KR20200042244A - 측면 개방형 격리판 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상 시킬 수 있게 한 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상 시킬 수 있게 한 것이다.

Description

측면 개방형 격리판 구조{Side open separator structure}

본 발명은 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상시킬 수 있게 한 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것이다.

본 발명에 관한 선행문헌으로는 '특허문헌 1'이 있다.

특허문헌 1은 VRLA 전지용 격리판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 황산 전해질의 흡수성이 우수하며 뛰어난 기계적 강도로 인해 작업성 및 작업환경을 크게 향상시킬 수 있는 VRLA 전지용 격리판에 관한 것이다.

VRLA 전지는 납축(Lead-Acid) 전지의 일종으로서 밀폐형 전지(Sealed Battery) 또는 재조합 전지(Recombinant Battery)라고도 하며, 이온화 경향이 큰 음극(Pb-해면상납)사이에 묽은 황산(37%)의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력(起電力)을 발생시키며 사용기간에 따른 물의 첨가가 불필요한 2차 전지이다.

보다 구체적으로, VRLA 전지는 충전시 양극에서 생성되는 산소가 음극에서 소비되는 원리를 갖고 있어서, 전지 충전시 물의 소모가 없다.

기본적으로 전지용 격리판은 전지 절연체와 이온 전도체로서의 역할을 수행한다. 다시 말해서 전지용 격리판은 반대 극성을 가진 전극의 직접적인 접촉을 방지하고 동시에 두 전극간의 이온의 흐름이 가능케 하는 것이다.

이러한 두 가지 기능을 발휘하기 위해서 일반적으로 전지용 격리판은 수지상 결정(樹枝狀 結晶, Dendrite)이나 극판 입자(極板 粒子, Plate particle)에 의한 내부 전기 쇼트 서킷(Internal Electrical Short Circuit) 현상을 방지하기 위해 최대한 작은 기공과 내부 전지 저항을 최소화하기 위한 최대한의 다공도(多孔度, Porosity)를 가진 다공질의 절연체이어야 한다.

일반적으로 납축 전지에서의 격리판은 극판의 적합한 간격을 결정하고 셀 반응에서의 전해질의 양을 한정하는 한편, 배터리의 수명 측면에서 부식성이 강한 전해질과 산화적인 환경에서 견뎌낼 수 있을 만큼 충분한 안정성이 요구된다.

특허문헌 1은 VRLA 전지용 격리판을 작업성 및 작업환경에 문제가 있는 유리섬유 대신에 폴리에스테르 극세섬유로 이루어진 부직포와 하나 이상의 직물 또는 편물이 교락된 매트(Mat)로 VRLA 전지용 격리판을 제조함으로서, AGM 격리판과 유사한 다공성을 부여함과 동시에 기계적 강도도 향상시킨다.

도 1은 종래기술의 VRLA 전지용 격리판이 내장된 VRLA 전지의 단면개략도이다.

도 1에는 양극판(11)과 음극판(12), VRLA 전지(13)와 격리판(14)이 도시되어 있다.

또 하나의 본 발명에 관한 선행문헌으로는 '특허문헌 2'가 있다.

도 2는 납축전지 내부 구성을 나타내는 결합구성도이다.

도 2에는 기판(1)과 극판(2),, 봉투식 격리판(3), 스트립(4),극판군(5), 전조(6), 상커버(7), 커버(8), 인디케이터(9), 단자(10)가 도시되어 있다.

도 3은 음극판(30)의 확대도이다.

도 4는 봉투식 격리판의 확대도이다.

격리판은 양극판과 음극판 사이에 위치하여 직접 접촉에 의한 쇼트(Short)를 방지한다.

특히, 봉투식 격리판(40)은 삼면으로 음극판(30)을 감싸고 있어 활물질에 의한 양극판과의 쇼트를 방지한다.

종래 기술의 문제점은,

납축전지가 지속적으로 충전과 방전이 되면 전해액의 비중이 변화하며 비중의 변화가 부분적으로 발생하여 비중이 높은 전해액은 아래로 이동하고 비중이 낮은 전해액은 위로 이동하여 유동성이 현저히 줄어드는 층화 현상이 발생하여 충방전의 효율을 떨어뜨려 납축전지의 조기 수명 종지(終止) 원인이 되기도 한다. 이에 액시드 믹서(acid mixer)를 통하여 전해액을 순환시켜도 격리판 내부에 고인 전해액은 폐쇄된 격리판(봉투식 격리판)구조로 인하여 액순환의 효과를 적게 받는다.

