JP6665389B2 - フレキシブル電池 - Google Patents

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Description

本発明はフレキシブル電池に関する。
最近、モバイル電子機器の小型軽量化によりこれら電子機器などに電力を供給する電池に対しても駆動用およびバックアップ用の用途を問わず、小型化、薄型化、軽量化の要求が高まっている。また、電子機器内の収納空間を効率的に使用できることが要求されている。そして、このような電池としては、例えばエネルギー密度や出力密度が大きく再充電可能なリチウムイオン２次電池が適合する。
本発明はフレキシブル電池を提供することを課題とする。
本発明の一実施例に係るフレキシブル電池は、第１基板、第２基板、前記第１基板と前記第２基板との間に前記第１基板および前記第２基板の長さ方向に配列された第１ユニットセル、および第２ユニットセルを含み、前記第１、第２ユニットセルは電気的に相互連結されたことを特徴とする。
本発明は、前記第１基板と前記第２基板の間の周りに沿って形成されたシーリング部をさらに含むことができる。
前記シーリング部は前記第１、第２ユニットセル間にも形成することができる。
前記第１、第２ユニットセルは直接電気的に連結するかまたは導電性接着層を通じて電気的に連結することができる。
前記第１、第２ユニットセルのそれぞれは前記第１基板に形成された第１導電性パターン、前記第１導電性パターンにコーティングされた第１活物質層、前記第２基板に形成された第２導電性パターン、前記第２導電性パターンにコーティングされた第２活物質層および、前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に介在した分離膜を含み、前記第１、第２活物質層は相互間に対向可能である。
本発明は、前記第１ユニットセルの第１導電性パターンと前記第２ユニットセルの第２導電性パターンとを電気的に相互接続する電気的接続部をさらに含むことができる。
本発明は、前記電気的接続部の外側に形成されたシーリング部をさらに含むことができる。
前記電気的接続部は第１導電性パターンまたは第２導電性パターンに形成された突起、または第１導電性パターンと第２導電性パターンとの間に介在した導電性接着層を含むことができる。
前記第１ユニットセルの第１導電性パターンは第１辺を含み、前記第２ユニットセルの第２導電性パターンは第２辺を含み、前記第１辺と前記第２辺全体は電気的に相互接続することができる。
前記第１ユニットセルの第１導電性パターンは第１辺を含み、前記第２ユニットセルの第２導電性パターンは第２辺を含み、前記第１辺と前記第２辺のうちの一部領域はポイント形状に電気的に相互接続することができる。
本発明の一実施例はフレキシブル電池を提供する。つまり、本発明は、第１基板と第２基板との間に薄膜形状の第１ユニットセルおよび第２ユニットセルを長さ方向または水平方向に配列し、このような第１ユニットセルおよび第２ユニットセルを第１基板と第２基板とがなす内部空間で電気的に相互連結されて、薄膜形状でかつ容易に曲げられる電池を提供する。
また、本発明は第１基板および第２基板内の第１ユニットセルおよび第２ユニットセルを直接または間接的に電気的に連結することによって、従来のような電池外部でのバスバーまたはコネクティングバーなどが要らないフレキシブル電池を提供する。
また、本発明は第１基板および第２基板の表面に形成された導電性パターンが水分浸透を防止し、さらに第１ユニットセルと第２ユニットセルとを電気的に連結する電気的接続部が第１ユニットセルと第２ユニットセルとを物理的に隔離させることによって、第１、第２ユニットセルが電解液を共有できないようにし、また、電解液の外部漏液現象を防止することができるフレキシブル電池を提供する。
また、本発明は第１基板および第２基板内の第１ユニットセルと第２ユニットセルとの間にシーリング部をさらに形成することによって、第１、第２ユニットセル間の電解液が共有されないようにするだけでなく、機構的剛健性が向上したフレキシブル電池を提供する。
本発明の一実施例に係るフレキシブル電池でユニットセル間の電気的連結前の状態を示した断面図である。 本発明の一実施例に係るフレキシブル電池でユニットセル間の電気的連結後の状態を示した断面図である。 本発明の一実施例に係るフレキシブル電池の第１、第２基板をそれぞれ示した平面図である。 本発明の他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明の他の実施例に係るフレキシブル電池の第１、第２基板をそれぞれ示した平面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池の第１、第２基板をそれぞれ示した平面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池を示した断面図である。 本発明に係るフレキシブル電池に用いられる基板の一例を示した断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例は該当技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、これら実施例は本開示をより充実かつ完全になるようにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面上で同一符号は同一な要素を示す。