KR20030096931A - 납축 전지용 극판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축 전지용 극판을 제공하기 위한 것이다.

종래 익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 극판은 양쪽 모서리에 프레임이 없으므로 양극판의 변형이 훨씬 심하다. 양극판이 성장하면 세퍼레이터를 사이에 두고 있는 음극판과 닿아 단락을 일으킬 수 있는 위험성이 높다.

따라서, 본 발명은 익스팬디드 그리드 제조 과정에서의 탭 블랭킹 공정 시 극판의 상부 프레임 바아에 임의의 형상을 갖는 일련의 홀을 형성함으로써, 양극판의 성장에 의한 상부 프레임의 상향 이동을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 자체적으로의 변형도 흡수할 수 있으며, 극판의 성장도 지연시키는 효과를 발휘하게 될 뿐 아니라 재료비 절감의 효과도 기대할 수 있다.

Description

납축 전지용 극판{Grid for lead-acid storage batteries}

본 발명은 납축 전지용 극판에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 익스팬디드 그리드 방식으로 제조하는 극판의 상부 프레임 바아의 구조적인 강성을 증대시키기위하여 특정 형상을 갖는 일련의 홀을 형성시켜서 된 납축 전지용 극판에 관한 것이다.

납축 전지에서 활 물질(active material)을 지지하고 전기를 집진하는 역할의 극판을 제조하는데 있어서, 최근에는 익스팬디드 그리드(expanded grid) 방식을 많이 이용하고 있다.

즉, 한국 공개 특허 공보 제1998-016402호에 의하면, 납로에서 유출된 두께가 얇은 합금연이 슬리터(slitter)에 의해 분리되어 와인더에 코일처럼 권선되어 코일 스트립을 성형하는 스트립 주조 공정, 익스팬더에 의해 상기 코일형 스트립의 길이 방향의 중앙 부위를 제외한 나머지 부분의 두께가 더욱 얇아지게 되면서 폭은 넓어지게 되어 망사 형태의 메쉬(mesh)를 이루고, 중앙은 코일형 스트립 형태를 그대로 유지하여 전체적으로 메쉬형 기판이 되는 익스팬딩 공정, 상기 메쉬형 기판이 회전하는 탭 블랭커를 거쳐 중앙 부위에 잔재된 크일형 스트립이 일정 간격의 탭을 가지게 절단되는 탭 블랭킹 공정, 중앙 부위에 탭을 가지고 절단된 메쉬형 기판이 다시 도장기를 거치면서 도장 극판이 되게 하는 활 물질 도포 공정, 상기 도장 극판을 극판 디바이더를 이용해서 1개 단위의 도장 극판으로 절단하는 공정, 상기 도장 극판 중의 수분과 Pb ％를 감소시키는 숙성 공정, 축전지의 화학 반응에 필요한PbO₂,Pb로 변화시키는 화성 공정 및 2차 절단 공정을 통해서 축전지용 익스팬디드 그리드를 제조하는 공정을 소개하고 있으며, 이러한 일련의 극판 제조 공정을 연속적으로 연결시킴으로써 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다고 밝히고 있다.

그러나, 익스팬디드 그리드 방식으로 극판을 제조할 때 절단 공정에서 절단 위치가 빗나갈 경우 상부 프레임 바아 또는 하부 프레임 바아의 가장 자리에 돌기가 형성되게 된다. 이러한 돌기는 세퍼레이터를 파손하게 되고, 단락을 일으키는 문제를 야기시키고 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 일본공개특허 평9-63591호에서는 극판을 평탄한 절단대를 사용하여 절단함으로써 세퍼레이터의 파손을 방지하고 있다.

또한, 익스팬디드 그리드 방식으로 극판을 제조할 경우, 앞에서도 언급한 바와 같이 생산성은 매우 높은 장점은 있으나, 네트 모양의 격자 구조를 하고 있기 때문에 기계적 강도가 비교적 작아 변형하기 쉬운 단점이 있다. 이를 해소하기 위하여 일본특개 평10-149835호에서는 납 합금 슬래브의 표면에 용융 또는 분말상의 납 합금을 분무하고 압연하는 기술에 대해 소개하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 극판의 단락을 방지하기 위하여 평탄한 절단대를 사용하거나 기계적인 강도를 높이기 위하여 추가로 납 합금을 분무처리한다고 할지라도 익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 극판이 충ㆍ방전을 거듭함에 따른 양극 활 물질의 부피 변화, 극판의 부식 반응에 따른 양극판의 성장을 근본적으로 방지할 수 있는 해결책은 되지 못하였다.

즉, 납축 전지의 활 물질은 충전 상태에서 방전 상태로 변화할 때, 부피가 증가하게 되므로 충ㆍ방전을 거듭함에 따라 극판이 팽창하게 된다. 다시 말해서, 방전 반응시 활 물질 팽창과 함께 성장한 극판은 충전 반응 시에도 원래의 모양으로 수축되는 것이 불가능하게 되므로 계속적인 극판 성장이 진행되게 된다. 특히,음극에 비해 양극 활 물질의 부피 변화가 크므로 기판 부식 반응과 연계되어 양극판 성장이 심하게 발생하게 된다.

