KR100816817B1 - 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판 및 그의 제조방법이 개시된다.

본 발명의 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판은, 음극판 프레임; 상기 음극판 프레임에 연결되는 전극단자; 상기 음극판 프레임에 삽입되는 2장 이상의 스트립으로 이루어지며, 상기 스트립은, 다수의 관통공이 형성된 2장의 금속판 사이에 전극물질을 충전시켜 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법은 금속판 위에 다수의 관통공을 천공하는 단계; 2장의 상기 금속판 사이에 전극물질을 채워 넣는 충전단계; 상기 집전체에 소정 세기의 외력을 가하여 상기 2장의 금속판을 수소저장합금 분말과 함께 압착함으로써, 상기 전극물질을 상기 2장의 금속판 사이에 구속시킨 후 압착하여 스트립을 형성하는 단계; 필요한 용량만큼 상기 스트립을 2장 이상 연결하는 단계; 및 상기 연결된 2장 이상의 스트립들을 음극판 프레임에 삽입하여 전극단자와 연결하는 단계를 포함한다.

2차 전지, 니켈 스트립, 수소저장합금

Description

니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판 및 그의 제조방법{Negative plate for nickel/metal hydride secondary battery and fabrication method thereof}

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 구성을 나타내며, 도 1a는 그 정면도, 도 1b는 도 1a의 B-B'선을 따라 취한 단면도, 도 1c는 도 1a의 음극판의 수정 실시예를 나타내는 정면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판에 사용되는 니켈 스트립을 구성하는 천공된 판의 평면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 판이 합쳐져 스트립을 형성하는 공정 및 스트립을 서로 결합하는 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법을 나타내는 순서도이다.

도 5는 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지(도 6a)와 종래 니켈/수소저장합금 2차 전지(도 6b)의 싸이클 수명특성을 나타내는 그래프이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지(도 7a)와 종래 니켈/수소저장합금 2차 전지(도 7b)의 고율방전특성을 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 시간에 따른 충방전특성을 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 ΔV 거동을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 충전 및 방전이 가능한 2차 전지 중 니켈/수소저장합금 2차 전지에 적용되는 음극판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 각국의 환경보전에 대한 의지로서 각종 환경규제가 실시되고 있다. 따라서 소형전지에서는 이미 납축전지 및 니켈/카드뮴전지가 니켈/수소, 리튬이온전지 등으로 대체 되었으나, 산업용 대형전지의 분야에서는 그 대안의 전지가 없어 아직 납축전지와 니켈/카드뮴전지가 사용되고 있다. 따라서 환경친화적인 고성능 니켈/수소전지의 대형화에 대한 관심과 이에 따른 기술개발이 진행되고 있다.

이와 같은 니켈/수소저장합금 2차 전지에서, 음극판은 전지의 충전 및 방전시, 수소를 방출하거나 흡수하며, 과충전시에는, 양극판에서 발생하는 가스를 흡수하여 소비한다. 이에 따라, 니켈/수소저장합금 2차 전지의 성능(예를 들어, 전지의 충전 및 방전 싸이클 수명, 고율방전특성 등)은 음극판의 성능에 따라 크게 좌우된 다.

본 명세서에서는 종래의 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판을 제조하기 위한 기술로서, 한국과학기술연구원(KIST: Korea Institute of Science and Techology)에 의해 "페이스트식(Paste-type) 수소저장합금 전극의 제조방법"이란 명칭으로 미합중국에 출원되어 등록된 미국특허 제5,682,592호에 대해 간략히 설명한다.