本明細書で用いられたように、‘および／または’という用語は該当記載された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で用いられる‘連結される’および‘連結する’はＡ部材とＢ部材とが直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材との間にＣ部材が介在してＡ部材とＢ部材とが間接連結される場合も含む。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施例を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数型は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ）’および／または‘含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）’は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
本明細書で第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために用いられるが、これら部材、部品、領域、層および／または部分は、前記用語によって限定されてはならないということは明らかであろう。前記用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分から区別する目的にのみ用いられる。したがって、以下に説明する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の思想を外れなくても第２部材、部品、領域、層または部分を指称することができる。
‘〜真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）’、‘〜の下に（ｂｅｌｏｗ）’、‘〜下部の（ｌｏｗｅｒ）’、‘〜上に（ａｂｏｖｅ）’、‘〜上部の（ｕｐｐｅｒ）’のような空間的に相対的な用語は図面に図示されたようにある要素または特徴と異なる要素または特徴の容易な理解のために用いられる。このような空間的に相対的な用語は本発明の多様な工程状態または使用状態により本発明の容易な理解のためのものであり、本発明を限定するものではない。もし、図面の要素または特徴がひっくり返ったら、‘〜真下に’または‘〜の下に’と記載された要素または特徴は、‘〜上部’または‘〜上に’となる。したがって、‘〜下に’は‘〜上部’または‘〜下に’を包括する概念である。
また、本明細書で用いられる‘分離膜’は分離膜と親和性が小さい液体電解質を使用する液体電解質電池で一般に通用する分離膜を含む。さらには、本明細書で用いられる‘分離膜’は、電解質が分離膜に強く束縛されて電解質と分離膜が同じものと認識される真性固体ポリマー電解質、および／またはゲル固体ポリマー電解質を含む概念である。したがって、前記分離膜は本明細書で定義するところにより、その意味が定義されなければならない。
図１ａは本発明の一実施例に係るフレキシブル電池１００においてユニットセル間の電気的連結前の状態を示した断面図であり、図１ｂはユニットセル間の電気的連結後の状態を示した断面図であり、図１ｃはフレキシブル電池１００の第１、第２基板１１０、１２０をそれぞれ示した平面図である。
図１ａおよび図１ｂに示されているように、本発明の一実施例に係るフレキシブル電池１００は第１基板１１０と、第２基板１２０と、第１、第２基板１１０、１２０の間に水平方向に配列され電気的に相互連結された第１ユニットセル１３０と、第２ユニットセル１４０とを含む。さらに、本発明は第１、第２基板１１０、１２０の間に形成された第１、第２ユニットセル１３０、１４０を外部環境から保護するためのシーリング部１５１をさらに含むことができる。
第１、第２基板１１０、１２０はそれぞれほぼ直四角形状のパネル形態であり、所定の厚さ、長さおよび幅を有する。一例として、第１、第２基板１１０、１２０の厚さはほぼ１０μｍ乃至１、０００μｍであることができ、第１、第２基板１１０、１２０の長さおよび幅はほぼ１０ｍｍ乃至１０、０００ｍｍであることができるが、本発明はこのような数値に限定されるものではない。
第１、第２基板１１０、１２０はほぼ１００℃未満の使用温度を有するＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＶＣ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ＰＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）またはＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）等のようなプラスチックフィルムより高い使用温度を有するプラスチックフイルムで製造することが望ましい。例えば、第１、第２基板１１０、１２０は、ほぼ１００℃以上の使用温度を有するＰＣ（ｐｏｌｙ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ＰＡＲ、ＰＰＳ（ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ））、ＬＣＰ（ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ））、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）およびその中から選択されたいずれか一つで製造できるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
さらに、場合により第１、第２基板１１０、１２０は、例えば、内側に形成されたアルミニウム、銅、鉄等の金属薄膜をさらに含むことができる。
