KR101316276B1 - 얇고 인쇄 가능한 플렉시블 전기화학 셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

높은 수분과 산소 배리어 중합체 필름이 밀봉 및 접힌 패키지를 구비하는 얇고 인쇄된 플렉시블 전기화학 셀로서, 인쇄된 캐소드는 아연 포일 애노드 혹은 캐소드에 인접하게 배치된 인쇄된 애노드와 함께 높은 전도성 탄소에 침착되는 것에 특징이 있다. 셀 부품들을 특정하게 적층된 중합체 기판에 추가한 후에, 웹은 셀 조립 프로세스를 완료하도록 개량된 고속의 상용 수평 파우치 충전 머신 상에서 자동으로 처리된다. 이러한 프로세스에서, 녹말이 피복된 종이 분리기 층은 애노드와 캐소드 위로 삽입될 수 있고, 그 다음 수성 전해질은 셀에 첨가된다. 프로세스를 완료하기 위해, 셀의 모두 4개의 가장자리는 셀 부품들을 셀 캐비티 내에 감금하기 위해 열 밀봉되며, 각각의 셀은 연속한 웹을 정돈하여 구성된다.

Description

얇고 인쇄 가능한 플렉시블 전기화학 셀 및 그 제조 방법{THIN PRINTABLE FLEXIBLE ELECTROCHEMICAL CELL AND METHOD OF MAKING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 얇고, 인쇄 가능한 셀과 배터리 및 그것의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 파우치 충전 프로세스(pouch-filling process)를 사용하여 제조된 얇고, 인쇄된 기판 및 배터리에 관한 것이다.
과거 수 백년 동안에, 과학자들은 다양한 용례를 위한 탄소/아연 휴대형 전력 공급원(power source)을 만들어왔다. 초창기의 휴대형 전원에 있어서, 이러한 전원 공급원은 오늘날의 표준형에 비해 현저하게 컸다. 예컨대, Eveready 사에서 제작한 인기가 매우 높고 약 3인치의 직경과 약 9인치의 높이로 된 "이그나이터 셀(Ignitor Cell)"은 라디오, 버저, 크리스마스 장식 조명 등 다양한 용례로 사용하였다. Eveready famous #6(약 2"의 직경×6"높이)와 오늘날 초소형 유닛 셀과 같은 몇몇 더 작은 버전뿐만 아니라 이러한 대형 셀인 #950(D 사이즈)은 일반적으로 몇몇 용례에서 40볼트를 초과하는 전압을 갖는 배터리 팩으로 만들어졌다. 이들은 조명 장치, 라디오 및 자동차 점화 장치에 사용되는 오늘날의 자동차용 배터리 정도의 크기이거나 그 보다 더 컸다. 트랜지스터 등의 첨단 전자제품이 출현하였던 1900년대 중반에는, 휴대용 전원을 위한 전력 소모량이 줄어들었다. 그 결과, 셀 크기도 또한 C, AA, AAA 및 심지어 더 작은 버튼형 셀로 줄어들었다. 이러한 소모 전력 감소는 21세기에도 계속되었으며, 스마트 라벨, 스마트 신용카드, 센서, 연하 카드 등의 신제품과 같은 용례에서는 최대 전류가 수 밀리 암페어였으며, 많은 전자제품은 단지 약 1.5 내지 3.0볼트의 수 마이크로암페어를 필요로 하였다. 이러한 전자제품은 또한 평탄하고 매우 얇은 전력 공급원을 필요로 한다.
과거 25년 동안, 많은 과학자와 제조업체들은 얇고 평탄한 셀/배터리를 제조하기 위한 노력을 기울여 왔다. 이러한 결과물로는 폴라로이드(Polaroid) 사에서 개발한 잘 알려진 배터리를 포함한다. 이러한 6볼트 배터리 팩은 폴라로이드 필름의 각 패키지에 사용된다. 이것은 폴라로이드로 하여금 사용자가 카메라에 새 필름을 넣을 때마다 카메라에 신규의 배터리를 갖도록 해준다. 다층과 금속 포일 라미네이트 패키지를 갖는 이러한 고가의 배터리는 플래시 전구를 점화시킬 수 있는 고전압, 고전류의 배터리이며, 현재 개발되고 있는 신규의 얇고 저가의 배터리와는 경쟁 상대가 될 수 없다. 폴라로이드에 추가하여, 다양한 전기화학 시스템에서 얇은 배터리를 개발하기 위해 다른 노력이 집중되어 왔다.
최신이면서 상대적으로 낮은 전원의 전자제품용의 경제적이면서 얇은 배터리를 대량 생산하기 위한 방법이 요구되었다.
본 발명은 전기화학 셀을 포함하는 배터리를 제공하며, 이 배터리는 내면을 구비하는 기판과; 내면의 일부를 덮는 제1 전기화학 층과; 내면의 다른 부분을 덮는 동시에 제1 전기화학 층에 인접하는 제2 전기화학 층과; 제1 전기화학 층과 제2 전기화학 층 양자를 실질적으로 덮는 동시에 그들과 전기 접촉 상태로 있는 전해질 층과; 전해질 층을 덮는 동시에 셀의 내부에서 전해질 층을 밀봉시키기 위한 파우치를 형성하도록 기판에 결합되는 피복층을 포함한다.
또한, 다층 라미네이트를 포함하는 동시에 외면과 내면을 지닌 기판을 구비하는 전기화학 셀을 포함하는 배터리가 제공된다.
상기 기판은 내면이 제1 내측면과 셀 내부의 반대측 상의 제2 내측면을 형성하도록 그리고 외면이 제1 외측면과 셀 외부의 반대측 상의 제2 외측면을 형성하도록 그 자체 위로 접힌 부분을 형성한다.
상기 셀은 제1 경화 및/또는 건조된 전도성 잉크를 포함하는 동시에 제1 내측면을 적어도 부분적으로 덮는 컬렉터 층과; 제2 경화 및/또는 건조된 잉크를 포함하는 동시에 컬렉터 층을 적어도 부분적으로 덮는 제1 전기화학 층과; 제1 내측면과 제2 내측면 중 하나 상의 제2 전기화학 층과; 제1 전기화학 층과 제2 전기화학 층 양자와 접촉 상태로 있는 동시에 제1 내측면과 제2 내측면 사이에 있는 흡착제 물질 내에 흡입된 전해질을 포함하는 전해질 층과; 기판을 접힌 위치에 유지시키도록 제1 내측면을 제2 내측면에 결합시켜 셀의 내부에 전해질을 담기 위한 파우치를 형성하도록 제1 내측면의 외주부의 일부를 제2 내측면의 외주부의 일부에 연결시키기 위한 연결 및/또는 밀봉층을 더 포함한다.
본 발명은 또한 전기화학 셀을 포함하는 얇은 배터리를 제조하기 위한 방법을 제공하며, 이 방법은:
. 다층 라미네이트 기판의 웹을 제공하는 단계와;
. 기판으로부터 절단부를 천공 혹은 절단하는 단계와;
. 웹의 내측면 상에 전도성 잉크의 컬렉터 층을 인쇄하는 단계와;
. 컬렉터 층의 일부 위로 잉크를 포함하는 제1 전기화학 층을 인쇄하는 단계와;
. 기판 상에 제2 전기화학 층을 도포하는 단계와;
. 기판의 일부 상에 밀봉층을 도포하는 단계와;
. 밀봉층이 기판의 제1 부분의 내측을 기판의 제2 부분의 내측에 부착하도록, 그리고 제1 전기화학 층, 제2 전기화학 층, 및 흡착제 층이 제1 부분과 제2 부분 내측 사이에서 파우치 내에 포획되도록 파우치를 형성하기 위해 기판을 접는 단계로, 파우치의 내부에 개구를 형성하는, 기판을 접는 단계와;
. 개구를 통해 전해질을 첨가하는 단계와;
. 전해질을 파우치의 내부에서 실질적으로 밀봉시키기 위해 개구를 밀봉하는 단계와;
. 전기화학 셀들 중 하나 이상을 배터리로 공급하기 위해 기판을 절단하는 단계와;
. 제1 전기화학 층과 제2 전기화학 층들 중 하나 이상으로의 전기적 액세스를 절단부를 통해 제공하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 방법은 제1 전기화학 층과 제2 전기화학 층 양자의 일부와 접촉하도록 흡착제 층을 제공하는 단계를 더 포함하며, 전해질을 첨가하는 상기 단계 동안 혹은 그것에 후속하여 전해질의 적어도 일부는 흡착제 층에 의해 흡착된다.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징과 장점들은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 첨부 도면의 참조한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 유닛 셀의 평면도이다.
도 2는 상측 라미네이트를 배치하기 이전의 유닛 셀을 일부 절단하여 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 시일 영역(라인"3-3")을 따라 절취한 인쇄된 셀의 단면도이다.
도 4는 도 1의 셀 센터(라인"4-4")를 따라 절취한 인쇄된 셀의 단면도이다.
도 5는 양호한 구조에 따라 적층된 필름 층들을 도시한 단면도이다.
도 6은 고속이면서 저가의 제조비로 제조 가능하게 해주는 변형된 유닛 셀 구조를 도시한 도면이다.
도 6a는 밀봉 효과를 향상하기 위한 "픽쳐 프레임(picture frame)"이라고 칭하는, 본 발명의 얇은 전기화학 셀을 밀봉하기 위해 접착제의 도포를 위한 개량된 기하학 형상을 도시한 도면이다.
도 6b 및 도 6c는 본 발명에 따른 얇고 인쇄 가능한 셀 구조의 또 다른 모드들을 도시한 도면이다.
도 7은 접촉 시일 영역을 따라 절취한 개량된 셀 구조를 도시한 단면도이다.
도 8은 고속 포맷을 지닌 완성된 웹의 섹션은 도시한 도면이다.
도 9는 양호한 고속 제조 공정을 보여 주는 플로차트이다.
도 10은 하나의 실시예에 따른 단일 인쇄 스테이션을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 플랫 셀을 제조하기 위한 하나의 방법에 사용되는 연속 프린팅 프레스와 보조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 아연/접착제(애노드) 적층 스테이션을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 아연/접착제(애노드) 도포 스테이션을 개략적으로 도시한 또 다른 도면이다.
도 14는 변형된 파우치 충전 머신을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15는 유닛 셀을 사용하는 네 가지의 상이한 배터리 구조를 상측 라미네이트 및/또는 라벨을 제거한 상태로 도시한 도면이다.
도 16은 유닛 셀을 사용하는 네 가지의 상이한 배터리 구조를 상측 라미네이트 및/또는 라벨을 부착한 상태로 도시한 도면이다.
도 17은 유닛 셀을 사용하는 배터리 라벨 구조를 도시한 도면이다.
도 18은 유닛 셀로 구성된 얇은 배터리 구조를 지지 기판을 제거한 상태로 도시한 도면이다.
도 19는 인쇄된 배터리 구조를 도시한 도면이다.
도 19a는 더 양호한 인쇄된 배터리 구조를 도시한 도면이다.
도 20은 유닛 셀을 사용하는 3 볼트 배터리용 배터리 접촉부와 일체로 구성된 전기 제품을 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 바와 같이 특별한 지시가 없을 경우 모든 퍼센트를 중량 퍼센트로 간주한다. 본 명세서에서 지적한 바와 같이, 예컨대 "5-25"와 같이 소정 범위가 주어지면, 이는 바람직하게는 적어도 5와 별도로 그리고 독립적으로 25 이하인 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에 목록에 실은 혹은 양호한 값에 후속하는 괄호 내의 범위는 본 발명에 따른 값에 대한 광범위하게 양호하거나 덜 양호한 범위를 나타낸다.
본 발명은 얇은 전기화학 셀 및/또는 배터리에 관한 것이다. 보다 구체적으로 말하면, 본 발명은 2개의 전극, 분리기, 및 2개의 적층된 필름 층들 사이의 전해질을 포함하는 얇고 인쇄 가능한 셀에 관한 것이다. 이러한 셀을 양산하기 위한 하나의 방법은 특히 필요한 볼륨이 매우 높을 경우 고속 웹 프린팅 프레스 상의 금속 포일을 인쇄 및/또는 적층함으로써 특정의 적층된 중합체 필름층 상에 소정의 패턴으로 수성 및/또는 비수성 용매 잉크를 침전시키는 것을 포함한다. 만약 볼륨이 더 낮을 경우 즉, 단지 수백만 이하의 양일 경우, 평탄한 베드 스크린을 사용하는 웹 인쇄 등의 더 느린 방법이 또한 적합하곤 한다. 볼륨이 극히 낮을 경우 예컨대, 수 백 혹은 수천일 경우, 평탄한 베드 프린팅 프레스로 유입된 시트가 적합할 수 있다. 모든 잉크를 인쇄하고 솔리드를 적절하게 배치하고 그리고 웹을 사용한 이후에, 셀들은 고속의 상업적인 파우치 충전 머신 상에서 (수평 및/또는 수직으로) 자동으로 조립된다. 생산 볼륨이 낮고 셀 부품들이 시트 상에 놓일 때, 셀들은 기계의 도움을 받거나 받지 않고 수동으로 조립될 수 있다.
