JP5529765B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関し、より詳細には厚さを最小化することができる二次電池に関する。
再充電の可能な代表的な二次電池として、リチウム電池はニッケル−カドミウム(Ni−Cd)電池やニッケル−水素(Ni−MH)電池に比べて作動電圧及び単位重量当たりのエネルギー密度が高いために使用量が増加している。また、ポータブル電子機器の使用が増加するにつれて二次電池の使用が増加しており、使用者の要求に応じて二次電池のサイズ及び厚さを減少させるための研究が進行されている。
一方、近頃になってスマートカードに情報を格納するための格納部(Memory Unit)、及び情報処理のための処理部(Process Unit)が追加的に内蔵しており、このためにスマートカードに二次電池を内蔵する技術が開発されている。
日本公開特許2005−10859号(2005.1.13公開)には、ケースで密封されたキャパシタまたはリチウム電池などの二次電池を集積回路モジュールと重ならないように内蔵した薄膜形態の集積回路ICカードが開示されている。このように、スマートカードを国際規格に適するサイズで製造するためには、二次電池の厚さの減少が必要であるのが現状である。
特開2005−10859号公報
したがって、本発明は上記問題を鑑みてなされたものであって、その目的は厚さを最小化することができる二次電池を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明の一実施例による二次電池は、第1パッド部と第2パッド部を含む回路基板と、第1電極部と前記第1パッド部に連結された第1タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第1電極層と、第2電極部と前記第2パッド部に連結された第2タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第2電極層と、前記第1電極層及び第2電極層との間に位置したセパレーターと、を含む二次電池を提供する。
また、前記回路基板は前記二次電池の外装材で形成されうる。
また、前記回路基板、第1電極層、セパレーター及び第2電極層を収容する外装材をさらに含むことができる。
また、前記外装材は前記回路基板の一側上の第1サブ外装材と前記第1サブ外装材と向い合い、前記回路基板の他側上の第2サブ外装材を含み、前記第1及び第2サブ外装材は前記外装材のシーリングのためにそれぞれのエッジ部で互いに連結される。
また、前記外装材は可撓性樹脂からなりえる。
また、前記第1及び第2電極層に連結された第1及び第2端子部をさらに含むが、前記第1及び第2端子部はそれぞれ前記第1及び第2パッド部に隣接して前記外装材の外側に露出する。
また、前記回路基板は軟性回路基板である。
また、前記第2電極層の外面上には絶縁フィルムまたは絶縁層をさらに含む。
また、前記絶縁フィルムまたは絶縁層は前記回路基板の側面をシーリングする。
また、前記第2電極層上にはカバープレートをさらに含むことができる。
また、前記カバープレートは前記回路基板の側面をシーリングする。
また、前記第1及び第2パッド部は前記回路基板の表面上に位置して前記回路基板の表面上には第1電極層、セパレーター及び第2電極層を含む組み立て構造が積層されている。
また、前記回路基板は前記回路基板の表面上に保護膜をさらに含むが、前記第1及び第2タッブ部は前記保護膜で形成された第1及び第2開口部を介して露出した第1及び第2パッド部にそれぞれ連結される二次電池である。
また、前記保護膜は前記第1及び第2開口部を除いた前記回路基板の表面をコーティングする。
また、前記回路基板は前記回路基板の表面に対向する他側表面上に絶縁フィルムまたは絶縁層をさらに含むことができる。
また、前記回路基板は前記第1及び第2パッド部に電気的に連結された集積回路をさらに含む。
また、前記集積回路は、情報を格納する格納部、入力信号を受信する受信部、出力信号を伝送する送信部、及び前記信号を処理する処理部を含む。
また、前記第1電極部は前記集積回路と重畳され、前記第2電極部は前記第1電極部と重畳される。
また、前記セパレーターは前記第1電極層の幅より大きい幅を持つことができる。
さらに、本発明のまた他の実施例によれば、第1パッド部、第2パッド部及び前記第1及び第2パッド部に電気的に連結された集積回路を含む回路基板と、第1電極部と前記第1パッド部に連結された第1タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第1電極層と、第2電極部と前記第2パッド部に連結された第2タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第2電極層と、前記第1電極層及び第2電極層との間に位置したセパレーターと、前記回路基板、第1電極層、セパレーター及び第2電極層を収容する外装材を含むが、前記集積回路は情報を格納する格納部、入力信号を受信する受信部、出力信号を伝送する送信部及び前記信号を処理する処理部を含む二次電池を提供する。