第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０は基本的に第１、第２基板１１０、１２０の間で長さ方向または水平方向に配列され、直接または間接的に電気的に相互連結された形態をする。もちろん、本発明は第１、第２ユニットセル１３０、１４０以外に、もっと多くのユニットセルを含むことができるが、本発明の明確な理解のために、代表的に第１、第２ユニットセル１３０、１４０およびその電気的連結関係を中心にして説明する。
第１、第２ユニットセル１３０、１４０は、それぞれ第１基板１１０に形成された第１導電性パターン１３１と、第１導電性パターン１３１にコーティングされた第１活物質層１３３と、第２基板１２０に形成された第２導電性パターン１３４と、第２導電性パターン１３４にコーティングされた第２活物質層１３６と、第１活物質層１３３と第２活物質層１３６との間に介在した分離膜１３７とを含み、第１活物質層１３３と第２活物質層１３６は互いに対向する。
第１導電性パターン１３１は、例えば、銅、ニッケルまたはこれらの合金が第１基板１１０に電解メッキ、無電解メッキ、物理的気相蒸着（ＰＶＤ）、スパッタリング、イベポレーション、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）、常温真空蒸着、エアロゾルデポジションおよびその等価方法のうちいずれか一つによって形成することができる。また、第１導電性パターン１３１は薄膜型、ラス（ｌａｔｈ）型、パンチングメタル（ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｍｅｔａｌ）型、網（ｎｅｔ）型などで形成することができる。また、第１導電性パターン１３１は薄型電池を実現するために、例えば、ほぼ２０μｍより小さい厚さを持つこともある。
第１活物質層１３３は第１導電性パターン１３１にコーティングして形成することができる。このような第１活物質層１３３は製造する電池の種類によって異なり、特に限定されるものではない。例えば、リチウムイオン２次電池の場合、第１活物質としては、リチウムをドープおよび脱ドープ可能な黒鉛化が難しい炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を用いることができる。具体的には、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン（ｆｕｒａｎｅ）樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭素等の炭素材料が挙げられる。その他に、リチウムをドープおよび脱ドープ可能な材料としてはポリアセンチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ２等の酸化物であることができる。このような材料で第１活物質層１３３を形成する場合、導電剤およびバインダーが用いられることは当然である。
このような第１活物質層１３３は、例えば、ドクターブレードコーティング方法、ダイコーティング方法、グラビアコーティング方法、スプレーコーティング方法、静電コーティング方法またはバーコーティング方法等の通常の方法が採用される。さらに、このような第１活物質層１３３のコーティング厚さは目標厚さにより適切に選択される。もちろん、このようなコーティング後には高温空気乾燥、赤外線乾燥、減圧乾燥および誘導加熱乾燥等のような通常の乾燥工程が遂行される。さらに、このような工程での乾燥雰囲気として、例えば、アルゴンガス雰囲気および窒素ガス雰囲気等の不活性ガス雰囲気、大気および真空が提供される。なお、このような工程で形成される第１活物質層１３３の厚さは、好ましくは、例えばほぼ０．１μｍ乃至１、０００μｍの範囲内、特に好ましくはほぼ０．１μｍ乃至３００μｍの範囲内にある。
第２導電性パターン１３４および第２活物質層１３６の形成方法は、上述した第１導電性パターン１３１および第１活物質層１３３の形成方法とほとんど類似または同一であるので、主としてその差異点について説明する。
第２導電性パターン１３４は、例えば、アルミニウム、チタン、またはこれらの合金であることができる。また、第２導電性パターン１３４の形状は薄膜型、ラス（ｌａｔｈ）型、パンチングメタル（ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｍｅｔａｌ）型、網（ｎｅｔ）型などであることができる。また、第２導電性パターン１３４の厚さは薄型電池を実現するため、例えばほぼ２０μｍより小さいこともある。
第２活物質層１３６は製造する電池の種類によって異なり、特に限定されるものではない。例えば、第２活物質層１３６はリチウム電池またはリチウムイオン電池の場合、リチウムの吸収および放出が可能な材料であれば特に限られない。具体的にはＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等のリチウムを含有しない金属硫化物または酸化物や一般式ＬｉｘＭＯ２（式中、Ｍは１種以上の遷移金属であり、Ｘは電池の充放電形態によって異なるが、通常０．０５≦Ｘ≦１．１０である）で表されるリチウム複合酸化物などであることができる。ここで、遷移金属ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどであることができる。このようなリチウム複合酸化物の具体的な例としては、ＬｉＣＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮＹＣｏ１−ＹＯ２（式中、０<Ｙ<１である）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等が挙げられる。これらリチウム複合酸化物は高電圧を発生させることができ、エネルギー密度が優れている。