저가이면서 저용량의 얇은 평탄한 셀의 시장 수요가 확대됨에 따라, 다방면의 대량 생선 비용이 저가인 얇고, 적어도 부분적으로 인쇄 가능한 플렉시블 셀의 제조가 가능하게 되었다. 인쇄된 폐기 가능한 얇은 셀은 예컨대, 적절한 전압, 충분한 용량 및 저가의 용액을 제공하기 때문에 낮은 동력과 높은 생산 볼륨의 응용에 특히 적합할 수 있다. 일 실시예에서, 본 명세서에 개시된 배터리는 전술한 특징들 모두를 포함하는 반면에 종래의 낮은 프로파일형 배터리들은 이들 특징들 중 단지 몇몇만을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기 화학 셀/배터리가 갖는 장점들은 아래와 같다. 즉,
. 얇다는 점;
. 평탄하다는 점;
. 플렉시블 하다는 점;
. 밀봉형 컨테이너라는 점;
. 구조가 간단하다는 점;
. 고속이면서 높은 대량 생산을 위해 설계되어 있다는 점;
. 비용이 저가이다는 점;
. 어떠한 온도에서도 성능을 신뢰할 수 있다는 점;
. 저온 성능이 양호하다는 점;
. 폐기 가능하고 환경 친화적이다는 점;
. 셀 접촉부 모두가 동일한 표면에 있다는 점;
. 제품으로 조립이 용이하다는 점;
. 제품을 제조하는 것과 동시에 연속 공정에서 일체로 제조가 가능하다는 점.
통상의 셀은 2개의 전극(즉, 애노드와 캐소드)과 전해질을 포함한다. 상기 전극은 전해질 내의 화학물과 상호 반응하여 전극 양단에 전압을 생성하여 전기 회로에 전류를 공급하는 전기화학 물질로 구성되어 있다.
가장 일반적인 형태에 있어서, 본 발명에 따른 셀/배터리는 내측면과 외측면을 갖는 기판을 포함한다. 하나의 전극을 대표하는 제1 전기화학 층은 예컨대, 인쇄 혹은 적층에 의해 상기 내측면의 적어도 일부에 도포된다. 상기 제1 전기 화학적 층은 예컨대, 캐소드의 전극층이거나 애노드의 전극층일 수 있다.
제1 전기화학 층이 상대적으로 낮은 전도도를 가질 경우, 그 층은 그것의 전도도를 증대시키기 위해 캐소드 혹은 애노드 컬렉터 층의 상단에 인쇄 혹은 적층될 수 있다. 상기 컬렉터 층은 예컨대, 기판의 내측면 위로 직접 인쇄 혹은 적층될 수 있다. 그 다음, 전기화학 층은, 컬렉터 층을 사용할 경우 컬렉터 층의 전부 혹은 단지 일부를 피복할 수 있다.
제1 전기화학 층에 인접하거나 또는 그로부터 교차하는 동시에 상기 내측면의 또 다른 일부를 피복하는 (또 다른 전극을 대표하는) 제2 전기화학 층이 또한 제공된다. 이러한 제2 전기화학 층은 애노드 혹은 캐소드의 전극 중 다른 하나이기 때문에 전기화학 층(전극) 양단에 전압을 공급하여 전기 회로에 전기 전류를 공급하도록 셀을 위한 화학 전해질과 상호 작용하기에 필요로 할 때와 같이 애노드와 캐소드의 전기화학 층 모두를 구비한다. 이러한 제2 전기화학 층에 있어서도 마찬가지로, 제2 전기화학 층의 전도도가 낮을 경우, 전체 전도도를 향상시키기 위해 대응하는 컬렉터 층 위로 그 층이 인쇄 혹은 도포될 수 있다.
종이, 코팅된 종이, 윤을 없앤 및/또는 직조된 폴리머 및 이들의 조합을 포함하는 다양한 형태의 물질로 구성된 분리기가 2개의 전극들의 상측 위로 배치된다. 이러한 물질은 전해질의 일부를 흡착하고 전해질과의 전극 접촉 및 습윤을 향상시켜 셀/배터리의 내부 저항을 감소시킨다.
따라서, 상기 전해질 층은 배터리 셀 전기화학 프로세스를 완료하여 전기 회로에 동력을 공급하기 위해 상기 제1 전기화학 층과 상기 제2 전기화학 양자를 실질적으로 포함하거나 그렇지 않으면 물리적인 전기 접촉 상태로 있게 된다.
피복층은 분리기/전해질 층을 덮기 위해 제공된다. 이 피복층은 셀을 실질적으로 혹은 완전히 밀봉시키고 전해질의 누출을 방지하기 위해 하부 기판에 결합된다. 피복층은 예컨대, 나중에 연속하는 단편일 수 있는 기판의 일부일 수 있다. 이 경우, 전기화학 층은 기판의 동일한 내측면 상에 모두 배치될 수 있다. 기판은 그 다음 접혀 피복층을 또한 형성하기 때문에 기판의 내측면은 서로 마주보며, 밀봉층을 사용하여 전술한 셀의 내부 부품들을 실질적으로 혹은 완전히 밀봉한다.
그 대안으로, 제1 및 제2 전기화학 층(경우에 따라 해당하는 컬렉터 층)들 중 하나는 피복층의 내측면 상에 배치될 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 전기화학 층들이 서로 대향하게 놓이게 된다. 이러한 구조는 전극을 분리 및 격리시키기 위해 분리기 층의 사용을 용이하게 해준다.
전술한 보편화된 셀을 구체적으로 실시하는 다수의 실시예들은 전술한 셀 디자인을 변경함으로써 이하에 제공될 것이다.
본 발명의 하나의 실시예는 얇고, 인쇄된 셀에 관한 것으로, 이 셀은 내측에 열 밀봉 층을 구비할 수 있는 (셀/배터리 구조에 또한 외측면에 열 밀봉이 제공될 수 있음) 특별한 특징을 지닌 특정의 폴리머 라미네이트의 하부 필름층과, 상기 라미네이트의 중앙에 있는 높은 수분의 배리어 층과, 상기 라미네이트의 외측 상의 구조적인 필름을 포함하며, 내측면과 외측면 양자는 인쇄 수용성이 높은 물질로 구성되는 동시에 내부 부품들을 넘어 연장하도록 되어 있다. 상기 하부 필름층의 내측면의 일부는 필름의 일부에 인쇄 혹은 피복된 탄소를 포함하는 캐소드 전류 컬렉터를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 컬렉터의 외측 접촉 영역에는 예컨대, 제품 연결을 위해 전도도를 향상시키기 위해 은, 니켈, 혹은 주석을 포함하여 높은 전도성의 잉크가 인쇄되어 있다. 만약 배터리 제품이 매우 낮은 전류용인 경우, 높은 전도성 물질이 필요하지 않을 수 있는 반면에 더 높은 전류용으로 바람직할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 캐소드 전류 컬렉터 상에는 이산화망간(MnO2), 탄소 및 중합체 바인더를 포함하는 수계 캐소드 잉크가 인쇄되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 아연 포일 애노드의 좁은 스트림이 캐소드 컬렉터에 약 0.050 인치의 간격을 두고 인접하게 배치된다. 이러한 배치 이전에, 아연 포일은 릴리스 라이너를 포함한 건식 필름 접착제에 적층된다. 양 전극 위로 일 측면 상에 녹말 코팅된 종이 분리기 층이 삽입된다. 분리기가 일단 제위치에 위치하면, 수성 전해질 용액이 셀에 첨가된다. 많은 실시예에서, 염화아연(ZnCl2)은 18 내지 45중량%의 농도 범위에서 선택한 양호한 전해질이다. 다른 실시예에서는 염화알루미늄(NH4Cl), 염화아연(ZnCl2)과 염화암모늄(NH4Cl) 혼합물, 아세트산아연(Zn(C2H2O2)), 브롬화아연(ZnBr2), 불화아연(ZnF2), 요드화아연(ZnI2), 아연 타트레이트(ZnC4H4O6.H2O), 과염소산아연(Zn(ClO4)2.6H2O), 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH) 등의 전해질을 사용하며, 유기 화합물을 또한 사용할 수 있다.
염화아연은 종종 정상적으로 직면하는 보통의 환경 조건에 있어서 우수한 전기 성능을 제공하는 전해질이다. 이와 유사하게, 전술한 전해질들 중 임의의 전해질은 보통의 환경 조건 하에서 허용 가능한 성능을 제공하기 위해 18 내지 50중량% 범위, 양호하게는 25 내지 45중량%의 농도로 사용될 수 있다. 염화아연 이외의 다른 전해질을 사용하면 희망에 따라 상이한 환경 조건 하에서 향상된 셀/배터리 전기 성능을 제공할 수 있다.
예컨대, 32중량%의 아세트산아연(F.P.(빙점) -28℃)은 32중량%의 염화아연(F.P.(빙점) -23℃) 보다 더 낮은 빙점을 나타내기 때문에 더 저온의 응용에 바람직할 수 있다. 이들 용액 양자는 산업 표준인 27%의 염화아연(빙점 18℃)보다 더 낮은 빙점을 나타낸다. 다른 농도의 아세트산아연(예컨대, 18-45 혹은 25-30 중량%)은 또한 산업 표준의 빙점 -18℃에 대해 감소된 빙점을 보여준다. 염화아연의 대체물로서 혹은 셀/배터리에서 다양한 혼합물로 이러한 전해질의 사용은 저온에서의 향상된 성능을 허용한다.
예컨대, 약 30중량%의 아세트산아연 전해질의 사용은 볼트 셀의 저온(-20℃) 성능을 실질적으로 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 이를 예시하기 위해, 통상 27중량%의 염화아연 전해질을 지닌 셀을 신규의 30중량%의 아세트산아연 전해질과 비교하는 실험으로부터 얻은 데이터가 아래의 표에 기록되어 있다.
6500 옴 부하에서 10초 방전 이후의 폐쇄 회로 전압(CCV)
전해질 용질 21℃에서의 CCV -18℃에서의 CCV -23℃에서의 CCV -27℃에서의 CCV -29℃에서의 CCV
27% 염화아연
(빙점 -22℃)		 1.588 1.423 1.261 1.114 무시
30% 아세트산아연
(빙점 -34℃)		 1.572 1.360 1.318 1.307 1.262
상기 표 1에 주어진 각종 온도에서 6500옴의 10초의 펄스 부하를 사용하여 상기 실험을 행하였다. 펄스의 단부에서 부하 하에서 폐쇄 회로 전압을 측정하였다. 전술한 표의 데이터로부터, -23℃에서 염화아연 용액 대신에 아세트산아연 용질을 사용하면 4.5%의 전압 향상을 얻게 되는 것을 보여준다. 이는 -27℃에서 그리고 -29℃에서 겨우 4도 더 낮은 17% 초과하는 향상이며, 아세트산아연 셀은 1.262 볼트를 나타내는 반면에 염화아연 셀은 0 혹은 무시할 수 있는 0에 가까운 전압을 나타내었다. 이는 종래의 전해질에 비해 저온 성능에 있어 상당한 정도의 향상을 의미한다.
이러한 형태의 저온에서의 전기화학 셀 성능 향상은 배터리 보조 FRID 태그와, 스마트 액티브 라벨 및 온도 태그 등의 다른 순간적인(운반 가능한) 전기 작동식 소자의 현재 성장하고 있는 사업에 유리할 수 있는데, 그 이유는 식료품, 의약품, 혈액 제품 등 오늘날 선적되는 많은 제품들은 저온 보관 및 선적 조건을 필요로 하고 이에 따라 이러한 태그 및/또는 라벨을 이용한 이들 품목들의 추적은 -20℃, 양호하게는 -23℃, 양호하게는 -27℃, 양호하게는 -27℃ 이하의 온도에서 효율적으로 작동하는 전기 셀 및/또는 배터리를 필요로 하기 때문이다. 저온 응용을 위한 저온 성능의 향상을 위해 아세트산아연을 사용할 때, 양호하게는 아세트산아연 농도는 추가적인 예로서 28-30중량%, 양호하게는 30-34중량% 미만, 양호하게는 25-28중량% 미만 범위의 농도가 바람직하다.
