KR0174849B1 - 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성 향상법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 전원으로 많이 사용되고 있는 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 밀폐형 축전지에서 이온 전도도와 가스 재결합 정도를 조금씩 양보하는 선에서 격리판의 전해액 함침 정도를 결정했던 것을, 밀폐형 축전지 내의 양극판 후면과 음극판 후면 사이에 산소 가스 이동용의 새로운 격리판을 두어, 기존의 격리판이 담당하던 기능을 새로운 격리판과 분담하게 함으로써, 이온 전도도를 높여주면서(용액 저항을 감소시키면서) 산소 가스 이동도 원활하게 될 수 있도록 하여 밀페형 축전지에서의 고율 충방전 특성을 향상시켰다.

Description

밀폐형 축전지의 고율 충반전 특성 향상법

제1도는 종래의 밀폐형 축전지 구조도.

제2도는 본 발명의 밀폐형 축전지 구조도.

제3도는 제2도에서 산소 가스 이동용 격리판의 상세 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 양극판 2 : 음극판

3 : 기존의 격리판 4 : 새로운 격리판(산소 가스 이동용 격리판)

5 : 기공

본 발명은 휴대용 전원으로 많이 사용되고 있는 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 밀폐형 축전지 내부의 음극판 후면에 새로운 격리판을 추가하여, 밀폐형 축전지내의 용액 저항 감소(이온 전도도 증가) 및 충전시의 산소 가스 재결합 반응 촉진을 이룸으로써 전체적인 밀폐형 축전지 고율 충방전 특성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 축전지는 충방전 과정을 거치면서 축전지 내부에서 화학반응을 일으키며, 상기 축전지 내부에서 일어나는 화학 반응은 활물질이 전해액내의 이온으로 인해 산화, 환원하는 화학 반응이다.

축전지는 충전 말기 또는 과충전 상태에서 산소 가스가 발생되는데, 밀폐형 축전지는 상기에서 발생하는 산소 가스를 그대로 활용하여, 전해액의 고갈 없이 밀폐형 축전지의 수명이 끝날때 까지 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

즉, 충전 말기 또는 과충전 상태에서 발생하는 산소 가스를 밀폐형 축전지 자체에서 재결합시켜 전해액으로 복구하여 전해액을 보충함으로써, 전핼액의 고갈 없이 밀폐형 축전지의 수명이 다할 때까지 사용할 수 있다.

상기에서 충전 말기 또는 과충전 상태에서 발생하는 산소 가스는 양극쪽에서 발생하며, 상기 산소 가스는 격리판의 기공을 통해 음극쪽으로 이동한 후, 음극판 표면에서 여러 단계의 반응을 통해 전해액으로 복구된다.

상기 현상을 가스 재결합 반응이라고 하며, 양극에서 가스 발생으로 인해 일어난 전해액 손실을 다시 음극에서 보상해 주어, 밀폐형 축전지를 내부 전해액의 고갈 없이 밀폐형 축전지의 수명이 다할 때까지 사용할 수 있도록 해주는 매우 중요한 반응이다.

밀폐형 축전지를 충방전 시킬때 내부에서 일어나는 화학 반응이 활발할수록 향상된 고율 충반전 특성을 가지게 되며, 산소 가스들의 재결합이 원활하게 이루어지고 전해액내의 이온 전도도가 높을수록(용액 저항이 감소할수록) 활발한 화학 반응이 일어난다.

현재까지 주로 사용되고 있는 밀폐형 축전지는 제1도에 도시된 바와 같이 양극판(1)과 음극판(2)을 번갈아 배치하고 그 사이사이에 전해액을 함침한 다공성 격리판(3)을 두는 구조로 되어 있으며, 상기에서 격리판(3)은 과충전시에 발생하는 산소 가스들의 재결합을 원활히 하기 위하여, 전해액을 완전히 함침시키지 않고 산소 가스 이동통로로써 약 20% 정도의 기공을 남겨둔다.

그러나 상기와 같이 격리판(3)에 전해액을 완전히 충진시키지 않으면, 상대적으로 전해액 내 이온의 이동 경로가 제한되어 이온 전도도가 떨어지기 때문에(용액 저항이 증가하기 때문에), 대개의 경우 이온 전도도와 가스 재결합 정도를 조금씩 양보하는 선에서 전해액 함침 정도를 결정한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극판 후면과 음극판 후면 사이에 산소 가스 이동만을 전담하는 새로운 산소 가스 이동용 격리판을 추가하여, 기존의 격리판이 담당하던 기능을 새로운 격리판과 분담하게 함으로써, 이온 전도도를 높이고(용액 저항을 감소하고) 산소 가스 이동을 원활하게 하여 가스 재결합을 촉진함을 특징으로 한다.