以上説明したように、本発明による二次電池は、陽極活物質、セパレーター及び陰極活物質の積層体が回路基板に直接形成されることで、回路基板を外装材として活用することができ、厚さを最小化させることができるという効果を奏する。
さらに、スマートカードは自主的な情報格納及び処理のために二次電池を備える。そして、スマートカード内にケースで密封された二次電池が内蔵される場合、厚さの増加は不可避である。しかし、本発明は二次電池を陽極活物質、セパレーター及び陰極活物質の積層体で構成し、前記積層体が回路基板に直接接触されるようにすることで、厚さを最小化させることができるという効果を奏する。
本発明の一実施例による二次電池を説明するための分解斜視図である。 本発明のまた他の実施例による二次電池を説明するための分解斜視図である。 本発明の他の実施例による二次電池を説明するための分解斜視図である。 図2の二次電池を説明するための断面図である。 図3の回路基板を説明するためのブロック図である。 図2による二次電池の積層構造を説明するための断面図である。 図2による二次電池の積層構造を説明するための断面図である。 図2による二次電池の積層構造を説明するための断面図である。 図5Aないし図5CのI1−I11部分を切り取った断面図である。 図5Aないし図5CのI1−I11部分を切り取った断面図である。 図5Aないし図5CのI1−I11部分を切り取った断面図である。 図5CのI2−I22部分を切り取った断面図である。 図2の二次電池の外装材を説明するための断面図である。 図2の二次電池を説明するための断面図である。 図2の二次電池を説明するための斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例について詳しく説明する。図1Aは、本発明の一実施例による二次電池を説明するための分解斜視図である。
図1Aを参照すれば、二次電池110は、保護回路122を含む回路基板120、回路基板120上に形成されて回路基板120のパッド部126aに連結された陽極層132、陽極層132と対向するように配置されて回路基板120のパッド部126bに連結された陰極層136、そして陽極層132及び陰極層136の間に介在されたセパレーター134を含む。
本発明の実施例において、前記パッド部(126a、126b)は、それぞれ第1パッド部と第2パッド部に区分することができ、前記陽極層及び陰極層132、136はそれぞれ第1電極層と第2電極層に区分することができる。
回路基板120は、本実施例において軟性回路基板(FlexiblePrinted Circuit)のような薄膜形態でなる。回路基板120には所定の回路配線124及び回路配線124に連結されたパッド部(126a及び126b)が形成されて、回路配線124には保護回路122が連結される。回路基板120の表面は保護膜128でコーティングされ、保護膜128に形成された開口部を介してパッド部(126a及び126b)が外部に露出される。
陽極層132は、回路基板120上に例えば、10μmないし30μm程度の厚さで形成される。陽極層132は、電極部132a及び電極部132aから突出された形態のタッブ部132bを含み、タッブ部132bが露出されたパッド部126aと連結されることで陽極層132が回路基板120に連結される。
陽極層132は、陽極活物質でなり、スプレイ、コーティングまたは蒸着方法によって形成されうる。陽極活物質としてはコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などのようなリチウム係酸化物が使用可能であり、バインダー及び導電材を混合することができる。
本発明の陽極層132は、アルミニウムAlなどの金属からなる陽極集電体を含んでいないから、充分な伝導性が確保されるようにするためには導電材が10%以上の割合、好ましくは10ないし40%の程度混合しなければならない。
セパレーター134は、陽極層132上に例えば、3μmないし10μm程度の厚さで形成され、陽極層132と陰極層136の短絡が防止されるようにするために陽極層132より広く、好ましくは陽極層132の電極部132a側壁まで取り囲むように形成することが好ましい。前記セパレーターは、前記第1電極層である陽極層の幅より大幅を持つことが好ましい。
セパレーター134は、リチウムイオンが通過できる多孔性の絶縁物として、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリオレフィンなどの樹脂や、これらの樹脂の混合物、またはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンを含む群より選ばれる一つ以上の材料を含む纎維不織布で形成することができる。
また、セパレーター134にはEC(Ethylene Carbonate)係またはPC(Propylene Carbonate)係の電解液が含まれる。例えば、セパレーター134を電解液に浸す方法で電解液をセパレーター134に浸透させて介在することができる。
陰極層136は、セパレーター134上に例えば、10μmないし30μm程度の厚さで形成される。陰極層136は電極部136a及び電極部136aから突出された形態のタッブ部136bを含み、タッブ部136bが露出されたパッド部126bと連結されることで、陰極層136が回路基板120に連結される。