特に、第２活物質層１３６として高電圧および固体的密度が得られ、サイクル特性に優れている点で、リチウムコバルト酸化物やリチウムニッケル酸化物が用いられる。このようなリチウム複合酸化物はリチウムの炭酸塩、酢酸塩、酸化物または水酸化物と、コバルト、マンガンまたはニッケル等の炭酸塩、酢酸塩、酸化物または水酸化物を所望する組成により粉砕混合して、酸素雰囲気下で６００ないし１０００℃の温度範囲で焼成することによって製造することができる。また、以上のような第２活物質層１３６を使って電極を形成するときは、公知の導電剤やバインダー等が添加されることは当然である。
分離膜１３７は第１活物質層１３３と第２活物質層１３６との間に介在し、一例として、第１活物質層１３３を完全に覆う形態で形成することができる。このような分離膜１３７は特に限定されるものではないが、一例として、多孔性のポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）系分離膜またはセラミック分離膜であることができる。ポリオレフィン系分離膜は３層構造としてシリンダー型孔（ｐｏｒｅ）構造を有するＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）／ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）／ＰＰであるか、または単層構造として網形態の孔（ｐｏｒｅ）構造を有するＰＰまたはＰＥであることができる。さらに、セラミック分離膜はポリオレフィン系分離膜の表面にセラミックをコーティングして得られるものであるか、または不織布の表面にセラミックをコーティングして得られるものであることもある。ここで、前記セラミックは主にアルミナであることができる。
また、分離膜１３７としてポリマー電解質層が利用されることもできる。この場合、ポリマー電解質層は、前述のように、第１活物質層１３３だけを完全に囲む形態であることができる。ポリマー電解質層は特に限定されるものではないが、膜分離特性を有する高分子固体電解質、またはこれらに可塑剤を添加したゲル状電解質であることができる。
また、図に示していないが、分離膜１３７がポリマー電解質層を含まない場合、別途の電解液を必要とするが、このような電解液は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、ジオキソラン、４−メチルジオキソラン、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、１、２−ジメトキシエタン、スルホラン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ニトロベンゼン、ジメチルカーボネート、メチルエーテルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジエチレングリコール、ジメチルエーテルなどの非プロトン性溶媒、またはこのような溶媒中、２種以上を混合した混合溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＮ（ＣｘＦ２ｘ＋１ＳＯ２）（ＣｙＦ２ｙ＋１ＳＯ２）（ここでｘ、ｙは自然数）、ＬｉＣｌ、ＬｉＩなどのリチウム塩からなる電解質の１種または２種以上を混合、形成したものを溶解させて使用することができる。
一方、隣接した第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４は直接または間接的に相互連結される。つまり、第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０が電気的に直列および／または並列に連結される。例えば、第１基板１１０に形成された第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１および第２基板１２０に形成された第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４は相互間超音波溶接することができる。ここで、第１導電性パターン１３１の一端および第２導電性パターン１３４の一端が相互間圧着されるため、第１基板１１０および第２基板１２０にそれぞれ一定の深さのディンプル（ｄｉｍｐｌｅ）１１１、１２１を形成することができる。また、このような超音波溶接が容易に行われるように、第１導電性パターン１３１の一端には第１突起１３２が形成され、第２導電性パターン１３４の一端には第２突起１３５が形成されて、このような第１突起１３２および第２突起１３５が相互重畳した後、電気的に接続することができる。さらに、超音波溶接が容易に遂行されるように、例えば第１導電性パターン１３１は銅であり、第２導電性パターン１３４はアルミニウムである場合、第１導電性パターン１３１にアルミニウムメッキしたり、または第２導電性パターン１３４に銅メッキした後、相互間超音波溶接することもできる。
また、本発明はこのような超音波溶接に限定されず、その他にもレーザ溶接や抵抗溶接などの方式が適用可能である。もちろん、このようなレーザ溶接や抵抗溶接の際には溶接領域と対応する第１、第２基板１１０、１２０の所定領域を除去することができる。
さらに、第１基板１１０および第２基板１２０の最外側に形成された第１導電性パターン１３１および第２導電性パターン１３４に別途の引出しタップ、引出しリードおよび／または引出しワイヤーが電気的に接続され、これらが端子として用いることができる。このような端子は外部電子機器および／または充電器に接続することができる。