상기 미국특허 제5,682,592호에 따르면, 상기 음극판은 분말 형태의 활물질(즉, 수소저장합금(Metal Hydride)), 바인더(Binder), 도전재, conductor) 및 물을 소정비율로 혼합하여 반죽한 후, 상기 수소저장합금 반죽을 집전체인 니켈스크린(Nickel Screen)에 압착하여 제조된다. 상기 바인더로는 결합재(PTFE: Polytetrafluoroethylene 및 503H)와 증점재(HPMC: Hydroxypropyl methyl cellulose)가 사용될 수 있다. 상기 도전재로는 분말 형태의 니켈, 구리 흑연 AB(Acetylene Black) 등이 5∼10wt%정도 혼합된다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술의 제조방법에 의해 제조된 니켈/수소저장합금 전지용 음극판에서는 바인더 및 도전재의 양(Quantity)만큼 수소저장합금 분말의 양이 감소되므로, 상기 음극판을 적용한 2차 전지의 용량은 저하된다.

또 수소저장합금이 니켈 스크린의 외벽에 고정되므로, 충방전시, 미분화된 수소저장합금이 전극으로부터 분리되는 탈리 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이는 충전과 방전을 반복하는 동안 전극의 팽창과 수축이 지속적으로 일어나며 수소저장합금의 미분화가 진행됨으로 전극으로부터 미분화된 수소저장합금이 떨어 져나가기 때문이다. 이에 따라, 종래의 제조방법에 의해 제조되는 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 싸이클 수명은, 도 6b를 참조하면, 방전용량이 약 80%에 도달하는데 약 500회 정도 충전과 방전을 반복하면 될 정도로 저하된다.

더욱이, 전술한 종래 기술의 제조방법에 의해 제조된 음극판에서는, 집전체(즉, 니켈 스크린)에서 수소저장합금으로 전류가 흐를 때, 바인더가 저항으로 작용하는 다른 문제가 있다. 이에 따라, 종래의 제조방법에 의해 제조되는 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 전지의 고율방전특성은, 5시간 동안의 방전용량이 100%라는 가정하에서 도 7b를 참조하면, 1시간 동안의 방전용량이 95%를 초과하지 못할 정도로 열악하다.

또 니켈 스크린 등에 페이스트물질을 도포하여 전극을 만들 경우에는 큰 전극을 만들기가 어렵다. 이는 전극을 크게 할수록 전극을 균일하게 만들기가 어렵기 때문이며, 전극이 균일하지 못할 경우에는 전지의 성능이 떨어지고, 미세 단락 등이 발생하기 쉽다.

한편 이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인의 특허출원 2000-76883호(2000년 12월 15일)에서는 2장의 니켈판 사이에 수소저장합금을 충전하고 이들 니켈판을 압착하여 니켈 스트립을 형성함으로써, 이를 집전체로서 활용하는 방안이 기재되어 있다.

하지만 이렇게 형성된 니켈 스트립은 이차전지에 결합되어야만 요구되는 기능을 수행할 수 있다. 그럼에도 상기 출원에는 구체적으로 니켈 스트립을 이차전지에 어떻게 효과적으로 결합시키는지에 대해서는 설명되어 있지 않다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. 구체적으로 본 발명에서는 니켈 스트립을 이용한 음극판 및 이러한 음극판을 제조하는 방법을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 아래와 같은 구성으로 이루어지는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판에 관한 것이다.

음극판 프레임;

상기 음극판 프레임에 연결되는 전극단자;

상기 음극판 프레임에 삽입되는 2장 이상의 스트립으로 이루어지며,

상기 스트립은, 다수의 관통공이 형성된 2장의 금속판 사이에 전극물질을 충전시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.

또 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면은 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법은 아래와 같은 단계로 이루어진다.

금속판 위에 다수의 관통공을 천공하는 단계;

2장의 상기 금속판 사이에 전극물질을 채워 넣는 충전단계;

상기 집전체에 소정 세기의 외력을 가하여 상기 2장의 금속판을 수소저장합 금 분말과 함께 압착함으로써, 상기 전극물질을 상기 2장의 금속판 사이에 구속시킨 후 압착하여 스트립을 형성하는 단계;

필요한 용량만큼 상기 스트립을 2장 이상 연결하는 단계;

및 상기 연결된 2장 이상의 스트립들을 음극판 프레임에 삽입하여 전극단자와 연결하는 단계.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 니켈/수소저장합금 전지용 음극판은 2열(Rows)로 배열되는 다수의 니켈 스트립(Nickel strip)(100)을 및 서로 대향되는 2장의 니켈 스트립들(100) 사이에 채워지는 수소저장합금(200)을 포함한다.