저온 성능 및 공정 능력을 향상시키기 위한 또 다른 방법은 전해질에 중합체 농후제 혹은 젤을 추가하는 것이 있다. 이러한 물질을 사용함으로써, 전해질의 빙점은 -18℃에서 -30℃로 감소될 수 있다. 그 다음, 셀의 온도 성능의 향상은 양호한 염화아연 전해질을 사용함으로써 증가된다. 양호한 물질로는 전해질의 총 중량퍼센트의 약 0.01% 내지 1.2%의 범위의 약 0.6중량%의 양의 카르복시메틸셀룰로오스가 있다. 또 다른 부류의 농후제를 또한 사용할 수 있다. 이들은 캐소드 바인더와 동일한 부류의 물질로 구성되어도 좋다. 다른 덜 바람직한 물질의 부류들의 예로는, 쌀, 감자, 옥수수 및 콩 변종을 포함하는 녹말 및 개량된 녹말 부류인 폴리비닐 알코올; 에틸 및 하이드록실-에틸 셀룰로오스; 메틸셀룰로오스; 폴리에틸렌 산화물; 폴리아크릴아미드; 이들 물질의 혼합물을 들 수 있다.
많은 실시예에서, 전해질-분리기 층은 조립된 셀에서 애노드와 캐소드와 완전한 물리적 접촉과 이온 접촉을 보장하기 위해 배치되어 있으며, 이는 종종 바람직할 수 있다.
셀 패키지의 상부 층은 특정의 적층된 중합체 필름으로 구성될 수 있으며, 이 필름은 내부 셀/배터리 부품을 넘어 연장하는 가장자리를 지닌다. 이러한 필름의 상부 층은 그 가장자리 둘레로 열 밀봉 혹은 몇몇 타입의 접착제에 의해 하부 필름층에 밀봉되어 있으며, 이에 따라 내부 부품들은 셀 캐비티 내에 감금된다. 이상은 본 발명에 따른 몇몇 양호한 셀 구조의 일반적인 설명이며, 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 셀 인쇄 및 조립체를 위해 유용한 제조 방법의 예가 또한 도 6 내지 도 14를 참조하여 후술될 것이다.
본 명세서에 개시된 습식 셀 구조는 많은 실시예에 있어서 양호한 구조로 되기 쉽지만, 이와 유사한 셀 구조를 사용하는 본 발명은 또한 예컨대 액체를 도포하기 이전에 수명을 연장하는 장점을 갖는 비축 셀 구조를 이용하여 제조될 수 있다.
양호한 인쇄 가능한 플렉시블 염화아연의 얇은 셀은 환경 친화적으로 제조될 수 있다. 이러한 구조는 통상적으로 수은 혹은 카드늄 등의 성분 사용을 필요로 하지 않는다. 따라서, 오래된 셀 및/또는 소모한 셀들은 많은 배터리 디자인에 필요한 것과 같은 특별한 폐기 절차를 요구하는 대신에 정상적인 폐기물 제거 절차에 따라 폐기될 수 있다.
더욱이, 이러한 기술을 적용하기 위해 사용되는 장비는 고가이다. 예컨대, 상대적으로 낮은 동력 혹은 1 내지 3년의 한정된 수명을 필요로 하는 장치는 본 발명에 따른 얇은 셀/배터리를 함께 기능할 수 있다. 본 명세서에 설명한 바와 같은 셀은 상대적으로 저가로 대량 생산할 수 있어 일회용 제품으로서 혹은 그 제품에 사용되는 것을 허용한다. 이러한 저비용은 예전에는 비용 측면에서 비효율적이었던 응용에 적용할 수 있도록 해준다.
배터리 셀 구조
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인쇄된 셀의 평면도 및 단면도가 도시되어 있다. 완성된 셀(10)은 하부의 적층 필름 층(12)과 절단 영역(17, 18)이 마련된 상부의 적층 필름 층(11)을 구비하는 기판을 포함한다. 절단 영역(17)은 셀 네거티브 접촉부(15)와의 외부 접촉을 허용해주는 반면에 절단 영역(18)은 셀 포지티브 접촉부(16)와의 외부 접촉을 허용해준다. 높은 전도성의 탄소의 캐소드 컬렉터 층(22)은 캐소드 전기화학 층(21)의 전도도를 향상시키기 위해 하부의 적층 필름 층(12)의 내부에 인쇄된다. 이러한 컬렉터는 캐소드 층(21), 컬렉터(22) 및 접촉부(16)의 형상과 크기와 조합된 형상 및 크기를 갖는다.
미완성 셀(20)(도 2의 상부 라미네이트(11) 없음)과 완성 셀(10)은 캐소드 전기화학 층(21)(캐소드 전극)과 애노드 전기화학 층(25)(애노드 전극)을 보여주며, 종이 분리기 층(23)은 전극(21, 25)과 물리적 접촉 상태로 있다. 분리기 층(23)과 전기화학 층(21, 25)과의 양호한 이온 접촉을 용이하게 하기 위해 수성 염화아연 전해질(26)은 종이 분리기(23)에 첨가되어 종이 분리기 전해질 층(27)을 형성한다.
밀봉 영역을 통한 접촉부의 밀봉을 보조하기 위해, 양면 건식 필름 접착제(31) 스트립이 애노드 전기화학 층(25)의 배치 이전에 셀 밀봉 영역을 가로질러 도포된다. 애노드 층(25)이 배치된 이후, 양면 건식 필름 접착제(31a)의 또 다른 층 혹은 스트립이 도포된다. 이러한 접착제 층은, 열 밀봉 프로세스를 이용하여 활성화 될 때, 상부 라미네이트(11)와 하부 라미네이트(12) 양자의 내측부가 하부 라미네이트(12)에 대한 애노드(25)의 높이로 인해 생긴 간극(231)을 채울 뿐만 아니라 밀봉 영역 내의 컬렉터 모두에 접합되도록 해준다.
하부 라미네이트(12)와 상부 라미네이트(11)의 내측부는 각각 셀 시일(13)을 형성하도록 음영의 영역으로 도시된 바와 같이 서로 열 밀봉된다. 양호한 실시예에서, 상부 라미네이트(11)와 하부 라미네이트(12)는 동일한 물질로 구성된다. 이들 라미네이트는 여러 가지의 이유 즉, 유사한 물질은 열 밀봉에 더 양호하게 양립할 수 있고, 유사한 고습도 배리어 물질은 전체 셀을 위해 양호한 습기 보호를 허용 해주며, 그리고 최종적으로 이는 상기 패키지가 후술하게 될 접힌 기판과 함께 구성될 수 있도록 해준다는 점에서 동일하다. 이는 유닛 셀이 아래의 상세한 설명란에서 후술하게 될 고속 파우치 충전 머신 상에서 조립될 수 있도록 해준다. 비록 동일한 물질이 성능과 조립을 위해 매우 바람직하지만, 상부 및 하부 셀 컨테이너 층이 상이한 물질로 구성되는 상황이 존재할 수 있다.
제1 실시예에서, 적층된 필름은 위스콘신주 오사코시 소재의 Curwood사에서 시판하는 것이며, 도 5의 단면도에 도시되어 있다. 이러한 적층된 필름(100)은 5개의 층을 포함한다. 상부 층(101)은 상기 셀의 내측에 있으며, 총 두께는 약 0.5밀(0.1 내지 5.0밀)이다. 이러한 복합 층은 폴리에스테르 등의 중합체 필름 상에 부정형 폴리에스테르(APET 혹은 PETG), 반결정질 폴리에스테르(CPET), 염화폴리비닐(PVC) 혹은 폴리올레핀 중합체 등의 열 밀봉 코팅(110)을 구비한다. 이러한 물질 중 하나는 듀퐁에서 제작한 Ovenable Lidding(OL) 필름이며, 양호한 물질 OL2, OL12 혹은 OL13 등의 OL 시리즈로 지정되어 있다.
이러한 복합 층(101)은 0.10밀(두께 0.1-2.0밀)의 우레탄 접착제(102) 층에 의해 일본 Toppan에서 시판하는 GL 필름 등의 0.48밀(0.2-5.0밀) 두께의 고습도 배리어 중합체 층(103)으로 적층되어 있다. 이러한 중합체(폴리에스테르)를 기저로 한 필름은 진공 증착된 산화물 혹은 금속 코팅(111)의 타입과 양에 따라 변하는 수분 투과율을 갖는다.
셀의 구조, 셀 도포, 및/또는 셀 환경에 따라, 기판에 대한 상이한 배리어 특성을 갖는 것이 유리할 수 있다. 이용 가능한 광범위의 투과율 범위로 인해, 각각의 특정한 응용과 구조에 맞게 상기 배리어 층이 선택될 수 있다. 높은 가스 공급 속도를 지니도록 셀을 설계한 몇몇 경우에 있어서, 높은 투과율을 지닌 필름을 사용하여 다량의 가스로 하여금 셀 부풀기를 최소화시키기 위해 탈출하도록 허용하는 것이 적합하고 바람직할 수 있다. 또 다른 예로는 사막과 같이 매우 건조한 환경에서의 응용을 들 수 있다. 이 경우, 셀로부터 과도한 습기의 손실을 방지하기 위해 낮은 투과율을 지닌 배리어 필름을 구비하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 5개의 층의 라미네이트(100)의 외측 층 혹은 구조층(104)은 약 0.1밀 두께의 우레탄 접착제(102)에 의해 다른 층에 적층되어 있는 약 2.0밀(0.5-10.0밀) 두께의 배향된 폴리에스테르(OPET)의 층이다. 이러한 "구조층(structural layer)"은 듀퐁 폴리에스테르 배향(OPET) 필름일 수 있다. 양호한 물질은 일본 Toyobo사으로부터 입수된다. 이러한 물질은 흰색의 미세공 배향된 폴리에스테르(WMVOPET)로서 지정되어 있는 폴리에스테르 기초한 합성 종이이다. 그 다음, 이러한 층(104)은 본 발명에 그것의 전형적인 적용에 있어서 기판(100)의 외측면을 형성하곤 한다.
임의의 중합체 또는 모든 중합체의 두께를 증가시킴으로써 더 두꺼운 기판의 사용은 아래의 장점들 중 하나 이상의 장점을 포함할 수 있다.
. 웹은 다양한 인쇄 작업에서 프로세스를 더 용이하게 해준다는 점.
. 셀은 후술하는 바와 같이 수평의 파우치 충전 머신인 자동 셀 조립 머신에서 더 양호하게 처리된다는 점.
. 셀 패키지는 경도와 강도가 더 높다는 점.
. 조립 프로세스에서 갇힌 공기의 양이 감소된다는 점. 상기 물질의 두께가 심지어 증가하더라도, 조립 후의 총 셀 두께는 그러한 증가분보다 더 작게 된다.
전술한 사양에 추가하여, 외측 및 내측 층들 양자는 요구된 잉크용 프린트 수용면으로 구성될 수 있다. 내측 층은 기능성 잉크를 수용하기 위한 것인데 반하여 외측 층은 예컨대 식별 혹은 광고 목적을 위한 그래픽 잉크를 수용하기 위한 것이다.
밀봉된 시스템을 갖는 가장 평탄한 셀 구조에 있어서, 패키지는 금속으로 입힌 필름 및/또는 수분 배리어를 위한 매우 얇은 금속 포일을 포함하는 적층 구조로 구성된다. 금속 층을 구비하는 이러한 구조는 금속 층이 구비되어 있지 않은 본 명세서에서 설명한 층보다 더 양호한 수분 배리어 특성을 지니지만, 아래의 장점들을 포함할 수 있다. 즉,
. 금속 배리어를 지닌 적층된 구조(얇은 금속 포일 혹은 진공 금속을 입힌 층)가 더 고가일 수 있다는 점;
. 금속 층을 지닌 적층된 구조는 셀 내에서 내부 단락을 야기할 가능성이 있다는 점;
. 금속 배리어를 포함하는 적층된 구조는 예컨대, 안테나의 기능 등의 적용된 전자 제품과 간섭할 수 있다는 점.
