KR101383448B1 - 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 및 그 제조방법 - Google Patents

사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

기판(1000); 상기 기판(1000) 상에 적어도 둘 이상 적층되며, 순차적으로 적층된 양극-전해질층-음극을 포함하는 배터리(300); 및 상기 배터리(300) 사이에 구비되며, 상기 배터리(300)를 접합시키는 접착재(900)를 포함하며, 여기에서 상기 양극-전해질층-음극 중 양극만 열처리되어 결정화된 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리가 제공된다.

Description

사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 및 그 제조방법{Multi-layered battery as power source for user terminal and manufacturing method for the same}
본 발명은 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 구조의 배터리 중 고온 열처리가 필요한 층만을 선택적으로 열처리한 후, 이를 유연 기판에 전사시키므로, 경제적인 방식으로 제조되며, 높은 출력용량을 가지며, 아울러 층수 조절을 통하여 출력되는 전력 수준을 효과적으로 제어할 수 있는 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 정보통신의 발달에 따라 새로운 형태의 고성능 유연 소자의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 전기 소자를 작동시키기 위해서는 고성능 반도체 소자와 더불어 에너지원을 공급하고 저장할수 있는 유연 에너지 소자 기술이 필요한데 현재까지는 고온공정이 불가능한 플라스틱 기판의 한계에 의하여 고성능 에너지 저장 기술을 구현하는 것이 불가능하였다. 종래의 전기 소자는 딱딱한 실리콘 기판에서 제조된 후 그 형태로 응용되고 있는데, 그 이유는 바로 이러한 소자들의 제조공정이 고온의 반도체 공정을 통하여 제조되기 때문이다. 하지만, 이러한 소자 기판의 한계는 압전소자, 배터리(배터리) 등의 응용 범위를 제한하는 문제가 있다.
특히 이러한 에너지 저장 소자 중 하나가 배터리(전지)이다. 배터리는 에너지 저장 소자로서, 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는데, 이러한 충전이 불가능한 일차전지와 충전가능한 이차전지로 구분된다. 이중 이차전지는 캐소드, 애노드 및 상기 캐소드 및 애노드 사이에 구비되는 전해질층으로 이루어진 구조이며, 현재 하이브리드 자동차, 소형 가전 제품 등에서 널리 사용되고 있으나, 상술한 바와 같이 플라스틱 기판상에 구현시킨 배터리는 상술한 문제, 즉, 고온의 공정을 견딜 수 없다는 문제 등으로 인하여 현재 개시되지 못하는 상황이다.
더 나아가, 고용량의 전력을 생산하기 위해서 배터리는 가능한 많은 수의 다층 구조를 갖는 것이 바람직하지만, 상술한 바와 같이 고온의 공정이 반복되는 경우, 제조비용이 상승하고, 아울러 이미 적층된 전지의 전해질, 밀봉 부재 등이 추후 진행되는 고온 공정에 의하여 열화되는 문제가 있다.
더 나아가, 휴대전화와 같은 사용자 단말은 점차 소형화되고, 박막화되는 추세이므로, 배터리와 같이 사용자 단말에 전력을 공급하는 배터리 또한 박막화되어야 하지만, 고용량의 박막화된 배터리 및 그 제조방법은 개시되지 못하는 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경제적인 방식으로, 우수한 특성을 갖는 다층 구조의 배터리와 이를 이용한 휴대전화와 같은 사용자 단말을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판(1000); 상기 기판(1000) 상에 적어도 둘 이상 적층되며, 순차적으로 적층된 양극-전해질층-음극을 포함하는 배터리(300); 및 상기 배터리(300) 사이에 구비되며, 상기 배터리(300)를 접합시키는 접착재(900)를 포함하며, 여기에서 상기 양극-전해질층-음극 중 양극만 열처리되어 결정화된 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리(300)는 별도의 희생기판에서 제조된 후 상기 기판(1000)으로 전사되며, 상기 희생기판 상에서 상기 양극이 열처리된 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 희생기판은 500℃ 이상의 용융점을 갖는 기판이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리는 서로 이격되거나 인접한 복수 개의 단위 배터리를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판(1000)는 유연한 기판이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 적층된 다층 배터리의 적층수에 따라 상기 다층 배터리의 유연성이 결정된다.
