KR101493569B1 - 전기 공급 시스템 및 이의 전기 공급 소자 - Google Patents

전기 공급 시스템 및 이의 전기 공급 소자 Download PDF

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Abstract

전기 공급 시스템 및 이의 전기 공급 소자가 제공된다. 전기 공급 시스템은 적층 또는 압연에 의해 다수의 전기 공급 소자로 형성된다. 각각의 전기 공급 소자는 기판, 두 개의 집전체층 및 두 개의 활물질층을 포함한다. 기판은 다수의 홀을 가지며 집전체층과 활물질층은 각각 양면에 배치된다. 따라서, 홀에 의해 이온 이동이 허용되며 전기가 집전체층에 의해 출력된다. 따라서, 전기 공급 소자의 이러한 새로운 구조에 의해 저항이 감소된다.

Description

전기 공급 시스템 및 이의 전기 공급 소자{ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM AND ELECTRICITY SUPPLY ELEMENT THEREOF}
본 발명은 전기 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단순화된 분리판과 전극층을 구비한 리튬 배터리 및 상기 배터리 내부의 최소량의 인터페이스에 관한 것이다.
전자 장치 산업에서, 휴대성 및 무선 디자인이 주요 동향이다. 더욱 가볍고, 얇고 작은 디자인을 제외하고, 전자 장치의 유연성에 또한 많은 중점을 두고 있다. 따라서, 더욱 작은 부피, 가벼운 무게 및 높은 에너지 밀도를 갖는 전기 공급 시스템이 긴요하게 요구되고 있다. 그러나, 전기 공급 시스템의 수명을 연장하고 에너지 밀도를 증가시키기 위해, 일차 전기 공급 시스템은 분명히 현재의 전자 장치의 요구를 충족시킬 수 없다. 그리고 이는 리튬 배터리 시스템, 연료 전지 시스템, 태양 전지 시스템과 같은 이차 전기 공급 시스템이 이들의 충전 능력을 위한 주류가 되고 있는 이유이다. 리튬 배터리 시스템은 이의 개발을 위한 중요한 예로 간주된다.
도 1a는 리튬 배터리 시스템의 전류 셀을 도시한다. 주요 구조는 양극(cathode electrode)과 음극(anode electrode) 사이에 개재된 분리판층으로 구성된다. 주변 장치에 전기적으로 연결된 전체 리튬 배터리 시스템의 외부 전극은 양극 및 음극의 집전체 내에 배치된 탭에 각각 용접된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 리튬 배터리(1)는 분리판층(11), 제 1 활물질층(12), 제 2 활물질층(13), 제 1 집전체층(14), 제 2 집전체층(15) 및 패키지 유닛(16)을 포함한다. 제 1 활물질층(12)은 분리판층(11) 위에 배치된다. 제 1 집전체층(14)은 제 1 활물질층(12) 위에 배치된다. 제 2 활물질층(13)은 분리판층(11) 아래에 배치된다. 제 2 집전체층(15)은 제 2 활물질층(13) 아래에 배치된다. 패키지 유닛(16)은 두 개의 탭(141 및 151)을 제외하고 상기한 전체 적층 구조를 밀봉한다. 따라서, 리튬 배터리(1)가 전자 장치(2)에 전기를 제공할 때 (도 1a에 도시된 회로 기판은 단지 일 실시형태이며 전자 장치(2)에 대한 제한은 아님), 탭(141 및 151)은 전자 장치(2)의 전기 입력 단자(21 및 22)에 전기적으로 연결되어 리튬 배터리(1) 내에 저장된 전기가 전자 장치(2)로 전송된다. 이후, 전기는 레이아웃에 의해 전자 장치(2)의 소자 영역(23)으로 전송된다. 여기서 언급하는 소자 영역(23)은 회로 레이아웃 또는 표면에 장착된 요소일 수 있으며, 일반적으로 논리 회로, 능동 요소, 및 수동 요소 등을 포함한다.
