KR101051977B1

KR101051977B1 - 박형전지를 구비하는 장치 및 이온토포레시스 패치

Info

Publication number: KR101051977B1
Application number: KR1020090100831A
Authority: KR
Inventors: 김남인; 정명우; 임승규; 김광석
Original assignee: 주식회사로케트전기
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2011-07-26
Also published as: EP2491976A2; JP5691100B2; KR20110044033A; JP2013508069A; US20120226219A1; EP2491976A4; US8914103B2; WO2011049391A2; WO2011049391A3

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 박형전지를 구비하는 장치는, 전기적으로 동작하고 서브스트레이트(substrate)를 구비하는 디바이스; 및 상기 디바이스에 전력을 공급하기 위한 박형전지를 포함하되, 상기 박형 전지는, 상기 서브스트레이트 상에 형성된 제1 전기전도층; 상기 제1 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제2 전기전도층; 상기 제1 전기전도층 상에 형성되어 상기 제1 전기전도층과 전기적으로 연결된 제1 전극층; 상기 제2 전기전도층 상에 형성되어 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되고 상기 제1 전극층으로부터 측방향으로 이격되어 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 반대인 극성을 갖는 제2 전극층; 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질; 및 상기 이온 전도성 고분자 전해질층을 밀봉하는 밀봉 필름을 포함한다.

이온토포레시스

Description

박형전지를 구비하는 장치 및 이온토포레시스 패치{Apparatus having thin film battery, and Iontophoresis patch having thin film battery}

본 발명은 박형전지를 구비하는 이온토포레시스 패치 등의 장치에 관한 것으로서, 특히 전지와 이에 연결된 디바이스가 일체화되고 전류 밀도가 향상되며 박형화 및 제조 생산성 향상에 유리한 박형전지를 구비한 이온토포레시스 패치등의 장치에 관한 것이다.

이온토포레시스(iontophoresis)는 피부에 미세전류를 흐르게 하여 전하를 가진 관심 물질을 전기적 반발력에 의해 피부 속으로 침투하게 하는 기술을 말한다. 이온토포레시스 패치는 전기적 반발력을 이용하여 약물이나 미용 물질 등의 관심 물질을 피부로 침투시키는 데 사용된다. 관심 물질을 탑재한 패치를 피부에 부착하면 회로가 형성되어 전류가 흐르고 전기적 반발력에 의해 관심 물질이 피부 속으로 침투한다. 이러한 관심 물질의 침투 속도는 피부를 통하여 흐르는 전류의 양에 직접 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

종래의 이온토포레시스 패치는 박형의 전지와 전기 전도성 전극을 구비한 패치 또는 패드가 서로 독립된 상태로 제작 된 후, 전기 전도성 전극과 박형 전지를 전기적으로 연결시켜 조립되는 방식이었다. 이러한 방식으로 제조된 이온토포레시스 패치는 복잡한 전류 흐름 경로로 인해 전류의 저항이 커지고, 조립 절차가 복잡하여 낮은 생산성과 함께 제조단가 또한 높은 것이 문제점으로 지적되었다.

이온토포레시스 패치에 장착된 전지는 전류를 발생시키는 에너지원으로 작용하게 되는데 일반적으로 양극과 음극 역할을 하는 두 개의 전극과 이온전도성 전해액을 포함한다. 주로, 양전극 물질로서 이산화망간과 음전극 물질로서 아연이 활용되며, 염화아연이나 염화암모늄을 고분자와 함께 물에 녹인 젤형의 전해질이 전지내에 도입된다. 이러한 전지는 제조 후 유통과정에서 전극내의 바인더가 수성 전해액에 용해되면 저항 증가와 함께 단락으로 이어져 전지의 성능이 급격하게 저하 될 수 있다. 특히 양 전극과 음 전극 사이에 격리막이 없는 상태에서 근접하게 놓인 경우, 수성 전해액에 대한 전극의 내구성이 확보되지 않으면 전극 내의 도전 물질이 탈리됨으로써 상대 전극과의 사이에 전류 가교역할을 하여 단락 현상이 발생하기 쉽다. 이를 극복하기 위해서 전극, 특히 음극의 경우 불가피하게 전극물질로 호일이나 스트립형태의 아연을 사용하여 오고 있는데 전극활물질로 금속 호일을 적용하면 분말상태로 제조된 전극에 비해 반응면적이 축소되어 고출력 특성이 취약하고 생산성이 떨어지기 쉽다.

상기한 문제점, 특히 낮은 생산성과 높은 전기 저항문제를 해결하기 위하여 본 출원인이 선출원한 2007년 제99132호 “이온토포레시스 패치 및 그 제조 방법"은 패치 내의 전도층에 전극 물질을 직접도포 함으로써 패치와 전지를 하나의 시스템으로 구성하는 것을 개시하고 있다. 이는 피부와의 접촉 저항을 작게 하도록 고안한 것이다. 이런 형태의 패치는 단순한 전류 메커니즘과 작은 저항으로 인해 관심물질의 피부 침투를 증대하는 데에 유리한 구조이다. 하지만 전기화학적 내성이 약한 관심 물질이 전지 반응에 관여하는 문제점을 가지고 있다. 또한, 패치 제조 공정을 더 단순화시키고 패치의 유연성을 더 확보할 필요가 있다.

이상에서 볼 수 있듯이 현재까지는 이온토포레시스 패치에서는 낮은 생산성과 높은 제조단가, 유통기간 동안 전극 구조 파괴로 인한 성능 열화 등이 이온토포레시스 패치의 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다. 따라서 이들 문제를 효과적으로 해결하기 위한 기술적 접근이 필요한 실정이다.

