KR100715091B1

KR100715091B1 - An electrode structure for lead storage battery

Info

Publication number: KR100715091B1
Application number: KR1020050072225A
Authority: KR
Inventors: 한창권
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-05-04
Also published as: KR20070017693A

Abstract

본 발명은 납축전지용 전극구조에 관한 것으로, 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함하는 납축전지용 전조(100)에 있어서, 상기 전조(100) 내부에는 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조에 의하면, 양극 기판의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극판과 음극판의 연결로 인한 단락율을 낮게하여 화재를 방지할 수 있고, 방전량 및 수명이 향상되는 효과가 있다.The present invention relates to an electrode structure for a lead acid battery, and includes a plurality of positive electrode plates 10, a plurality of negative electrode plates 20, and separator plates 30 respectively inserted between the positive electrode plates 10 and the negative electrode plates 20. And, in the lead-acid battery precursor 100 including an electrolyte filled between the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20, the inside of the precursor 100 to buffer the volume increase of the positive electrode plate 10 It characterized in that it comprises a buffer film (40). According to the electrode structure for lead-acid batteries according to the present invention, by installing a buffer film that can prevent volume expansion due to corrosion of the positive electrode substrate in the roll, it is possible to lower the short circuit rate due to the connection of the positive electrode plate and the negative electrode plate to prevent fire, There is an effect of improving the discharge amount and life.

단락, 완충막, 격리판, 방전, 경도 Short circuit, buffer film, separator, discharge, hardness

Description

Electrode Structure for Lead Acid Battery {AN ELECTRODE STRUCTURE FOR LEAD STORAGE BATTERY}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 납축전지용 전극구조의 구성도이다.1 is a block diagram of an electrode structure for a lead acid battery according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전극구조과 비교예에 따른 전극구조의 방전용량 그래프이다.2 is a discharge capacity graph of the electrode structure according to the present invention and the comparative example.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawing

10 : 양극판10: positive plate

20 : 음극판20: negative electrode plate

30 : 격리판30: separator

40 : 완충막40: buffer film

100 : 전조100: precursor

본 발명은 납축전지용 전극구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극 기판 의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극과 음극의 연결로 인한 단락으로 화재를 방지할 수 있는 납축전지용 전극구조에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode structure for a lead acid battery, and more particularly, by installing a buffer membrane that prevents volume expansion due to corrosion of a positive electrode substrate in a precursor, a fire can be prevented due to a short circuit caused by a connection between a positive electrode and a negative electrode. It relates to an electrode structure for a lead acid battery.

납축전지는 충전과 방전이 반복됨에 따라 양극 기판이 납에서 이산화납으로 변환되고 그 결과 부피의 증가가 발생한다는 것은 일반적으로 알려진 현상이다(Journal of power source 144(2005) 528-535). In lead-acid batteries, it is generally known that the positive electrode substrate is converted from lead to lead dioxide as the charge and discharge are repeated (Journal of power source 144 (2005) 528-535).

상기와 같은 부식현상에 의한 기판의 부피증가로 인하여 양극, 음극, 격리판 및 전해액을 포함하고 있는 전조의 부피가 좁은 경우 전조를 팽창시키거나, 양극판이 격리판을 관통하여 음극판과 연결됨으로써 단락이 발생되어 폭발사고의 위험 등을 야기할 수 있다. Due to the increase in the volume of the substrate due to the above corrosion phenomenon, if the volume of the precursor including the anode, the cathode, the separator and the electrolyte is small, the precursor is expanded, or the cathode plate penetrates the separator and is connected to the cathode plate, thereby causing short circuit. This may cause an explosion hazard.