陰極層136の電極部136aは陽極層132の電極部132aと重畳されるように配置され、タッブ部136bは陽極層132のタッブ部132bと互いに重畳されないように互いに異なる位置に配置されなければならない。また、本実施例では前記第2電極層である陰極層136上に別途のカバープレートをさらに含み、前記カバープレートが回路基板の側面をシーリングすることができる。陰極層136は陰極活物質からなり、スプレイ、コーティングまたは蒸着方法で形成されうる。陰極活物質としては炭素を含むコーク係炭素または黒煙係炭素が使用可能であり、バインダー及び導電材を混合することができる。
本実施例で前記電極部(132a、136a)とタッブ部(132b、136b)は、それぞれ第1電極部と第2電極部、第1タッブ部と第2タッブ部に区分することができる。
本実施例の二次電池110は、陽極層132、セパレーター134及び陰極層136の積層体が回路基板120に直接形成されることで、回路基板120を外装材として活用することができ、かつ厚さが最小化されうる。
図1Bは、本発明のまた他の実施例に関し、図面を参照すれば、本実施例の二次電池110’は保護回路122を備えた回路基板120、前記回路基板120に形成されて前記回路基板120上でパッド部126aに連結された陽極層132、前記回路基板120上でパッド部126bと連結されて回路基板120と向い合う陽極層132の一側上に配置された陰極層136、前記陽極層と陰極層132、136との間に配置されたセパレーター134を含む。
本実施例による二次電池110’は、前記図1Aの二次電池110と類似するので、詳細な説明は略する。ただし、本実施例では二次電池110’が回路基板120の一側に前記保護膜128と対向する一側上に絶縁層129をさらに含む。すなわち、前記絶縁層129は二次電池110’の外面になり得る。また、前記二次電池110’は陰極層136の一側上でセパレーター134と対向する側に絶縁層139をさらに含むことができる。前記絶縁層(129、139)はフィルム、コーティング、カバープレートまたは他の適切な形態の絶縁層で形成可能である。本実施例において、前記絶縁層(129、139)の少なくともいずれか一つは回路基板120の側面をシーリングするように形成することができる。
図2は、本発明の他の実施例による二次電池を説明するための分解斜視図である。図5Aないし図5Cは、図2の積層された二次電池を説明するための平面図で、図6Aないし図6Dは図2の積層された二次電池を説明するための断面図である。
図2を参照すれば、二次電池100は集積回路モジュール22を含む回路基板20、回路基板20上に形成されて回路基板20のパッド部26aに連結された陽極層32、陽極層32と対向するように配置されて回路基板20のパッド部26bに連結された陰極層36、陽極層32及び陰極層36の間に介在されたセパレーター34、そして陽極層32及び陰極層36とそれぞれ連結されて外部に露出されるように端子40が備えられた外装材10a及び10bを含む。
図2及び図3を参照すれば、回路基板20は軟性回路基板のような薄膜形態でなる。回路基板20には所定の回路配線24及び回路配線24に連結されたパッド部26a及び26bが形成されて、回路配線24には集積回路モジュール22が連結される。
図4を参照すれば、集積回路モジュール22は情報を格納する格納部222、外部から信号を受信する受信部224、外部へ信号を送信する送信部226、そして受信部224を介して受信された信号を処理して格納部222に情報を格納し、格納部222の前記情報を処理して送信部226へ提供する処理部228を含む。
格納部222は、情報を格納するためのメモリ素子を含み、処理部228は情報処理のための中央処理装置を含むことができる。また、本実施例による集積回路モジュール22を含む二次電池100は、スマートカードに提供されうる。また、接触式カードの場合、受信部224及び送信部226はカードリーダ器との通信のための接触部(図示せず)を備え、非接触式カードの場合、受信部224及び送信部226はコイル形態のアンテナ(図示せず)を備える。
集積回路モジュール22を含む回路基板20の全体表面には、絶縁性の保護膜28が形成され、保護膜28に形成された開口部28aを介してパッド部(26a及び26b)が外部に露出される。保護膜28はポリエチレン、ポリプロピレンまたは他の適する絶縁層等で形成される。
図4には集積回路モジュール22の一例として、格納部222、受信部224、送信部226及び処理部228で構成される場合を示したが、ユーザの情報を格納して演算などの情報処理ができ、カードリーダ器との通信の可能な構成であれば特別に限定されない。
図5A及び図6Aを参照すれば、陽極層32は回路基板20上に例えば、10μmないし30μm程度の厚さで形成される。陽極層32は電極部32a及び電極部32aから突出された形態のタッブ部32bを含み、タッブ部32bが露出されたパッド部26aと連結されることで陽極層32が回路基板20に連結される。
