KR100362431B1 - 2차전지 - Google Patents

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Abstract

일정 크기의 캔 내부에 양극판과 음극판 사이로 격리판을 개재하여 이를 권취시킨 전극부를 삽입하고 이에 전해액을 주입한 다음, 상기 캔의 상단부에 캡 어셈블리를 장착시켜 형성되는 구조로 이루어진 2차 전지에 있어서, 상기 전극부가, 활물질 지지체와, 상기 활물질 지지체에 도포되는 활물질과, 도전체로 이루어져 상기 활물질 내에 침적되어 상기 활물질 지지체 위에 배치되는 2차 활물질 지지체를 포함하여 이루어지는 2차 전지는, 전극의 한 면이나 또는 양면에 전도성이 우수한 재질로 이루어진 집전체를 하나 이상 더 포함시켜 구성하므로써, 전해액에 유화되고 충방전 시의 부피 변화에 따른 손상으로 인한 활물질 탈락을 방지하여 전지의 수명을 향상시킬 수 있으며, 또한, 전극 제조시에 탭을 사용하지 않고 캔 접촉식으로 연결을 하면서도 높은 도전율을 가지는 전극 제조가 가능하여, 고율 충반전에 유리하고, 또한, 2차 활물질 지지체를 첨가하여 전극 강도를 높여 수율 확보 및 생산성이 유리하다.