이온토포레시스 패치뿐만 아니라, 미세 전류를 소모하는 전기 전자 디바이스의 전력 공급원으로서 박형 전지를 사용할 수 있다. 예를 들어, RFID 태그, 스마트 카드, 전자 페이퍼 디스플레이 등의 디바이스에 박형전지가 활용될 수 있다. 이러한 박형전지를 갖는 장치에서도, 제조 공정수의 축소로 제조 단가를 더 낮출 필요가 있고 장치의 유연성을 더욱 높일 필요가 있으며, 박형전지에 의한 안정적인 전력 공급이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 과제 중 하나는 제조 생산성이 높고 내구성이 강하며 박형화에 따른 유연성 확보에 유리한, 박형전지를 구비하는 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 하나의 과제는 제조 생산성이 높고 내구성이 강하며 박형화에 따른 유연성 확보에 유리한, 박형전지를 구비하는 이온토포레시스 패치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 박형전지를 구비하는 장치는, 전기적으로 동작하고 서브스트레이트(substrate)를 구비하는 디바이스; 및 상기 디바이스에 전력을 공급하기 위한 박형전지를 포함하되, 상기 박형 전지는, 상기 서브스트레이트 상에 형성된 제1 전기전도층; 및 상기 제1 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제2 전기전도층; 상기 제1 전기전도층 상에 형성되어 상기 제1 전기전도층과 전기적으로 연결된 제1 전극층; 상기 제2 전기전도층 상에 형성되어 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되고 상기 제1 전극층으로부터 측방향으로 이격되어 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 반대인 극성을 갖는 제2 전극층; 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질; 및 상기 이온 전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 밀봉 필름을 포함한다. 상기 제1 전극층과 제2 전극층은 동일 평면상에 배치될 수 있 다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 박형전지는 폐쇄형 박형전지이고, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름은 수분차단 특성을 갖는다. 상기 서브스트레이트와 밀봉필름 중 적어도 하나는 수분차단특성이 우수한 폴리테레프탈레이트 또는 폴라아크릴로니트릴 필름일 수 있다.

상기 제1 전기전도층 및 제2 전기전도층은 카본분말, 니켈분말 및 은분말로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 전도성 분말을 함유할 수 있다. 상기 제1 전극층은 박형전지의 양극층이며, 폴리에틸렌옥사이드(polyethylen oxide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 성분을 함유하는 바인더와, 이산화망간 분말을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극층은 박형전지의 음극층이며,폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 성분을 함유하는 바인더와, 아연 또는 아연 합금의 분말을 포함할 수 있다.

상기 제2 전극층은 비스무스(Bi), 인듐(In) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 가스발생 억제용 인히비터(inhibitor)가 첨가된 아연 합금 분말을 포함할 수 있다. 상기 인히비터로서 비스무스, 인듐 및 알루미늄 중 적어도 하나가 각각 10 내지 1000ppm의 함량으로 상기 아연 합금 분말에 함유될 수 있다.

상기 이온전도성 고분자 전해질은 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알콜 및 카보닐 메틸 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자 물질이 첨가된 젤형 전해액일 수 있다. 상기 이온전도성 고분자 전해질은 흡습지에 함침된 상태로 제공될 수 있다.

상기 박형전지는, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 이온전도성 고분자 전해질 주위에 도포된 양면 접착 필름을 더 포함하되, 상기 밀봉 필름은 상기 양면 접착 필름 상에 접착되어 상기 이온전도성 고분자 전해질을 밀봉할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 박형전지는 상기 서브스트레이트 상에 배치되어 서로 직렬 연결된 2이상의 단위 전지를 구비할 수 있다. 상기 박형전지는, 상기 제1 및 제2 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제3 전기전도층; 상기 제2 전기전도층 상에 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제2 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제3 전극층; 상기 제3 전기전도층 상에 상기 제3 전기전도층과 전기적으로 연결되 어 형성되고 상기 제3 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제2 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제4 전극층; 및 상기 제3 전극층과 제4 전극층을 동시에 덮되, 상기 이온전도성 전해질로부터 분리된 추가적인 이온전도성 전해질을 더 포함할 수 있다. 상기 밀봉 필름은 상기 제1 및 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 전해질과, 상기 제3 및 제4 전극층을 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질을 밀봉할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 제2 전기전도층은 상기 제1 전기전도층과 상기 제3 전기전도층 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 가깝게 배치되어 상기 제1 및 제2 전극층은 제1 단위 전지의 전극으로 동작하고, 상기 제4 전극층은 상기 제3 전극층과 가깝게 배치되어 상기 제3 및 제4 전극층은 제2 단위 전지의 전극으로 동작할 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질은 제1 단위 전지를 형성하고, 상기 제3 및 제4 전극층과 이를 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 제2 단위 전지를 형성한다. 또한, 상기 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 제2 전기전도층을 통하여 서로 직렬로 연결된다.

상기 박형전지는, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 2 이상의 단위 전지를 밀봉하는 양면 접착 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 양면 접 착 필름은 2개 이상의 개구를 갖되, 하나의 개구에는 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질이 배치되고, 다른 하나의 개구에는 제3 및 제4 전극층과 이를 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질이 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 전해질과 상기 제3 및 제4 전극층을 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 상기 양면 접착 필름을 경계로 분리되어 배치될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 디바이스는 화합물의 경피성 전달을 위한 능동 패드이고, 상기 박형전지를 구비하는 장치는 이온토포레시스 패치일 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 디바이스는 RFID 태그 또는 스마트 카드일 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 박형전지가 내장된 이온토포레시스 패치는, 형상이 가변되는 서브스트레이트; 상기 서브스트레이트 상에 형성된 제1 전기전도층; 상기 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제2 전기전도층; 상기 제1 전기전도층 상에 형성되어 상기 제1 전기전도층의 일부와 접촉하는 제1 전극층; 상기 제2 전기전도층 상에 형성되어 상기 제2 전기전도층의 일부와 접촉하고 상기 제1 전극층으로부터 측방향으로 이격되어 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 반대인 극성을 갖는 제2 전극층; 상기 제1 전극층과 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질; 및 상기 이온 전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 밀봉 필름을 포함한다. 상기 제1 전극층과 제2 전극층은 동일 평면에 상에 배치될 수 있다.

상기 이온토포레시스 패치는, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 이온전도성 고분자 전해질 주위에 도포된 양면 접착 필름을 더 포함하되, 상기 밀봉 필름은 상기 양면 접착 필름 상에 접착되어 상기 이온전도성 고분자 전해질을 밀봉할 수 있다.

상기 이온토포레시스 패치는, 상시 서브스트레이트의 배면에 부착되어 상기 서브스트레이트의 가장자리 바깥으로 노출된 백킹레이어(backing layer)를 더 포함하되, 상기 백킹레이어는 상기 서브스트레이트에 부착된 부착면에 접착물질이 도포되어 상기 서브스트레이트의 가장자리 바깥으로 노출된 부분에서 상기 이온토포레시스 패치가 적용되는 대상물(예컨대, 피부)에 대한 접착성을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 이온토포레시스 패치는, 상기 제1 및 제2 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제3 전기전도층을 더 포함할 수 있다. 상기 이온토포레시스 패치는, 상기 제2 전기전도층 상에 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제2 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제3 전극층; 상기 제3 전기전도층 상에 상기 제3 전기 전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제3 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제2 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제4 전극층; 상기 제3 전극층과 제4 전극층을 동시에 덮되, 상기 이온전도성 전해질로부터 분리된 추가적인 이온전도성 전해질을 더 포함할 수 있다. 상기 밀봉 필름은 상기 제1 및 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 전해질과, 상기 제3 및 제4 전극층을 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질을 밀봉할 수 있다.