그러나, 리튬 배터리(1)의 전기 및 안전 성능은 분리판층(11)과 제 1 활물질층(12) 사이의 인터페이스 및 분리판층(11)과 제 2 활물질층(13) 사이의 인터페이스 모두의 특징에 급격한 영향을 받는다. 도 1a를 참조하면, 리튬 배터리(1)는 분리판층(11)과 제 1 활물질층(12) 사이, 분리판층(11)과 제 2 활물질층(13) 사이, 제 1 집전체층(14)과 제 1 활물질층(12) 사이, 그리고 제 2 집전체층(15)과 제 2 활물질층(13) 사이에 네 개의 인터페이스를 갖는다. 현재의 리튬 배터리 시스템에 있어서, 이들 인터페이스의 특징은 고체 적층 방법(solid stacking method) 또는 고압 권선 방법(high-tension winding method, jelly roll)에 의해 제어되어 리튬 배터리 시스템의 양호한 전기 및 안전 성능을 보장한다. 유감스럽게도, 고체 적층 또는 고압 권선 방법에 의해 제조된 리튬 배터리 시스템은 확실히 유연성이 부족하고 심지어는 구부러질 수가 없다. 적층된 배터리 또는 권취된 배터리가 강제로 구부러지는 경우, 분리판층(11)과 제 1 활물질층(12) 사이 그리고 분리판층(11)과 제 2 활물질층(13) 사이의 인터페이스에 심각한 손상을 줄 것이다.
또한, 음극 활물질은 충전 또는 방전시 자체의 부피를 팽창 또는 수축해서 음극 활물질의 양면에 기계적 응력을 인가할 수 있다. 도 1a를 참조하면, 예를 들어, 제 2 활물질층(13)이 음극 활물질인 경우, 제 2 활물질층(13)은 분리판층(11)과 제 2 집전체층(15) 사이에 배치된다. 따라서, 제 2 활물질층(13)은 충전 또는 방전시 분리판층(11)과 제 2 집전체층(15)에 기계적 응력을 인가한다. 소정 기간 이후, 반복적인 부피 팽창 또는 수축에 시달린 결과 인터페이스의 동일한 품질을 유지하기 어렵다.
또한, 탭(141)은 일반적으로 알루미늄으로 제조된다. 알루미늄은 직접 납땜될 수 없기 때문에, 탭(141)은 초음파에 의해 니켈 시트와 결합되어야 한다. 또한, 탭(141, 151)은 패키지 유닛(16)의 외부로 연장되어야 한다. 탭(141, 151)의 두께는 100 내지 150 um(마이크로미터)이고, 접착제를 포함하는 패키지 유닛(16)의 두께는 60 내지 120 um이다. 따라서, 탭(141, 151)과 패키지 유닛(16) 사이에 습기 저항 및 액체 장벽을 약하게 하는 간극이 있을 수 있으며, 이는 외부의 습기가 내부로 침투하거나 내부의 전해질이 외부로 누출되고 회로에 손상을 줄 수 있다.
도 1b를 참조하면, 적층형 배터리는 적층 방향으로 적층된 다수의 유닛 셀(리튬 배터리(1))을 구비한다. 각각의 리튬 배터리(1)가 상기한 바와 같이 네 개의 인터페이스를 갖기 때문에, 인터페이스의 총수는 그에 따라 증가될 것이다. 음극 활물질이 충전 또는 방전시 팽창 또는 수축될 수 있음에 따라, 어느 하나의 인터페이스가 제대로 접촉하지 못할 때 적층형 배터리의 신뢰성에 영향을 줄 수 있다. 또한, 인터페이스의 양은 전해질의 유동성과 투과성에 영향을 줄 수 있다. 인터페이스의 양이 증가될 때, 전해질이 균일하게 투과하게 하는데 많은 시간이 소요된다. 또한, 전해질 분포는 오랜 시간 이후 균일하지 않을 수 있고, 이는 배터리의 효율을 감소시킨다.
또한, 탭(141 및 151)이 전자 장치(2)의 전기 입력 단자(21)(22)에 전기적으로 연결되기 전에 각각의 배터리(1)의 리드들은 병렬로 연결될 필요가 있다. 리드의 수가 증가될 때, 용접의 신뢰성 및 수율이 감소된다.
본 발명의 목적은 전기 공급 소자 및 관련 전기 공급 시스템을 제공하는 것이다. 집전체층은 기판 위에 배치된다. 따라서, 활물질층이 집전체층 위에 신속하고 정확하게 형성되어 전기 공급 소자를 형성한다. 본 발명에서 언급하는 전기 공급 소자는 높은 수율과 빠른 생산율로 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 공급 소자 및 관련 전기 공급 시스템을 제공하는 것이다. 집전체층은 기판에 통합되어 기판 위에 외부 회로 영역과 내부 회로 영역을 형성할 수 있다. 따라서, 전기 공급 소자는 외부 전기 소자에 직접 전기적으로 연결되거나 또는 서로 연결되어 전자 장치에 가해지는 소자의 양이 감소될 수 있다. 적층형 또는 젤리-롤(jelly roll)형 전기 공급 시스템이 단순화된 공정으로 제조될 수 있다. 또한, 외부 전기 소자를 연결하기 위해 종래의 배터리에서 사용되는 알루미늄 또는 니켈 탭이 삭제될 수 있다. 기판은 더욱 얇아질 수 있고, 전기 공급 시스템의 패키지의 신뢰성이 증가된다.