삭제
본 발명의 일 실시예에서, 상기 다층 배터리는 상기 기판(1000)의 단면 또는 양면에 구비된다.
본 발명은 상술한 다층 배터리를 전력 공급원으로 포함하는 휴대전화를 제공한다.
본 발명은 다층 배터리 제조방법으로, 희생기판(700) 상에 집전체(310) 및 양극(320)을 순차적으로 적층하는 단계; 상기 양극(320)을 열처리하는 단계; 상기 열처리된 양극(320) 상에 전해질(330), 음극(340)을 순차적으로 적층하여 배터리(300)를 제조하는 단계; 및 상기 배터리(300)를 상기 희생기판(700)으로부터 분리한 후, 상기 분리된 배터리(300)를 기판(1000) 상에 순차적으로 복수 회 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 희생기판과 양극 사이에는 수소가 도핑된 비정질실리콘층(800)이 구비되며, 상기 비정질실리콘층에 레이저 빔을 조사하여, 상기 배터리를 상기 희생기판으로부터 분리한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 희생기판(700)은 유리 또는 사파이어 기판이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판(1000)은 유연한 기판이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리(300)는 상기 기판(1000) 상에 서로 이격된 어레이 구조이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 배터리(300)는 상기 기판(1000) 상에서 서로 인접한 어레이 구조이다.
본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리를 제공한다.
본 발명은 상술한 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 유연성 제어방법으로, 상기 기판(1000) 상에 전사되는 배터리의 층수를 조절하여, 상기 다층 배터리의 유연성을 제어하는 것을 특징으로 하는 다층 배터리의 유연성 제어방법을 제공한다.
본 발명은 상술한 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 출력 용량 제어방법으로, 상기 기판(1000) 상에 전사되는 배터리의 층수를 조절하여, 상기 다층 배터리의 출력양을 제어하는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 출력 용량 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 고온의 공정을 견딜 수 있는 수준의 용융점을 갖는 희생기판에 배터리를 제조한 후, 이를 원하는 소자기판에 복수 회 전사시켜, 다층 구조의 배터리를 제조한다. 즉, 본 발명에 따른 다층 배터리는, 박막 배터리가 이층 이상으로 적층된 형태를 이루며, 상기 박막 배터리는 희생기판에서 열처리 공정을 거치면 열화되는 소자층(전해질층, 음극재료)을 제외한 소자층만을 선택적으로 희생 기판에서 열처리하고, 열처리 후 나머지 소자층을 적층하여 소자를 완성한 후, 다시 원하는 기판에 전사된 형태이다. 따라서, 전지 효율은 떨어뜨리지 않으면서도 면적당 높은 전력생산율을 가질 수 있다. 아울러 다층 구조의 수를 제어함으로써 최종 사용되는 제품 기판의 유연성과 출력 조건에 대응되는 유연성과 출력양을 갖는 다층 배터리를 제조할 수 있으며, 더 나아가 다층 배터리의 유연성을 다층 수를 제어함으로써 효과적으로 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리는 휴대전화 등과 같이 박막화되는 사용자 단말에 전력공급원을 사용되어, 단말의 두께를 크게 낮출 수 있다.
도 1 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 배터리의 단위 배터리 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 상술한 공정에 따라 제조된 박막 배터리(300)가 다층으로 적층된 다층 배터리의 구조를 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 대면적의 다층 배터리가 단일 구성으로 제조된 예를 설명하는 도면이다.
도 17은 도 10에 기반한 어레이 형태로 다층 배터리가, 유연기판 또는 딱딱한 기판에서 제조된 형태를 설명하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 배터리가 휴대전화에 구비된 모습을 설명하는 도면이다.
도 19는 유연한 LED디스플레이와 같은 전자 소자에 결합된 유연 다층 배터리 적용예를 설명하는 도면이다.
도 20은 박막 형태가 요구되는 스마트 카드에 본 발명에 따른 다층 배터리(회색부분)가 구비된 경우를 설명하는 도면이다.
도 21 및 22는 단일 또는 어레이 형태의 다층 배터리가 기판 양면에 형성된 경우를 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다층 배터리의 실제 이미지이다.
이하 바람직한 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 다음에 소개되는 실시예들은당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다.