Description

2차 전지
이 발명은 2차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 재충전이 가능한 알카리 2차 전지 전극 제조시에 하나 이상의 집전체를 사용하여 제조됨으로써 도전성을 향상시킬 수 있는 2차 전지에 관한 것이다.
근래에 들어와서는 모든 전자 기기가 소형화되는 추세에 있다. 그에 따라 동력원으로 사용되는 전지의 소형화 및 대용량화가 필수적으로 요구되고 있으며, 그 주종을 이루는 것으로서 재충전이 가능한 2차 전지가 사용되고 있다.
상기한 2차 전지의 하나로서 니켈-카드뮴 전지가 주로 사용되고 있으나, 이는 가격이 저렴하고 메모리 효과를 갖는 반면에, 상기 메모리 효과에 의한 충전 용량의 감소와 공해 물질인 카드뮴에 의한 환경 오염을 초래하는 문제점을 발생시킨다.
따라서, 근자에는 니켈-카드뮴 전지에 비하여 30∼50% 이상의 충전 용량을 가지며, 비공해 물질인 수소 저장 합금을 사용하는 니켈-수소 전지로서의 전환이 이루어지고 있는 추세이다.
상기한 알카리 축전지인 밀폐형 니켈 수소 전지는, 양극으로 금속 산화물을 사용하고 음극으로는 수소 흡장 합금을 사용하여, 충전시 음극에서 발생되는 수소를 수소 흡장합금이 흡수하고 방진시 필요한 수소를 전해액 내로 방출함으로써 충전 및 방전하여 사용되는 전지로서, 그 단위 중량당 출력 밀도가 높다는 장점을 지니고 있다.
일반적인 밀폐형 니켈 수조 전지의 구성은, 일정 크기의 캔 내부에, 양.음극판 사이로 세퍼레이터를 개재하여 이를 와인딩(Winding)한 전극부를 삽입하고 이에 전해액을 주입한 다음, 상기 캔 상단 부위에 캡 어셈블리를 장착시켜 이루어진다.
상기와 같은 알카리 2차 전지에 있어서는, 전극 제조시에 전극 활물질(Ni(OH)2, 수소 저장 합금)을 지지하며 주며 집전체의 역할도 겸하는 활물질지지체가 필요하다.
활물질 지지체의 종류에는 Ni-foam, Ni-파이버(fiber), 펀치드 메탈(punched metal) 등이 있다.
첨부한 도면을 참조로 하여 종래의 알카리 2차 전이에 있어서 펀치드 메탈을 이용하여 전극을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
제1도의 (가)와 (나)는 종래의 2차 전지의 전극 단면도이다.
첨부한 제1도에 도시되어 있듯이 종래의 알카리 2차 전지의 활물질 지지체는 표면이 매끄러운 강철에 니켈을 도금한 다음 일정 간격을 홀(hole)을 형성하고, 전지의 반응 물질을 슬러리(slurry) 상태로 도포한 다음, 건조시켜 절단을 하여 극판으로 사용한다.
종래의 Ni-foam, Ni-파이버를 이용하여 지지체를 형성하는 경우에는, 활물질 지지체의 3차원적 구조로 인하여 도전성이 떨어지는 문제점이 발행하지 않으나, 첨부한 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 펀치드 메탈을 이용하는 경우에는 중앙의 활물질 지지체(2)와 외곽부의 활물질(1)과는 도전성이 떨어지게 된다.
또한, 외곽부에 도포한 활물질(1)은 전지의 충방전 중에 탈락되기 쉬우며, 탭(tab)을 사용하여 전지의 캔(can)고 용접시켜 주지 않고, 캔 내부와 접촉식으로 연결할 때 활물질의 산화와 전극 제조시에 들어가는 바인더(binder)와 증첨제 등의 물질로 인하여 표면의 전도성이 떨어져 전지 효율이 저하되며, 전극 제조 공정시에 활물질이 탈락될 가능성이 큰 단전이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로,알카리 2차 전지의 전극 제조시에, 전극의 한 면이나 또는 양면에 전도성이 우수한 재질로 이루어진 집전체를 하나 이상 더 포함시켜 구성하므로써, 활물질 탈락을 방지하여 전지의 수명을 향상시키고, 전극 강도를 높여 생산을 용이하도록 하기 위한 2차 전지를 제공하자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,
일정 크기의 캔 내부에 양극판과 음극판 사이로 격리판을 개재하여 이를 권취시킨 전극부를 삽입하고 이에 전해액을 주입한 다음, 상기 캔의 상단부에 캡 어셈블리를 장착시켜 형성되는 구조로 이루어진 2차 전지에 있어서,
상기 전극부가,
활물질 지지체와;
상기 활물질 지지체에 도포되는 활물질과;
도전체로 이루어져 상기 활물질 내에 침적되어 상기 활물질 지지체 위에 배치되는 2차 활물질 지지체를 포함하여 이루어진다.
상기 구성에 의한 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 이 발명이 실시예에 따른 2차 전지의 전극 단면도이고,
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 전극의 2차 집전체의 형상도이고,
제4도는 이 방향의 실시예에 따른 전극 사용시의 전지의 방전 곡선 특성도이고,
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 단면도이다.
첨부한 제5도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 2차 전지는 일정 크기의 캔(10) 내부에 양, 음극판(12,14) 사이로 세퍼레이터(16)를 개재하여 이를 권취시킨 전극부(18)를 삽입하고 이에 전해액을 주입한 다음, 상기 캔(10)의 상단부에 캡 어셈블리(20)를 장착시켜 형성되는 구조로 이루어진다.