상기 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질은 제1 단위 전지를 형성하고, 상기 제3 및 제4 전극층과 이를 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 제2 단위 전지를 형성하며, 상기 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 제2 전기전도층을 통하여 서로 직렬로 연결된다.

본 발명에 따르면, 이온토포레시스 패치, 스마트 카드, RFID 태그 등과 같은 박형전지를 구비하는 장치의 제조 생산성이 개선되고 전류흐름의 경로 단축으로 전류 밀도가 향상된다. 비수용성 바인더 도입으로 이온토포레시스 패치와 같은 박형전지를 구비하는 장치의 경시 안정성이 향상 된다. 또한, 장치 두께의 감소로 이온토포레시스 패치 등의 장치의 유연성을 더 용이하게 확보할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이온토포레시스 패치의 평면도이다. 도 1을 참조하면, 이온토포레시스 패치는, 형상이 가변될 수 있는 서브스트레이트(110)와, 서브스트레이트(110) 상에 형성된 제1 전기전도층(120) 및 제2 전기전도층(220)을 포함한다. 제1 전기전도층(120)과 제2 전기전도층(220)은 패치 내에 일체화된 박형 전지 시스템의 양극 및 음극에 각각 연결되어 있으며, 제1 전지전도층(120)과 제2 전기전도층(220) 중 어느 하나 혹은 양쪽 모두 상에는 인체 등에 투여할 관심 물질(예를 들어, 화장품, 약품 등)이 탑재될 수 있다. 이온토포레시스 패치 내에 형성된 박형 전지의 전지 반응의 결과로 나오는 전자 흐름 또는 전류를 이용한 전기적 반발력으로, 극성을 가진 관심 물질을 피부 속으로 침투시킬 수 있다.

또한, 제1 및 제2 전기전도층(120, 220)이 배치된 서브스트레이트(110)의 전면의 반대면, 즉 서브스트레이트(110)의 배면에는 백킹레이어(backing layer)(140)가 부착되어 있다. 서브스트레이트(110)의 가장자리를 따라 백킹레이어(140)의 부 착면의 접착물질이 노출되어 있는데, 이 노출된 백킹레이어(140)의 접착 물질로, 이온토포레시스 패치를 피부 등에 용이하게 부착시킬 수 있다.

도 1의 이온토포레시스 패치의 보다 구체적인 구성은 도 2 내지 10에 도시되어 있다. 도 1의 이온토포레시스 패치는 또한 도 2 내지 도 10의 순서로 제조될 수 있다. 이하, 도 2 내지 10을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 이온토포레시스 패치를 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같은 평면 형태를 갖는 이온토포레시스 패치용 서브스트레이트(기판)(110)가 이용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이러한 평면 형태에 한정되는 것은 아니며 이온토포레시스 패치 용도를 위한 임의의 디자인의 서브스트레이트 평면 형상이 이용될 수 있다. 서브스트레이트(110)는 유연성을 가지며 굴곡이 있는 대상물(예컨대, 인체 피부)의 형상을 따라 구부러질 수 있는(혹은 형상이 가변될 수 있는) 폴리머 또는 가용성 플라스틱 기판 등 다양한 재질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 수십 내지 수백 미크론 두께의 서브스트레이트(110)로서, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리이미드 필름 등이 사용될 수 있으며, 수분의 투과도와 필름의 유연성 등을 고려하여 적절한 재질이 선정될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 서로 다른 극성을 나타내는 제1 전기전도층(120) 과 제2 전기전도층(220)이 서브스트레이트(110) 전면(前面)에 배치된다. 제1 전기전도층(120)과 제2 전기전도층(220)은 서브스트레이트(110) 상의 동일 평면 상에 배치되며 서로 분리되어 있다. 후술하는 바와 같이 제1 및 제2 전기전도층(120, 220)이 서로 인접하는 부분에서 전지 전극과 전해질이 배치되어 박형 전지가 형성된다. 본 실시예에서는 제1 전기전도층(120)은 T자 형상으로 되어 있고 제2 전기전도층(220)은 T자형의 제1 전기전도층(120)의 가운데 가지친 부분을 둥글게 에워싸는 형상으로 되어 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 전기전도층 형상으로 한정되는 것은 아니다.

전기전도층(120, 220)은, 예를 들어 카본 분말과 바인더로 구성된 카본 잉크를 서브스트레이트(110) 위에 약 15㎛ 두께로 코팅한 후 약 60℃에서 2시간 동안 건조하여 제조될 수 있다. 카본 잉크는 적당한 바인더와 용매 그리고 미세한 카본 분말을 혼합하여 직접 제조할 수도 있고 완제품 형태로 구입하여 사용할 수도 있다. 카본 분말 대신에 은 분말이나 구리 분말, 니켈 분말 등 전도성 분말을 사용할 두도 있고 이들을 혼합한 형태로 사용할 수도 있다. 카본 잉크의 경우 점도는 약 36,000 내지 50,000 cps의 값을 보이지만 코팅 공정성을 감안하여 점도를 조절할 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 전기전도층(120)의 일부로서 제2 전기전도층(220)에 인접한 부분에 제1 전극층(130)이 코팅되어 있다. 제1 전극층(130)은 제1 전기전도 층(120)의 일부와 접촉하며(따라서, 제1 전기전도층(120)에 전기적으로 연결됨) 후술하는 바와 같이 박형 전지의 일 전극(양극 또는 음극 중 하나)의 역할을 한다.

도 5를 참조하면, 제2 전기전도층(220)의 일부로서 제1 전기전도층(120)에 인접한 부분에 제2 전극층(230)이 코팅되어 있다. 제2 전극층(230)은 제2 전기전도층(220)의 일부와 접촉하며(따라서, 제2 전기전도층(220)과 전기적으로 연결됨) 후술하는 바와 같이 박형 전지의 타 전극(음극 또는 양극 중 하나로서 제1 전극층(130)과는 반대 극성의 전극)의 역할을 한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(130)과 제2 전극층(230)은 측방향으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 또한 제1 전극층(130)과 제2 전극층(230)은 실질적으로 동일 평면에 배치될 수 있다.