그리고, 음극판 프레임(300)의 한쪽 끝단에는 전지의 충전 및 방전을 위한 단자(310)가 연결된다. 이와 같은 니켈 스트립들(100)은 집전체로서의 기능을 수행하여, 전류가 단자(310)에 공급될 경우, 상기 전류를 전극물질(200)로 흘려준다. 한편, 상기 니켈 스트립(100)은 니켈로만 가공되는 것이 바람직하지만, 이에 국한되는 것은 아니고, 스트립의 형태로 가공된 철판에 니켈도금을 하여 가공될 수도 있다.

스트립(100)은 도 2에 나타난 것과 같이 천공된 금속판(102) 두 장 사이에 전극물질(200)을 충전하여 형성된다. 이렇게 만들어진 스트립(100)을 연결하여 도 1a의 B-B'로 표시한 부분의 확대도에 나타난 바와 같이 음극판 프레임(300)에 삽입하면, 전극물질(200)을 제외한 천공된 니켈판(102)은 집전체로서 사용된다.

상기 각각의 니켈 스트립(100)에는 다수의 관통공(110)이 형성된다. 상기 각 관통공(110)은 그 직경이 수십㎚ ∼ 수백㎚의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

관통공(perforation, 110)은 전지 내의 전해액이 전극 내에 충분히 존재할 수 있게 해주는 전해액의 통로이다. 금속판(102)은 다수의 관통공(110)을 철판(Steel plate, 두께 수백㎛~수mm)에 뚫은 뒤, 니켈 도금하여 완성한다. 또는 도금을 하지 않고 니켈판에 직접 천공하여 사용하여도 된다. 이하 니켈을 사용하는 경우를 설명한다.

도 2A 내지 도 2C에는 다양한 관통공(110)의 형태가 나타나 있다.

관통공(110)은 도 2A에서와 같이 판(102)에 정렬하여 형성할 수 있다. 또 도 2B에서와 같이 서로 엇갈리게 뚫을 수도 있으며, 도 2C에서와 같이 랜덤하게 만들어 줄 수 도 있다. 관통공(110)의 크기는 수십㎛~수mm가 좋으며(도 2A에 ‘a'로 표시), 관통공 사이의 간격(‘b' 및 ‘c'로 표시)은 수㎛~수mm로 하는 것이 좋다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2의 판이 합쳐져 스트립(100)을 형성하는 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3a에서, 전술한 바와 같이 준비된 두 장의 천공된 니켈판(102)을 한 쌍으로 하여 한 개의 스트립(100)을 만든다. 이때 니켈판(102)은 전극물질(200)을 담을 수 있는 오목부(104)가 형성되도록 성형한다(도 3a의 (1)). 그리고 이렇게 성형된 아래, 위의 니켈판(102) 사이에 전극물질(200)을 채워준다(도 3a의 (2) 또는 (3)). 부호 (2)로 표시된 것은 압착된 전극물질을 충전하는 경우이며, 부호 (3)으로 표시된 것은 압착 후 분쇄된 전극물질을 충전하는 경우이다. 이후 전극물질(200)을 채운 아래 위의 니켈판(102) 양단을 서로 연 결시킨 뒤 압력을 가하면 하나의 스트립(100)이 완성된다(도 3a의 (4)).