シーリング部１５１は第１基板１１０と第２基板１２０の間の周りに沿って形成され、このようなシーリング部１５１によって内部の第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０が外部環境から保護される。さらに、第１、第２基板１１０、１２０の内部に液体電解質がある場合、上述したシーリング部１５１によって液体電解質が外部へ漏液しない。このようなシーリング部１５１は、例えば、ポリオレフィン樹脂のようなホットメルト接着剤であることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１ｃに示されているように、第１基板１１０はほぼ直四角形状に形成され、このような第１基板１１０の上に第１導電性パターン１３１、第１活物質層１３３および分離膜１３７が一つのユニットをなし、このようなユニットが水平方向に離隔して形成されている。さらに、離隔した全てのユニットはほぼ直四角形状のシーリング部１５１内側に位置する。
また、第２基板１２０もほぼ直四角形状に形成され、このような第２基板１２０の上に第２導電性パターン１３４および第２活物質層１３６が一つのユニットをなし、このようなユニットが水平方向に離隔して形成されている。さらに、離隔した全てのユニットはほぼ直四角形状のシーリング部１５１内側に位置する。
このようにして、第１基板１１０および第２基板１２０が対向したまま上述したシーリング部１５１が相互接着されると、第１、第２基板１１０、１２０が一体化される。つまり、第１、第２基板１１０、１２０の内側に第１、第２ユニットセル１３０、１４０が完成する。
また、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４が相互間超音波溶接されることによって、第１、第２ユニットセル１３０、１４０が電気的に相互接続される。ここで、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４が電気的に相互接続される領域を電気的接続部１３８と定義することができる。
言い換えれば、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１は第１辺（短辺）を含み、第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４は第２辺（短辺）を含むが、このような第１辺と第２辺全体が電気的接続部１３８をなして相互接続することができる。
したがって、第１ユニットセル１３０と第２ユニットセル１４０は、例えば、電解液を共有せず、独立的に電解液を持つことになる。つまり、第１ユニットセル１３０は２辺または３辺のシーリング部１５１と、１辺または２辺の電気的接続部１３８を持つことによって、隣接した第２ユニットセル１４０と電解液を共有しないことになり、これによって、電流漏れ現象を防止することができる。
さらに、本発明では第１活物質層１３３、分離膜１３７および第２活物質層１３６は大部分が第１導電性パターン１３１および第２導電性パターン１３４によって囲まれているため、外部から水分は第１、第２基板１１０、１２０を通過して第１、第２ユニットセル１３０、１４０の内部によく浸透しない。
このようにして本発明はアプリケーションにより１２Ｖ、４８Ｖなどに該当する第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０が直列に連結されたセル−モジュール一体型フレキシブル電池１００を提供する。また、第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０はシーリング部１５１および電気的接続部１３８によって外部環境から完璧にシーリングされる。また、本発明は従来のように電池外側に具備された別途のバスバーなどを必要とせず、内部でユニットセル同士電気的に連結されたフレキシブル電池１００を提供する。さらに、本発明は必要に応じて折り畳むかまたは巻き物のように巻かれるフレキシブル電池１００を提供する。
図２ａは本発明の他の実施例に係るフレキシブル電池２００を示した断面図であり、図２ｂはフレキシブル電池２００の第１、第２基板１１０、１２０をそれぞれ示した平面図である。
図２ａおよび図２ｂに示されているように、本発明の他の実施例に係るフレキシブル電池２００において第１、第２基板１１０、１２０の周りにシーリング部１５１を形成するだけでなく、第１ユニットセル１３０と第２ユニットセル１４０の間の境界領域にシーリング部２５２ａ、２５２ｂをさらに形成することもできる。例えば、シーリング部２５２ａ、２５２ｂは第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４が相互間接続された部分、つまり、電気的接続部１３８を中心にそれぞれ両側に形成することができる。もちろん、このようなシーリング部２５２ａ、２５２ｂは第１、第２基板１１０、１２０の周りに沿って直四角形状に形成されたシーリング部１５１と連結される。さらに、上述したシーリング部２５２ａ、２５２ｂは分離膜１３７に接触することができて、実質的に第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０にボイド発生を最小化する。
したがって、本発明に係るフレキシブル電池２００は第１ユニットセル１３０と第２ユニットセル１４０との間の電解液隔離がさらに完璧に行われる。また、シーリング部２５２ａ、２５２ｂが電気的接続部１３８をほぼ取り囲んで、第１基板１１０と第２基板１２０とを相互接続することで、フレキシブル電池２００の機械的強度はさらに向上する。