본 명세서에서 유연 기판은 유연성, 즉, 플렉서블 특성을 가지는 임의의 모든 기판을 다 포함하는 것으로 해석되며, 보다 명확하게는 플렉서블한 중합체 기판을 의미한다. 또한, 본 발명에서 배터리는 일차전지, 이차전지를 모두 포함하며, 이 외에도 전력을 생산할 수 있는 임의의 모든 소자가 배터리에 속하며, 본 발명의 범위는 하기 도면에서 설명하는 이차전지에 의하여 제한, 한정되지 않는다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 배터리 소자 제조시 요구되는 공정의 최고점 이상의 용융점 또는 유리전이온도를 갖는 기판(이하 희생기판)에 배터리를 제조한 후, 이를 원하는 소자기판에 복수 회 전사시켜, 다층 구조의 배터리를 제조한다. 특히 배터리를 이루는 층 중 고온 공정을 통하여 성능이 개선되는 소자층만을 우선 희생기판에 적층하고, 열처리하며, 이로써 전사 후에도 원하는 배터리 성능을 그대로 유지할 수 있다.
이하 도면을 이용하여 본 발명에 따른 다층 배터리 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 배터리의 단위 배터리 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판(700)이 개시되며, 상기 기판(700)으로는 유리 또는 사파이어 기판이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 기판(700) 상에서는 배터리가 제조된 후, 분리되는 기판이므로, 이하 희생기판이라 지칭한다.
도 2를 참조하면, 상기 희생기판(700) 상에는 수소가 도핑된 비정질 실리콘층(800)이 적층되는데, 상기 비정질 실리콘층(800) 적층은 통상의 반도체 공정(예를 들어 화학기상증착-스퍼터링 공정)에 따라 진행될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 이하 생략한다.
도 3을 참조하면, 상기 비정질 실리콘층(800) 상에 집전체(310)가 박막 형태로 적층된다. 상기 집전체(310) 는 배터리에서 발생하는 전류를 수집(collect)하여 외부로 전달하는 기능을 수행하며, 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu)등과 같은 금속 재료를 사용하나, 전극활물질 또는 리튬과반응하여 리튬의 가역적 반응을 방해하지 않고 전류를 통할 수 있다면 특별히 한정되지 않는다. 또한 상기 집전체(310)와 수소 함유 비정질 실리콘(800) 사이에는 접착력 향상을 위하여 티타늄(Ti), 크롬(Cr)과 같은 부착층(미도시)이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 전류집전체(310) 위로 전극물질이 증착되어, 양극(320)이 적층된다. 본 발명에서 사용된 리튬 배터리의 경우, 양극으로 LiCoO2, LiNiO2등의 층상계 소재, LiMn2O4등의 스핀넬계 소재, LiFePO4등의 올리빈계 소재, Li2FeSiO4 등의 실리케이트계소재와 같은 리튬산화물을 사용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 양극(320) 적층 후, 리튬산화물과 같은 고온 열처리를 통하여 물질의 결정화가 진행된다. 예를 들어 고속열처리공정(rapid thermal process)의 경우는 보통 300℃ 이상, 바람직하게는 500℃ 이상에서 10분 이상, 가열로(furnace)의 경우는 500℃ 이상에서 2시간 이상의 열처리가 진행된다. 본 발명이 적용되는 배터리에서, LiCoO2 물질의 결정화를 위한 고온 열처리 공정은 고성능의 고상 리튬 이온 전지에서 매우 중요한 공정인데, 이는 고상의 리튬 확산은 결정 결함에 의하여 방해 받으므로, 고순도의 결정성을 확보하는 것은 매우 중요하다. 또한 상기 희생기판은 상기 고온의 열처리 공정을 견뎌야 하므로 500℃ 이상의 용융점을 갖는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, 결정화가 진행된 양극(330) 상으로 전해질층(330)이 적층된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 전해질층(330)의 전해질은 고체 전해질이며, LiPON(Lithium Phosphorus Oxynitride)과 같은 물질을 주로 사용하였다. 하지만, 리튬이온의 이동에 의하여 전기를 통할 수 있다면 특별히 한정되지 않는다.
도 7을 참조하면, 상기 전해질층(330) 위로 음극(340)이 적층되는데, 상기 음극 물질로는 주로 리튬금속, 리튬합금, 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 합금 등이 사용될 수 있으나, 리튬의 삽입과 탈리가 가역적으로 가능한 물질이라면 특별히 한정되지 않는다.