제1 전극층(130)은 박형 전지의 양극으로서 사용될 수 있다. 이 경우, 양극인 제1 전극층(130)은, 이산화망간 분말과 도전제, 그리고 바인더 용액을 혼합하여 슬러리 상태를 만든 다음, 제1 전기전도층(120) 위에 코팅한 후 건조하여 제조될 수 있다. 슬러리 제조 공정은 약 40㎛ 이하의 입경을 가진 분말 상태의 이산화망간과 카본 블랙을 건 혼합하고 여기에 바인더 용액을 첨가하여 교반하는 순서로 이루어진다. 전기를 발생하는 양극 물질은 다양한 물질이 검토될 수 있지만 전기용량과 전압, 그리고 전기화학적 특성 및 제품의 유통환경 등을 고려할 때 이산화망간이 바람직하다. 전극 제조는 수용성 바인더와 비수용성 바인더를 혼합한 다성분 바인 더가 적용될 수 있다. 수용성 바인더는 주로 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone)이 적합하고, 비수용성 바인더는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate) 등이 적합하다. 전극 제조 시, 수용성 바인더와 비수용성바인더를 함께 혼합하면 전극의 내구성을 강화시키는데 효과적이다.

제2 전극층(230)은 박형 전지의 음극으로 사용될 수 있다. 이 경우, 음극인 제2 전극층(230)을 제조하기 위해, 입도 약 45㎛ 이하의 아연 분말과 도전제인 카본 블랙을 건 혼합한 후 미리 제조된 바인더 용액을 첨가하여 제2 전극층 제조용 슬러리를 준비한다. 음극 활물질로 사용되는 아연분말은 순수한 아연분말 또는 합금 형태의 아연분말이 사용될 수 있다. 합금 형태의 아연분말(아연 합금 분말)은 전지의 저장 혹은 방전 중에 발생하는 가스 방출을 억제하기 위한 목적으로, 주로 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 인듐(In) 등이 아연에 첨가된 형태를 사용할 수 있다. 음극 역시 양극과 마찬가지로 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)등 다성분 바인더 시스템이 적용될 수 있다. 전극 제조 시 단일 바인더 보다는 두 종류 이상의 바인더를 함께 혼합하는 다 성분 바인더 시스템이 전기적 효율, 기계적 강도, 전기 전도층과의 접착력 측면에서 유리하다. 특히 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐피놀리돈(polyvinyl pyrrolidone) 등과 같은 수용성 바인더에 폴리메티메타크릴레이트의 도입은 전극의 내구성과 제조 공정성을 개선시키는 효과가 있다. 제2 전극층(230)은 제2 전기 전도층(220) 위에 코팅기를 이용해 전극 슬러리를 코팅하고 2시간 이상 동안 60℃로 설정된 건조로에서 건조시켜 제조한다.

일반적으로 전극층이 전해액에 용해되면, 전극 구조가 파괴되고 저항이 증가함과 함께 전극 내의 전도성 입자들이 탈리되어 이웃한 전극과 전기적으로 연결되는 단락현상이 나타나게 된다. 특히 바인더로서 수용성 바인더만을 사용한 전극에서 이러한 현상이 가속되어 나타날 수 있다. 이를 방지하기 위해 종전에는 음극으로서 금속 호일이나 스트립을 사용하여 왔지만, 이는 분말을 적용한 전극에 비해 반응면적 감소로 순간적인 피크 전류를 얻는 데 취약한 면을 보인다. 따라서, 전지의 반응 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 전극을 구성하는 바인더의 선정이 중요한 의미를 갖게 되는데, 수용성 바인더에 비수용성 바인더를 혼합한 다성분 바인더 시스템을 도입하면, 전극의 내구성이 유지되고 전극 저항의 안정화가 가능하다.

양극으로 동작하는 제1 전극층(130)과 음극으로 동작하는 제2 전극층(230)을 제조하는 과정에서 각각 분말 상태의 이산화망간과 아연을 사용하는 것은, 높은 전류 밀도와 전극 제조 공정성을 개선시키는데 효과적이다. 전극층(130, 230)의 형상은, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극층(230)이 제1 전극층(130)의 가장자리를 따라 감싸는 형태로 제1 전극층(130)에 인접하는 모양을 가짐으로써, 전류 생성시 저항을 최소화할 수 있게 한다.

다음으로, 도 6을 참조하면, 서브스트레이트(110)의 전면(전기전도층(120, 220)이 코팅된 면)의 반대면, 즉 서브스트레이트(110)의 배면에, 백킹레이어(backing layer: 140)가 부착되어 있다. 백킹레이어(140)는 부착면에 접착물질이 도포된 부직포일 수 있다. 백킹레이어(140)의 주요 재질로서 폴리우레탄이나 인공 섬유인 레이온 등이 적합하게 사용될 수 있다. 백킹레이어(140)의 부착면 반대면의 색상은 시각적 선호에 따라 결정될 수 있으며 편의에 따라 필요한 문구가 인쇄 또는 도안될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 서브스트레이트(110)보다 백킹레이어(140)를 더 크게 만들어서 서브스트레이트(110)의 가장자리를 따라 백킹레이어(140)의 접착물질이 노출되게 한다(수직으로 빗금친 부분 참조). 이와 같이 서브스트레이트(110)의 가장자리 밖으로 노출된 백킹레이어(140)의 접착물질은 이온토포레시스 패치를 인체의 피부 등에 부착할 때 접착성을 제공하거나 부착력을 높여준다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 전극층(130, 140)을 외측에서 둘러싸는 양면 접착 필름(260)이 서브스트레이트(110)와 전기전도층의 일부 상에 도포(양면 접착 필름을 접착하는 것을 포함)되어 있다. 이 양면 접착 필름(260)은 후술하는 바와 같이 이에 접착되는 밀봉 필름(도 10의 도면부호 500 참조)과 함께 박형 전지의 전해질 손실을 막도록 전지 시스템을 밀봉하기 위해 제공될 수 있다. 그러 나, 전지 시스템을 밀봉하기 위해서 반드시 양면 접착 필름을 필요로 하는 것은 아니며, 예를 들어 밀봉 필름을 서브스트레이트에 열로 융착하는 방법으로 전지를 밀봉할 수도 있다.

