KR101169977B1 - 수명 특성이 향상된 박막전지 - Google Patents

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Abstract

박막전지의 제조 공정중 발생하는 낙성 파티클로 인한 박막전지 내부로의 수분 및 산소 투과를 방지함으로써, 박막전지의 장기저장성 및 수명 특성을 개선할 수 있고, 외부로부터 전극단자부의 수분 및 산소 차단 성능을 유지하면서, 디스플레이등의 각종 전자 소자에 적용이 용이하도록 하는 단자부 설계가 적용된 박막전지를 제공한다.

Description

수명 특성이 향상된 박막전지{THIN FILM BATTERY HAVING IMPROVED DURABILITY}
본 기술은 수명특성이 향상된 박막전지에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 박막전지의 제조 공정중 발생하는 낙성 파티클로 인한 박막전지 내부로의 수분 및 산소 투과를 방지함으로써, 박막전지의 장기저장성 및 수명 특성을 개선할 수 있고, 외부로부터 전극단자부의 수분 및 산소 차단 성능을 유지하면서, 디스플레이등의 각종 전자 소자에 적용이 용이하도록 하는 단자부 설계가 적용된 박막전지에 관한 것이다.
유기발광소자(OLED: Organic Light-Emitting-Diode) 및 플렉시블디스플레이(Flexible Display)등과 같은 박막 형태의 전자소자는 소자의 상부에 유기물과 무기물을 다중 박막형태로 증착하는 방법으로 형성되는 다중의 봉지막을 포함한다.
이러한 다중의 봉지막에서 유기 박막은 실제 산소 및 수분 배리어의 역할을 하는 무기 박막 형성시에 응력을 완충기키고, 표면 조도를 균일하게 하여 무기 박막의 균일한 성막을 유도하는 작용을 한다.
이와 관련하여 미국등록특허 제6,570,325호는 소자 상부에 접합되는 유기 박막으로서, 평탄화 특성을 갖는 막(Planarizing layer)을 개시하고 있다. 이러한 유기박막은 기판내 결함 감소를 통한 표면 조도 향상 및 소자 상부에 위치할 수 있는 파티클의 커버링(Covering)을 유도하여 무기박막의 특성을 향상시킨다.
또한, 상기 유기박막의 제조방법은 미국등록특허 제5,902,641호에도 다음과 같이 기재되어 있다. 즉, 액체 모노모를 열원(Heating source)을 통해 증발시켜 소자 상부에 성막하고 상기 액상으로 성막된 모노머를 UV 경화를 통해 고상으로 상변화 및 중합시키는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 평탄화 유기 박막은 표면 조도 향상 및 파티클 커버링 효과는 우수하나, 박막전지의 제조공정 중에 발생하는 낙성 파티클(particles)로 인한 전지 내부로의 수분 및 산소 투과 현상 및 장기저장성 저하 등이 나타나는 문제점이 있다.
따라서, 본 기술은 박막 전지의 제조시 발생하는 파티클로 인한 박막전지 내부로의 수분 및 산소를 차단하여, 상기 수분 및 산소의 투과현상에 의한 박막전지의 장기저장성 저하를 방지하고, 박막전지의 제조 공정에 있어서 원가절감 및 생산성 향상 등의 효과를 나타낼 수 있는 박막전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성되고 단자부를 포함하는 전지 소자층; 상기 전지 소자층 상에 형성된 다층 박막 봉지막; 상기 다층 박막 봉지막 상에, 상기 단자부를 제외한 소자층 및 상기 다층 박막 봉지막을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름을 포함하는 박막 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 박막전지는 박막전지 내부로의 수분 및 산소 투과를 방지함으로써, 박막전지의 장기저장성 및 수명 특성을 개선할 수 있고, 박막전지의 제조 공정에 있어서 원가절감 및 생산성 향상 등의 효과가 있다.
