물이 첨가된 수산화니켈이 활물질로서 충진되고, 음극판의 집전체에 형성된 기공들에는 수소저장합금이 충진된다. 상기 양극판과 음극판의 사이에 설치된 분리막은 약 100㎛~1㎜정도로 얇은 두께를 가진 다공성의 판재 혹은 섬유로 형성되며, 양극판과 음극판의 단락을 방지한다.
주로 사용되는 분리막은 일반적으로 사용되고 있는 분리막은 폴리프로필렌 (이하"PP"라 함)또는 폴리비닐클로라이드(이하"PVC"라 함)분리막이다. 그러나 기존의 PP또는 PVC분리막을 사용하는 니켈-수소 이차전지는 누액의 방지 및 가스의 통기성 확보의 효율성 문제로 인하여 고속 충방전 특성 및 수명 특성에 문제점이 있어 분리막효율성의 개선이 요구되고있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 니켈-수소 2차 전지를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점인 분리막기능의 효율성을 개량함으로써 해결할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 니켈-수소 2차 전지는, 니켈-카드뮴 전지에 비해 전지의 고율충전방전 특성 및 에너지 밀도가 향상됨은 물론, 기존의 니켈-수소 2차 전지에 비해 고속 충방전 및 수명 특성이 크게 향상될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면은 니켈-수소 2차 전지에 관한 것이다. 본 발명의 니켈-수소저장합금 2차 전지는 음극주에 연결되는 복수의 음극판, 양극주에 연결되는 복수의 양극판 및 상기 음극판과 양극판 사이에는 각각 분리막이 설치된다.
첨부한 도1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 니켈-수소 2차 전지에 대하여 상세히 설명하므로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 니켈-수소 2차 전지의 내부구성을 나타내는 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 니켈-수소전지의 내부구성을 나타내는 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 니켈-수소 2차 전지는 하우징(D1)내에 서로 교번적으로 배치되는 복수의 음극판(A1)및 복수의 양극판(A2)과, 상기 음극판(A1)및 양극판(A2)의 사이에 각각 설치되는 복수의 분리막(Separator)(A3)을 구비한다.
상기 각각의 음극판(A1)은 음극에 연결되며, 판상의 음극 집전체(B1)와, 음극 집전체(B1)의 표면에 형성되는 음극 활물질층(C1)을 포함하여 이루어진다.
상기 음극 집전체(B1)는 니켈 화이버(Ni fiber)를 압연 공정 등의 가공 공정을 통해 판상으로 가공하여 형성된다.
상기 음극 활물질층(C1)은 음극 집전체(B1)의 표면에 수소저장합금을 도포하여 형성되며, 충방전시에, 수소를 방출 또는 흡수하고, 과충전시에는, 양극판(A2)에서 발생하는 가스를 흡수하여 소비한다. 바람직하기로는, 상기 음극 활물질층(C1)을 형성하는 수소저장합금으로 AB5계 수소저장합금이 사용된다.
상기 각각의 양극판(A2)은 양극에 연결되며, 양극 집전체(B2)와, 양극 집전체(B2)상에 형성되는 양극 활물질층(C2)을 포함하여 이루어진다.
상기 양극 집전체(B2)는 음극 집전체(B1)와 실질적으로 동일한 조성 및 방법으로 제조된 니켈 화이버로 형성된다.
상기 분리막(A3)은 인접한 음극판(A1)및 양극판(A2)을 격리시켜, 음극판(A1)과 양극판(A2)의 단락을 방지하며, 전해액을 함침하여 이온전도가 가능하도록 한다. 이러한 분리막(A3)은 상기 음극판(A1)및 양극판(A2)보다 크게 형성되며 전해액으로는 수산화칼륨(KOH)를 주 성분으로한 수용액이 사용된다. 분리막(A3)은 초극세 섬유로 형성가능한 것, 보다 구체적으로는 전하유도방사법에 의해 초극세 섬유로 형성가능한 것이면 특별히 제한되지 아니하며, 그 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 폴리비닐피롤리돈-비닐아세테이트, 폴리[비스(2-(2-메톡시에톡시에톡시))포스파젠], 폴리에틸렌이미드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴레에틸렌설파이드, 폴리(옥시메틸렌-올리고-옥시에틸렌), 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코-메 틸아크릴레이트), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리(메틸메타크릴레이드-코-에틸아크릴레이트), 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴클로라이드-코-아크릴로니트릴), 폴리비닐리덴디플로오라이드, 폴리(비닐리덴플로오라이드-코-헥사플로오로프로필렌)또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
다공성 고분자 분리막의 두께는 특별히 제한되지 아니하나, 10㎛~100㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 다공성 고분자 분리막은 다공성과 기계적 강도를 증진시키기 위하여 충진제를 추가로 함유할 수 있으며, 그 예로는 TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, MgO, Li2CO3, LiAlO2, SiO2, Al2O3, PTFE 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 충진제의 함량은 통상 다공성 분리막에 대해 20중량%이하인 것이 바람직 하다.