다음으로, 도 8을 참조하면, 제1 전극층(130)과 제2 전극층(230)을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질층(300)이 서브스트레이트(110) 위에 제공된다. 이 전해질층(300)은 양면 접착 필름(260)의 내측에 배치되어, 양면 접착 필름(260)이 전해질층(300)의 가장자리를 따라 둘러싸도록 한다. 다른 대안으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 이온전도성 고분자 전해질이 함침된 흡습지(400)가 제1 및 제2 전극층(130, 230)을 동시에 덮도록 배치될 수 있다. 이 경우에도, 전해질을 함유한 흡습지(400)를 양면 접착 필름(260)의 내측에 배치시켜, 양면 접착 필름(260)이 흡습지의 가장자리를 따라 둘러싸도록 한다. 제1 및 2 전기전도층(120, 220)과 제1 및 제2 전극층(130, 230) 그리고 이들 사이에 배치된 전해질(300)은 일 실시형태에 따른 박형 전지의 기본적인 구성부분들에 해당한다.

이온전도성 고분자 전해질의 제조하기 위해, 정수에 염화아연(ZnCl₂)이나 염화암모늄(NH₄Cl)을 혼합한 형태의 수용성 전해액이 사용된다. 염화아연과 염화암모늄이 혼합된 형태의 전해액을 도입하면, 고전류 성능과 간헐 방전 성능을 동시에 추구할 수 있는 장점이 있다. 전해액 증발은 전지의 급격한 성능 저하를 초래할 수 있으므로 이를 억제하기 위해 전해액에 고분자를 녹여 전해액의 증기압 강하를 유도한다. 고분자는 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알콜, 카보닐메틸셀룰로스 등이 사용될 수 있다.

이온전도성 전해질을 함침하는 흡습지(400)는 전해액을 흡수하여 전지 반응시 전극에서 필요로 하는 전해 성분을 골고루 공급하는 역할을 할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 흡습지(400)를 사용하지 않고 직접 전해질층을 이용할 수도 있다(도 8 참조). 흡습지(400)로는 흡습성이 강한 종이류나 부직포 등을 사용할 수 있으며 그 두께는 30 내지 200㎛ 정도가 적합하다.

다음으로, 도 10을 참조하면, 전극층(130, 230) 및 전해질 영역(300 또는 400)을 포함하는 전지 시스템을 밀봉하여 전해액이 외부로 증발하는 것을 차단하기 위해 밀봉 필름(500)이 배치된다. 밀봉 필름(500)은 전술한 양면 접착 필름(도 8 또는 9의 도면부호 260 참조) 상에 접착되어 이온전도성 고분자 전해질층(또는 전해질이 함침된 흡습지)을 밀봉할 수 있다. 밀봉 필름은 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드 등의 재질이 사용될 수 있으며, 서브스트레이트(110)의 재질과 동일한 재질의 필름이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 양면 접착 필름(260)에 밀봉 필름(500)을 접착하는 대신에, 양면 접착 필름(260) 없이 서브스트레이트(110)에 열을 가하여 밀봉 필름(500)을 서브스트레이트(110) 상으로 융착하여 전지 시스템을 밀봉할 수도 있다.

서브스트레이트(110) 및 양면 접착 필름(260) 그리고 밀봉 필름(500)을 이용하여 전지 시스템을 밀봉하되, 특히 이 부재(110, 260, 500)로서 수분 차단 특성을 갖는 재질을 사용하여 전지 시스템 내의 전해액의 수분 고갈을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 따라, 이온토포레시스 패치에 일체화된 박형 전지는 폐쇄형 전지가 될 수 있다. 이러한 폐쇄형 전지에 있어서 가스 방출 문제(예를 들어, 음극에서 방출되는 수소 등의 가스 방출로 인해 밀봉된 전지 내부의 팽윤, 층 분리, 성능 저하 등의 문제)는, 전술한 바와 같이 Al, Bi, In과 같은 인히비터가 첨가된 합금 아연 분말을 음극(예컨대, 제2 전극층) 물질로 사용하여 가스 방출을 억제함으로써 해결될 수 있다. 음극 활물질에 첨가되는 인히비터로서 비스무스, 인듐 및 알루미늄 중 적어도 하나가 각각 10 내지 1000ppm의 함량으로 아연 합금 분말에 함유될 수 있다.

도 10에서, 외부로 노출된 전기전도층(120 또는 220)의 일부에 관심 물질(피부 등에 투여할 화장품 또는 약품 등)이 탑재된다. 인체의 피부 등에 투여할 관심 물질이 음전하를 띨 경우 전지의 음극(예컨대, 제2 전극층)과 연결된 전기전도층(예컨대, 제2 전기전도층)에 관심물질을 탑재하고, 관심물질이 양전하를 띨 경우 전지의 양극(예컨대, 제1 전극층)과 연결된 전기전도층(예컨대, 제1 전기전도층)에 관심물질을 탑재한다. 이로써, 이온토포레시스 패치를 이용하여 전기적 반발력을 일으켜 관심 물질을 피부 등에 침투시킨다.

상술한 실시형태에 따르면, 단일 서브스트레이트 상에 별도의 집전체 없이 전기전도층에 직접 전지 전극을 형성하고 전해질을 도포함으로써 이온토포레시스 패치의 제조 생산성이 개선되고 전류흐름의 경로 단축으로 전류 밀도가 향상된다. 비수용성 바인더 도입으로 이온토포레시스 패치와 같은 박형전지를 구비하는 장치의 경시 안정성이 향상 된다. 또한, 양극과 음극이 전해질을 사이에 두고 상하로 적층되는 구조가 아니라 양극과 음극(제1 및 제2 전극층)이 측방향으로 서로 이격 배치되고 그 위에 전해질이 덮는 구조이기 때문에 장치 두께의 감소로 장치의 유연성을 더 용이하게 확보할 수 있게 된다.

또 다른 실시형태로서, 전술한 실시형태를 기본적으로 이용하되 두 개 이상의 전지가 직렬 연결된 이온토포레시스 패치가 제공 될 수도 있다. 이러한 패치의 경우, 하나의 패치 내에 다수의 전기 전도층과 전극층이 구성될 수 있다. 2개 이상의 단위 전지가 직렬로 연결된 이온토포레시스 패치의 구성의 일례가 도 11 내지 18에 도시되어 있다. 도 18에 도시된 이온토포레시스 패치는 도 11 내지 도 18의 순서로 제조될 수 있다. 이하, 도 11 내지 18을 참조하여, 직렬로 연결된 복수의 단위 전지를 구비한 이온토포레시스 패치를 상세히 설명한다.