도 1 혹은 도 2의 필름 층(11, 12)은 폴리에스테르 혹은 폴리올레핀 등의 단층 혹은 다층 필름 중 하나인 배리어(금속 혹은 다른 물질)를 구비하거나 구비하지 않은 중합체 필름의 다양한 변형일 수 있다. 폴리에스테르는 더 얇은 게이지 필름의 사용을 허용하고 다중 스테이션 프린팅 프레스에 사용될 때 쉽게 연신되지 않기 때문에 다용도에 양호하다. 비닐, 셀로판, 및 심지어 종이가 또한 필름층으로서 혹은 적층 구조의 층들 중 하나로서 또한 사용될 수 있다.
매우 긴 수명 및/또는 환경 조건이 극단적일 경우, 도 5의 중합체는 알루미늄의 진공 증착 혹은 매우 얇은 알루미늄 포일에 의해 획득한 것과 같은 금속을 입힌 층(111)을 포함하도록 변형될 수 있다. 이러한 변형은 현재의 낮은 물 손실을 0으로 실질적으로 줄일 수 있다. 반면에, 상기 응용이 더 짧은 수명 및/또는 단축된 작동 수명을 위한 것일 경우, 더 고가의 배리어 층은 저비용의 덜 효율적인 층으로 대체될 수 있으며, 여전히 셀이 필요에 따라 기능하도록 허용 해준다. 단지 극적인 단축 수명이 요구되는 응용에서, 셀 패키지는 내측에 열 밀봉 층을 구비하거나 그렇지 않은 폴리에스테러 혹은 폴리올레핀 등의 저가의 중합체 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판은 또한 배리어 층을 구조층과 조합함으로써 3층 라미네이트로 최적화될 수 있다. 이것은 배리어 코팅을 두꺼운 구조층에 직접 배리어 코팅을 적층시킨 다음 이를 열 밀봉층에 적층시킴으로써 행해질 수 있다. 층의 수를 줄이기 위한 또 다른 수단은 배리어 층 및/또는 구조층 중 하나에 열 밀봉층을 도포한 다음 이러한 구조체를 다른 물질에 적층시키는 것이 있다. 따라서, 어느 한 경우 배리어 코팅은 구조층에 도포되고, 다른 경우에는 열 밀봉층이 구조층에 직접 도포된다. 이러한 양자의 구조는 3겹의 라미네이트를 초래하곤 한다. 이러한 3겹 라미네이트의 총 두께는 약 0.001 내지 0.015인치 범위에서 약 0.003인치이다.
셀 구조의 양호한 실시예들 중 하나에 대한 셀 물질은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 아래의 물질들을 포함한다. 캐소드 컬렉터(22)는 높은 전도성의 탄소 잉크(PM024)를 사용하고, 마이애미주 포트 휴론 소재의 Acheson Colloids에서 제작된다. 그것은 약 1밀(1.2-0.4밀 각각)의 건식 침착과 약 55옴(44-100)옴 범위)의 저항을 허용하기 위해 약 61 메쉬(20-180 메쉬)의 매우 조밀한 스크린을 사용하는 스크린 인쇄에 의해 하부 라미네이트의 내측면에 인쇄된다.
상기 저항을 더 줄이기 위해, 더 높은 전도성 접촉부(16)가 양 전극의 외부 접촉 영역에 인쇄된다. 양호한 구조에 사용된 물질은 마이애미주 포트 휴론 소재의 Acheson Colloids사에서 제작된 은 충전 전도성 잉크(479SS)이고 스크린 인쇄되어 있다. 금, 주석, 구리, 니켈 및/또는 두 가지 이상의 이들 전도성 물질의 혼합물이 또한 희망에 따라 사용될 수 있다. 이러한 전도성 잉크 모두는 잉크젯 인쇄법의 이용뿐만 아니라 로터리 스크린, 플렉소 인쇄, 및 그라비어 인쇄 등의 인쇄법에 의해 도포될 수 있다. 추가적으로, 그라파이트의 제작된 포일 혹은 전도성 수지의 혼합물, 금속 혹은 그라파이트가 캐소드 컬렉터를 인쇄하는 대신에 삽입 및 사용될 수 있다.
캐소드 전기화학 층(21)은 약 43.4%의 배터리 등급 이산화망간(20%-60%), 약 14.4%의 KS-6 그라파이트(2%-25%), 약 29.5%의 6.5%(0.5%-15%) 수용액 폴리비닐피롤리돈(PVP)(20%-60%) 및 약 9.65%의 탈 이온 혹은 증류수(0.1%-20%)의 습윤 화합물을 지닌 수용성 기초의 잉크를 사용하여 이전에 인쇄 및 건도된 캐소드 컬렉터(22)의 일부에 인쇄된다. 이러한 잉크는 제곱 인치당 약 0.10그램(0.03-0.25g/in2)의 건식 규정 중량을 허용하기 위해 약 46 메쉬(10-65 메쉬)의 섬유 유리 스크린과 함께 인쇄된다. 건식 프린트의 양은 요구되는 셀 용량에 의해 결정되고, 용량이 클수록 더 많은 물질을 필요로 한다. 미세한 메쉬의 스크린을 여러 번 타격하는 대신 매우 조밀한 메쉬 스크린의 이러한 불편한 인쇄법을 사용함으로써, 프린팅 스테이션의 수를 줄일 수 있고, 셀 성능을 증가시킬 수 있다.
양호한 구조에 사용된 전기 작동 캐소드 전기화학 층(21)의 물질은 고순도의 배터리 등급 전해질 이산화망간이다. 이 물질의 입자 크기는 약 1 내지 100 미크론 범위에 속하며, 평균 약 40미크론이다. 컬렉터에 인가를 용이하게 하기 위해 상기 물질의 추가적인 섬도가 요구될 경우, 그 물질은 약 1 내지 20 미크론 범위, 평균 약 4미크론의 입자 크기를 얻도록 밀링 처리된다.
상기 문제의 구조에서 아연 애노드와 협동하여 덜 바람직한 전기 작동 캐소드 물질을 사용할 수 있다. 이러한 물질로는 은 산화물(Ag2O), 수은 산화물(HgO), 니켈 산화물(NiOOH), 에어 셀 형태의 산소(O2), 바나듐 산화물(VO2)이 있다. 상이한 애노드 산화 물질과 함께 사용될 수 있는 캐소드 물질은 Cd를 지닌 NiOOH, AB2 와 AB3 타입의 금속 산화물을 지닌 NiOOH, Fe 및 FES2를 지닌 NiOOH 이다.
캐소드 층(21)을 위한 양호한 구조로 사용되는 바인더는 950,000-그램/몰을 초과하는 고분자량의 바인더 부류이다. 사용된 양호한 중합체는 폴리비닐피롤리돈, K 85-95 혹은 K 120(고분자량)이다. 희망에 따라 사용 할 수 있는 다른 물질의 부류는 다음과 같다. 즉, 쌀, 감자, 옥수수 및 콩 변종을 포함하는 녹말 및 개량된 녹말 부류인 폴리비닐 알코올; 에틸 및 하이드록실-에틸 셀룰로오스; 메틸셀룰로오스; 폴리에틸렌 산화물; 폴리아크릴아미드; 이들 물질의 혼합물을 들 수 있다. 추가의 바인딩은 테프론 용액 혹은 혼합 공정 동안 섬유 연축된 테프론을 사용함으로써 유도될 수 있다.
그 다음, MACtac's 필름 접착제 #2180, IB 1190 혹은 IB 2130 등의 양면 건식 필름 접착제 스트립(31)은 캐소드 컬렉터 위로, 셀 폭을 가로질러, 그리고 애노드 포일(25) 아래로 삽입된다. 애노드 포일(25)이 삽입된 후, 필름 접착제(31A)의 또 다른 접착제/코킹 층은 이것이 캐소드 컬렉터 위뿐만 아니라 애노드 위만 제외하고 동일한 위치에 도포된다. 열 밀봉 공정에서의 이러한 밀봉제 물질은 열적으로 작동되기 때문에, 그것이 양 컬렉터 둘레와 위로 유동하게 만들어 유효한 셀 시일(13)을 형성한다.
약 2" × 2"의 셀에 있어서, 아연 포일/건식 필름 감압성 접착제 라미네이트의 규격에 맞게 절단된 애노드 스트립(25)(1.75"×0.20"×0.004")은 이러한 캐소드 조립체로부터 약 0.050"의 간극을 두고 캐소드 컬렉터/캐소드 조립체에 인접하는 하부 라미네이트의 내측면으로 삽입된다. 삽입 이전에, 2밀 두께의 배터리 등급의 아연 포일은 예컨대, 오하이오주 스토우 소재의 Morgan Adhesive Co.에서 제조한 #2180, IB 1190 혹은 IB 2130 등의 릴리스 라이너와 함께 양면 건식 필름 접착제에 적층된다. 이러한 적층이 광폭의 아연 롤(약 3-12' 폭) 상에서 완료된 후, 이러한 적층된 구조체는 약 2"×2"의 셀에 대해 약 0.200"(0.150"-0.300")의 폭을 지닌 좁은 폭의 롤 속으로 길게 슬릿팅된다. 다른 크기의 캐소드를 지닌 크기가 다른 셀들은 애노드 적층을 위해 상이한 슬립 폭과 길이를 필요할 수 있다. 이러한 폭은 약 0.10" 내지 약 1-2"만큼 작을 수 있다. 더 좁은 폭을 원할 경우, 용이하게 가공하기 위해 아연 와이어를 사용할 수 있다. 상기 길이는 수 10분의 1인치에 수 인치 범위에 속할 수 있다. 변형례에 있어서, 상기 적층은 기판에 아연 포일을 인가하기 이전에 기판 상에 인쇄된 접착제와 함께 이루어질 수 있다.
녹말 코팅을 지닌 종이 분리기 층(23)은 애노드와 캐소드 층 위에 배치되며, 녹말 코팅은 애노드 층(25)에 반하여 놓이는 것이 바람직하다. 분리기 종이는 그 종이 쪽이 애노드에 반하도록 한 상태로 교대로 배치될 수 있으며, 여기서 녹말 코팅은 종이 측 반대에 애노드(25)에 반발하지 않도록 놓이게 된다. 그 대안으로, 상기 종이 분리기는, 녹말 층이 애노드에 반하도록 하고 평탄한 종이 측이 캐소드에 반하도록 한 상태로 접힐 수 있다.
그 대안으로, 셀이 분리기 층을 포함하지는 않지만 단지 전해질 구비할 때 셀 성능은 여전히 만족할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 이러한 특징으로 인해 종이 삽입 스테이션과 프로세스를 생략할 수 있기 때문에 셀 비용을 줄이고 조립 공정의 간략화가 가능하게 된다. 따라서, 분리기 층이 없는 셀 실시예를 또한 제공된다.
상부 라미네이트(12)의 내측면은 모든 셀 부품을 포함하는 하부 라미네이트의 상측에 배치된다(라미네이트를 접음으로써). 상부 라미네이트를 도포하기 이전에, 접촉부 구멍(17, 18)이 천공된다. 상부 라미네이트의 도포 이후에, 이들 절단부들은 셀의 네거티브 접촉부(15)와 포지티브 접촉부(16) 위로 놓이게 된다.
내부 구조를 지닌 2개의 층(11, 12)을 포함하는 적층된 중합체 패키지는 셀 시일(13)을 형성하도록 열 밀봉된다. 밀봉된 제1 가장자리는 도 2에 도시된 바와 같이 셀 접촉부가 홀더 상부에서 홀더를 대면하고 있을 때 셀의 좌측인 측면 C이다. 그 다음, 바닥 쪽 가장자리(측면 B)와 셀 컬렉터 영역을 통해 진행하는 상부 가장자리(측면 A)는 열 가열된다. 이들 3개의 측면들이 밀봉된 후, 개방 파우치가 형성된다. 셀 전해질(26)이 이제 셀에 첨가되고, 수 초의 침액 시간 후에 전해질의 일부가 분리기(23)와 캐소드(21)에 의해 흡착된다. 셀 시일(13)은 셀의 우측 가장자리(측면 D)를 열 밀봉시킴으로써 이제 완성된다.
층 당 약 3밀의 두께를 지닌 양호하게 적층된 층을 사용하여 완성된 인쇄된 얇은 셀의 측정된 두께는 측정 방법에 따라 결정된다. 갇힌 공기의 이동을 허용하는 캘리퍼를 사용하여 측정하면, 상기 두께는 셀 용량에 따라 약 15밀 내지 약 26밀 범위에 속할 것이다. 약 6mAHr에서, 총 셀 두께는 약 0.018"인데 반하여 약 20mAHr의 용량을 지닌 셀의 두께는 약 24밀이 된다. 디지털 높이 게이지 및/또는 셀 만큼 큰 압반을 지닌 캘리퍼를 사용하여 셀을 측정할 경우, 셀의 측정된 두께는 약 0.030" 내지 약 0.50" 범위에 속할 것이다. 상기 실시예에 설명한 바와 같이 더 두꺼운 기판(층 당 약 6밀)이 사용될 경우, 갇힌 공기의 양은 최소가 되고, 그에 따라 총 두께 증가는 약 6밀 만큼인 기판 두께로 증가분보다 작게 된다.