다공성 고분자 분리막의 형성은 통상 전하유도방사법에 의해서 성취된다. 보다 구체적으로는 고분자 분리막을 형성하는 용융 고분자 또는 유기용매에 용해된 고분자 용액을 전하유도 방사장치의 배럴(barrel)에 투입하고 노즐에 고전압을 가한 다음 일정량의 속도로 금속판 또는 마일러 필름 상에 토출시켜 다공성 고분자 분리막을 제조할 수 있다. 다공성 분리막의 두께는 토출속도 및 토출시간을 변화시킴으로써 임의로 조절할 수 있으며, 적절한 두께는 전술한 바와 같이 10㎛~100㎛범위 내이다. 이방법을 이용할 경우, 분리막을 형성하는 고분자가 섬유가 아니라 1㎚~3000㎚직경의 섬유가 3차원적으로 적층된 분리막을 직접 제조할 수 있다. 필요한 경우 전극 상에 고다공성 분리막을 직접 형성시킬 수 있다. 따라서 섬유사이의 제조방법임에도 불구하고 최종 제품을 섬유가 아니라 직접 막의 형태로 제조할 수 잇으므로 부가적 장치가 불필요하고, 제조공정이 단순화되어 경제성이 향상된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 니켈-수소저장합금 2차 전지는, 전해액의 전해질과 물분자가 분해되어 수소가 생성되는 경우, 음극 활물질층(C1)의 수소저장합금이 생선된 수소를 흡수하며 충전된다. 그리고, 본 발명의 니켈-수소저장합금 2차 전지는, 과충전시에, 상기 양극판(A2)으로부터 산소 가스가 발생하고, 상기 발생되는 산소 가스가 분리막(A3)을 통해 음극판(A1)으로 확산되는 경우, 상기 수소저장합금의 수소와 반응하여 물을 생성하므로써, 방전된다.
이와 같은 본 발명의 니켈-수소 2차 전지는, 분리막기능의 효율성이 향상되여, 고속 충방전 및 수명 특성이 크게 향상될 수 있다.
전술한 바와 같은 특성을 가지는 본 발명의 니켈-수소저장합금 2차 전지는 장수명 특성을 필요로하는 산업용 전지로 적합하게 사용될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 니켈-수소 2차전지의 내부 구성도을 나타내는 단면도.
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
A1 : 음극판
A2 : 양극판
A3 : 분리막
B1 : 음극 집전체
B2 : 양극 집전체
C1 : 음극 활물질층
C2 : 양극 활물질층
D1 : 하우징

Claims (5)

  1. 음극주에 연결되는 복수의 음극판, 양극주에 연결되는 복수의 양극판 및 상기 음극판과 양극판의 사이에 각각 설치되는 복수의 다공성 고분자 분리막을 구비하는 니켈-수소 2차 전지에 있어서, 상기 다공성 고분자 분리막이 직경이 1㎚~3000㎚인 초극세 섬유상의 고분자로 구성된 것을 특징으로 하는 니켈-수소 2차전지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성 고분자 분리막이 전하유도방사법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 니켈-수소 2차 전지.
  3. 제 1항에 있어서, 다공성 고분자 분리막의 두께가 10㎛~100㎛인 것을 특징으로 하는 니켈-수소 2차전지.