図３は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池３００を示した断面図である。
図３に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池３００で第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４は別途の導電性接着層３３９を通じて電気的に相互接続することができる。ここで、導電性接着層３３９はポリマー基材と導電性フィラー（ｆｌｌｅｒ）粒子からなる等方性導電性接着剤（Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ：ＩＣＡｓ）、熱可塑性および／または熱硬化性ポリマー基材と導電性フィラー粒子からなる異方性導電性接着剤（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅｓ：ＡＣＡｓ）とフィルム状態でリール（ｒｅｅｌ）に巻かれるときに互いに付着しないように取扱を容易にするための分離フィルム付きの異方性導電性フィルム（Ａｎｓｉｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍｓ）およびその等価物の中から選択されたいずれか一つであることができる。しかし、本発明はこれらの導電性接着層３３９の種類に限定されるものではない。このような導電性接着層３３９（例えば、ＩＣＡｓ、ＡＣＡｓ）は、例えば、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１および／または第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４にステンシルプリンティング（ｓｔｅｎｃｉｌ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）工程によって局部的に塗布した後、リフロー工程または熱圧着工程によって硬化させることによって、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４とが電気的に相互接続されるようにする。
このような導電性接着層３３９は第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１と第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４とがさらに容易に相互接続されるようにし、さらに、第１活物質層１３３および／または第２活物質層１３６が比較的に厚く形成されても第１、第２導電性パターン１３１、１３４の相互間の電気的接続工程は容易になる。
同様に、上述した導電性接着層３３９を、例えば、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１が有する第１辺全体と、第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４が有する第２辺全体に形成することによって、第１辺と第２辺全体は電気的に相互接続される。もちろん、第１基板１１０および第２基板１２０の周りにはシーリング部１５１が形成される。
したがって、第１ユニットセル１３０および第２ユニットセル１４０は上述した導電性接着層３３９およびシーリング部１５１によって、第１、第２ユニットセル１３０、１４０同士は電解液を共有しないことになり、また電解液は外部へ漏液しないことになる。
図４は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池４００を示した断面図である。
図４に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池４００は導電性接着層３３９の少なくとも一側に形成されたシーリング部４５２ａをさらに含むことができる。つまり、シーリング部４５２ａは導電性接着層３３９の少なくとも一側に形成されると同時に、上端は第１基板１１０に接着され下端は第２導電性パターン１３４に接着される。
したがって、本発明に係るフレキシブル電池４００は第１、第２ユニットセル１３０、１４０間の電解液隔離を確実に保障し、また、第１基板１１０および第２基板１２０の間の結束力をさらに向上させる。
図５は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池５００を示した断面図である。
図５に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池５００は導電性接着層３３９の両側に形成されたシーリング部５５２ａ、５５２ｂをさらに含むことができる。つまり、シーリング部５５２ａ、５５２ｂは導電性接着層３３９の両側に形成されると同時に、上端は第１導電性パターン１３１および／または第１基板１１０に接着され、下端は第２基板１２０および／または第２導電性パターン１３４に接着される。
したがって、本発明に係るフレキシブル電池５００は第１、第２ユニットセル１３０、１４０間の電解液隔離をさらに確実に保障するだけでなく、第１基板１１０および第２基板１２０間の機械的結束力をさらに強化させる。
図６は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池６００の第１、第２基板１１０、１２０をそれぞれ示した平面図である。ここで、図６に示された実施例は他の実施例においても同様に適用される。