상기 구성에 의한 이 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 전극 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 제2도에 도시되어 있듯이 알카리 2차 전지의 활물질 지지체(2)는 표면이 매끄러운 강철에 일정 간격으로 홀(3)을 형성하고, 전지의 활물질(1)을 슬러리 상태로 도포시킨다.
상기에서 활물질 지지체(2)의 표면에 활물질(1)을 도포시켜 전극을 제조한 다음, 건조로로 투입시켜 열풍을 불어 넣어 건조시킨다.
이 발명의 실시예에서는 상기와 같이 활물질 지지체(2)에 활물질을 도포시킨 다음, 건조시키기 전이나 건조 중에 즉, 활물질이 완전히 건조되기 전에 도전성이 우수한 재질로 이루어진 2차 활물질 지지체(4)를 침적시켜 전극을 제조한다.
상기에서 침적되는 2차 활물질 지지체(4)는 재질이나 형상에 상관없이 도전성이 우수한 재질로 이루어진다.
이 발명의 실시예에 따라 상기 전극 제조 공정 중에 침적되는 2차 활물질 지지체(4)는 첨부한 제3도에 도시되어 있듯이 망사 구조로 이루어진다.
상기와 같이 망사 구조로 이루어진 2차 활물질 지지체(4)를 첨부한 제2도에 도시되어 있듯이 활물질 지지체(2)에 활물질(1) 도포된 위에 침적시킨 다음, 활물질(1)을 완전히 건조시킨다.
상기와 같은 구조로 전극을 제조한 다음 전류를 인가시키면, 2차 활물질 지지체(4)가 도전성이 떨어지는 활물질(1)의 도전체 역할을 하며 전류가 흐르는 통로를 형성하게 된다.
따라서, 첨부한 제3도에 도시되어 있는 2차 활물질 지지체(4)의 망사 구조를 이루는 각각의 사면의 길이(a,b)가 짧으면 짧을수록 도전성이 높아지게 된다.
또한, 2차 활물질 지지체(4)의 각각의 사면의 길이가 짧아지면 짧아질수록 활물질(1)이 탈락되는 비율이 감소하게 된다.
그러나, 상기에 비례하여 전극의 단위 부피당 용량을 감소시키므로, 각 전극에 맞는 재질과 형상을 가지는 2차 활물질 지지체를 침적시키는 것이 효과가 증가하게된다.
상기한 실시예와 달리, 활물질 지지체(2) 이외의 도전성이 높은 2차 활물질 지지체(4)를 전극의 한쪽면 뿐만 아니라 양쪽면 모두에 첨가할 수 있으며, 활물질 지지체(2)의 전부 또는 일부분에 2차 활물질 지지체(4)를 첨가할 수도 있다.
상기와 같이 이 발명의 실시예에 따라 도전성이 강한 2차 활물질 지지체를 첨가하여 전극을 제조하므로써. 첨부한 제4도에 도시되어 있듯이 방전 특성이 향상되어 전지의 충방전 사이클이 약 8% 정도 향상된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에 따라, 알카리 2차 전지의 전극 제조시에, 전극의 한 면이나 또는 양면에 전도성이 우수한 재질로 이루어진 집전체를 하나 이상 더 포함시켜 구성하므로써, 전해액에 유화되고 충방전시의 부피 변화에 따른 손상으로 인한 활물질 탈락을 방지하여 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 전극 제조시에 탭을 사용하지 않고 캔 접촉식으로 연결을 하면서도 높은 도전률을 가진 전극 제조가 가능하여, 고율 충방전에 유리하다.
또한, 2차 활물질 지지체를 첨가하여 전극 강도를 높여 수율 확보 및 생산성이 용이한 효과를 가지는 2차 전지를 제공할 수 있다.
제1도의 (가)와 (나)는 종래의 2차 전지의 전극 단면도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 전극 단면도이고,
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 전극의 2차 활물질 지지체의 형상도이고,
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 전극 사용시의 전지의 방전 곡선 특성도이고,
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 활물질 2 : 활물질 지지체 3: 홀
4: 2차 활물질 지지체

Claims (2)

  1. 일정 크기의 캔 내부에 양극판과 음극판 사이로 격리판을 개재하여 이를 권취시킨 전극부를 삽입하고 이에 전해액을 주입한 다음, 상기 캔의 상단부에 캡 어셈블리를 장착시켜 형성되는 구조로 이루어진 2차 전지에 있어서,
    상기 전극부가,
    활물질 지지체와;
    상기 활물질 지지체에 도포되는 활물질과;
    도전체로 이루어져 상기 활물질 내에 침적되어 상기 활물질 지지체 위에 배치되는 2차 활물질 지지체를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 2차 전지.
  2. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차 활물질 지지체가 구물 주조를 가지로 형성됨을 특징으로 하는 2차 전지.
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