한편 전극물질은, 도 3b에 나타난 바와 같이 수소저장합금(201)에 도전재(202)가 함께 분산되어 섞여 있는 것이다. 이는 종래 기술에서와 같이 바인더를 사용하는 페이스트식 전극과는 다르다. 전극물질 분말은 그대로 스트립(100)에 충전하거나, 전극물질(200)에 압력을 가하여 도 3 (b)의 (1)과 같이 직사각형의 형태로 만들어 충전할 수도 있다, 이때 펠렛(pellet) 형태로 만들어진 직사각형 전극물질의 두께는(T) 니켈판(100)의 오목부 부분의 깊이보다 높다. 또 폭(L)은 니켈판(102)의 폭보다 작다. 또 길이(W)은 5mm 이상이다.

수소저장합금으로는 AB5계 합금(예를 들어, MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3 (Mm: Misch metal, 희토류금속의 합금), MmNi4.3Mn0.4Al0.3 등)과 AB2계 합금(예를 들어, Ti1-xZrxV0.5Ni1.1Fe0.2Mn0.2 등) 중 선택되는 어느 하나가 이용될 수 있다. 상기 수소저장합금 분말의 표면은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 중 선택되는 어느 하나로 코팅되는 것이 바람직하며, 이러한 경우, 전지의 자기방전억제, 고온부식억제, 고율충방전 특성이 향상될 수 있다. 수소저장합금은 가압 성형에 의해 형성될 수도 있다.

더욱이, 상기 수소저장합금은 니켈과 구리의 혼합물로도 코팅될 수 있다.

수소저장합금은 도 3b의 (2)로 표시된 것과 같이 압력을 가한 후 펠렛을 만들고 이를 분쇄하여 다양한 크기의 괴상(agglomerates)으로 만들어져 충전될 수도 있다. 후자의 방법이 수소저장합금의 집적도가 크고, 균일하게 제조된다. 즉 수소저장합금의 중량이 같은 조건에서, 도 3a의 (2)에서와 같이 직사각형 펠렛 형태 로 충전한 스트립보다, 이를 분쇄하여 충전한 도 3a의 (3)에 나타난 스트립을 채용한 전지의 용량이 더 높다. 이는 전극물질의 이용률이 높아짐을 의미한다.

전술한 바와 같이 전극물질(200)을 충전한 스트립(100)은 일정 길이로 잘라서, 도 3c에 나타난 바와 같이 연결한다. 각 스트립(100)은 연결을 위해서는 연결부(107)를 가지는 것이 좋다. 도 3c에서는 이해를 위해, 도 3의 (c)에서는 연결부(107)가 있는 스트립(100) 사이 간격을 실제보다 크게 나타내었다. 반면 도 1에서 전극(18) 내에 위로부터 아래로 배치된 다수의 스트립(100)은 편의상 연결부(17) 없이 서로 연결된 것처럼 도시하였다.

전기적 저항을 감소시켜 주기 위해, 서로 연결된 연결부(107)에는 압력을 가해 연결을 보다 강하게 한다. 연결부(107)를 용접 등으로 연결할 수도 있다. 집전체의 기본 단위인 스트립(100)은 정해진 전극 한 장의 용량을 맞추기 위해, 정해진 용량에 이를 때까지 서로 연결된다. 이후 도 1a에 나타난 바와 같이, 스트립(100)을 음극판 프레임(300)의 홈에 넣어 준다(B-B' 상세도 참조). 이후 완성된 전극의 전기저항을 줄이기 위해 최종적으로 압력을 가해주며, 전류의 흐름을 좋게 하여 주기 위하여, 스트립(100)과 음극판 프레임(300)의 테두리 사이를 (도 1a에 W로 표시된 점선을 따라) 압착하거나, 전기 용접하여 주어, 하나의 니켈/수소저장합금 이차전지용 음극판(18)을 완성하게 된다.