도 1은 일반적인 박막전지의 기판에 전지 소자층이 형성된 모습을 나타낸 평면도 및 단면도이다;
도 2는 도 1의 기판 및 전지 소자층에 다층 박막 봉지막이 형성된 모습을 나타낸 평면도 및 단면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예 따른 차단필름을 나타낸 평면도 및 단면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박막전지를 나타낸 평면도 및 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막전지를 나타낸 평면도 및 이러한 박막전지의 단자부를 나타낸 확대도이다;
도 6은 도 5의 박막전지의 단면을 나타낸 단면도이다;
도 7은 도 5의 박막전지의 단자부에 전도성 수지층 및 전도성 금속층이 위치함으로써 완성된 모습의 평면도이다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 박막전지는 기판; 상기 기판 상에 형성되고 단자부를 포함하는 전지 소자층; 상기 전지 소자층 상에 형성된 다층 박막 봉지막; 상기 다층 박막 봉지막 상에, 상기 단자부를 제외한 소자층 및 상기 다층 박막 봉지막을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 박막전지는 다층 박막 봉지막 상에 추가적인 차단 필름을 라미네이션 함으로써, 외부로부터의 수분 및 산소의 차단 성능을 더욱 극대화하여 박막전지의 장기저장성 등의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 차단 필름에 의해 박막전지에 소정의 유연성이 부여되므로, 유기발광소자(OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 태양전지 및 박막전지 등과 같은 다양한 전자소자에 적용이 용이한 장점이 있다.
또한, 추가적인 차단 필름을 라미네이션 하는 간단한 방법에 의해 다층 박막 봉지막 상에 형성할 수 있으므로, 박막전지의 제조에 있어서 생산성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다. 더욱이, 본 발명의 박막전지는 추가적인 차단 필름에 의해 박막전지의 장기저장성 등이 요구되는 응용분야에서 박막전지의 장기 저장을 위한 고가(High price)의 패키지(Package)를 삭제한 상태에서도 소망하는 우수한 장기저장성 향상 효과를 나타낼 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 박막전지는 단자부 상에 상기 단자부를 덮도록 위치한 전도성 수지층, 및 상기 전도성 수지층 상에 위치한 전도성 블록층을 더 포함할 수 있다.
상기 박막전지에서 단자부는 외부와의 전기적 연결을 위해 다층 박막 봉지막 또는 차단 필름이 라미네이션되어 있지 않고 외부로 노출되어 있으므로, 수분이나 산소에 의한 부식(corrosion) 등의 물성변화를 초래할 우려가 있고, 이러한 단자부를 통해 수분이나 산소가 박막전지 내부의 전지 소자층 등에 유입되어, 박막전지의 장기저장성을 감소시킬 수 있는 가능성이 있다. 따라서, 상기 단자부에 전도성 수지층 및 전도성 블록층을 배치하여 외부의 수분 및 산소를 차단함으로써, 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 상기 단자부의 전도성 수지층 및 전도성 블록층은 전극 단자부로써의 역할을 함으로써, 박막전지와 외부와의 전기적 연결을 더욱 용이하게 하는 장점이 있다. 즉, 주변이 차단 필름으로 둘러싸여 있어서 전극 탭과 같은 외부와의 전기적 연결 수단과의 접촉이 어려운 상기 단자부에 상기 전도성 수지층 및 전도성 블록층을 적층하여 위치시킴으로써, 외부의 전기적 연결 수단과의 접촉을 용이하게 할 수 있다.
상기 전도성 수지층의 소재는 전도성을 갖는 수지이면 특별히 제한되지 않으나,예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼나이트라이드로 이루어진 군에서 선택 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 전도성 수지에 전도성 에폭시가 포함된 수지를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 전도성 에폭시 수지는 전기 전도성과 함께 수분차단 효과를 가지므로, 상기 단자부 및 박막전지 내부의 전지 소자층으로의 수분침투를 방지 효과를 극대화 할 수 있다.
상기 전도성 블록층은 전도성을 가진 소재이며 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 금속을 사용할 수 있다.
상기 금속은 백금(Pt), 금(Au) 등과 같은 귀금속류, 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconnel)등과 같은 니켈 또는 구리 함유 내열강, ITO 등과 같은 귀금속류, 내열강 및 전도성 산화물막 등이 사용될 수 있다.
상기 전도성 블록층은 상기 전도성 수지층 상에 위치한 구조이면 특별히 제한되지 않으나, 그 노출면이 상기 차단 필름의 표면과 수평면을 이루거나 상기 차단 필름의 표면으로부터 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전도성 블록층의 노출면이 상기 차단 필름의 표면과 수평면을 이루고 있거나 상기 차단 필름의 표면으로부터 돌출되어 있는 경우, 박막전지 외부의 전기적 연결부재와 상기 전도성 블록층이 서로 더욱 용이하게 접촉될 수 있으므로, 박막전지의 외부와의 전기적 연결이 더욱 용이해지는 장점이 있다.