이러한 얇고 인쇄된 플렉시블 평탄한 셀을 고속으로 그리고 저가로 만들기 위해, 본 발명은 도포된 셀 부품들로 필름을 처리하고 이들을 셀로 자동 조립하기 위해 그리고 셀 패키지 컨테이너(적층된 필름)에 그 부품들을 적용하기 위한 포맷과 프로세스를 제공한다. 이러한 생산 프로세스를 용이하게 하기 위해, 전술한 셀 부품들의 몇몇 부품들은 도 6 및 도 7에 도시되고 아래의 단락에 설명된 바와 같이 변형된다.
도 6 및 도 6a의 배터리 셀(200)의 실시예에 있어서, 상부의 라미네이트 층(211)과 하부의 라미네이트 층은 단일 층 기판(256)을 사용하여 조합되며, 그 다음 모든 셀 부품들이 그 내측면에 추가된 이후, 라미네이트는 상부 층(211)과 하부 층(212)을 각각 형성하도록 그 센터(244) 위로 접히게 된다. 도 8에는 셀이 라미네이트 시트/웹 상에 어떻게 배치될 수 있는가를 보여 주는 웹 포맷(40)이 도시되어 있다. 변형된 구조에 따르면, 상부 층은 광폭의 기판 시트/웹을 접음으로써 이루어지는 양호한 구조 대신에 제위치에 삽입 혹은 적층된다.
도 6 및 도 6a의 배터리 셀(200)의 실시예를 다시 참조하면, 아연 포일/접착제 라미네이트는 전술한 원래와 같이 규정에 맞게 절단된 스트립 내에 추가되지는 않지만, 프레스의 기계 방향으로 하나의 연속한 스트립(225)으로서 첨가된다(또한 도 8에 도시된 연속한 애노드 스트립(42) 참조). 이는 고속 프린팅 프레스 혹은 다른 타입의 웹 프로세싱 장치에 상에 용이한 적층을 허용해준다. 그 다음, 이는 셀의 상부 및 바닥 시일 영역 양자에 아연 포일을 배치한다. 그 대안이면서 덜 양호하게는, 상기 아연 포일/접착제 라미네이트는 머신의 횡단 방향으로 배향될 수 있으며, 이는 셀/배터리 조립체에 부가적인 장점을 제공한다.
셀 구조에 관한 전술한 설명에 있어서, 양면 건식 필름 접착제는 상부 시일 영역에 도포된다. 이것은 상기 라미네이트 위뿐만 아니라 아연 포일/접착제 라미네이트 아래에서도 행해진다. 상기 물질은 셀 접촉부들이 셀의 외측으로 연장하기 이전에 그들을 밀봉하기 위해 사용된다. 고속 생산 구조에 있어서, 상기 건식 필름 접착제는 아스팔트 용액 혹은 Acheson Colloids사에서 제작한 열 밀봉 가능한 접착제 #PM040 등의 인쇄 가능한 접착제/코킹 타입 물질(231)에 의해 대체될 수 있다. 이러한 물질은 열 밀봉 가능할 뿐만 아니라 기판, 아연 포일 및 인쇄된 잉크 캐소드 컬렉터에 양호한 접착력을 갖는다. 몇 몇 경우, 건식 필름 접착제와 인쇄된 접착제 모두를 함께 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 인쇄된 패턴은 연속한 애노드 스트립용 하부 시일 영역(232) 내에서뿐만 아니라 접촉 시일 영역(231)을 통해 인쇄된다. 이러한 접착제 스트립(232)은 전체 바닥을 가로지르는 양 방향으로 향하는 연장부를 포함하는 다양한 길이이거나 또는 상부 접착제 스트립(231)과 유사한 길이일 수 있다. 도 6 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 이러한 접착제/코킹 스트립은 접힌 웹의 양 절반부 상에 인쇄된다. 도 7에는 접힌 위치에 있는 상부 시일 영역을 따라 절취한 상기 웹의 단면이 도시되어 있다. 도 7에는 개방된 단부(229)뿐만 아니라 접힌 가장자리(228)가 도시되어 있다. 이러한 구조는 접착제/코킹 물질이 애노드 스트립(230) 위로 그리고 애노드 스트립(231) 아래에 놓이도록 해주며, 이는 애노드 기판 간극(202) 내에 그 물질의 충전을 허용한다.
셀 구조에 관한 전술한 설명에 있어서, 양면 건식 필름 접착제는 상부 시일 영역 내에 도포된다. 이는 이러한 라미네이트 위뿐만 아니라 아연 포일/접착제 라미네이트(225) 아래에서 행해진다. 이러한 물질은 셀 접촉부들이 셀의 외측으로 연장하기 이전에 그들을 밀봉하기 위해 사용된다. 도 6 및 도 6a에 도시된 실시 예에 있어서, 상기 건식 필름 접착제는 아스팔트 용액 혹은 Acheson Colloids사에서 제작한 열 밀봉 가능한 접착제 #PM040 등의 인쇄 가능한 접착제/코킹 타입 물질(231)에 의해 대체될 수 있다. 이러한 인쇄된 패턴은 도 6 및 도 6a에 도시된 바와 같이 연속한 애노드 스트립용 하부 시일 영역(232) 내에서뿐만 아니라 접촉 시일 영역(216)을 통해 인쇄된다. 이러한 접착제/코킹 스트립은 접힌 웹의 양 절반부 상에 인쇄된다.
도 7에는 접힌 위치에 있는 접촉 시일 영역을 따라 절취한 상기 웹의 단면이 도시되어 있다. 도 7에는 개방된 단부(229)뿐만 아니라 접힌 가장자리(228)가 도시되어 있다. 이러한 구조는 접착제/코킹 물질(230)이 애노드 스트립(225) 위로 그리고 애노드 스트립(225) 아래(231)에 놓이도록 해주며, 이는 애노드 기판 간극(202) 내에 그 물질의 충전을 허용한다. 몇몇 경우, 건식 필름 접착제와 인쇄된 접착제 양자를 서로 사용하는 것이 유리할 수 있다.
전술한 접착제의 효력은 특정의 기하학 모양에 따라 증가될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 도 6a에 도시된 바와 같은 전술한 신규의 기하학 형상은 본 명세서에서 "픽쳐 프레임 디자인(picture frame design)"이라고 칭한다. 도 6a에 비록 직사각형으로 도시되어 있지만, "픽쳐 프레임"의 정확한 기하학 형상과 폭은 셀의 기하학 형상에 따라 좌우되며, 이에 따라 원, 정사각형, 삼각형 혹은 이들의 조합 등과 같은 많은 패턴이 가능하며 용례에 따라 사용할 수 있다. 이러한 용례에 도시되 실시예에 있어서(도 6 참조), 전술한 신규의 패턴(231a, 230a)은 전술한 것에 비해 적어도 두 가지의 장점을 지닐 수 있다. 이러한 장점은 아래와 같다:
. 픽쳐 프레임은 모든 작동 셀 물질을 프레임 내에 포함되도록 유지시키는 것으로 의도된다. 실제 실시에서, 셀 누설이 양은 현저하게 감소한 것으로 보인다. 열 밀봉 가능한 접착제는 밀봉제/코킹 물질을 사용하면 표준 부정형 열 밀봉층보다 더 효과적인 것으로 간주된다.
. 단지 요구된 시일 영역 내에만 배치되어 있는 픽쳐 프레임 접착제 패턴을 사용함으로써, 전체 기판을 덮고 있는 부정형 열 밀봉층을 제거할 수 있다. 이러한 층 제거는 그 다음 구체화된 기판을 더 용이하게 덜 비싸게 만들 수 있도록 해준다.
변형례에 있어서, 제조 공정은 애노드를 인쇄하는 대신에 아연 포일/접착제 라미네이트를 제거함으로써 더 향상될 수 있다. 이는 아래와 같은 방법으로 행해질 수 있다.
제1의 방법은 본 발명의 전도성 은, 전도성 니켈 혹은 탄소 잉크 등과 유사한 전도성 아연 잉크를 만드는 방법이다. 이러한 잉크는 그 다음 셀 캐소드에 정합되도록 패턴 내에서 인쇄된다. 이러한 셀 구조(600)의 전형적인 예가 도 6b에 도시되어 있다. 이러한 도면에서, 모든 부품의 도면 부호는 바뀐 부품만 제외하고 도 6 및 도 6a의 셀 구조(200)의 것과 동일하다.
도 6b에 도시된 상기 실시예는 약 0.20"×약 0.002" 두께의 인쇄된 애노드(625)를 포함한다. 이러한 구조체의 폭과 두께는 셀 용량을 제어하기 때문에 상기 치수는 단지 상기 용례에서 설명된 크기에 대해 통상적이며, 필요에 따라 변할 수 있다. 인쇄된 접착제(631a)의 위치는 상기 구조체(200)의 애노드 복합체 아래가 아니라 애노드 위에 인쇄될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 인쇄된 애노드의 전술한 대안의 프로세스를 사용하는 제1 단계는 포지티브 접촉 영역(216)을 형성하도록 밀봉 영역을 통해 확장할 때 캐소드 컬렉터(222)의 것과 마찬가지로 애노드 컬렉터(636)가 네거티브 접촉 영역(616)을 형성하도록 상부 시일 영역(631a)을 통해 연장하는 것만 제외하고 희망하는 애노드와 동일한 위치에 있는 전도성 패턴을 인쇄하는 단계이다. 양호한 물질은 캐소드 컬렉터를 위해 사용한 전도성 탄소와 동일한 물질이다. 동일한 물질을 사용함으로써, 상기 물질이 이미 캐소드 컬렉터를 위해 인쇄되었기 때문에 여분의 인쇄 스테이션이 불필요하게 된다. 애노드 컬렉터 물질을 선택하기 위한 주요한 제한점은 아연 애노드와의 양립성이며, 이에 따라 선택한 양호한 물질은 탄소가 된다.
애노드 컬렉터를 위해 사용할 수 있는 다른 물질은 백금, 티타늄, 탄탈을 포함한다. 애노드 컬렉터가 필요한 이유는 전도성 갖도록 만들기가 매우 어렵다는 것이며, 따라서 실질적으로 비전도성 아연 잉크가 전기화학 애노드 층용으로 사용될 때, 애노드는 캐소드가 캐소드 전류 컬렉터를 필요로 하는 이유와 동일 이유로 애노드 전류 컬렉터를 구비해야 한다. 애노드를 더 전도성 있게 만들기 위해, 높은 전도성의 애노드 접촉부(616)가 애노드 컬렉터의 상부에 인쇄된다. 이는 은을 포함하는 잉크일 수 있거나 혹은 다른 높은 전도성 물질은 캐소드 접촉부(216)와 같이 동시에 그리고 동일한 스테이션에서 사용 및 인쇄된다. 인쇄된 애노드를 사용하는 개념은 아연 포일/접착제 라미네이트와 비교할 때 많은 장점을 가질 수 있다. 이러한 장점들은 아래의 단락에서 설명될 것이다.
애노드 도포는 온-라인으로 행해질 수 있고, 동시에 셀의 다른 부품들은 인쇄되기 때문에 접착제 적층을 위한 아연 포일의 오프-라인 작동과 아연/접착제 라미네이트의 세로 슬릿팅을 생략할 수 있다. 또한, 특정의 프린팅 프레스 스테이션 상에서 아연 포일/라미네이트의 적용(적층)이나 온-라인 및 오프-라인 작동을 또한 생략할 수 있다. 추가적으로, 애노드 형상과 크기는 프린팅 스크린 혹은 프린팅 플레이트를 단지 교체함으로써 용이하게 변경할 수 있다.
밀봉 영역 내의 인쇄된 물질의 두께는 그것이 컬렉터이거나 애노드인가에 따라 아연/접착제 라미네이트를 사용할 때 더 얇게 만들 수 있기 때문에 캐소드 컬렉터와 동일하거나 유사한 더 양호한 밀봉 조건을 허용한다.