대한민국공개특허공보 10-2006-0097779 (2006년09월18일) 대한민국공개특허공보 10-2018-0001351 (2018년01월04일)

본 발명은 상기 서술한 문제점에 대하여 보완하고자 창안되었다.

본 발명은 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상 시킬 수 있게 한 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것이다.

상기 서술한 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 측면 개방형 격리판 구조:는

봉투식 격리판 구조에 있어서,

음극판(30)을 둘러싼 격리판(40)의 측면을 개방하여 된 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조를 제안한다.

즉, 본 발명의 제1실시예로는,

봉투식 격리판 구조에 있어서,

축전지의 음극판(30)을 둘러싼 격리판(40)에 측면개방부(50, 50‘)를 형성하여 된 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조인 것이다.

본 발명의 제2실시예로는,

상기 측면개방부(50, 50‘)는 격리판의 세로변의 부분인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조이다.

본 발명의 제3실시예로는,

상기 측면개방부(50, 50‘)는 격리판의 하단 부분인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조이다.

본 발명의 제4실시예로는,

상기 격리판은 산성혼합기(acid mixer)를 사용한 축전지에 설치된 격리판인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조이다.

본 발명은 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상 시킬 수 있게 한 것이다.

도 1은 종래기술의 VRLA 전지용 격리판이 내장된 VRLA 전지의 단면개략도이다.
도 2는 납축전지 내부 구성을 나타내는 결합구성도이다.
도 3은 음극판(30)의 확대도이다.
도 4는 봉투식 격리판의 확대도이다.
도 5는 도 4를 이해하기 쉽도록 봉투와 속지를 예를 들어 도시한 예이다.
도 6은 격리판의 측면 개방의 실시예를 도 5에 적용하여 도시한 것이다.

본 발명은 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거 효율을 향상 시킬 수 있게 한 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것이다.

보통 격리판의 일반적인 특성으로 요구조건은 다음과 같다.

가) 일반적으로 다음의 특성을 가져야 한다.

(1) 내산성 : 전지의 수명을 좌우하는 것으로 산의 부식에 견디어야 한다.

(2) 내산화성 : 전지 사용중의 '+' 극판의 산화에 견디어야 한다.

(3) 미공성 : 활물질의 침투 투과를 막고 충분한 미공(微孔)을 가져야 한다.

(4) 전기저항 : 이온의 투과가 용이하도록 전기저항이 적어야 하며 일반적으로 다공도(多孔度)와 두께에 의존한다.

(5) 열안전성 : 고온에서 변형 또는 미공의 크기(Pore Size)의 변화가 없어야 한다.

(6) 불활성 : 유리염소, 유기물질 등 전지에 유해한 물질이 용출되지 않을 것.

(7) 기계적강도 : 사용 중에 진동에 견디고 조립 작업 중 격리판의 기능을 유지할 수 있는 강도를 지녀야 한다.

(8) 침투성 : 황산이 격리판 중에 쉽게 침투되어야 한다.

나) 고율(high rate)방전 중 극판 부근의 황산이 급격히 소비되므로 특히 '+' 극판에 용이하게 공급되어야 한다.

격리판은 축전지에서 가장 중요한 요소 중 하나이며 배터리의 성능을 최적화하기 위한 또 다른 수단이다.

격리판은 전해질이 자유롭게 이동할 수 있는 반투과성 막이다.

황산 이온이 기공을 통해 자유롭게 움직이도록 하여 배터리의 성능을 최대화해야 하고, 전지 내에서 단락을 방지하는 절연체의 역할과 활성 물질의 유입을 방지하는 역할을 한다.

축전지용 격리판은 페놀 수지에 함침된 셀룰로오스 섬유로 만들어진 잎(leaf) 형태의 격리판, 고무에 충진제를 넣은 고무 격리판, PVC 분말을 소결시켜 제조한 PVC 격리판, polyamide계 또는 polypropylene계 부직포 격리판 등이 사용되었다.

본 발명은 바람직하게는 부직포를 이용한 봉투형 격리판에 한하여 사용될 수 있다.

격리판은 전지의 시동성능, 수명성능을 비롯한 신뢰성 측면에서 중요하다.

즉, 적절한 세공분포와 기계적인 강도 및 낮은 전기저항과 함께 전지 제조 공정에서 요구되는 봉투형(envelope) 극판 봉합 기술로 제조되어야 한다.

본 발명에서는 격리판이 절연체의 역할과 활성 물질의 유입을 방지하는 역할을 하면서, 내부에 고여있는 전해액(묽은 황산)을 셀 내부로 배출하고 또한 유입하는 역할을 동시에 해야하는 모순점을 해결하기 위하여 안출되었다.