상기 단자부는 박막전지의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있도록, 바람직하게는단자부의 테두리 영역을 따라 상기 기판 상에 홈을 형성할 수 있다. 즉, 단자부의 테두리 영역에 형성된 기판상에 상기 전도성 수지층을 형성하는 전도성 수지가 채워지게 함으로써, 단자부의 테두리 영역을 통해 외부로부터 유입될 수 있는 수분 및 산소를 차단하여 박막전지의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 단자부의 표면에는 전도성 수지층의 형성을 용이하게 하고, 수분과의 접촉방지특성을 더욱 향상시킬 수 있도록, 예를 들어, 다수의 홀을 형성할 수 있다. 이러한 홀은 전도성 수지층과 단자부의 접촉면이 넓어지게 함으로써, 전도성 수지층이 단자부에 더욱 안정적으로 형성되게 하며, 외부로부터의 수분 차단 특성을 더욱 향상시킨다.
상기 차단 필름은 상기 다층 박막 봉지막 상에서, 상기 단자부를 제외한 소자층 및 상기 다층 박막 봉지막을 덮도록 라미네에션된 구조이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 기판의 전체 면을 덮도록 라미네이션 될 수 있다.
이와 같이 상기 기판의 전체 면을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름은 기판과 기판위에 형성된 다층 박막 봉지막 사이의 접촉부위를 덮을 수 있으므로, 박막전지의 밀봉성을 더욱 향상시켜 외부로부터의 수분 및 산소를 차단하는 효과를 극대화 할 수 있다.
상기 차단 필름의 소재는 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)를 사용할 수 있으며, 수분차단 특성을 더 높일 수 있도록, 예를 들어 표면에 무기 산화물을 형성할 수 있다.
상기 무기 산화물은 예를 들어, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 산화물(SiOx) 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)을 사용할 수 있다.
한편, 상기 박막전지의 항습 성능은 다층 박막 봉지막을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름에 의해 고온 조건에서도 우수한 수분 및 산소의 차단효과를 나타내는 것으로서, 구체적으로 패키징 공정 전 상온에서 수분투과도(WVTR)가 10-3g/m2/day 이하의 특성을 갖는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이에 의해 본 발명의 범주가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 박막전지의 기판에 전지 소자층이 형성된 모습을 나타낸 평면도 및 단면도가 도시되어 있고, 도 2는 도 1의 기판 및 전지 소자층에 다층 박막 봉지막이 형성된 모습을 나타낸 평면도 및 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 박막전지는 기판(110)상에 2개의 단자부(121, 122)를 포함하는 전지 소자층(120)이 형성되고, 이러한 전지 소자층(120)상에 전극 단자부들(121, 122)을 제외하고 다층 박막 봉지막(130)이 형성되는 구조로 제조된다.
상기 기판(110)은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 스테인레스 스틸(stainless steel), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등과 같은 금속 시트; 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화실리콘(SiO2), 석영(quartz), 유리(glass), 운모(mica) 등과 같은 세라믹 혹은 유리 기판; 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드 이미드(polyamide imide), 폴리술폰(polysulfone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에테르에테르 케톤(polyetherether ketone), 폴리에테르 케톤(polyether ketone) 등과 같은 폴리머 기판 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다. 특히, 상기 기판(110)으로서 폴리머 기판, 두께가 200㎛ 이하인 운모(mica) 기판, 표면이 부도체처리 되어있으며 두께가 각각 200㎛ 이하인 실리콘 기판 및 금속 기판 등의 플렉시블(flexible)한 기판을 사용하는 경우 부착력 향상을 위하여 스퍼터링 시 증착조건이나 증착막 간의 재질이 적절하게 조절되어야 한다.
상기 전지 소자층(120)은 양극 전류집전체 패턴, 음극 전류집전체 패턴, 양극 패턴, 전해질 패턴 및 음극 패턴을 포함하는 구조로 제조된다.
상기 양극 전류집전체 패턴은 상기 양극 패턴과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 양극 전류집전체 패턴은 단일 재료가 아닌 비 귀금속 합금 재료로 이루어지며, 구체적으로는 니켈 함유 합금을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 양극 전류집전체 패턴은 니켈 100 중량부 및 크롬 10 내지 60 중량부를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 니켈 함유 합금은 이외에도 30 중량부 이하의 몰리브덴 또는 40 이하의 철을 더 포함할 수 있다. 니켈 합금 성분 중에 니켈 외의 금속 성분의 함량이나 종류는 박막 전지의 물성을 고려하여 결정될 수 있다.