특히 전해질/음극 등은 고순도의 결정성 확보를 위한 열처리 공정에서 열화되기 때문에, 양극만을 적층한 후, 열처리하고, 그 이후 양극 상에 전해질층과 음극을 적층하여 박막 태양전지를 제조하고, 이로부터 제조된 단위 박막 태양전지를 순차적으로 적층하여 3차원 구조의 리튬 이온 배터리를 제조한다.
도 8을 참조하면, 상기 음극(340) 위로 포장재층(350)이 적층된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 포장재층(350)은 전극 물질의 외부와의 접촉을 막아 전지의 성능을 저하시키는 부수적 반응을 방지하며, 당업계에서 사용되는 임의의 모든 물질이 상기 포장재층(350)에 포함될 수 있다.
이상의 공정을 통하여 단위 배터리 소자(300)가 희생기판(700) 상에 제조된다.
도 9를 참조하면, 상술한 방식에 따라 제조된 양극-전해질-음극으로 구성된 하나의 대면적 배터리 소자(300)가 개시되며, 도 10에서는 비정질 실리콘층(800) 상에 어레이 형태로 적층된 복수 개의 단위 배터리 소자(300)가 개시된다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 소자(300) 상에 지지기판(400)이 접합된다. 본 발명에서 상기 지지기판은 배터리 소자(300)가 하부 기판으로부터 분리된 후, 배터리 소자(300)를 고정시켜주는 역할을 수행하며, 예를 들어 접합력을 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS)이 상기 지지기판(400)으로 사용될 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 9 또는 도 10의 배터리 소자(300), 특히 비정질 실리콘층(800)상에서 제조된 배터리 소자(300)가 개시된다.
도 12를 참조하면, 도 11의 희생기판(700) 후면으로 레이저 빔이 조사되며, 이때 비정질 실리콘 층(800) 내에 존재하는 수소가 가스화되어 배출되며(outgasing), 이로써 비정질 실리콘 층(800)이 박리제거된다. 따라서, 상기 희생기판(700)은 레이저가 투과될 수 있는 수준의 투명도를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 유리 또는 사파이어가 상기 희생기판으로 사용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 도 12의 공정을 통하여 분리된 배터리의 타측에도 동일한 지지층(400)이 접합되고, 도 14를 참조하면, 상기 배터리의 상하면 뿐만 아니라 측면에도 지지층(400)이 구비된다.
도 15는 상술한 공정에 따라 제조된 박막 배터리(300)가 다층으로 적층된 다층 배터리의 구조를 설명하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 기판(1000) 상에 배터리(300)가 다층으로 적층되며, 이때 상기 배터리(300)는 희생기판에서 제조된 후, 열처리까지 완료된 것으로, 레이저 빔 조사 등을 통하여 희생기판(700)으로부터 분리된다. 또한 본 발명의 일 실시예에서 다층 구조의 배터리(300) 사이에는 에폭시 등과 같은 접착제(900)가 구비된다. 즉, 본 발명은 희생기판에서 제조된 후, 열처리까지 완료된 배터리를 기판(1000)으로 순차적으로 복수 회 전사시킴으로써 도 15 등과 같은 다층 구조의 배터리를 제조한다.
특히 본 발명은 이러한 다층의 두께를 전사 횟수 제어를 통하여 조절할 수 있으며, 이로부터 배터리의 유연성 정도를 용이하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 다층 배터리의 두께가 10um이면 유연하나, 단위두께가 100um까지 두꺼워 지면 깨지기 쉬우나, 이처럼 접착제를 통하여 무기 박막재료를 분리, 적층하면 유연성이 증가한다.
더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서 상기 배터리(300)는 도 12, 13과 같이 외부로 배터리 소자가 노출된 형태이거나, 도 14와 같이 지지층(400)에 의하여 밀봉된 형태일 수 있다. 하지만, 적어도 도 15와 같이 접착제(900)에 의하여 상기 배터리가 다층을 이루는 이상, 이는 본 발명의 범위에 속한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 대면적의 다층 배터리가 단일 구성으로 제조된 예를 설명하는 도면이다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서는 도 10과 같은 어레이 형태로 배터리를 제조하는 경우, 각각의 단위 배터리(300)를 기판(1000)상에 순차적으로 적층시킬 수 있다. 이로써 도 16에서와 같이 유연기판(플렉서블 기판)이나 딱딱한 기판상에서도 도 15와 같은 적층 형태의 배터리가 제조될 수 있다. 특히 딱딱한 기판인 경우, 상기 다층 배터리와 기판(1000) 사이에는 별도의 배터리 등과 같은 별도 소자가 더 구비될 수 있다.