한편 도 1c에 나타난 바와 같이, 먼저 음극판 프레임(300)에 스트립(100)을 한 장씩 삽입하여 음극판 프레임(300) 내에서 스트립(100)을 정해진 전극 용량만큼 서로 연결해 주고, 이후 음극판 프레임(300) 전체에 압력을 가한 후, 스트립(100) 과 음극판 프레임(300)을 압착하거나 용접하는 순서로 전극을 완성할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 4를 참조하여 제조 공정을 다시 한 번 설명하면, 먼저 각각의 니켈판(102)에 다수의 관통공(110)이 형성된다(S110). 그리고 상기 수소저장합금(201) 분말의 표면은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 중 선택되는 어느 하나로 코팅된다(S120). 그런 다음, 서로 대향되게 위치되는 2장의 니켈판(102) 사이에는 분말형태의 전극물질(200) 또는 펠렛 형태의 전극물질(도 3b의 (2)), 그리고 펠렛 형태를 분쇄한 전극물질(도 3b의 (3))이 채워지고(S130), 상기 니켈판(102)들은 외력에 의해 압착되어, 니켈 스트립(100)이 된다(S140). 이때, 2장의 니켈판(102)의 대향되는 상단부들 및 하단부들은 서로 결합되며, 상기 전극물질은 결합된 2장의 니켈판(102)에 의해 구속된다. 즉 상기 전극물질이 2장의 니켈판(102) 사이에 저장된 상태를 유지하게 된다. 한편, 상기 수소저장합금(201)이 대기 중의 수분과 반응하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 음극판 제조 시, 온도는 상온이고 대기상태는 건조한 것이 바람직하다. 이후 압착된 니켈 스트립(100)은 정해진 용량에 맞도록 2개 이상이 연결된다(S150). 연결된 스트립(100)은 음극판 프레임(300)에 삽입된다. 삽입 후 연결된 스트립의 좌우는 음극판 프레임(300)의 테두리와 압착되거나 용접 결합되고 위쪽 끝단은 전극단자(310)와 용접된다.(S160).

전술한 바와 같이 제조되는 본 발명의 음극판은 전극물질(200)이 2장의 니켈판(102) 사이에 유지되므로, 방전 시 수소저장합금(201)의 탈리가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 바인더를 사용하지 않고 경우에 따라 도전재를 사용하지 않으므로, 본 발명의 음극판에 포함되는 수소저장합금의 양은 종래 기술의 음극판에 포함되는 수소저장합금의 양보다 훨씬 많게 된다.

또한 상기 니켈 스트립(100)이 전극물질(200)의 양측에 배치되어 도전재를 첨가하지 않고도 집전체의 기능이 강화되며, 상기 니켈 스트립(100)에서 수소저장합금(201)으로 전류가 흐를 때, 상기 니켈 스트립(100)과 수소저장합금(201) 사이에 발생하는 접촉저항이 바인더를 사용하는 종래 기술에 비해 현저하게 감소되므로, 고율방전특성이 현저하게 향상될 수 있다. 그리고 전극활물질 양쪽에 연결된 니켈판이 전류집전체로서 작용하여, 갑작스러운 대전류의 충전 및 방전 시, 저항에 의한 열발생을 막아 줄 수 있어 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 음극판(18)을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 니켈/수소저장합금 전지는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 외측으로 돌출되게 장착되는 양(+)극주(12) 및 음극주(14)와, 양극주(12)에 연결되는 양극판(16)과, 음극주(14)에 연결되는 본 발명의 음극판(18)과, 상기 양극판(16)과 음극판(18) 사이에 설치되는 세퍼레이터(20)를 구비한다. 여기서 상기 양극판(16), 음극판(18) 및 세퍼레이터(20)는 하우징(10)에 내장된다.

이와 같이 본 발명의 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 전지의 싸이클 수명은, 도 6a를 참조하면, 충전과 방전을 약 1,000회 반복할 경우에 방전용량이 약 80%에 근접하게 될 정도로 향상된다. 다시 말해, 종래 기술의 제조방법에 의해 제조된 음극판을 적용한 2차 전지의 방전용량은 약 500회 정도 충전과 방전을 반복하 면 약 80%에 도달하는데 반해(도 6b 참조), 본 발명의 음극판을 적용한 2차 전지의 방전용량은 약 1,000회 정도 충전과 방전을 반복할 때 약 80%에 도달하게 된다(도 6a 참조).