도 11을 참조하면, 서브스트레이트(110)상에, 제1 전기전도층(120), 제2 전기전도층(220) 및 제3 전기전도층(320)이 배치되어 있다. 제1 내지 제3 전기전도 층(120, 220, 320)은 동일 평면 상에 배치되고 서로 분리되어 있다. 본 실시형태에서는 제2 전기전도층(220)이 제1 및 제3 전기전도층(120, 320) 사이에 배치되어 있으나, 이러한 배치 구조나 형상으로 한정되는 것은 아니다.

도 12를 참조하면, 제1 전기전도층(120)의 일부 상에 제1 전기전도층(120)과 접촉하는 제1 전극층(131)이 코팅되어 있고, 제2 전기전도층(220)의 일부 상에 제2 전기전도층(220)과 접촉하는 제3 전극층(132)이 코팅되어 있다. 또한, 도 13을 참조하면, 제2 전기전도층(220)의 일부 상에 제2 전기전도층(220)과 접촉하는 제2 전극층(231)이 코팅되어 있고, 제3 전기전도층(320)의 일부 상에 제3 전기전도층(320)과 접촉하는 제4 전극층(232)이 코팅되어 있다. 제1 내지 제4 전극층(131, 231, 132, 232)은 측방향으로 서로 이격되어 배치되어 있다. 특히, 제2 전극층(231)과 제3 전극층(132)은 동일한 제2 전기전도층(220) 상에 배치되어 있으나 서로 다른 부위에 위치하여 측방향으로 이격되어 있다. 제1 전극층(131)과 제2 전극층(231)은 서로 인접하여 배치되고, 제3 전극층(132)과 제4 전극층(232)은 서로 인접하여 배치되어 있다.

제1 전극층(131)과 제2 전극층(231)은 서로 다른 극성을 갖는다(예컨대, 제1 전극층(131)이 양극이면 제2 전극층(231)은 음극). 또한, 제3 전극층(132)과 제4 전극층(232)은 서로 다른 극성을 갖는다(예컨대, 제3 전극층(132)이 양극이면 제4 전극층(232)은 음극). 또한, 제1 전극층(131)과 제3 전극층(132)은 서로 동일한 극 성(예컨대, 양극)을 갖고, 제2 전극층(231)과 제4 전극층(232)은 서로 동일한 극성(예컨대, 음극)을 갖는다. 각 극성에 따른 전극층의 재질과 제조 공정은, 전술한 실시형태에서의 재질과 제조 공정을 이용할 수 있다.

후술하는 바와 서로 인접하여 배치된 제1 전극층(131)과 제2 전극층(231)은 하나의 단위 전지(제1 단위 전지)의 양극과 음극이 되며, 서로 인접하여 배치된 제3 전극층(132)과 제4 전극층(232)은 다른 하나의 단위 전지(제2 단위 전지)의 양극과 음극이 된다. 또한, 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 제2 전기전도층(220)을 통해 서로 직렬로 연결되는데, 이는 제1 단위 전지의 제2 전극층(231)(예컨대, 음극)과 제2 단위 전지의 제3 전극층(132)(예컨대, 양극)이 모두 제2 전기전도층(220)에 접촉하여 배치되어 있기 때문이다.

다음으로 도 14를 참조하면, 서브스트레이트(110)의 배면에 백킹레이어(140)가 부착되어 있다. 전술한 실시형태에서와 마찬가지로 백킹레이어(140)의 노출된 부위의 접착층으로 피부등에 패치를 용이하게 부착할 수 있다.

다음으로 도 15를 참조하면, 제1 및 제2 전극층(131, 231)을 둘러싸면서, 동시에 제3 및 제4 전극층(132, 232)을 둘러싸는 양면 접착 필름(260)이 서브스트레이트(110) 상에 부착되어 있다.

다음으로 도 16을 참조하면, 제1 및 제2 전극층(131, 231)을 동시에 덮는 제1 이온전도성 고분자 전해질층(300a)과, 제3 및 제4 전극층(132, 232)을 동시에 덮는 추가적인 제2 이온전도성 고분자 전해질층(300b)이 배치된다. 두 전해질층(300a, 300b)은 양면 접착 필름(260)에 의해 분리되어 있어 두 전해질층(300a, 300b) 간의 이온의 흐름을 막는 구조가 이루어진다. 즉, 도 15 또는 16에 도시된 바와 같이, 양면 접착 필름(260)은 2개의 개구를 갖고, 하나의 개구에는 제1 및 제2 전극층(131, 231)과 이를 덮는 제1 이온전도성 고분자 전해질층(300a)이 배치되고, 다른 하나의 개구에는 제3 및 제4 전극층(132, 232)과 이를 덮는 제2 이온전도성 고분자 전해질층(300b)이 배치되며, 2개의 개구는 양면 접착 필름(260) 부분에 의해 분리되어 있다. 다른 대안으로서, 도 17에 도시된 바와 같이, 2개의 이온전도성 고분자 전해질층(300a, 300b) 대신에, 이온전도성 고분자 전해질이 함침된 분리된 2개의 흡습지(400a, 400b)가 사용될 수 있다.

제1 및 제2 전극층(131, 231)과 이를 덮는 이온전도성 고분자 전해질(300a 또는 400a)은 박형 전지의 양극 및 음극과 이들 사이에 배치되는 전해질이 되어 제1 단위 전지를 이룬다. 또한, 제3 및 제4 전극층(132, 232)과 이를 덮는 이온전도성 고분자 전해질(300b, 400b)은 또하나의 박형 전지의 양극 및 음극과 이들 사이에 배치되는 전해질이 되어 제2 단위 전지를 이룬다. 이 두개의 단위 전지는, 제2 및 제3 전극층(231, 132)과 동시에 전기적으로 연결된 제2 전기전도층(220)을 통해 서로 직렬로 연결된다. 제1 이온전도성 고분자 전해질층(300a)과 제2 이온전도성 고분자 전해질층(300b)은 서로 분리되어 이들 간의 이온 흐름은 방지된다. 그러나, 제2 전극층(231)과 제3 전극층(132)은 둘다 제2 전기전도층(220) 상에 제2 전기전도층(220)과 접하여 배치되므로 제2 전극층(231)과 제3 전극층(132) 간에는 전자가 흐를 수 있다.