본 발명의 목적은 또한 전기 공급 소자 및 관련 전기 공급 시스템을 제공하는 것이다. 패키지 구조가 전기 공급 소자와 통합되어 전기 공급 장치 내부의 전체 인터페이스의 양이 감소되어 전기 공급 시스템의 내부 저항을 감소시킬 뿐만 아니라 전기 공급 시스템의 전기 성능을 증가시킨다.
상기한 목적을 구현하기 위해, 본 발명은 전기 공급 소자를 개시한다. 전기 공급 소자는 기판, 제 1 집전체층, 제 2 집전체층, 제 1 활물질층, 및 제 2 활물질층을 포함한다. 기판은 다수의 홀을 포함한다. 제 1 및 제 2 집전체층은 기판의 두 맞은편에 배치되고 기판의 홀에 따른 홀을 구비한다. 활물질층은 각각 집전체층의 외면에 배치된다. 따라서, 기판은 분리판으로서 제공되어 제 1 활물질층과 제 2 활물질층 사이의 이온 이동(ion migration)을 허용한다. 전하는 기판 상에 배치된 집전체층을 통해 출력된다.
본 발명은 적층되는 다수의 전기 공급 소자를 포함하는 전기 공급 시스템을 개시한다. 동일한 기판이 모든 전기 공급 소자에 대해 사용될 수 있다. 따라서, 기판 상에 형성되는 내부 회로 영역은 병렬 또는 직렬 연결을 위해 전기적으로 상호 연결하는데 사용된다. 전기 공급 소자들 중 하나만이 전기를 출력하기 위해 외부 전기 소자와 연결되는 외부 회로 영역을 갖는다. 각각의 리드를 연결하기 위한 종래의 전기 공급 소자의 복잡한 공정이 삭제된다. 전기 공급 시스템은 높은 수율과 빠른 생산율로 제조될 수 있으며, 전기 공급 시스템의 신뢰성 및 전기 성능이 증가된다.
본 발명의 적용 가능성의 추가의 범위는 아래에 주어진 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 그러나, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 본 상세한 설명으로부터 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이며, 따라서 본 발명의 바람직한 실시형태를 제시하는 동안, 상세한 설명 및 특정 실시예가 설명의 형태로만 주어지는 것으로 이해해야 한다.
본 발명은 설명의 목적으로만 아래에 주어진 상세한 설명으로부터 더욱 완벽하게 이해될 것이며, 따라서 본 발명을 제한하지는 않는다, 여기서:
도 1a는 종래 기술의 리튬 배터리 시스템의 셀의 예를 도시한다.
도 1b는 종래의 적층형 리튬 배터리 시스템의 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 전기 공급 소자의 단면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 전기 공급 소자의 외부 회로 레이아웃의 실시형태를 도시한다.
도 4는 본 발명의 패키지 구조를 갖는 전기 공급 소자의 단면 구성도를 도시한다.
도 5, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 전기 공급 시스템의 실시형태를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 전기 공급 시스템의 단면도를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 전기 공급 소자의 사시도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 패키지 구조를 갖는 전기 공급 시스템의 실시형태를 도시한다.
본 발명은 유연한 회로 기판 또는 단단한 회로 기판에 통합된 전기 공급 소자 및 저비용, 높은 전기 용량, 열 안정성, 및 반복적인 굴곡과 같은 추가의 기계적 특성을 갖는 전기 시스템을 제공한다. 전기 공급 장치가 회로 기판에 통합됨에 따라, 캐리어 또는 솔더 패드가 필요하지 않다. 또한, 회로 기판은 분리판으로 사용된다. 회로 기판의 열 안정성 온도는 300℃ 이상이다. 따라서, SMT 공정, 심지어는 IC용 금속-금속 공융(eutectic) 공정을 지속적으로 진행하는 리플로우 솔더링(reflow soldering) 방법이 대량 생산을 위해 가능하다.