図６に示されているように本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池６００で、第１ユニットセル１３０の第１導電性パターン１３１は第１辺を有し、第２ユニットセル１４０の第２導電性パターン１３４は第２辺を有するが、ここで、第１辺と第２辺のうちの一部領域はポイント形状（例えば、円形、三角形、四角形など）に電気的に接続することができる。つまり、前述のように第１導電性パターン１３１および第２導電性パターン１３４は直接ポイント形状に接続されたり（この際、電気的に接続された部分を電気的接続部とも定義する）、または導電性接着層６３９を通じてポイント形状に接続することができる。
もちろん、このような電気的接続部１３８および／または導電性接着層６３９の周辺はシーリング部６５２ａ、６５２ｂによって囲まれ、また、このようなシーリング部６５２ａ、６５２ｂによって第１ユニットセル１３０と第２ユニットセル１４０とが物理的に隔離される。
このようにして、第１ユニットセル１３０と第２ユニットセル１４０は前述のようにポイント形状の電気的接続部および／または導電性接着層６３９によって電気的に相互接続されることによって、電気的接続部および／または導電性接着層６３９がヒューズの役割をする。つまり、第１ユニットセル１３０および／または第２ユニットセル１４０が過充電または過放電される場合、充電または放電電流によって上述した相対的に断面積が小さい電気的接続部および／または導電性接着層６３９が容易に切れることになる。したがって、このようなフレキシブル電池６００は安全性や信頼性の側面からも優れている。さらに、ヒューズ性能を向上させるために、電気的接続部および／または導電性接着層６３９は鉛を含むソルダまたは鉛を含まないソルダで製造することもできる。
図７は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池７００を示した断面図である。
図７に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池７００は第１基板７１０、第２基板７２０、第１基板７１０と第２基板７２０の間に離隔して形成された第１ユニットセル７３０および第２ユニットセル７４０を含む。ここで、第１ユニットセル７３０および第２ユニットセル７４０は、第１基板７１０に形成された第１導電性パターン７３１を共有する。つまり、第１ユニットセル７３０の第１活物質層７３３は第１導電性パターン７３１に形成され、第１活物質層７３３から離隔して第２ユニットセル７４０の第２活物質層７３６ａが上述した第１導電性パターン７３１に形成される。ここで、第１活物質層７３３は分離膜７３７で囲まれる。
また、第１導電性パターン７３１に対応して相互間離隔した第２導電性パターン７３４および第３導電性パターン７３５が第２基板７２０に形成される。第２導電性パターン７３４に第２活物質層７３６が形成され、このような第２活物質層７３６は分離膜７３７および第１活物質層７３３に重畳されることによって、第１ユニットセル７３０を完成する。さらに、第１活物質層７３３ａは第３導電性パターン７３５に形成され、これは第２活物質層７３６ａに重畳され、また、第１活物質層７３３ａは分離膜７３７ａで覆われて第２ユニットセル７４０を完成する。
つまり、第１ユニットセル７３０は第１導電性パターン７３１、第１活物質層７３３、分離膜７３７、第２活物質層７３６および第２導電性パターン７３４を含み、第２ユニットセル７４０は第１導電性パターン７３１、第２活物質層７３６ａ、分離膜７３７ａ、第１活物質層７３３ａおよび第３導電性パターン７３５を含む。
また、第１ユニットセル７３０と第２ユニットセル７４０をシーリング部７５１によって相互間物理的に分離することによって、第１、第２ユニットセル７３０、７４０は電解液を共有しないことになり、さらに第１基板７１０と第２基板７２０の周りにもシーリング部７５１を形成することによって電解液が外部へ漏液しないことになる。
このようにして、本発明は第１ユニットセル７３０と第２ユニットセル７４０が第１導電性パターン７３１を共有することによって、別途の超音波溶接工程や別途の導電性接着層を必要としないことになる。
図８は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池８００を示した断面図である。
図８に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池８００は第１ユニットセル８３０の第２導電性パターン８３４がシーリング部８５１に沿って折り曲げられた後、第２ユニットセル８４０の第１導電性パターン８３１に電気的に接続された構成を提供する。ここで、第２導電性パターン８３４の折り曲げられた領域は折曲部８３４ａと定義することもできる。
したがって、第１ユニットセル８３０および第２ユニットセル８４０は第２導電性パターン８３４の折曲部８３４ａおよびシーリング部８５１によって物理的に隔離されることによって、電解液を共有しないことになり、よって、電流漏れ現象を防止することができる。
図９は本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池９００を示した断面図である。
図９に示されているように、本発明のまた他の実施例に係るフレキシブル電池９００は相互間離隔した第１導電性パターン９３１および第２導電性パターン９３４が形成された第１基板９１０と、導電性パターンが形成されない第２基板９２０とを含む。さらに、第１導電性パターン９３１に第１活物質層９３３が形成され、これと離隔した第２導電性パターン９３４に第２活物質層９３６が形成される。尚、第１活物質層９３３と第２活物質層９３６は分離膜９３７で覆われる。また、このように水平方向に配列された第１活物質層９３３および第２活物質層９３６はシーリング部９５１によってシーリングされることによって、一つの第１ユニットセル９３０が完成する。ここで、シーリング部９５１を通過して延長された第２導電性パターン９３４に再び第１活物質層９３３が形成され、これと離隔した第１導電性パターン９３１に第２活物質層９３６が形成されることによって第２ユニットセル９４０が完成する。