그 반면에 양극 기판의 부식에 의한 부피성장을 고려하여 전조를 넓게 만들게 되면, 납축전지의 사용 초기에 전극과 격리판의 접촉 특성이 낮아서 계면저항증가 등의 문제점을 발생시킨다. On the other hand, when the precursor is made wide in consideration of the volume growth due to corrosion of the positive electrode substrate, the contact characteristics between the electrode and the separator are low at the beginning of the use of the lead acid battery, thereby causing problems such as an increase in interfacial resistance.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전조 내의 부피팽창을 방지하여 단락으로 인한 화재를 방지할 수 있는 납축전지용 전극구조을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a lead-acid battery electrode structure that can prevent a fire due to short circuit by preventing the volume expansion in the precursor.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 양극판 및 음극판이 교호로 연속배치되며, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 각각 삽입 배치된 격리판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함하는 납축전지용 전조에 있어서,
상기 양극판과 상기 음극판을 포함하는 전극군의 양단에 상기 양극판의 부피증가를 완충시키는 완충막이 갖추어지되, 상기 완충막의 경도는 상기 전조 또는 상기 격리판보다 낮으며, 10~20(shore D)인 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극구조에 의하여 달성된다.An object of the present invention as described above, the positive electrode plate and the negative electrode plate is arranged alternately, the lead-acid battery comprising a separator plate inserted between the positive electrode plate and the negative electrode plate, respectively, and an electrolyte filled between the positive electrode plate and the negative electrode plate. In dragon precursors,
A buffer film is provided at both ends of the electrode group including the positive electrode plate and the negative electrode plate to buffer a volume increase of the positive electrode plate, wherein the hardness of the buffer film is lower than that of the precursor or the separator, and is 10 to 20 (shore D). It is achieved by the electrode structure for a lead acid battery characterized in that.

본 발명은 납축전지의 사용초기에는 전극과 격리판이 적절한 압력을 유지하게 함으로써 전지성능을 향상시키고, 양극 기판의 부식에 의한 부피 성장이 발생하면 전조의 부피 팽창 또는 양극/음극의 연결로 인한 단락으로 화재 또는 폭발이 발생하는 것을 방지하고자 개발된 것이다. The present invention improves battery performance by maintaining the appropriate pressure between the electrode and the separator in the initial use of the lead acid battery, and if the volume growth due to corrosion of the positive electrode substrate occurs due to short circuit due to volume expansion of the precursor or connection of the positive electrode / negative electrode It was developed to prevent fire or explosion.

이를 위하여 전극과 격리판을 적층 또는 와선형으로 제조한 후에, 전극군의 양단면의 일부 또는 전부에 전조 또는 격리판의 물리적 강도보다는 낮지만 전극과 격리판의 접촉 특성의 저하를 방지할 수 있는 완충막을 첨가하는 것을 특징으로 한다. For this purpose, after the electrode and the separator are manufactured in a lamination or spiral form, the part or both of the end faces of the electrode group may be prevented from deteriorating the contact characteristics of the electrode and the separator but lower than the physical strength of the precursor or the separator. It is characterized by adding a buffer film.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 발명의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention and the preferred embodiments in connection with the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조의 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the lead-acid battery electrode structure according to the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 납축전지용 전극구조의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 납축전지용 전극구조은 전조(100) 내에는 다수개의 양극판(10)과, 다수개의 음극판(20)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 각각 삽입 배치된 격리판(30)과, 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20) 사이에 충진되어 있는 전해액을 포함한다.1 is a block diagram of an electrode structure for a lead acid battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an electrode structure for lead-acid batteries is inserted between a plurality of positive electrode plates 10, a plurality of negative electrode plates 20, and between the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20 in the precursor 100. The separator 30 is disposed, and the electrolyte is filled between the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20.

본 발명에서는 상기 전조(100) 내부에 상기 양극판(10)의 부피증가를 완충시키는 완충막(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 완충막(40)은 상기 양극판(10)과 상기 음극판(20)을 포함하는 전극군의 양단에 각각 설치되는 것이 바람직하다.The present invention is characterized in that it comprises a buffer membrane 40 for buffering the volume increase of the positive electrode plate 10 in the precursor 100. The buffer film 40 is preferably provided at both ends of the electrode group including the positive electrode plate 10 and the negative electrode plate 20.

본 발명에 적용할 수 있는 완충막(40)은 황산 전해액에 안정하면서 물리적 강도가 전조(100) 또는 격리판(30)보다 낮지만 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제할 수 있는 물리적 강도를 갖고 있는 제품이면 어느 것이나 가능하다. The buffer membrane 40 applicable to the present invention is stable to sulfuric acid electrolyte and has a lower physical strength than the precursor 100 or the separator 30, but the contact characteristics of the electrode plates 10 and 20 and the separator 30 are different. Any product can be used as long as it has a physical strength capable of suppressing the deterioration.

부연하여 설명하면, 격리판(30)이 폴리에틸렌이고 전조(100)가 폴리프로필렌으로 구성된 납축전지의 경우 두 제품 중 경도(shore D, D1706 방법)가 상대적으로 낮은 폴리프로필렌이 나타내는 일반적인 값인 44~70보다는 낮지만 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제할 수 있는 수준의 값인 10~20의 값을 갖는 물질이라면 사용이 가능하다. In detail, in the case of a lead-acid battery in which the separator 30 is polyethylene and the precursor 100 is made of polypropylene, 44 to 70, which is a general value represented by polypropylene having a relatively low hardness (shore D, D1706 method), is used. Although lower than the material having a value of 10 to 20, which is a level that can suppress the deterioration of contact characteristics of the electrode plates 10 and 20 and the separator 30, it can be used.