또한, 본 발명의 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 고율방전특성은, 종래 기술에서와 같이 5시간 동안의 방전용량이 100%라는 가정하에서 도 7a를 참조하면, 1시간 동안의 방전용량 역시 100%에 근접할 정도로 향상된다. 다시 말해, 전지의 전압이 0.8V(Voltage)로 될 때까지, 종래 기술의 제조방법에 의해 제조된 음극판을 적용한 2차 전지의 방전용량은 95%를 초과하는 것이 불가능한데 반해(도 7b 참조), 본 발명의 음극판을 적용한 2차 전지의 방전용량은 95%를 초과하게 된다.(도 7a 참조).

한편 도 8은 본 발명에 따른 음극판을 적용한 니켈/수소저장합금 2차 전지의 시간에 따른 충방전특성을 나타내는 그래프이다. 도면에서, 전극물질을 도 3b의 (2)에서와 같이 펠렛 형태로 압착하여 사용하는 경우보다 도 3b의 (3)과 같이 압착 후 분쇄한 경우의 방전용량이 특히 더 우수함을 알 수 있다.

한편, 니켈스크린 등의 집전체에 수소저장합금이 포함된 전극물질을 페이스트 상으로 만들어 도포해 준 전극을 사용하여 만든 전극과 본 발명의 차이 중 하나는, 전극의 분극저항 및 내부저항의 차이가 있다. 일반적으로 페이스트식 전극으로 만든 니켈/수소저장합금 이차전지의 충전곡선을 보면, 충전 말단에서 전지의 분극저항 및 내부저항으로 인한 충전곡선의 상승이 있게 되고, 이에 따라 전극에서 열이 반응열 이상으로 발생하여 다시 충전곡선이 떨어지는 거동을 보이는데 이것을 △V라고 한다. 도 9에서와 같이 본 발명에 의한 니켈/수소저장합금 이차전지는 충전시 이 △V가 생기지 않는데 이것은 전극의 분극저항 및 내부 저항이 낮은 것을 의미함으로, 전지의 과충전 시에, 열에 의한 위험성이 현저하게 줄어든다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

전술한 본 발명의 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법에 의해 제조되는 음극판은, 압착공정에 의해, 수소저장합금의 양측에 다공성 니켈 스트립 즉 집전체가 배치되므로, 바인더를 사용하지 않아도 수소저장합금이 2장의 집전체 사이에 유지될 수 있으며, 도전재를 사용하지 않아도 집전체로부터 수소저장합금으로의 전류 흐름이 양호하게 이루어질 수 있다.

또한, 전술한 이유로 인해 본 발명의 음극판을 적용한 2차 전지는 다음과 같은 효과를 가진다.

(1) 음극판에 사용되는 수소저장합금의 용량이 바인더 및 도전재를 사용하는 종래 기술의 음극판에 비해 월등하게 증가되는 반면, 수소저장합금의 탈리 현상은 발생하지 않으므로, 본 발명의 음극판을 적용한 2차 전지의 싸이클 수명이 현저하게 향상될 수 있다. 음극판에 사용되는 수소저장합금의 용량은 바인더 및 도전재를 사용하는 종래기술의 음극판에 비해 월등하게 증가되는 반면, 종래기술이 사용하는 다공성 니켈스크린과 다른 판형의 두꺼운 니켈판 또는 니켈이 도금된 철판을 전극물질 양쪽에 배치하여 강하게 압착하여 줌으로 전지의 충방전에 따른 전극의 팽창, 축소 등으로 인한 전극물질의 탈리를 막아 주게 되어, 본발명의 음극판을 적용한 2차 전지의 싸이클 수명이 현저하게 향상될 수 있다.