양극 전류집전체를 이루는 전술한 합금들은 내열 및 내산화 특성을 가지며 증착 공정에서 고온 열처리 시에도 산화에 의한 막의 변형이나 전도도의 감소 없이 상기 양극 전류집전체를 형성할 수 있다.
본 실시예에서 양극 전류집전체는 기판(110) 표면과의 접착성 확보를 위해 후술할 부착력 향상막을 0.2 ~ 1.6 Pa의 아르곤(Ar) 플라즈마 분위기에서 100~450 nm 두께로 2~6 W/cm2의 파워밀도로 DC 스퍼터링 성막하고, 진공 분위기 하에서 연속적으로 상기 부착력 향상막 상에 전도도가 우수하며 내산화성을 갖는 내열 및 내산화 비귀금속 합금을 0.2 ~ 1.6 Pa의 Ar 플라즈마 분위기에서 30~200 nm 두께 및 2~6 W/cm2의 파워밀도로 DC 스퍼터링 성막하여 형성될 수 있다.
상기 음극 전류집전체 패턴은 상기 음극 패턴과 전기적으로 연결되어 있으며, 아울러 상기 양극 전류집전체 패턴과 전기적으로 분리되어 있다. 상기 음극 전류집전체 패턴은 박막 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 재료로 구성되며, 본 실시예에서 상기 음극 전류집전체 패턴은 구리계 합금을 포함한다. 또한, 상기 구리계 합금은 아연을 포함할 수 있다.
이상의 실시예에서는 양극 및 음극 전류집전체가 모두 비귀금속 합금을 포함하는 경우를 설명하였으나, 이와 다르게 본 발명은 상기 양극 및 음극 전류 집전체가 모두 비귀금속계 합금을 포함하는 경우뿐만 아니라 어느 하나의 전류 집전체만이 선택적으로 비귀금속 합금인 경우도 포함한다.
상기 양극 및 음극 전류집전체의 증착은 반도체 공정에서 쓰이는 박막 성장 장치 및 기술을 응용하여 이루어질 수 있다. 이러한 장치 및 기술로는 마그네트론 RF(radio frequency) 스퍼터, 마그네트론 DC(direct current) 스퍼터, 전자빔 증발기(e-beam evaporator), 열 증발기(thermal evaporator), CVD(chemical vapor deposition), PLD(pulsed laser deposition), Sol-gel 법 등이 있다. 본 실시예에서, 특히 상기 양극 및 음극 전류집전체(120, 130)의 증착을 위하여 높은 효율성 및 공정의 용이성을 제공할 수 있는 마그네트론 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다.
상기 양극 패턴에는 활물질이 사용될 수 있다. 양극 패턴 활물질은, 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션 할 수 있는 화합물로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCo1 /3Ni1 /3Mn1 /3O2, V2O5, MnO2, MoO3 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 전해질 패턴은 양극 패턴(140) 및 음극 패턴 사이에 위치하며, 무기 고체 전해질 또는 유기 고체 전해질이 사용될 수 있다. 상기 무기 고체 전해질의 예로서는 세라믹 계열의 재료, Li2O-B2O3, Li2O-V2O5-SiO2, Li2SO4-Li2O-B2O3, Li3PO4, Li2O-Li2WO4-B2O3, LiPON, LiBON 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 상기 유기 고체 전해질의 예로서는 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴 등에 리튬염을 혼합한 형태를 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
상기 음극 패턴에는 활물질이 사용될 수 있다. 음극 패턴 활물질은, 예를 들어, 리튬 전지에서 리튬이 가역적으로 산화/환원 할 수 있는 화합물로 Li, Sn3N4, Si, 흑연, Li계 합금 등을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 다층 박막 봉지막(130)은 박막 전지가 대기 중에서 산화되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 유기 보호막 패턴, 또는 무기 보호막 패턴, 또는 유기 보호막 패턴 및 무기 보호막 패턴의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예 따른 차단필름을 나타낸 평면도 및 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 박막전지를 나타낸 평면도 및 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 차단 필름(140)는 박막전지(100)의 폭(w)과 길이(l)에 대응하는 폭(W)과 길이(L)를 가진 것으로 형성되어 있으며, 박막전지(100)를 덮을 수 있도록 일정한 두께를 가진 것으로 형성되어 있다. 또한, 차단 필름(140)는 박막전지(100)의 단자부(121, 122)에 대응하는 부위가 관통된 구조로 이루어져 있어서, 박막전지에 라미네이션 되었을 경우, 박막전지의 단자부를 외부로 노출시키는 구조로 형성되어 있다.