격리판은 전지내부에 들어가서 전기적인 단락을 방지하기 위하여 양ㆍ음극판의 사이에 끼우는 절연체이다.

그러므로 수평적인 면이 유지된다면 제 역할을 감당할 수 있다.

격리판이 활성 물질을 막기위해서는 미공성을 유지하면 된다.

그러므로 이 또한 수평적인 면이 유지된다면 제 역할을 감당할 수 있다.

따라서, 봉투식 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 잘 배출하고 유입하는 기능을 담당하기 위하여 측면의 일부를 개방하도록 하면 모순점을 해결할 수 있다.

납축전지가 지속적으로 충전과 방전이 되면 전해액의 비중이 변화하며 비중의 변화가 부분적으로 발생하여 비중이 높은 전해액은 아래로 이동하고 비중이 낮은 전해액은 위로 이동하여 유동성이 현저히 줄어드는 층화 현상이 발생하여 충방전의 효율을 떨어뜨려 납축전지의 조기 수명 종지 원인이 된다.

이를 해결하기 위하여 산성혼합기(acid mixer)를 통하여 전해액을 순환시켜도 격리판 내부에 고인 전해액은 폐쇄된 격리판 구조로 인하여 액순환의 효과를 적게 받기에 충분하지 못하였다.

도 5는 도 4를 이해하기 쉽도록 봉투와 속지를 예를 들어 도시한 예이다.

도 5에서 봉투는 격리판(40)을 의미하며, 속지는 음극판(30)을 의미한다.

도 5와 같이 격리판은 폐쇄적이고 음극판을 둘러싸고 있다.

따라서, 격리판 안에는 전해액이 고여 있으며, 전해액의 비중이 변화하며 비중의 변화가 부분적으로 발생하여 비중이 높은 전해액은 아래로 이동하고 비중이 낮은 전해액은 위로 이동하여 유동성이 현저히 줄어드는 층화 현상이 일어나고 있다.

도 6은 격리판의 측면 개방의 실시예를 도 5에 적용하여 도시한 것이다.

본 발명에서는 격리판 측면의 하단을 개방하는 시도를 하였다.

하단의 개방은 가장 바람직스러운 것으로 측면개방부(50, 50'를 통하여 비중이 높은 전해액의 유동을 유도하며 비중이 높은 전해액이 배출됨에 따라 비중이 낮은 상단의 전해액도 자연스럽게 하부로 이동하여 배출과 유입이 원활하게 되었다.

본 발명은 본래 격리판 내부에 고여있는 전해액의 유동성을 높이기 위해 창안된 측면 개방형 격리판 구조에 관한 것이다.

격리판은 양극판과 음극판이 서로 접촉하지 않도록 하는 역할 뿐만 아니라, 진동에 의해 양극에 부착된 활물질이 전해액으로 확산되는 것을 방지하는 기능도 있기에 극판에 부직포를 사용한 경우에 한하여 적용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 격리판의 측면을 부분적으로 개방시켜 극판을 고정시키는 역할을 하면서 격리판의 내부에 고여있는 전해액을 셀 내부로 배출 및 유입시키면서 극판과 맞닿는 전해액의 유동성을 향상시켜 전해액의 층화 현상 제거하고 배터리의 효율을 향상 시킬 수 있게 한 것이다.

상기 서술한 내용 중 도면에 표시되지 않은 내용은 상기 서술된 내용을 바탕으로 당업자가 충분히 이해할 수 있는 내용으로 이하 도면에 표시되지 않아도 본 발명의 권리에 포함되어야 한다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 기판
2 : 극판
3 : 봉투식 격리판
4 : 스트립
5 : 극판군
6 : 전조
7 : 상커버
8 : 커버
9 : 인디케이터
10: 단자
11 : 양극판
12 : 음극판
13 : VRLA 전지
14 : 격리판
30 : 음극판
40 : 격리판
50, 50' :측면개방부

Claims (4)

1. 봉투식 격리판 구조에 있어서,
   축전지의 음극판(30)을 둘러싼 격리판(40)에 측면개방부(50, 50')를 형성하여 된 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 측면개방부(50, 50')는,
   격리판의 세로변의 부분인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 측면개방부(50, 50')는,
   격리판의 하단 부분인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 격리판(40)은,
   산성혼합기(acid mixer)를 사용한 축전지에 설치된 격리판인 것을 특징으로 하는 측면 개방형 격리판 구조.

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