익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 극판은 도 2에 나타낸 바와 같다. 도 2에 의하면, 극판(20 : 그리드 구조를 볼 수 있도록 하기 위해서 활 물질이 제거된 상태임)은 러그(21), 상부 프레임 바아(22), 하부 프레임 바아(23) 그리고 그 사이를 다이아몬드 형태로 연결하고 있는 활 물질을 수용하고 유지시키기 위한 그리드 메쉬(24)로 구성되어 있으나, 양쪽 모서리에는 프레임이 없으므로 기존의 주조 기판에 비해 양극판 변형이 훨씬 심하게 된다. 즉, 익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 양극판이 성장하면, 도 3에서와 같이 상부 프레임 바아(22)가 위쪽으로 움직여 세파레이터(점선으로 나타냄)을 사이에 두고 있는 음극판과 맞닿아 단락을 일으킬 수 있는 위험성이 높아진다.

즉, 전지의 수명이 다할 때까지 극판 성장으로 인한 상부 프레임 상향 이동이 세파레이터 여유분(h) 이하로 억제되게끔 충분한 강성을 갖도록 상부 프레임 바아(22) 넓이를 적절히 설계해야 한다. 하지만, 전지 중량과 원가 절감 차원에서 상부 프레임 넓이 치수를 너무 크게 가져가는데는 한계가 있다.

본 발명은 익스팬디드 그리드 방식으로 제조하는 극판의 상부 프레임 바아의 구조적인 강성을 증대시키기 위하여 임의의 형상을 갖는 일련의 홀을 형성시켜서 된 납축 전지용 극판을 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 익스팬디드 그리드 방식으로 제조한 납축 전지용 극판의 탭 블랭킹 공정 이후의 평면도이다.

도 2는 종래의 일반적인 익스팬디드 그리드 방식으로 제조한 납축 전지용 극판의 탭 블랭킹 공정 이후의 평면도이다.

도 3은 극판의 성장으로 인하여 변형된 형태를 보여주고 있는 극판의 평면도이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

10,20 ---- 극판11.21 ---- 러그

12,22 ---- 상부 프레임 바아

13,23 ---- 하부 프레임 바아

14,24 ---- 그리드 메쉬15 ---- 홀

본 발명은 익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 러그, 상부 프레임 바아, 하부 프레임 바아 그리고 그 사이를 다이아몬드 형태로 연결하고 있는 활 물질을 수용하고 지지하기 위한 그리드 메쉬로 구성되어 있는 납축전지용 극판에 있어서, 상기 상부 프레임 바아에 임의의 형상을 갖는 일련의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

납축 전지 극판 제조 방식 중의 하나인 익스팬디드 그리드 방식은 앞에서도 언급한 바와 같이, 스트립 주조 공정, 익스팬딩 공정, 탭 블랭킹 공정, 활 물질 도포 및 극판 절단 공정으로 이어지는 일련의 극판 제조 공정이 연속적으로 이루어진다. 이에 따라 연속적인 형태의 익스팬디드 기판이 만들어지고, 이어서 차후의 활 물질 도포공정과 절단 후에 러그로 남게끔 블랭킹 공정을 거치게 된다.

본 발명에 의하면, 이와 같은 익스팬디드 그리드 제조 공정 중 탭 블래킹 공정시 상부 프레임 바아에 임의의 형상을 갖는 홀을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 납축 전지용 극판(10 : 그리드 구조를 볼 수 있도록 하기 위해서 활 물질이 제거된 상태임)은 러그(11), 상부 프레임 바아(12), 하부 프레임 바아(13) 그리고 그 사이를 다이아몬드 형태로 연결하고 있는 활 물질을 수용하고 유지시키기 위한 그리드 메쉬(14)로 구성되어 있으며, 동시에 상기 상부 프레임 바아(12) 상에 임의의 형상의 일련의 홀(15)이 형성되어 있다.

상기의 홀(15)의 형상은 안정성이나 강성의 측면에서 도 1에 나타낸 바와 같이 삼각형이 가장 바람직하나 그 이외에 원형, 사각형 또는 오각형 등 어떤 형상을가져도 좋다.

도 1에서와 같이 극판(10)의 상부 프레임 바아(12)에 일련의 홀(15)이 형성되면 상부 프레임 바아(12)의 구조적 강성이 증대되어 동일한 납 양으로도 홀이 없는 경우의 극판에 비해 도 3과 같은 양극판 성장에 의한 상부 프레임 바아(12)의 상향 이동 현상을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 뿐 만 아니라 극판(10) 성장시 상부 프레임 바아(12)가 자체적으로 변형을 흡수하여 세퍼레이터 상부 이상으로의 극판 성장을 지연시키는 효과가 있으며, 재료비 절감에도 기여하게 된다.

앞에서도 언급한 것과 같이, 극판의 상부 프레임 바아에 일련의 홀이 형성되면 상부 프레임 바아의 구조적 강성이 증대되어 동일한 납 양으로도 홀이 없는 경우의 극판에 비해 양극판 성장에 의한 상부 프레임 바아의 상향 이동 현상을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

뿐 만 아니라 극판 성장시 상부 프레임 바아가 자체적으로 변형을 흡수하여 세퍼레이터 상부 이상으로의 극판 성장을 지연시키는 효과가 있으며, 재료비 절감에도 기여하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 익스팬디드 그리드 방식으로 제조된 러그, 상부 프레임 바아, 하부 프레임 바아 그리고 그 사이를 다이아몬드 형태로 연결하고 있는 활 물질을 수용하고 지지하기 위한 그리드 메쉬로 구성되어 있는 납축전지용 극판에 있어서, 상기 상부 프레임 바아에 임의의 형상을 갖는 일련의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 납축 전지용 극판.