그러나 상기의 경도값은 특정예를 설정하여 제시한 값이며, 사용하고자 하는 전지에서 전조와 격리판의 종류와 기계적 강도 또는 경도, 그리고 전극과 격리판이 이동을 방해하는 전극과 격리판의 중량, 전조와의 마찰특성 등에 의하여 달라질 수 있다. However, the hardness value is a value given by setting a specific example, and the type and mechanical strength or hardness of the roll and separator in the battery to be used, the weight of the electrode and the separator, the roll and the electrode to prevent the movement of the electrode and the separator It may vary depending on the friction characteristics with.

본 발명에서 "완충막(40)"의 경도로 적용가능 여부를 결정한 이유는 완충막(40)의 경도가 너무 낮게 되면 전극판(10, 20)과 격리판(30)의 접촉 특성 저하를 억제하는 것이 어렵게 되고, 그 반대로 너무 높은 경도의 제품을 사용하게 되면 양극판(10)의 부식으로 인한 부피성장을 완충막(40)이 흡수하지 못하고 격리판(30) 또는 전조(100)가 흡수하게 되어 발명의 효과를 기대할 수 없기 때문이다. The reason for determining whether the hardness of the "buffer film 40" is applicable in the present invention is that when the hardness of the buffer film 40 becomes too low, the contact property of the electrode plates 10 and 20 and the separator 30 is reduced. On the contrary, if a product of too high hardness is used, the buffer membrane 40 may not absorb the volume growth due to corrosion of the anode plate 10, and the separator 30 or the precursor 100 may absorb the volume growth. This is because the effect of the invention cannot be expected.

본 발명에서 제시한 완충막(40)은 사용하는 전지의 부식정도를 고려하여 그 두께를 선정함으로써, 완충막(40)이 흡수할 수 있는 부피의 성장보다 더 큰 부피의 성장으로 인해 본 발명의 효과가 반감되는 것을 예방해야 한다. The buffer membrane 40 presented in the present invention is selected in consideration of the degree of corrosion of the battery to be used, thereby increasing the volume of the buffer membrane 40 than the volume of the present invention. You should prevent the effect from being halved.

본 발명에 따른 납축전지용 전극구조의 효과를 확인하기 위하여 진행한 비교예와 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Referring to the comparative example and the embodiment which proceeded in order to confirm the effect of the lead-acid battery electrode structure according to the present invention in detail.

* 실시예Example

양/음극판의 폭이 144mm, 높이가 113mm, 두께가 각각 1.4mm, 1.2mm인 전극을 7매/6매로 구성하고 양극판과 음극판 사이에는 두께 0.95mm의 폴리에틸렌 격리판을 삽입하여 양극판과 음극판이 연결되는 것을 방지하도록 구성하였다. 이와 같이 구성된 단위 전지(총 두께는 33.6mm)를, 폭 160mm, 높이 140mm, 그리고 두께 38.5mm로 제조된 폴리프로필렌 전조에 경도(shore D) 15정도를 나타내는 유리섬유 완충막을 2.5mm 두께로 제조하여 전극군의 양단에 추가적으로 삽입하였다. The positive and negative plates consist of 7 or 6 electrodes with a width of 144 mm, a height of 113 mm, and a thickness of 1.4 mm and 1.2 mm, respectively.The positive and negative plates are connected by inserting a 0.95 mm polyethylene separator between the positive and negative plates. It is configured to prevent it. The unit cell (total thickness is 33.6mm) and the glass fiber buffer film having a hardness of about 15 shore D on a polypropylene roll made of width 160mm, height 140mm, and thickness 38.5mm were manufactured to have a thickness of 2.5mm. It was additionally inserted at both ends of the electrode group.

* 비교예 1Comparative Example 1

완충막 삽입하는 것을 제외하고 실시예와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example, except that the buffer membrane was inserted.

이후에 화성공정 등을 동일하게 거친 후 제품의 성능은 다음과 같은 방법으로 비교하였다. Afterwards, the product performance was compared in the following manner.