このようにして、本発明では第１基板９１０にだけ多数の第１導電性パターン９３１および第２導電性パターン９３４が形成され、第２基板９２０には導電性パターンが形成されないことがある。したがって、本発明の実施例はさらに薄型化されたフレキシブル電池９００を提供することができる。
図１０は本発明に係るフレキシブル電池１００〜９００に用いられる基板の一例を示した断面図である。
図１０に示されているように、本発明に他の第１基板１１０および／または第２基板１２０は金属薄膜１０１、金属薄膜１０１の上面および下面に形成された第１絶縁層１０２および第２絶縁層１０３を含むことができる。金属薄膜１０１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金などであることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、第１、第２絶縁層１０２、１０３は、例えば、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＡＲ、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＩおよびその等価物の中から選択されたいずれか一つであることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。もちろん、本発明で第１基板１１０および／または第２基板１２０は前述のように金属薄膜なしに絶縁層だけを含むことができる。
このように第１、第２基板１１０、１２０が金属薄膜１０１および第１、第２絶縁層１０２、１０３を含むことによって、第１、第２基板１１０、１２０がなす内部空間への水分浸透現象をさらに積極的に防止することができる。また、外部衝撃に対する機械的強度がさらに向上したフレキシブル電池１００〜９００を提供することができる。
以上の説明は、本発明に係るフレキシブル電池を実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的精神がいるとみなされる。
１００〜９００ 本発明に係るフレキシブル電池
１１０ 第１基板
１２０ 第２基板
１３０ 第１ユニットセル
１４０ 第２ユニットセル
１５１、１５２ シーリング部

Claims (7)

  1. 第１基板、
    第２基板、
    前記第１基板と前記第２基板との間に前記第１基板および前記第２基板の長さ方向に配列された第１ユニットセル、および第２ユニットセルを含み、
    前記第１、第２ユニットセルは電気的に相互連結され、
    前記第１、第２ユニットセルのそれぞれは、
    前記第１基板に形成された第１導電性パターン、
    前記第１導電性パターンにコーティングされた第１活物質層、
    前記第２基板に形成された第２導電性パターン、
    前記第２導電性パターンにコーティングされた第２活物質層、および
    前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に介在した分離膜を含み、
    前記第１、第２活物質層は相互間対向し、
    前記第１ユニットセルの第１導電性パターンと前記第２ユニットセルの第２導電性パターンとを電気的に相互接続する電気的接続部をさらに含み、
    前記電気的接続部は第１導電性パターンまたは第２導電性パターンに形成された突起、または第１導電性パターンと第２導電性パターンとの間に介在した導電性接着層を含むことを特徴とするフレキシブル電池。
  2. 前記第１基板と前記第２基板の間の周りに沿って形成されたシーリング部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電池。
  3. 前記シーリング部は前記第１、第２ユニットセルの間にさらに形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフレキシブル電池。
  4. 前記第１、第２ユニットセルは直接電気的に連結されたりまたは導電性接着層を通じて電気的に連結されたことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電池。
  5. 前記電気的接続部の外側に形成されたシーリング部をさらに含むことを特徴とする請求
    項１に記載のフレキシブル電池。
  6. 前記第１ユニットセルの第１導電性パターンは第１辺を含み、
    前記第２ユニットセルの第２導電性パターンは第２辺を含み、
    前記第１辺と前記第２辺全体は電気的に相互接続されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電池。
  7. 前記第１ユニットセルの第１導電性パターンは第１辺を含み、
    前記第２ユニットセルの第２導電性パターンは第２辺を含み、
    前記第１辺と前記第２辺のうちの一部領域はポイント形状に電気的に相互接続されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電池。
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