아연 포일/접착제 라미네이트는 연속한 스트립에서 기계 방향으로 가장 쉽게 도포되며, 그것의 기하학 형상은 직사각형으로 한정되는 그 폭은 슬릿팅 능력에 의해 제한된다. 또한, 애노드 스트립은 연속하기 때문에, 라미네이트는 심지어 하부 밀봉 영역에서라도 전체 셀 길이에 도포되어야 한다. 이러한 특징은 프로세스와 효율성의 측면에서 하부 시일 영역을 복잡하게 만들뿐만 아니라 라미네이트 사용의 증가를 초래한다. 인쇄된 애노드는 임의의 기하학 형상일 수 있고 기계 횡 방향뿐만 아니라 기계 방향으로 용이하게 인쇄될 수 있다.
셀의 내부 저항은 임의의 연속한 층을 도포하기 전에 경화/건조된 전류 컬렉터, 캐소드 및/또는 애노드 잉크 침전물을 코로라 혹은 플라스마로 처리함으로써 더 감소될 수 있다. 감소된 내부 셀 저항은 셀의 방출 전류 속도 능력을 증가시키는 역할을 할 것이다. 이러한 특징은 표면 처리의 두 가지의 양태 즉, a) 표면 장력의 증가와 이로 인한 습윤성 및 전도성 층들 사이의 친밀한 접촉과, b) 경화/건조된 전도성 잉크의 수지 함유(및 전기 절연성) 표면을 화학 혹은 물리적으로 에칭 처리하여 후속한 층에 전기 연결을 위한 더 많은 전도성 입자를 노출시킨다는 양태에 의해 달성된다.
코로나 혹은 플라스마 처리가 기여하는 다른 인자는 유기 및 무기 오염물의 제거, 증가된 내부 층 결합 강도 및 잔유물의 제거를 포함한다. 이러한 방법으로, 캐소드 층은 전류 컬렉터 층과의 더 양호한 전기 접촉을 가질 것이며, 캐소드 층과 아연 잉크는 전해질과의 더 양호한 전기 접촉을 가질 것이다.
코로나 및 플라스마 처리의 양자 효과에 관한 설명은 다음과 같다. 코로나는 방출 영역에 있는 산소 분자들이 그들의 원자 형태로 분할을 일으키도록 해준다. 이들 산소 원자는 그 다음, 처리될 물질의 표면 상에서 분자와의 결합에 이용 가능하기 때문에 표면 분자 구조를 잉크, 코팅 및 다양한 접착제에 대해 극도로 수용성이 좋은 구조로 변경시킨다. 대부분의 필름과 시트 물질은 부드럽고, 미끄러운 표면(표면 장력이 낮음)을 구비한다. 코로나 처리는, 실제에 있어서는, 표면을 화학적으로 거칠게 만들고(표면 장력이 높음), 그 표면이 잉크, 코팅, 혹은 도포될 접착제 상으로 붙들리게 되는 것을 허용한다. 실제로, 그 결과로 발생하는 화학적 결합은 그 표면과의 간단한 기계적 결합보다 더 양호하다.
플라스마는 가스를 다량의 에너지로 충전시킴으로 생성되는 물질의 네 번째 상태이다. 플라스마는 가스와 매우 유사하게 거동하지만, 그것은 광을 발산하며 자유 이온과 전자를 포함한다. 플라스마가 물체를 향해 고속으로 투사될 때 그 표면은 플라스마와 반응한다.
플라스마 처리는 높게 에너지가 공급된 분자 및 이온을 사용하여 물체의 표면을 현미경 레벨로 분사 발산시키는 처리이다. 더욱이, 플라스마 공급원으로 공기를 사용할 때, 산소는 물체 표면 상에 탄수화물 등의 오염물과 반응하며; 그것은 체인들을 분쇄하여 그 체인들이 분사 발산하는 것을 돕는다. 유기질 표면 상에서, 이온화한 그룹과 작동 라디칼들이 생성될 수 있으며, 이는 표면 부착력을 늘리는 것을 돕는다.
제조 방법
고속 대량 생산 프로세스는 도 8에 도시된 바와 같이 웹 포맷(40)을 사용하는 것이 바람직하며, 도 9의 플로차트에 따라 처리된다.
양 폭이 약 8.00"이면서 소정의 크기에 맞게 그 가장자리들이 이미 정비한 공칭상 1 제곱 인치의 캐소드를 위한 웹 포맷(40)이 도시되어 있다. 이 웹은 임의의 셀 크기 및/또는 기하학 형상을 인쇄하기 위해 쉽게 변형될 수 있다. 고속/대량 생산에 있어서, 웹 포맷은 적어도 4개의 셀 폭 혹은 16.0"의 최종 크기로 정비하기 이전에 총 웹 폭이 약 18"인 웹을 포함한다.
복수 개의 셀 열이 슬릿 라인(41)에서 세로로 쪼개진다. 이러한 4" 폭의 롤은 수평 파우치 충전 머신으로 선택되는 셀 조립 머신용으로 요구되는 모든 셀 부품들을 포함한다. 이러한 완성된 웹(40)은 캐소드/애노드 컬렉터 조립체(43)로부터 약 0.050"이격되어 있는 아연/접착제 라미네이트(42)를 포함한다.
폴드 라인(44)의 다른 쪽에서, 셀 그라파이트(45)는 임의의 희망하는 칼라 조합의 통상적인 그래픽 잉크를 사용하여 웹의 반대편에 인쇄될 수 있다. 그래픽(45)의 일부는 또한 박스(46)로 도시된 접촉 극성을 또한 나타낼 수 있다. 비록 도시는 생략하였지만, 상기 그래픽 층은 또한 필요에 따라 셀 케이스의 임의의 부분 상의 코드 데이트를 포함할 수 있다.
또한, 웹의 상기 부분 상에는 포지티브 접촉 절단부(18)뿐만 아니라 네거티브 접촉 절단부(17)가 있다. 이러한 웹의 일부는 파우치 충전 셀 조립 라인과 같은 폴드 라인(44) 상에서 접히고, 전술한 절단부들은 셀 애노드와 캐소드로 외부 전기 접촉을 허용할 것이다.
상기 웹은 연속한 웹을 기초한 프린팅 프레스의 복합 스테이션 상에서 처리될 수 있다. 이는 7개의 스테이션 상에서 1회 통과에 의해 또는 도 10에 도시된 바와 같이 Klemm에 제작한 평탄한 베드 스크린 프린팅 스테이션(300)을 구비할 수 있는 보다 적은 수의 스테이션을 갖는 프레스 상에서 복수 회의 통과에 의해 행해질 수 있다. 상기 프레스는 또한 MarkAndy에 의해 제작되는 것과 같이 여러 타입의 인쇄 방법에 의한 프린팅 및 기계 작동을 포함하는 연속한 웹 프레스일 수 있다. 이러한 프린팅 스테이션은 로터리 스크린, 플렉소, 심지어 그라비어를 포함할 수 있다.
도 10의 제1 Klemm 스테이션은 구멍 펀칭 스테이션(301) 등의 웹 등록 기구 혹은 웹 등록을 위한 다른 방법으로 구성된다(단지 제1 스테이션만이 통상적으로 이러한 등록 기구를 구비할 필요가 있으며, 다른 스테이션은 웹 가장자리를 제어하기 위한 전술한 방법을 사용한다).
그 다음은 예컨대, 스크린 및/또는 스텐실을 사용할 수 있는 프린트 스테이션(302)이다. 선택은 요구된 인쇄 두께뿐만 아니라 인쇄될 물질과 프린트 패턴에 기초하여 이루어진다.
잉크를 내려놓으면, 그것은 건조 및/또는 경화되어야 한다. 이것은 UV 광(303)에 의해 행해지고 및/또는 공기 드라이어(304)에 강제된다. 더 많은 건조 시간이 요구되면, 타워형 건조드라이어(305)를 또한 사용할 수 있다.
전체의 제조 공정은 프린트 스테이션뿐만 아니라 도 11에 도시된 바와 같이 다른 타입의 스테이션을 사용한다. 이러한 제조 공정용 장치(900)는 웹(40)을 위한 풀림 스테이션(901), 웹 등록 방법을 또한 포함하며 셀 외측(211)인 웹(40)의 상부면 상에 그래픽을 인쇄하는 제1 프린트 스테이션(902), 웹(40)의 바닥면인 웹 바닥면(도 6에서 212)의 인쇄를 허용하기 위해 웹을 뒤집는 웹 턴오버 스테이션(903)을 포함한다.
그 다음, 웹(40)은 컬렉터 프린팅 스테이션(904), 캐소드 접촉 프린트 스테이션(905), 접착제/코킹 프린트 스테이션(906) 및 캐소드 프린트 스테이션(907)을 통해 처리된다. 프레스 설계, 인쇄될 잉크, 요구되는 프린트 두께에 따라, 다양한 스테이션에 대한 인쇄 방법은 로터리 스크린, 플렉소, 그라비어, 스텐실 등일 수 있다. 모든 인쇄 작동이 완료된 후, 그 다음 웹(40)은 다음 스테이션(908)에서 처리된다. 이러한 스테이션은 웹(40) 내에 접촉부 구멍(217)(네거티브 접촉부) 및 (218)(포지티브 접촉부)을 천공시킨다. 그 다음, 웹은 애노드 어플리케이션 스테이션(909)으로 이동된다.
웹(40)에 애노드(25)을 인가하기 이전에, 아연/접착제 라미네이트(225)는 도 12에 도시된 바와 같이 보조 장치 상에 형성된다. 이러한 적층 머신(700)은 접착제/라이너 풀림 스테이션(701), 아연 포일 풀림 스테이션(702), 및 압축 롤(703) 세트로 구성된다. 이러한 스테이션에 있어서, 아연 포일(795)은 2개의 필름이 압축 롤(703)을 통과할 때 그 필름들에 의해 생성된 힘으로 인해 접착제 필름/라이너(796)에 합체된다.
*아연 포일/접착제 라미네이트(797)가 형성된 이후, 그것은 한 세트의 슬릿 나이프(705)(나이프의 개수는 요구된 슬릿 폭뿐만 아니라 웹 폭에 따라 결정)를 포함하는 슬릿팅 스테이션(704)으로 급송된다. 이러한 라미네이트(797)는 애노드 라미네이트(725)를 형성하도록 풀림 스테이션(706)에서 개개의 롤(735) 속으로 슬릿팅된다.
그 다음, 애노드 라미네이트(735)의 전술한 개개의 롤은 도 11 및 도 13에 도시된 복합 스테이션 제작 머신(900)의 애노드 어플리케이션 스테이션(909)에 배치된다. 애노드 라미네이트 롤(735)이 풀리고, 접착제 라미네이트 릴리스 라이너(710)는 그것의 폐기 이전에 롤(711) 상에 감기고, 애노드 라미네이트(725)는 웹(40) 상에서 약 0.050"의 공칭 간극, 약 0.010" 내지 0.20" 허용 가능한 범위의 간극으로 컬렉터 조립체(43)에 인접하는 연속한 스트립으로 도포된다.
압축 롤(712)은 웹(40)에 대한 애노드 라미네이트(725)의 양호한 결합을 보장하기 위해 이러한 작동에 요구되는 힘을 인가한다. 웹(40)의 처리는 셀(49)의 열들이 스테이션(910)에서 라인(41) 상에서 슬릿팅될 때 완료된다. 그 다음, 웹(40)의 개개의 셀(49) 열들은 도 11에 도시된 바와 같이 스테이션(911)에서 개개의 코어 상에 감기게 된다. 그 다음, 셀(49)의 유닛 열들은 풀리고 처리된 물질의 양을 결정하기 위해 점검된다. 이러한 조작은 결함이 있는 물질을 표시할 수 있게 해주며, 및/또는 웹 롤(400)을 형성하기 위해 셀 조립 머신 상에서의 처리 이전에 그 롤로부터 제거되도록 해준다.
그 다음 물질은 단일의 유닛 폭의 파우치 조립 머신으로 수천 유닛의 길이를 갖는 웹 롤(400) 내에서 공급된다. 도 6, 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 8에 도시된 바와 같이 웹은 하부 기판(212), 인쇄된 컬렉터(222), 인쇄된 컬렉터 접촉부(216), 인쇄된 캐소드(221), 인쇄된 밀봉 접착제(231, 230), 및 일단 웹(400)이 상부 라미네이트(211)와 하부 라미네이트(212)를 형성하도록 접히면 배터리의 내측면으로 되는 일 측면 상의 아연 포일/접착제 라미네이트(225)를 포함한다. 웹의 다른 측면 상에는, 접촉부 절단부(217, 218)들이 마련되어 있다. 그래픽은 최종 유닛의 외측이 되는 웹(40)의 상기 측면상에서 사용되거나 그렇지 않을 수 있다.