(2) 집전체와 수소저장합금 사이의 접촉저항이 크게 감소되므로, 본 발명의 음극판을 적용한 2차 전지의 고율방전특성이 현저하게 향상될 수 있다. 그리고 전극활물질 양쪽에 있는 니켈판은 전류집전체로 사용되므로 갑작스러운 대전류의 충전 및 방전 시, 저항에 의한 열발생을 막아 줄 수 있어 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

(3) 또 니켈 스크린 등에 페이스트물질을 도포하여 전극을 만들 경우에는, 전극이 커질수록 균일하게 만들기가 어렵다. 따라서 전지의 성능이 떨어지고, 미세 단락 등이 발생하기 쉽다. 하지만 본 발명은 전극의 크기보다 최소한 1/2이하로 작은, 일정 크기의 천공된 양쪽의 니켈판 사이에 전극물질을 넣어 스트립을 제조하고, 다시 이 스트립을 정해진 용량만큼 적층한 후 프레임과 연결 및 용접해줌으로써 균일한 전극을 크게 만들 수가 있다. 따라서 보다 큰 용량의 전지를 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.

(4) 전술한 (1) 내지 (3)의 효과로 인해, 본 발명의 음극판이 적용되는 2차 전지는 초고율충방전특성 및 초장수명을 요구하는 산업용 전지에 적합하게 이용될 수 있다.

Claims (11)

1. 금속판 위에 다수의 관통공을 천공하는 단계;

   2장의 상기 금속판 사이에 전극물질을 채워 넣는 충전단계;

   상기 금속판에 외력을 가하여 상기 2장의 금속판을 수소저장합금 분말과 함께 압착함으로써, 상기 전극물질을 상기 2장의 금속판 사이에 구속시킨 후 압착하여 스트립을 형성하는 단계;

   필요한 용량만큼 상기 스트립을 2장 이상 연결하는 단계; 및

   상기 연결된 2장 이상의 스트립들을 음극판 프레임에 삽입하여 전극단자와 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 음극판 프레임에 스트립이 삽입된 뒤에, 상기 음극판 프레임과 상기 스트립이 결합된 부분을 압착하거나 용접하는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스트립이 단부에 돌출된 연결부를 더 포함하며, 이들 연결부를 결합함으로써 2 이상의 스트립이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속판의 중앙이 전극물질을 넣을 수 있도록 오목하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극물질이 상기 금속판 사이에 펠렛 또는 괴상 형태로 충전되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
6. 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법에 있어서,

   금속판 위에 다수의 관통공을 천공하는 천공단계;

   2장의 상기 금속판 사이에 전극물질 분말을 채워 넣는 충전단계;

   상기 금속판에 외력을 가하여 상기 2장의 금속판을 수소저장합금 분말과 함께 압착하므로써, 상기 수소저장합금 분말을 상기 2장의 금속판 사이에 구속시킨 후 압착하여 스트립을 형성하는 단계;

   상기 스트립을 요구되는 용량에 해당하는 수만큼 음극판 프레임에 삽입하는 단계; 및

   상기 음극판 프레임에 삽입된 2장 이상의 스트립을 서로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판의 제조방법.
7. 음극판 프레임;

   상기 음극판 프레임에 연결되는 전극단자;

   상기 음극판 프레임에 삽입되는 2장 이상의 스트립으로 이루어지며,

   상기 스트립은, 다수의 관통공이 형성된 2장의 금속판 사이에 전극물질을 충전시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.
8. 제7항에 있어서, 상기 음극판 프레임과 스트립의 결합부가 압착되거나 용접되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 스트립이 단부에 돌출된 연결부를 더 포함하며, 이들 연결부를 결합함으로써 2 이상의 스트립이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 금속판의 중앙이 전극물질을 넣을 수 있도록 오목하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.
11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전극물질이 상기 금속판 사이에 펠렛 또는 괴상 형태로 충전되는 것을 특징으로 하는 니켈/수소저장합금 2차 전지용 음극판.

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