도 17은 도 10에 기반한 어레이 형태로 다층 배터리가, 유연기판 또는 딱딱한 기판에서 제조된 형태를 설명하는 도면이다.
더 16 및 17에 따른 다층 배터리는 제한된 면적에서도 다수의 박막형 배터리가 구비될 수 있으므로, 면적당 전력 생산 효율이 우수하다.
본 발명에 따라 제조된 박막 배터리는 점차 두께나 낮아지는 휴대전화의 전력 공급원으로 사용될 수 있다.
도 18은 본 발명에 따라 제조된 박막 배터리가 사용된 휴대전화의 모식도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 휴대전화(200)는 얇은 두께로서, 도 15 내지 17에서 개시된 본 발명의 다층 배터리(300)를 전력 공급원으로 포함한다.
특히 본 발명에 따른 휴대전화(200)는 원하는 전력 조건에 따라 다층 배터리의 층수 또는 면적 중 어느 하나를 선택, 조절하여 휴대전화(200)의 두께 등을 조절할 수 있다.
예를 들어 박막 배터리의 용량, 너비 및 두께가 각각 1mA, 1.5 X 1.5 cm, 10um이고, 휴대전화 크기(15 X 9cm, 삼성전자 갤럭시 노트)에 현재 스마트폰의 용량인 2000mAh의 배터리를 만들려면, 휴대전화 면적당 10*6 = 60개의 60 개 박막 배터리 어레이를 쌓을 수 있다. 이 경우, 전체 배터리는 한 층당 60mAh의 출력용량을 나타내며, 층수를 33층을 쌓으면 2000mAh의 출력 용량을 달성할 수 있다. 이 배터리를 제작시 층간 접착제 두께를 2um라 가정했을 때, 총 두께는 10*33+2*32=~400 um 수준에 불과하다.
또는 이와 달리 희생기판의 크기를 조절하여 사용되는 휴대전화 크기에 맞는 단일 다층 박막 배터리 또한 사용가능하며 이 또한 본 발명에 속한다.
본 발명에 따라 제조된 박막 배터리의 다층은 전극은 별도의 전극 배선 등으로 수직 연결될 수 있다. 이와 달리 본 발명에 따라 제조된 박막 배터리는 인접한 어레이의 전극과 연결될 수도 있다.
본 발명은 이와 같이 어레이 구조를 통하여 대면적으로 소자를 제조하여야 하는 문제를 해결할 수 있으며, 아울러 다층의 층수 조절을 통하여 출력 용량과 두께를 효과적으로 조절할 수 있다.
도 19는 유연한 LED디스플레이와 같은 전자 소자에 결합된 유연 다층 배터리 적용예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 다층 배터리는 우수한 용량 효율을 가질 수 있는데, 예를 들어 다층 배터리(두께 10um, 넓이 1.5 x 1.5 cm) 용량이 대략 1mAh 정도이고, 이를 12x 18 cm (노트 사이즈)에 10층(두께 100um)을 적층하면, 구동 볼트 4 V의 충전 용량1440mAh 정도도 가능할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 다층 배터리는 2차원적인 면적뿐만 아니라 다층의 높이를 통하여 용량, 유연성 등을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 20은 박막 형태가 요구되는 스마트 카드에 본 발명에 따른 다층 배터리(회색부분)가 구비된 경우를 설명하는 도면이다.
또한 본 발명에 따른 배터리는 기판이 양쪽으로 다층으로 적층될 수 있는데, 예를 들어 도 21 및 22는 단일 또는 어레이 형태의 다층 배터리가 기판 양면에 형성된 경우를 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다층 배터리의 실제 이미지이다.
도 23에 도시된 이미지는, 유리기판위 비정질 실리콘 위에 무기물 전극재료와 금속전극을 증착한 후 레이저 리프트 오프를 통해 얻은 배터리 전극의 이미지로서, 본 실험예에서는 PECVD를 통하여 50 nm 비정질 실리콘 증착하고, 다시 스퍼터(Sputter)를 이용하여 무기물 전극재료(100 nm-5 um), 금속 전극(100 nm)을 증착하고, 500 mJ/cm2의 레이저를 이용하여 박리시켰다.