그 다음, 웹(400)은 도 14에 도시된 수평 파우치 충전 머신(500)의 풀림 스테이션(501) 내에 배치된다. 파우치 충전 머신은 플로리다주 소재의 Bartelt와 일리노이드주 록포드 소재의 HMC Products를 포함하여 여러 국내 회사에서 제작된다.
그 다음, 웹은 제1 스테이션(501)에서 풀린 다음, 밀봉을 위한 균일한 가장자리와 외부 연결에 의해 배터리에 연결하기 위한 접촉부 절단부의 적절한 위치를 제공하기 위해 중간(웹(44)의 중심선)에서 접히게 된다. 접힘은 정렬, 결합, 및 밀봉을 위해 정합되도록 2개의 상측 가장자리 혹은 앞의 외측 가장자리를 정렬시키는 칼라-가이드 고정구(스테이션(502))를 통해 발생하기 시작한다. 접힘과 정렬은 또한 웹의 2개의 측면이 스테이션(504)에서 서로 열 밀봉될 때까지 이들을 서로 미는 2개의 수직 바아(스테이션(503))에 의해 제공된다.
칼라-가이드(502)를 형성하는 것은 수평의 파우치 충전 머신에서 사용되는 새로 도입한 것이다. 종래에, 접힘 조작은 쟁기 모양의 기구를 이용하여 이루어졌다. 이러한 쟁기 모양의 기구를 이용함으로써, 웹의 내층은 쟁기 모양의 기구의 외측 위를 통과하게 된다.
음식물 등의 다양한 물질로 파우치를 채우는 통상적인 충전 파우치 조작에서, 파우치의 내층은 부드러운 표면을 갖기 때문에 쟁기 모양의 기구와 웹 사이에 마모는 문제가 되지 않는다. 본 발명에 따른 유닛 셀의 경우, 웹(400)의 내층은 인쇄된 패턴을 구비한다. 이러한 인쇄된 패턴들은 이들이 쟁기 모양의 기구 위로 통과할 때 마모가 일어난다는 사실이 본 발명자에 의해 밝혀졌다. 이러한 불리한 조건을 없애기 위해, 웹 성형은 칼라-가이드(502)를 이용하여 행해지기 때문에 웹(400)과 성형 공구의 마모는 외층에 있기 때문에 내측에 인쇄된 층들은 마모되지 않는다.
최종 셀의 배향으로 그리고 접힌 웹(400)의 바닥으로 셀 측면 C로 지정되어 있는 접힌 가장자리(228)에 혹은 그 근처에서의 열 밀봉(스테이션(504))은 펴지는 것을 방지하기 때문에 적절한 위치에서 접힘을 보장해준다. 2개의 상부 가장자리(229)의 적절한 위치는 서로에 대해 평평하다.
그 다음, 분리기(23)는 스테이션(505)에서 웹의 개방 측면들 사이에 삽입된다. 종이 분리기는 적절한 폭으로 미리 슬릿팅되어 릴 상에 배치되어 있다. 그 다음, 삽입하기 직전에, 그 길이를 적절한 크기로 절단한다. 만약 제조될 셀이 분리기 층을 사용하지 않을 경우, 이러한 단계를 생략할 수 있다.
그 다음, 수직 열 밀봉은 하나의 열 밀봉 조작에서 인접하는 2개의 유닛의 리딩 및 레깅 시일(leading and lagging seal) 양자를 위해 스테이션(506) 내에서 행해진다. 이는 셀이 인접하는 2개의 유닛의 리딩 및 레깅 시일을 제공하는 이러한 이중 폭의 시일의 중앙 근처의 스테이션(508) 내에서 절단되도록 해준다. 이러한 셀 밀봉 측면들은 측면 A와 측면 B로 표시되어 있다.
인발 롤(스테이션(507))은 웹을 풀림 스테이션에서 나이프 스테이션(508)으로 잡아당긴다. 이러한 스테이션은 웹(400)으로부터 선단의 셀 파우치(550)를 절단하며, 이것은 그 다음 스테이션(509)의 다음 파우치 칩에 의해 픽업된다. 스테이션(509)의 연속한 체인에 부착되어 있는 24개의 셀 칩(도시 생략)이 존재한다. 스테이션(509)의 전술한 체인/클립 조립은 파우치 충전 머신의 나머지 스테이션을 통해 파우치를 이동시킨다.
스테이션(510)은 3개의 주요 부품들로 구성된다. 캐나다 소재의 Habar에서 제작한 것과 같은 정밀 펌프(511)와, 일리노이드주 소재의 HMC Products에서 제작한 것과 같은 기계적 동작 기구(512)와, 그리고 파우치 진공 개방 및 패쇄 기구(도시 생략)가 제공된다. 이러한 조합은 개방된 셀 파우치(550)로 노즐의 삽입을 허용하여 정확한 양의 전해질(26)이 개방된 셀 파우치(550)로 분출되도록 해준다.
이러한 생산 절차에서 전해질 용액의 위생적인 분출을 용이하게 하기 위해, 중합체 농후제가 전해질 용액에 첨가될 수 있다. 양호한 물질로는 전해질의 총 중량퍼센트의 약 0.01% 내지 1.2%의 범위의 약 0.6중량%의 양의 카르복시메틸셀룰로오스가 있다. 또 다른 부류의 농후제를 또한 사용할 수 있다. 이들은 캐소드 바인더와 동일한 부류의 물질로 구성되어도 좋다. 다른 덜 바람직한 물질의 부류들의 예로는, 쌀, 감자, 옥수수 및 콩 변종을 포함하는 녹말 및 개량된 녹말 부류인 폴리비닐 알코올; 에틸 및 하이드록실-에틸 셀룰로오스; 메틸셀룰로오스; 폴리에틸렌 산화물; 폴리아크릴아미드; 이들 물질의 혼합물을 들 수 있다.
이러한 전해질 농후제를 사용함으로써 셀 외측 패키지의 오염을 최소화시키거나 없앨 수 있다. 그것은 또한 밀봉 이전에 시일 영역의 오염을 최소화 및/또는 없애준다. 이것은 높은 점성의 전해질과 조합하여 셀의 수명을 연장시키도록 셀 누출을 최소화 및/또는 없애준다. 이러한 성능의 장점으로 인해, 전술한 농후한 전해질의 사용은, 셀들이 손으로 또는 간단한 저속 장치를 이용하는 것과 같이 소량으로 만든 셀로 구성될 때, 또한 양호하다.
분출 이후, 측면들은 스테이션(512)에서 최종 열 시일(셀의 상부-측면 D)을 만들기 이전에 갇힌 공기를 파우치 밖으로 배출하는 방식으로 폐쇄되도록 허용해준다.
그 다음, 파우치(셀(200))는 모두 4개의 측면에서 열 밀봉되고, 그것은 필요한 모든 부품과 물질을 포함한다. 완성된 셀(200)이 칩으로부터 제거되기 전에, 각각의 셀은 스탬핑, 잉크젯 프린팅, 혹은 다른 적절한 수단에 의해 코드가 정해질 수 있다. 또한, 이러한 제거 이전에 각각의 셀은 전압 점검될 수 있다.
코드 데이팅을 포함하고 전기적으로 점검된 완성된 셀은 스테이션(513)에서 제거되고, 후속 조작을 위한 이송용 컨테이너(514) 속으로 떨어진다. 이러한 컨테이너는 전기 테스트를 기초로 하여 단지 양호한 셀만을 포함하며 및/또는 결합이 있는 셀들을 표시하여 동일한 컨테이너 내에 담는다.
양호한 셀의 제거는 진공 아암 제거를 포함하는 다수의 교번하는 조작을 이용하고, 그것의 응용에 맞게 정위치에 배치하며, 선적 컨테이너 내에 배치하고, "셀 라벨"의 롤을 형성하도록 PSA 접착제의 롤 상에 배치함으로써 달성될 수 있다.
더욱이, 전술한 바와 같이, 셀 내의 내부 저항은 제조 공정의 몇몇 적절한 시점(추가의 스테이션을 추가에 의한 프린팅 조작 동안 등)에서 임의의 후속하는 층을 도포하기 이전에 경화/건조된 전류 컬렉터, 캐소드, 및/또는 코로나 혹은 플라스마와의 애노드 잉크 침전물을 처리함으로써 더 감소될 수 있다.
멀티-셀 배터리
몇몇 응용은 3 볼트 및/또는 적절한 조작을 위해 더 높은 전류 용량을 필요로 할 수 있기 때문에, 직렬 및/또는 병렬 접속부를 갖는 배터리 팩은 이러한 고전압과 전류 요구 조건을 충족시키기 위해 바람직할 수 있다. 이러한 배터리 팩은 많은 상이한 구조로 제조될 수 있으며, 이들 중 몇몇은 아래에 설명될 것이다.
도 15 내지 도 20에는 이러한 몇몇 구조가 도시되어 있다. 도 15 및 도 16에는 직렬로 연결된 유닛 셀(10)들을 사용한 3개의 상이한 배터리 구조가 도시되어 있다. 도 15에 도시된 배터리는 상부 라벨을 제거한 상태로 된 3 볼트(300), 6 볼트(600), 및 9 볼트(900) 배터리를 포함한다. 도 16에는, 유닛 셀(10L)과 유사한 배터리가 도시되어 있고, 상부 라벨을 구비하는 동시에 네거티브 접촉부(115)와 포지티브 접촉부(117)가 노출된 상태로 도시된 3 볼트(30L), 6 볼트(60L), 9 볼트(90L)를 포함한다.
비록 이러한 배터리는 상이한 전압을 가지지만, 이들은 전술한 바와 같이 개개의 셀에 대한 유사한 기본 구조를 사용한다. 3 볼트 배터리(30 혹은 350)로 사용할 수 있는 여러 가지의 기본 구조가 존재한다.
도 17에는 배터리 라벨(350)을 형성하는 릴리스 라이너(302)를 지닌 양면 필름 접착제(301)를 사용하는 배터리(350)의 단면이 도시되어 있다. 면적을 최소화시키기 위해 이러한 셀들은 소모되고, 내측 열 밀봉 영역(13)은 중첩될 수 있다. 이러한 영역이 중요하지 않을 경우, 이들 유닛 셀들은 가장자리 대 가장자리로 배치될 수 있다.
*도 16에 도시된 바와 같이, 2개의 유닛 셀들은 지점(305)과 지점(306)에서 전도성 접착제에 의해 서로 체결되어 있는 금속 포일(304)에 의해 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 접착제는 예컨대, Acheson Colloids의 은 충전 에폭시 #5810 혹은 Emerson and Cuming의 스냅 경화 전도성 접착제 #12873-32일 수 있다. 소량의 전도성 접착제(305)는 포지티브 접촉부(16)(좌측 셀) 상의 드롭(306)뿐만 아니라 네거티브 접촉부(15)(우측 셀)에서 유닛 셀 상에 배치된다. 이들이 배치된 후, 아연 등의 금속 포일 스트립(304)은 상부에 배치된 다음 전도성 접착제는 경화된다. 접착제가 경화될 때, 배터리 라벨은 완성된 다음 릴리스 라이너를 제거함으로써 사용할 수 있고, 용례에 따라 배터리에 장착될 수 있다.
도 18에 도시된 구조와 같은 단면을 지닌 제2 구조가 또한 제안된다. 이러한 구조에서, 유닛 셀(10)은 내측 밀봉 영역(13)을 중첩시킴으로써 서로 부착된다. 중첩된 후, 시일 영역은 서로 열 밀봉되거나 감압 접착제(113)에 의해 체결될 수 있기 때문에 전기 연결을 제외한 3 볼트 배터리(30) 조립체를 완성하게 된다. 그 다음, 전기 연결은 이전의 구조에서 설명한 바와 같이 만들어진다.
배터리 구조는 또한 도 19에 도시된 바와 같이 유닛 셀을 서로 인쇄함으로써 만들어질 수 있다. 이 도면은 하부 라미네이트(812) 상에 인쇄되어 있는 9 볼트 배터리(800)를 도시한 것이다. 이러한 도면을 더 쉽게 이해할 수 있도록, 개개의 셀/배터리 부품들은 숫자로 표시하여 횡방향으로 빗금을 쳐 도시되어 있다.
전술한 유닛 셀의 인쇄와 마찬가지로, 인쇄될 제1 층은 탄소 캐소드 컬렉터(822)이며, 9 볼트 배터리로 만들어지기 때문에 인쇄 조작에서 전기적으로 연결되는 그룹으로 6개의 셀이 존재하고, 이에 따라 각각의 배터리에 대해 6개의 캐소드 컬렉터(822)와 6개의 캐소드(821)이 존재한다.