다음으로, 도 18에 도시된 바와 같이, 2개의 단위 전지를 밀봉 필름(500)을 사용하여 밀봉함으로써, 전체 전지시스템을 외부로부터 차단한다. 밀봉 필름(500)은 양면 접착층(260) 상에 접착됨으로써 배치될 수 있다. 본 실시형태에의 각 부재(서브스트레이트, 전기전도층, 전극층, 전해질, 백킹레이어, 흡습지, 양면 접착 필름, 밀봉 필름 등)의 재료와 각 부재의 형성 공정은 전술한 실시형태를 이용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기에서 언급되었듯이 이온토포레시스 패치는, 내부에 다수의 전극층을 동시에 배치하여 2 이상의 서로 직렬로 연결된 단위 전지들을 구비할 수 있음을 알 수 있다.

도 19 내지 21은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 박형 전지를 구비한 장치, 특히 박형 전지가 결합된 RFID 태그를 나타낸다. 도 19에 도시된 바와 같이, RFID 태그의 서브스트레이트(110) 상에 제1 내지 제3 전기전도층(120, 220, 320)을 배치한다. 다음으로, 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 전기전도층(120) 상에 제1 전극층(131), 제2 전기전도층(220) 상에 제2 전극층(231)과 제3 전극층(132), 제3 전기전도층(330) 상에 제4 전극층(232)을 도포한다. 다음으로, 도 21에 도시된 바와 같이, 두개의 단위 전지 영역을 분할하는 양면 접착 필름(260)을 도포하고, 분할된 각 단위 전지 영역에 제1 및 제2 전극층(131, 231)을 덮는 제1 전해질(300a 또는 400a)과, 제3 및 제4 전극층(132, 232)을 덮는 제2 전해질(300b 또는 400b)를 배치한 후 밀봉 필름(500)으로 전체 전지 시스템을 밀봉한다. 제1 및 제2 전극층(131, 231)과 이를 덮는 제1 전해질(300a 또는 400a)는 제1 단위 전지를 구성하고, 제3 및 제3 전극층(132, 232)과 이를 덮는 제2 전해질(300b 또는 400b)는 제2 단위 전지를 구성한다. 2개의 단위 전지(단위 전지1, 단위 전지2)는 상술한 실시형태와 마찬가지로 제2 전기전도층(220)을 통해 서로 직렬 연결된다.

이와 같이, 본 발명은 이온토포레시스 패치 뿐만 아니라, 박형 전지 시스템이 내장된 기판 상의 임의의 소형 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 카드 등 소형 전지 또는 전력을 필요로 하는 전자 디바이스에 적용될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 이온토포레시스 패치를 나타낸 평면도.

도 2는 도 1의 이온토포레시스 패치의 서브스트레이트를 도시한 평면도.

도 3은 도 2의 서브스트레이트 상에 코팅된 제1 전기전도층과 제2 전기전도층을 나타낸 평면도.

도 4는 도 3의 제1 전기전도층의 일부에 코팅된 제1 전극층을 나타낸 평면도.

도 5는 도 4의 제2 전기전도층의 일부에 코팅된 제2 전극층을 나타낸 평면도.

도 6은 도 5에서 전면에 전기전도층과 전극층이 코팅된 서브스트레이트의 배면에 백킹레이어가 부착된 패치의 평면도.

도 7은 도 6에서 전지 시스템을 밀봉하기 위한 양면접착필름이 부착된 패치의 평면도.

도 8는 도 7에서 전극층 부위에 이온전도성 전해질이 도포된 패치의 평면도.

도 9는 도 7에서 이온전도성 전해질이 함침된 흡습지가 배치된 패치의 평면도.

도 10은 도 8 또는 9에서 전지 시스템을 밀봉하기 위한 밀봉 필름이 부착된 패치의 평면도.

도 11은 본 발명의 실시형태에 따른, 두 개의 단위전지가 직렬로 연결된 이온토포레시스 패치에 있어서, 서브스트레이트 상에 코팅된 제1 내지 제3 전기전도 층을 나타내는 평면도.

도 12는 도 11의 전기전도층의 일부에 코팅된 제1 및 제3 전극층을 나타내는 평면도.

도 13은 도 12의 전기전도층의 일부에 코팅된 제2 및 제4 전극층을 나타내는 평면도.

도 14는 도 13에서 전면에 전기전도층과 전극층이 코팅된 서브스트레이트의 배면에 백킹레이어가 부착된 패치의 평면도.

도 15은 도 14에서 전지 시스템을 밀봉하기 위한 양면 접착 필름이 부착된 패치의 평면도.

도 16은 도 15에서 2개의 단위 전지 각각에 이온전도성 전해질이 도포된 패치의 평면도.

도 17은 도 15에서 이온전도성 전해질이 함침된 흡습지가 배치된 패치의 평면도.

도 18은 도 16 또는 17에서 전지 시스템을 밀봉하기 위한 밀봉 필름이 부착된 패치의 평면도.

도 19는 본 발명의 실시형태에 따른 박형 전지를 구비하는 장치에 있어서, RFID 태그의 서브스트레이트 상에 형성된 전기전도층을 나타낸 평면도.

도 20은 도 19의 전기전도층의 일부에 코팅된 제1 내지 제4 전극층을 나타낸 평면도.

도 21은 도 20의 전극층을 이용한 복수의 단위 전지가 결합된 RFID 태그를 나타낸 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 서브스트레이트 120: 제1 전기 전도층

130, 131: 제1 전극층 132: 제3 전극층

140: 백킹레이어 220: 제2 전기 전도층

230, 231: 제2 전극층 232: 제4 전극층

260: 양면 접착 필름 400, 400a, 400b: 흡습지

300, 300a, 300b: 이온전도성 고분자 전해질층

500: 밀봉 필름

Claims

전기적으로 동작하고 서브스트레이트(substrate)를 구비하는 디바이스; 및

상기 디바이스에 전력을 공급하기 위한 박형전지를 포함하되,

상기 박형 전지는,

상기 서브스트레이트 상에 형성된 제1 전기전도층;

상기 제1 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제2 전기전도층;

상기 제1 전기전도층 상에 형성되어 상기 제1 전기전도층과 전기적으로 연결된 제1 전극층;

상기 제2 전기전도층 상에 형성되어 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결된 상기 제1 전극층으로부터 측방향으로 이격되어 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 반대인 극성을 갖는 제2 전극층;

상기 제1 전극층과 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질; 및

상기 이온 전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 밀봉 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 전극층과 제2 전극층은 동일 평면상에 배치된 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 박형전지는 폐쇄형 박형전지이고, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름은 수분차단 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제3항에 있어서,