상술한 바와 본 발명에 따른 다층 배터리는, 박막 배터리가 이층 이상으로 적층된 형태를 이루며, 상기 박막 배터리는 희생기판에서 열처리시 열화되는 소자층을 제외한 소자층, 특히 열처리에 의하여 특성이 향상되는 소자층의 열처리를 완료한 후, 나머지 공정을 진행하고, 다시 완성된 배터리 소자를 원하는 기판에 전사된 형태이다. 따라서, 전지 효율은 떨어뜨리지 않으면서도 면적당 높은 전력생산율을 가질 수 있다. 아울러 다층 구조의 수를 제어함으로써 최종 사용되는 제품 기판의 유연성에 대응되는 유연성을 갖는 다층 배터리를 제조할 수 있으며, 더 나아가 다층 배터리의 유연성을 다층 수를 제어함으로써 효과적으로 조절할 수 있다. 이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 기판(1000);
    상기 기판(1000) 상에 적어도 둘 이상 적층되며, 순차적으로 적층된 양극-전해질층-음극을 포함하는 배터리(300); 및
    상기 배터리(300) 사이에 구비되며, 상기 배터리(300)를 접합시키는 접착재(900)를 포함하며, 여기에서 상기 양극-전해질층-음극 중 양극만 열처리되어 결정화된 것이고,
    상기 배터리(300)는 별도의 희생기판 및 상기 희생기판에 적층된 수소가 도핑된 비정질 실리콘층상에서 제조된 후, 상기 희생기판 후면으로 레이저 빔을 조사하여, 상기 배터리를 상기 희생기판 및 상기 비정질실리콘층으로부터 분리한 후, 상기 기판(1000)으로 전사된 것이며,
    상기 양극은 상기 희생기판 및 상기 비정질 실리콘층 상에서 열처리된 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 희생기판은 500℃ 이상의 용융점을 갖는 기판인 것을 특징으로, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리는 서로 이격되거나 인접한 복수 개의 단위 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기판(1000)는 유연한 기판인 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 적층된 다층 배터리의 적층수에 따라 상기 다층 배터리의 유연성이 결정되는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 다층 배터리는 상기 기판(1000)의 단면 또는 양면에 구비되는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  9. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항, 제 7항 및 제 8항 중 어느 한 항에 따른 사용자 단말 전력용 다층 배터리를 전력 공급원으로 포함하는 휴대전화.
  10. 다층 배터리 제조방법으로,
    희생기판(700) 상에 수소가 도핑된 비정질실리콘층(800), 집전체(310) 및 양극(320)을 순차적으로 적층하는 단계;
    상기 양극(320)을 열처리하는 단계;
    상기 열처리된 양극(320) 상에 전해질(330), 음극(340)을 순차적으로 적층하여 배터리(300)를 제조하는 단계;
    상기 희생기판(700) 후면으로 레이저 빔을 조사하여, 상기 배터리(300)를 상기 희생기판(700) 및 상기 비정질실리콘층(800)으로부터 분리하는 단계;
    상기 분리된 배터리(300)를 기판(1000) 상에 순차적으로 복수 회 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 10항에 있어서,
    희생기판(700)은 유리 또는 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판(1000)은 유연한 기판인 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 배터리(300)는 상기 기판(1000) 상에 서로 이격된 어레이 구조인 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 배터리(300)는 상기 기판(1000) 상에서 서로 인접한 어레이 구조인 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리 제조방법.
  16. 제 10항 및 제 12항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리.
  17. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항, 제 7항 및 제 8항 중 어느 한 항에 따른 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 유연성 제어방법으로,
    상기 기판(1000) 상에 전사되는 배터리의 층수를 조절하여, 상기 다층 배터리의 유연성을 제어하는 것을 특징으로 하는 다층 배터리의 유연성 제어방법.
  18. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항, 제 7항 및 제 8항 중 어느 한 항에 따른 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 출력 용량 제어방법으로,
    상기 기판(1000) 상에 전사되는 배터리의 층수를 조절하여, 상기 다층 배터리의 출력양을 제어하는 것을 특징으로 하는, 사용자 단말 전력공급용 다층 배터리의 출력 용량 제어방법.
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