다음의 인쇄된 층은 은이거나 다른 높은 전도성 물질의 캐소드 접촉부(816)이다. 은 접촉부가 인쇄되는 것과 동시에, 네거티브 셀을 인접한 포지티브 셀에 연결시키는 셀 커넥터(804)가 또한 5개의 상이한 위치에서 인쇄된다.
동일한 잉크를 이용하여 동시에 인쇄된 최종 제품은 배터리 접촉부들이다. 이들은 배터리 네거티브 접촉부(815)와 배터리 포지티브 접촉부(817)이다. 유닛 셀 밀봉 단계에서와 마찬가지로, 밀봉 영역 내의 애노드와 캐소드 컬렉터는 시일을 만드는 동안 열 작동되어 6개의 유닛 셀들 각각에 인쇄되는 접착제/코팅(831)을 사용한다. 소량의 전도성 접착제(805)는 미리 절단된 애노드 스트립(825) 바로 아래에 있게 될 이전에 인쇄된 배터리 커넥터(804)의 상부에 도포된다. 이전에 설명한 바와 같은 이러한 스트립은 유닛 셀을 구성하기 위해 전술한 기술과 동일하거나 유사한 기술을 사용하여 각각의 셀과 그리고 전도성 접착제(805)의 상부에 도포되는 아연/접착제 라미네이트이다. 이러한 배터리 응용에 있어서, 건식 필름 PSA는 도포되지 않거나 전도성 접착제가 도포되는 영역에서 제거된다. 이러한 접착제는 예컨대, Acheson의 5810 은 전도성 에폭시 혹은 Emerson and Cuming의 스냅 경화 전도성 접착제일 수 있다.
본 발명의 추가의 구조는 셀/배터리 구조를 도포 장치 자체에 일체화시키는 데 있다. 이것은 도 20에 도시된 것과 같이 이루어질 수 있으며, 도 20에는 배터리 접촉부(906, 910, 911), 열 센서(902), 온도를 연속하여 디스플레이 하는 광 디스플레이(903), 온도가 특정 범위에서 벗어날 때 작동하게 되는 발광 LED 광(904)으로 이루어진 회로(901)를 포함하는 열 센서 장치(900)가 도시되어 있다.
끝으로, 1.5볼트 유닛 셀의 위치를 정의하는 요구된 3볼트 배터리를 형성하기 위한 2개의 유닛 셀의 접촉부에 관한 것이다. 유닛 셀 #1(905)은 네거티브 접촉부(906)와 포지티브 접촉부(907)를 구비하며, 유닛 셀(908)은 네거티브 접촉부(909)와 포지티브 접촉부(911)를 구비한다. 인쇄 회로의 일부인 점퍼 바아(910)는 유닛 셀(905)의 포지티브 접촉부(907)를 유닛 셀(908)의 네거티브 접촉부(909)에 연결시키기 때문에 유닛 셀(905, 908) 사이에 직렬 접속부와 3.0볼트 배터리를 형성한다. 유닛 셀은 유닛 셀 접촉부를 회로에 유지시키기 위해 압력 클램프, 클립 혹은 다른 임의의 수단 등의 기계적 수단에 의해 회로(901)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 접촉부들은 관통 구멍 기술을 이용하거나 이용하지 않고 땜납, 전도성 접착부 등에 의해 체결될 수 있다.
애노드 및/또는 애노드/애노드 컬렉터의 인쇄는 프린팅 프레스 상에 직접 그리고 전도성 접착제 및/또는 땜납 등을 사용하지 않고 배터리 팩으로 유닛 셀의 직접 연결을 허용할 것이다. 셀/배터리 구조 및 연결부의 인쇄는 이하에서 상세히 설명될 것이다.
일반적 구조의 변화는 아래에 기재되어 있고, 또 6개의 탄소 캐소드 컬렉터(822)가 인쇄되고 6개의 애노드 컬렉터(850)가 또한 인쇄되어 있는 도 19a에 도시된 바와 같이 배터리(899) 내에 도시되어 있다. 애노드 컬렉터의 상부에는 아연 애노드(851)이 패턴화된 영역에 의해 도시된 바와 같이 셀 작동 영역 내에 인쇄되어 있다.
애노드 컬렉터가 인쇄될 수 있기 때문에, 도 19의 배터리(800) 구조에서 설명된 바와 같이 도전성 접착제(805)의 필요성은 요구되지 않는데, 그 이유는 인쇄된 은 접착부가 인쇄된 접촉부와 커넥터 모두에 우수한 연결과 나아가 양호한 전기 접촉을 만들기 때문이다(이하 참조).
전기 응용 혹은 유사한 장치는 또한 전술한 인쇄된 애노드 배터리의 기술을 이용하여 제조된다. 이러한 프로세스에 있어서, 인쇄된 배터리(혹은 1.5볼트의 용례인 경우 셀)는 상기 단락에서 설명한 것과 같이 제조된다. 그 다음, 이러한 프로세스는 유사하거나 추가의 방법 단계를 사용하여 동일한 기판 상에 장치를 만들기 위해 필요한 조작을 포함하기 위해 확장된다.
얇고 인쇄된 플렉시블 셀/배터리는 많은 잠재적인 용례를 지닐 수 있다. 이들은 예를 들은 아래의 일반적인 카테고리를 포함한다.
1) 광고와 판매 촉진
2) 장난감, 신제품, 책, 인사장, 및 게임
3) (스마트 RFID 태그) 등의 재고 추적 및 제어
4) 보안 태그
5) 온도, 습도 등의 조건 표시기
6) 의약품 및/또는 화장품을 위한 이온토포레틱 응용(iontophretic applications)
7) 스마트 기저귀, 요실금 제품 등의 건강 제품
이상, 본 발명은 특정한 예와 실시예를 사용하여 설명하였지만, 해당 분야에 통상의 지식을 가진 자들은 다양한 변형례가 사용될 수 있고 균등물이 본 발명의 영역을 벗어나지 않는 범주 내에서 본 명세서의 구성 요소 및/또는 단계를 대체할 수 있다는 것으로 이해할 것이다. 본 발명은 특별한 상황과 특별한 필요성에 알맞게 본 발명의 영역을 벗어나지 않는 범주 내에서 변형될 수 있다. 본 발명은 특별한 수행 및 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 주어진 청구의 범위 내에서 개시되거나 혹은 개시되지 않은 모든 실시예, 문자 그대로의 의미 혹은 균등물을 포함하여 광범위하게 해석될 것을 의도한다.

Claims (26)

  1. 전기화학 셀을 포함하는 플렉시블 배터리(flexible battery)로서,
    내면을 구비하는 기판;
    상기 내면의 일부를 덮는 제1 전기화학 층;
    상기 내면의 다른 부분을 덮으며, 상기 제1 전기화학 층에 인접하는 제2 전기화학 층;
    액체 전해질을 포함하고, 상기 제1 전기화학 층과 상기 제2 전기화학 층 양자를 덮으며 이들 층과 전기 접촉 상태로 있는 전해질 층; 및
    상기 전해질 층을 덮으며, 상기 셀의 내부에서 상기 전해질 층을 밀봉하기 위한 파우치(pouch)를 형성하도록 상기 기판에 결합되는 피복층
    을 포함하고, 상기 제1 전기화학 층은 경화되거나 건조된 잉크로 구성되는 것인 플렉시블 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 피복층을 형성하도록 자체가 접히는 시트 물질로 구성되고, 상기 기판의 내면은 상기 파우치를 형성하도록 내면 자체와 결합되는 것인 플렉시블 배터리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파우치는 전해질 층이 상기 셀에 추가될 때까지 하나 이상의 개방 측면을 갖고, 상기 개방 측면은 상기 셀의 내부에서 전해질 층을 밀봉하도록 밀봉되는 것인 플렉시블 배터리.
  4. 제1항에 있어서, 서로 전기적으로 연결되어 상기 기판을 공동으로 모두 공유하는 복수 개의 전기화학 셀을 더 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피복층은 복수 개의 적층된 층을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수 개의 적층된 층은 일체형 배리어 및 열 밀봉층 중 하나 이상을 구비하는 구조층을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  7. 제5항에 있어서, 상기 복수 개의 적층된 층은,
    중합체 필름 및 열 밀봉 코팅 중 하나 이상을 포함하는 내층;
    습기 배리어층;
    상기 습기 배리어층에 상기 내층을 연결하기 위한 제1 접착제 층;
    배향된 폴리에스테르를 포함하는 외측 구조층; 및
    상기 외측 구조층에 상기 습기 배리어층을 연결하기 위한 제2 접착제 층
    을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  8. 제5항에 있어서, 상기 복수 개의 적층된 층은 금속을 입힌 층을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 이산화망간, 탄소, NiOOH, 은 산화물(Ag2O 또는 AgO), HgO, 에어 셀 형태의 산소(O2), 및 바나듐 산화물(VO2) 중 하나 이상을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 전기화학 층은 상기 기판에 적층된 스트립 물질로 구성되는 것인 플렉시블 배터리.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 전기화학 층은 경화된 또는 건조된 잉크로 구성되는 것인 플렉시블 배터리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 잉크는 아연, 니켈, 카드뮴, AB2 및 AB3 타입의 금속 수산화물, 철, 및 FeS2 중 하나 이상을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  14. 제1항에 있어서, 상기 배터리는 유닛 셀을 사용할 수 있도록 전자 어플리케이션 회로에 연결하기 위한 직렬 또는 병렬 접속부를 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전해질은 염화아연, 염화암모늄, 아세트산아연, 브롬화아연, 요드화아연, 아연 타트레이트, 과염소산아연, 수산화칼륨, 수산화나트륨 중 하나 이상을 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기화학 층은 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 녹말, 개량된 녹말, 에틸 셀룰로오스, 하이드록시-에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 산화물, 폴리아크릴아미드 및 테프론(등록상표) 중 하나 이상을 포함하는 중합체 바인더를 갖는 잉크를 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기화학 층은 상기 제2 전기화학 층과 동일 평면 상에 있고 제2 전기화학 층과 인접한 것인 플렉시블 배터리.
  18. 제1항에 있어서, 상기 기판을 상기 피복층에 연결하여 내부 공간을 형성하도록 상기 셀의 주변 둘레에 프레임을 더 포함하여, 상기 제1 전기화학 층의 일부 또는 전부 및 상기 제2 전기화학 층의 일부 또는 전부와 함께 상기 전해질을 상기 내부 공간 내에 수용하는 것인 플렉시블 배터리.
  19. 제1항에 있어서, 상기 전해질 층은 흡착제 종이 분리기를 더 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  20. 제1항에 있어서, 상기 기판을 상기 피복층에 연결하기 위한 인쇄된 접착제를 더 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  21. 제20항에 있어서, 상기 내면의 일부를 덮고 상기 제1 전기화학 층 및 상기 제2 전기화학 층 중 하나와 상기 내면 사이에 배치되는 컬렉터 층을 더 포함하고,
    상기 인쇄된 접착제는 상기 컬렉터 층 위에 연장되어 상기 컬렉터 층의 일부 또는 전부를 덮는 것인 플렉시블 배터리.
  22. 제1항에 있어서, 상기 액체 전해질 층은 폴리비닐 알코올, 녹말, 개량된 녹말, 에틸 및 하이드록실-에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 폴리에틸렌 산화물, 및 폴리아크릴아미드 중 하나 이상을 포함하는 중합체 농후제를 포함하는 것인 플렉시블 배터리.
  23. 제1항에 있어서, 상기 피복층은 배터리를 습기에 대해 비기밀식으로 밀봉하는 산화물 코팅된 습기 배리어 층을 포함하고, 금속 포일층을 포함하지 않는 것인 플렉시블 배터리.
  24. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기화학 층은 상기 제2 전기화학 층과 서로 마주보고 인접해 있는 것인 플렉시블 배터리.
  25. 제1항에 있어서, 상기 기판은 중간 접착제없이 상기 피복층에 직접 결합되는 것인 플렉시블 배터리.
  26. 제1항에 있어서, 상기 파우치는 개방 측면과 3개의 밀봉 측면을 갖고, 이후에, 상기 기판과 피복층이 함께 압착되어 파우치 내로부터 모든 공기를 제거하며, 상기 개방 측면은 상기 셀의 내부에 전해질 층을 밀봉하도록 밀봉되는 것인 플렉시블 배터리.
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