상기 서브스트레이트와 밀봉필름 중 적어도 하나는 폴리테레프탈레이트 또는 폴라아크릴로니트릴 필름인 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 전기전도층 및 제2 전기전도층은 카본분말, 니켈분말 및 은분말로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 전도성 분말을 함유한 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 전극층은 상기 박형전지의 양극층이며, 폴리에틸렌옥사이드(polyethylen oxide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 성분을 함유하는 바인더와, 이산화망간 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 전극층은 박형전지의 음극층이며, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 성분을 함유하는 바인더와, 아연 또는 아연 합금의 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 전극층은 비스무스(Bi), 인듐(In) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 가스발생 억제용 인히비터(inhibitor)가 첨가된 아연 합금 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제8항에 있어서,

상기 인히비터로서 비스무스, 인듐 및 알루미늄 중 적어도 하나가 각각 10 내지 1000ppm의 함량으로 상기 아연 합금 분말에 함유된 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 이온전도성 고분자 전해질은 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알콜 및 카보닐 메틸 셀룰로스로 이루어진 군으로부터 선택된 고분자 물질이 첨가된 젤형 전해액인 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 이온전도성 고분자 전해질은 흡습지에 함침된 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 박형전지는, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 이온전도성 고분자 전해질 주위에 도포된 양면 접착 필름을 더 포함하되, 상기 밀봉 필름은 상기 양면 접착 필름 상에 접착되어 상기 이온전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 박형전지는 상기 서브스트레이트 상에 배치되어 서로 직렬 연결된 2이상의 단위 전지를 구비하되,

상기 박형전지는,

상기 제1 및 제2 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제3 전기전도층;

상기 제2 전기전도층 상에 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제2 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제3 전극층;

상기 제3 전기전도층 상에 상기 제3 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제3 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제2 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제4 전극층; 및

상기 제3 전극층과 제4 전극층을 동시에 덮되, 상기 이온전도성 전해질으로부터 분리된 추가적인 이온전도성 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 밀봉 필름은, 상기 제1 및 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 전해질과, 상기 제3 및 제4 전극층을 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 제2 전기전도층은 상기 제1 전기전도층과 상기 제3 전기전도층 사이에 배치되고,

상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층과 가깝게 배치되어 상기 제1 및 제2 전극층은 제1 단위 전지의 전극으로 동작하고,

상기 제4 전극층은 상기 제3 전극층과 가깝게 배치되어 상기 제3 및 제4 전극층은 제2 단위 전지의 전극으로 동작하는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질은 제1 단위 전지를 형성하고,

상기 제3 및 제4 전극층과 이를 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 제2 단위 전지를 형성하고,

상기 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 제2 전기전도층을 통하여 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제13항에 있어서,

상기 박형전지는, 상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 2 이상의 단위 전지를 밀봉하는 양면 접착 필름을 더 포함하고,

상기 양면 접착 필름은 2개 이상의 개구를 갖되, 하나의 개구에는 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질이 배치되고, 다른 하나의 개구에는 제3 및 제4 전극층과 이를 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질이 배치되는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제17항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 전해질과 상기 제3 및 제4 전극층을 동시에 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 상기 양면 접착 필름을 경계로 분리되어 배치되는 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 디바이스는 화합물의 경피성 전달을 위한 능동 패드이고, 상기 박형전지를 구비하는 장치는 이온토포레시스 패치인 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 디바이스는 RFID 태그 또는 스마트 카드인 것을 특징으로 하는 박형전지를 구비하는 장치.
박형전지가 내장된 이온토포레시스 패치로서,

형상이 가변되는 서브스트레이트;

상기 서브스트레이트 상에 형성된 제1 전기전도층;

상기 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제2 전기전도층;

상기 제1 전기전도층 상에 형성되어 상기 제1 전기전도층의 일부와 접촉하는 제1 전극층;

상기 제2 전기전도층 상에 형성되어 상기 제2 전기전도층의 일부와 접촉하고 상기 제1 전극층으로부터 측방향으로 이격되어 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 반대인 극성을 갖는 제2 전극층;

상기 제1 전극층과 제2 전극층을 동시에 덮는 이온전도성 고분자 전해질; 및

상기 이온 전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 밀봉 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온토포레시스 패치.
제21항에 있어서,

상기 제1 전극층과 제2 전극층은 동일 평면에 상에 배치된 것을 특징으로 하는 이온토포레시스 패치.
제21항에 있어서,

상기 서브스트레이트와 밀봉 필름 사이에 배치되어 상기 이온전도성 고분자 전해질 주위에 도포된 양면 접착 필름을 더 포함하고,

상기 밀봉 필름은 상기 양면 접착 필름 상에 접착되어 상기 이온전도성 고분자 전해질을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 이온토포레시스 패치.
제21항에 있어서,

상시 서브스트레이트의 배면에 부착되어 상기 서브스트레이트의 가장자리 바깥으로 노출된 백킹레이어(backing layer)를 더 포함하고,

상기 백킹레이어는 상기 서브스트레이트에 부착된 부착면에 접착물질이 도포되어 상기 서브스트레이트의 가장자리 바깥으로 노출된 부분에서 상기 이온토포레시스 패치가 적용되는 대상물에 대한 접착성을 제공하는 것을 특징으로 하는 이온토포레시스 패치.
제21항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전기전도층과 분리되어 상기 서브스트레이트 상에 형성되고 상기 제1 전기전도층과 동일 평면에 위치하는 제3 전기전도층;

상기 제2 전기전도층 상에 상기 제2 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제2 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제1 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제3 전극층;

상기 제3 전기전도층 상에 상기 제3 전기전도층과 전기적으로 연결되어 형성되고 상기 제3 전극층으로부터 측방향으로 이격 배치되고 상기 제2 전극층의 극성과 동일한 극성을 갖는 제4 전극층; 및

상기 제3 전극층과 제4 전극층을 동시에 덮되, 상기 이온전도성 전해질로부터 분리된 추가적인 이온전도성 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온토 포레시스 패치.
제25항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극층과 이를 동시에 덮는 이온전도성 전해질은 제1 단위 전지를 형성하고, 상기 제3 및 제4 전극층과 이를 덮는 추가적인 이온전도성 전해질은 제2 단위 전지를 형성하고, 상기 제1 단위 전지와 제2 단위 전지는 제2 전기전도층을 통하여 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 이온토포레시스 패치.