- 방전 : 전지의 전압이 1.75V가 될 때까지 12.5Ampere의 전류로 방전Discharge: Discharge at 12.5 Ampere until the battery voltage reaches 1.75 V

- 충전 : 전지의 전압이 2.34V가 될 때까지 충전한 후, 방전 전류량의 1.2배가 될 때까지 1Ampere의 전류로 충전-Charging: Charge until the battery voltage reaches 2.34V, and then charge with 1 ampere current until 1.2 times the discharge current

- 수명 : 전지가 초기 방전량 대비 80% 이하의 방전량을 나타낼 때까지 진행한 방전 횟수-Lifespan: The number of discharges performed until the battery shows a discharge amount of 80% or less of the initial discharge amount

제조한 제품의 성능을 비교한 결과 실시예에 따른 전지가 비교예에 따른 전지 보다 방전량에서 평균 10%, 수명에서 30% 이상 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 본 비교에서는 전조의 부피가 전극의 부피팽창을 고려하여 넓게 제조된 제품이어서 두 비교군 간의 단락율 차이 또는 전조팽창의 차이를 확인할 수는 없었다.As a result of comparing the performance of the manufactured product, it was confirmed that the battery according to the embodiment is improved by an average of 10% in discharge amount and 30% or more in lifespan than the battery according to the comparative example. However, in this comparison, since the volume of the precursor was widely manufactured in consideration of the volume expansion of the electrode, it was not possible to confirm the difference in the short-circuit rate or the difference in the precursor expansion between the two comparison groups.

도 2는 본 발명에 따른 전극구조과 비교예 1에 따른 전극구조의 방전용량 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예에서는 비교에 1에 비하여 방전량이 높음을 알 수 있다.2 is a graph of the discharge capacity of the electrode structure according to the present invention and the electrode structure according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 2, in the examples, it can be seen that the discharge amount is higher than that of 1 in comparison.

* 비교예 2Comparative Example 2

상기의 실시예와 동일한 전극판, 격리판을 포함하는 전조를 제조한 바, 전조의 내부 두께를 실시예에 따른 단위 전지의 두께(33.6mm)와 유사한 두께(33.8mm)로 제조하여 전지의 성능을 실시예와 비교하였다. 본 비교예 2에서는 본 발명에 따른 완충막을 적용하지 않았다. 전지의 성능을 실시예와 동일하게 진행하여, 그 특성을 비교한 결과 전지의 방전량은 실시예와 동일한 수준을 나타내었으나, 높은 비율의 단락율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. When the precursor including the same electrode plate and separator as in the above embodiment was manufactured, the thickness of the precursor was manufactured to a thickness (33.8 mm) similar to the thickness (33.6 mm) of the unit cell according to the embodiment. Was compared with the Examples. In Comparative Example 2, the buffer membrane according to the present invention was not applied. The performance of the battery was carried out in the same manner as in the examples, and the characteristics of the batteries were discharged, but the discharge amount of the battery was the same as in the examples, but it was confirmed that the short-circuit ratio was high.

표 1에서는 각 실험예에 따른 단락율을 나타내었다.Table 1 shows the short circuit rate according to each experimental example.

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예에서는 비교예 2에 비하여 단락율이 매우 낮음을 알 수 있다.As shown in Table 1, it can be seen that in the Examples, the short circuit ratio is very low compared to Comparative Example 2.

상기 언급한 바와 같은 본 발명에 따른 납축전지용 전극구조에 의하면, 양극 기판의 부식에 의한 부피팽창을 방지할 수 있는 완충막을 전조내에 설치함으로써 양극판과 음극판의 연결로 인한 단락율을 낮게하여 화재를 방지할 수 있고, 방전량 및 수명이 향상되는 효과가 있다.According to the electrode structure for lead-acid batteries according to the present invention as described above, by installing a buffer film in the roll to prevent volume expansion due to corrosion of the positive electrode substrate to reduce the short circuit rate caused by the connection of the positive electrode plate and the negative electrode plate to reduce the fire It can prevent, and there exists an effect which improves an amount of discharge and a lifetime.

비록 본 발명에 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.Although described in connection with the preferred embodiments mentioned above in the present invention, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims include such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims

In the lead plate for a lead-acid battery comprising a positive electrode plate and a negative electrode plate arranged alternately, the separator plate inserted between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte solution filled between the positive electrode plate and the negative electrode plate,

A buffer film is provided at both ends of the electrode group including the positive electrode plate and the negative electrode plate to buffer a volume increase of the positive electrode plate, wherein the hardness of the buffer film is lower than that of the precursor or the separator, and is 10 to 20 (shore D). Electrode structure for lead acid battery, characterized in that.

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