陽極層32は、陽極活物質でなり、スプレイ、コーティングまたは蒸着方法によって形成されうる。陽極活物質としてはコバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などのようなリチウム係酸化物が使用可能であり、バインダー及び導電材を混合することができる。
本発明の陽極層32は、アルミニウムAlなどの金属からなる陽極集電体を含んでいないから、充分な伝導性が確保されるようにするためには導電材が10%以上の割合、好ましくは10ないし40%の程度混合しなければならない。
図5Bおよび図6Bを参照すれば、陰極層36は、セパレーター34上に例えば、10μmないし30μm程度の厚さで形成される。陰極層36は電極部36a及び電極部36aから突出された形態のタッブ部36bを含み、タッブ部36bが露出されたパッド部26bと連結されることで、陰極層36が回路基板20に連結される。
陰極層36の電極部36aは陽極層32の電極部32aと重畳されるように配置され、タッブ部36bは陽極層32のタッブ部32bと互いに重畳されないように互いに異なる位置に配置されなければならない。すなわち、図5CのI1−I11部分では、図6Cのように陽極層32の電極部32aが露出され、図5CのI2−I22部分では図6Dのように陰極層36の電極部36aが露出されなければならない。
陰極層36は、陰極活物質でなり、スプレイ、コーティングまたは蒸着方法で形成されうる。陰極活物質では炭素を含むコーク係炭素または黒煙係炭素を使用することができ、バインダー及び導電材を混合することができる。
図2及び図7を参照すれば、外装材10はそれぞれ第1サブ外装材10aと第2サブ外装材10bに区分することができ、前記第1及び第2サブ外装材(10a、10b)は、前記外装材のシーリングのためにそれぞれのエッジ部で互いに連結可能である。そして、前記第1サブ外装材10a及び第2サブ外装材10bが互いに連結された薄膜形態に提供されうる。第1サブ外装材10a及び第2サブ外装材10bがいずれか一つ例えば、第2サブ外装材10bには貫通するホールを介して内側面と外側面が電気的に連結される端子(40a及び40b)が形成される。端子(40a及び40b)は陽電極32のタッブ部32b及び陰電極36のタッブ部36bとそれぞれ一致するように形成されなければならない。前記(端子40a、40b)はそれぞれ第1端子部と第2端子部に区分することができる。
外装材10は可撓性の樹脂として、ナイロン、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、PET(Polyethylene Terephalate)、PPET−G( Polyethylene Terephalate −G)、テプロン(Polytetrafluoroethylene、PTFE)などの合成樹脂からなる。外装材10は、合成樹脂からなるフィルムの単一層または多層構造や、合成樹脂からなるフィルムとアルミニウムなどの金属薄膜の多層構造で形成されることも可能である。
図8を参照すれば、第1サブ外装材10a及び第2サブ外装材10bとの間に回路基板20、陽極層32、セパレーター34及び陰極層36の積層体が介在された状態で、第1サブ外装材10a及び第2サブ外装材10bの端部を熱圧着などの方法で接着するかまたは密封材またはシーリング材で接合することで、図9のように積層体が密封される。この際、陽極層32のタッブ部32b及び陰極層36のタッブ部36bは、露出した状態なので圧着によって第2サブ外装材10bの端子(40a及び40b)にそれぞれ連結される。外装材10の外部に露出された端子40a及び40bが陽極層32のタッブ部32b及び陰極層36のタッブ部36bと連結されることで、二次電池を充電及び放電させることができる。
本実施例の二次電池は、自主的な情報格納及び処理の可能な現金カード、クレジットカード、ポイントカード、電子マネーカード、交通カード、識別(ID)カードなどのスマートカード分野に適用されうる。
以上のように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることはもちろんであり、かかる変形や変更が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
10 外装材、
10a 第2サブ外装材、
10b 第1サブ外装材、
20、120 回路基板、
22、122 集積回路モジュール、
24、124 回路配線、
26a、26b、126a、126b パッド部、
28、128 保護膜、
28a 開口部、
32、132 陽極層、
32a、36a、132a、136a 電極部、
32b、36b、132b、136b タッブ部、
34、134 セパレーター、
36、136 陰極層、
40a、40b 端子、
100、110 二次電池、
222 格納部、
224 受信部、
226 送信部、
228 処理部

Claims (15)

  1. スマートカードに使用される二次電池であって、
    第1パッド部と第2パッド部を含む回路基板と、
    第1電極部と前記第1パッド部に連結された第1タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第1電極層と、