즉, 양극판과 음극판 후면에 추가한 새로운 산소 가스 이동용 격리판이 산소 가스의 이동만을 전담하여 산소 가스의 이동을 원활하게 하고, 기존의 격리판에는 전해액을 완전히 함침시켜 이온 전도도를 최대화시켰다(용액 저항을 최소로 하였다). 상기에서 새로 추가한 산소 가스 이동용 격리판은 전해액을 전혀 함침시키지 않는다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

제2도는 본 발명의 밀폐형 축전지의 구조도로, 양극판(1)과 음극판(2)사이에 기존의 격리판(3)이 있고, 양극판(1) 후면과 음극판(2) 후면 사이에 산소 가스 이동용의 새로운 격리판(4)을 두는 구조로 되어 있으며, 상기에서 새로운 산소 가스 이동용 격리판(4)은 활물질의 산화, 환원 반응이 일어나는 곳이 아닌 양 극판(1,2)의 후면을 통하여 산소 가스 이동이 이루어지도록 하기 위하여 양 극판(1,2)의 후면 사이에 둔다.

제3도에 도시된 바와 같이 새로운 산소 가스 이동용 격리판(4)은 산소 가스 이동 통로를 가능한 짧게 하기 위하여 기공(5)의 방향이 양 극판(1,2)에 수직인 방향으로 일방향성인 것으로 하고, 격리판(4)의 두께는 부피 축소를 위하여 전기적 단락을 막을 수 있는 한도내에서 가급적 얇은 것을 사용하며, 격리판(4)의 기공(5) 크기는 가스 재결합 반응에 의해 생성되는 물 또는 이온이 산소 가스 이동용의 새로운 격리판(4)에 함침되지 않도록 기존 격리판(3)의 기공(5)보다 크기가 큰 것을 사용한다.

상기에서 기공(5)의 크기는 기공(5)의 크기가 작을수록 용면 계면에서의 압력이 커져서 내부 용액을 더 잘 흡수하기 때문에, 새로운 격리판(4)을 기존의 격리판(3)보다 기공(5)의 크기가 큰 것으로 사용하여, 산소 가스 재결합 반응에 의해 생성되는 물질(물 또는 이온)이 새로운 격리판(4)에 함침되지 않고 기존의 격리판(3)에 함침되도록 한다.

상기 사실은 아래의 라플라스 식에 의해 유도된다.

라플라스 식:ΔP=2γcosθ/r

상기에서 ΔP, γ, θ, r은 각각

ΔP:용액 계면(interface)에서의 압력차

γ:표면 에너지(surface energy)

θ:Wetting angle r:Pore radius를 나타낸다.

상기와 같이 이루어지는 밀폐형 축전지에서 기존의 격리판(3)은 전해액을 완전히 함침하여 이온의 전도도를 높여주고(용액 저항을 감소하고), 새로운 격리판(4)은 전해액을 전혀 함침시키지 않고 산소 가스 이동의 통로로만 사용하여 산소 가스 이동이 원활히 이루어지도록 한다.

본 발명은 상기와 같이 양극판 후면과 음극판 후면 사이에 산소 가스 이동용의 새로운 격리판을 두어, 기존의 격리판이 담당하던 기능을 새로운 격리판과 분담하게 함으로써, 이온 전도도를 높여주면서(용액 저항을 감소시키면서) 산소 가스 이동도 원활하게 하여 가스 재결합이 촉진될 수 있도록 하여 밀폐형 축전지에서의 고율 충방전 특성을 향상시켰다.

Claims (2)

1. 밀폐형 축전지에 있어서, 양극판(1) 후면과 음극판(2) 후면 사이에 산소 가스 이동만을 전담하는 새로운 격리판(4)을 추가하여, 산소 가스 이동을 원활하게 하고 이온 전도도를 높여줌을(용액 저항을 감소시킴을) 특징으로 하는 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성 향상법.
2. 제1항에 있어서, 새로운 격리판(4)은 기공(5)의 방향이 양 극판(1,2)에 수직인 방향으로 일방향성이고, 기공(5)의 크기가 크며, 두께가 얇은 것을 사용함을 특징으로 하는 밀폐형 축전지의 고율 충방전 특성 향상법.