박막전지(100)는 기판(110), 상기 기판(110) 상에 형성되고 단자부(121, 122)를 포함하는 전지 소자층(120), 상기 전지 소자층(120) 상에 형성된 다층 박막 봉지막(130) 및 상기 다층 박막 봉지막(130) 상에, 상기 단자부(121, 122)를 제외한 전지 소자층(120) 및 상기 다층 박막 봉지막(130)을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름(140)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 박막전지(100)는 다층 박막 봉지막(130) 상에 추가적인 차단 필름(140)을 라미네이션 함으로써, 외부로부터의 수분 및 산소의 차단 성능을 더욱 극대화하여 박막전지의 장기저장성 등의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 여기서 상기 기판(110), 전지 소자층(120), 및 다층 박막 봉지막(130)의 소재 및 형성방법에 대한 내용은 도 1 및 도 2에 대한 설명에서와 동일하므로 생략한다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막전지를 나타낸 평면도 및 이러한 박막전지의 단자부를 나타낸 확대도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 박막전지의 단면을 나타낸 단면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5의 박막전지의 단자부에 전도성 수지층 및 전도성 금속층이 위치함으로써 완성된 모습의 평면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 기판(210), 상기 기판(210) 상에 형성되고 단자부(221, 222)를 포함하는 전지 소자층(220), 상기 전지 소자층(220) 상에 형성된 다층 박막 봉지막(230) 및 상기 다층 박막 봉지막(230) 상에, 상기 단자부들(221, 222)를 제외한 전지 소자층(220) 및 상기 다층 박막 봉지막(230)을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름(240)을 포함하는 구조로 이루어진 박막전지(200)의 단자부들(221, 222)에는 전도성 수지층(252) 및 전도성 블록층(262)이 순차적으로 적층된 구조로 위치하고 있다.
또한, 상기 단자부들(221, 222)의 테두리 영역의 기판에는 일정한 깊이의 홈(211, 212)이 형성되어 있어서, 상기 전도성 수지층(252)을 형성하는 수지가 채워지게 됨으로써, 외부로부터의 수분 및 산소를 더욱 효율적으로 차단할 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 차단부재(240)가 라미네이션된 박막전지(200)의 단자부(222)에서 전도성 블록층(262)의 노출면(261)은 차단부재(240)의 표면(243)으로부터 돌출된 구조로 형성되어 있어서, 박막전지(200) 외부의 전기적 연결부재(도시하지 않음)와 상기 전도성 블록층(262)이 서로 더욱 용이하게 접촉될 수 있으므로, 박막전지(200)의 외부와의 전기적 연결을 더욱 용이하게 한다.
100, 200: 박막전지
110, 210: 기판
120, 220: 전지 소자층
130, 230: 다층 박막 봉지막
140, 240: 차단 필름
121, 122, 221, 222: 단자부
252: 전도성 수지층
262: 전도성 블록층

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고 단자부를 포함하는 전지 소자층;
    상기 전지 소자층 상에 형성된 다층 박막 봉지막;
    상기 다층 박막 봉지막 상에, 상기 단자부를 제외한 소자층 및 상기 다층 박막 봉지막을 덮도록 라미네이션 된 차단 필름;
    상기 단자부 상에 상기 단자부를 덮도록 위치한 전도성 수지층, 및 상기 전도성 수지층 상에 위치한 전도성 블록층을 포함하며;
    상기 차단 필름은 표면에 실리콘 산화물 또는 알루미늄 산화물이 형성되어 있는 고분자 수지 필름이고,
    상기 단자부의 테두리 영역을 따라 상기 기판 상에 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 수지층은 전도성 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 블록층은 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 블록층의 노출면은 상기 차단 필름의 표면과 수평면을 이루거나 상기 차단 필름의 표면으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단자부의 표면에 다수의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차단 필름은 상기 기판의 전체 면을 덮도록 라미네이션 되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 전지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 박막전지는 패키징 공정 전 상온에서의 수분투과도(WVTR)가 10-3g/m2/day 이하인 것을 특징으로 하는 박막 전지.



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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005259360A (ja) 2004-03-09 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子電解質燃料電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180038961A (ko) * 2016-10-07 2018-04-17 한국생산기술연구원 플렉서블 이차전지 적층체 및 그를 포함하는 플렉서블 복합소자 적층체

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