    第2電極部と前記第2パッド部に連結された第2タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第2電極層と、
    前記第1電極層及び第2電極層の間に位置したセパレーターと、を含み、
    前記回路基板は、その上面に前記第1電極層、セパレーター、第2電極層からなる積層体が配置され、かつ外面が外装材で覆われ、
    前記第1電極層の第1タップ部は、前記第1電極部から突出された形態とされて、前記回路基板の第1パッド部に連結され、
    前記第2電極層の第2タップ部は、前記第2電極部から突出された形態とされて、前記回路基板の第2パッド部に連結され、
    前記外装材は、前記第1、第2電極層及び前記セパレーターからなる積層体と、前記回路基板とを覆うものであり、前記積層体及び前記回路基板を覆うためにそれぞれのエッジ部で互いにシーリングされるとともに、前記第1タップ部と前記第1パッド部との連結部、及び前記第2タップ部と前記第2パッド部との連結部との間でもシーリングされることを特徴とする二次電池。
  2. 前記回路基板は、軟性回路基板であることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  3. 前記第2電極層の外面上には絶縁フィルムまたは絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  4. 前記絶縁フィルムまたは絶縁層は、前記回路基板の側面をシーリングすることを特徴とする請求項3記載の二次電池。
  5. 前記第2電極層上にはカバープレートをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  6. 前記カバープレートは前記回路基板の側面をシーリングする請求項5記載の二次電池。
  7. 前記第1及び第2パッド部は、前記回路基板の表面上に位置して前記回路基板の表面上には前記第1電極層、セパレーター及び第2電極層を含む積層体が形成されていることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  8. 前記回路基板は、前記回路基板の表面上に保護膜をさらに含むが、前記第1及び第2タッブ部は前記保護膜で形成された第1及び第2開口部を介して露出された第1及び第2パッド部にそれぞれ連結されることを特徴とする請求項7記載の二次電池。
  9. 前記保護膜は、前記第1及び第2開口部を除いた前記回路基板の表面をコーティングすることを特徴とする請求項8記載の二次電池。
  10. 前記回路基板は、前記回路基板の表面に対向する他側表面上に絶縁フィルムまたは絶縁層をさらに含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。
  11. 前記回路基板は、前記第1及び第2パッド部に電気的に連結された集積回路をさらに含むことを特徴とする請求項8記載の二次電池。
  12. 前記集積回路は、情報を格納する格納部と、入力信号を受信する受信部、出力信号を伝送する送信部、及び前記信号を処理する処理部を含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。
  13. 前記第1電極部は前記集積回路と重畳され、前記第2電極部は前記第1電極部と重畳される請求項11記載の二次電池。
  14. 前記セパレーターは、前記第1電極層の幅より大きい幅を持つことを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  15. スマートカードに使用される二次電池であって、
    第1パッド部、第2パッド部及び前記第1及び第2パッド部に電気的に連結された集積回路を含む回路基板と、
    第1電極部と前記第1パッド部に連結された第1タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第1電極層と、
    第2電極部と前記第2パッド部に連結された第2タッブ部を含む少なくとも一つ以上の第2電極層と、
    前記第1電極層及び第2電極層との間に位置したセパレーターと、
    前記回路基板は、その上面に前記第1電極層、セパレーター、第2電極層からなる積層体が配置され、かつ外面が外装材で覆われ、
    前記第1電極層の第1タップ部は、前記第1電極部から突出された形態とされて、前記回路基板の第1パッド部に連結され、
    前記第2電極層の第2タップ部は、前記第2電極部から突出された形態とされて、前記回路基板の第2パッド部に連結され、
    前記集積回路は情報を格納する格納部、入力信号を受信する受信部、出力信号を伝送する送信部及び前記信号を処理する処理部を含み、
    前記外装材は、前記第1、第2電極層及び前記セパレーターからなる積層体と、前記回路基板とを覆うものであり、前記積層体及び前記回路基板を覆うためにそれぞれのエッジ部で互いにシーリングされるとともに、前記第1タップ部と前記第1パッド部との連結部、及び前記第2タップ部と前記第2パッド部との連結部との間でもシーリングされることを特徴とする二次電池。
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