  4. 제1항에 있어서, 다공성 고분자 분리막을 형성하는 고분자가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트, 폴리비닐피롤리돈-비닐아세테이트, 폴리[비스(2-(2-메톡시에톡시에톡시))포스파젠], 폴리에틸렌이미드, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌숙시네이트, 폴레에틸렌설파이드, 폴리(옥시메틸렌-올리고-옥시에틸렌), 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(아크릴로니트릴-코-메틸아크릴레이트), 폴리메틸메타크릴레 이트, 폴리(메틸메타크릴레이드-코-에틸아크릴레이트), 폴리비닐클로라이드, 폴리(비닐리덴클로라이드-코-아크릴로니트릴), 폴리비닐리덴디플로오라이드, 폴리(비닐리덴플로오라이드-코-헥사플로오로프로필렌)또는 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소 2차 전지.
  5. 제 1항에 잇어서, 상기 다공성 고분자 분리막이 충진제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 충진제가 TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, MgO, Li2CO3, LiAlO2, SiO2, Al2O3, PTFE 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되고, 그 함량이 다공성 분리막에 대해 20중량% 이하 인 것을 특징으로 하는 니켈-수소 2차 전지.
KR1020090109345A 2009-11-12 2009-11-12 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지 KR20110052352A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090109345A KR20110052352A (ko) 2009-11-12 2009-11-12 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090109345A KR20110052352A (ko) 2009-11-12 2009-11-12 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110052352A true KR20110052352A (ko) 2011-05-18

Family

ID=44362469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090109345A KR20110052352A (ko) 2009-11-12 2009-11-12 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110052352A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106785098A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 湖南格兰博智能科技有限责任公司 一种圆柱密封镍氢宽温电池制作工艺
US11962017B2 (en) * 2012-07-18 2024-04-16 Printed Energy Pty Ltd Diatomaceous energy storage devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11962017B2 (en) * 2012-07-18 2024-04-16 Printed Energy Pty Ltd Diatomaceous energy storage devices
CN106785098A (zh) * 2016-12-14 2017-05-31 湖南格兰博智能科技有限责任公司 一种圆柱密封镍氢宽温电池制作工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101923787B1 (ko) 보호막 및 그것을 사용한 세퍼레이터 및 이차 전지
TWI536637B (zh) 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組
JP6192146B2 (ja) リチウム電極及びそれを含むリチウム二次電池
CN109904517B (zh) 锂离子电池及其制备方法
CN103413904B (zh) 一种聚合物锂离子电池用隔膜的制造方法
KR101708884B1 (ko) 세퍼레이터의 제조방법, 이로부터 형성된 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자
JP6374117B2 (ja) セルロースナノ繊維分離膜を含む電気化学素子及びその製造方法
KR101894134B1 (ko) 셀룰로오스계 다층 분리막
US20140091760A1 (en) Electric storage device, and vehicle mounted electric storage system
KR100735486B1 (ko) 2종 분리막을 사용한 전기화학소자
KR20180042831A (ko) 비수 전해액 이차 전지용 적층 세퍼레이터, 비수 전해액 이차 전지용 부재 및 비수 전해액 이차 전지
KR20130134926A (ko) 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101596491B1 (ko) 사이클 특성이 개선된 전기화학소자
KR20110052352A (ko) 분리막을 개량한 니켈-수소 2차전지
JP2004288586A (ja) 電気化学素子用セパレータ
KR100569185B1 (ko) 하이브리드형 고분자 전해질, 이를 이용한 리튬이차전지및 그들의 제조방법
KR100590808B1 (ko) 초극세 섬유상의 다공성 고분자 분리막을 포함하는리튬이차전지 및 그 제조방법
KR101527548B1 (ko) 코팅층 형성장치, 이를 사용한 세퍼레이터의 제조방법 및 이로부터 형성된 세퍼레이터를 포함하는 전기화학소자
KR101506944B1 (ko) 셧다운 기능 및 열안정성이 우수한 전지용 세퍼레이터 및 이를 이용한 2차 전지
KR100569186B1 (ko) 복합 고분자 전해질, 이를 이용한 리튬이차전지 및 그들의제조방법
JP2012216460A (ja) 非水電解質二次電池
JP5488990B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP6981978B2 (ja) リチウムイオン電池の製造方法
KR100679662B1 (ko) 2종 분리막 시스템을 사용한 전기화학소자
KR20180127759A (ko) 리튬 이차전지용 세퍼레이터 및 그를 포함하는 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application