도 2는 본 발명의 전기 공급 소자의 단면도를 도시한다. 본 발명의 전기 공급 소자(3)는 기판(31), 제 1 집전체층(32), 제 2 집전체층(33), 제 1 활물질층(34) 및 제 2 활물질층(35)을 포함한다. 기판(31)은 분리 영역(311)과 이에 인접한 외부 회로 영역(312)을 갖는다. 기판(31)은 분리 영역(311)에서 다수의 홀(313)을 갖는다. 제 1 집전체층(32)는 회로 기판(31)의 일면에 배치되고 기판(31)의 홀(313)에 따른 다수의 홀(321)을 갖는다. 제 2 집전체층(33)은 회로 기판(31)의 타면에 배치되고 기판(31)의 홀(313)에 따른 다수의 홀(331)을 갖는다. 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)은 각각 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)의 외부 표면에 배치된다. 그리고 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)은 제 1 집전체층(32), 기판(31) 및 제 2 집전체층(33)에 의해 분리된다. 전해질은 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)에 함침된다. 전해질은 고체 전해질, 액체 전해질, 또는 젤 전해질이다. 제 1 집전체층(32), 기판(31) 및 제 2 집전체층(33)이 홀(313, 321 및 331)을 갖기 때문에, 전해질은 이들 내부로 쉽게 함침된다.
본 실시형태에서, 회로 기판(31)은 유연한 회로 기판 또는 단단한 회로 기판이다. 도 2를 참조하면, 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)은 외부 회로 영역(312)에서 각각 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)를 갖는다. 기판(31)은 다층 회로 기판일 수 있다. 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)의 재료는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 또는 전술한 금속 중 적어도 하나를 포함하는 합금이다. 그러나, 제조 공정을 단순화하기 위해, 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)의 재료는, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 주석(Sn), 은(Ag), 금(Au) 또는 전술한 금속 중 적어도 하나를 포함하는 합금과 같이, 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)의 재료와 동일하다. 또한, 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)의 재료는 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)의 재료와 다를 수 있다. 그리고 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)는 배선, 전기 리드, 또는 직접 연결에 의해 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)에 각각 연결된다. 기판(31)의 재료는 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene tereph-thalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 유리 섬유(glass fiber), 고분자 액정(liquid crystal polymer), 또는 이들의 조합을 포함하는 절연 재료이다.
기판(31)은 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35) 사이의 분리를 유지하기 위한 분리판으로서 제공된다. 분리 영역(311)은 전기적 절연을 위해 사용되고 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35) 사이의 이온 이동을 허용하기 위해 사용된다. 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)은 전기 에너지를 화학 에너지로 또는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 전기화학 반응을 수행하도록 사용된다. 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)은 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)에 의해 생성된 전하를 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)에 출력하기 위해 사용된다. 기판(31)은 이온 이동을 허용하기 위한 홀(313)을 갖는다. 홀(313)은 관통 구멍, 개미 구멍, 또는 다공성 물질로 형성되며 세라믹 절연 재료로 충진된다. 세라믹 절연 재료는 나노미터 및 마이크로미터 크기, 또는 알킬화(alkylation)를 갖는 TiO2, Al2O3, SiO2의 미립자를 포함한다. 홀(313)은 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 코-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP), 폴리테트라플루오로에텐(polytetrafluoroethene, PTFE), 아크릴산 접착제(acrylic acid glue), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 및 폴리이미드(polyimide, PI)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 접착제로 더 충진될 수 있다.
본 발명의 전기 공급 소자(3)의 구조를 참조하면, 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)은 기판 상에 배치된다. 따라서, 이러한 구조에서 제 1 집전체층(32)과 제 1 활물질층(34) 및 제 2 집전체층(33)과 제 2 활물질층(35) 사이의 두 개의 인터페이스만을 갖는다. 이러한 구조의 인터페이스 관리는 도 1a에 도시된, 네 개의 인터페이스를 갖는 종래의 구조의 인터페이스 관리에서 보다 제어하기가 더욱 용이하다. 또한, 예를 들어, 제 2 활물질층(35)이 양극 활물질인 경우, 제 2 집전체층(33)과 기판(31)이 동일한 면에 배치되어 있기 때문에 제 2 활물질층(35)은 자유면(free side)을 갖는다. 음극 활물질인 제 2 활물질층(35)이 충전 또는 방전시 팽창 또는 수축할 때, 인가된 응력은 쉽게 해제될 것이다. 따라서, 전기 공급 소자(3)의 신뢰성, 안정성 및 안전성 성능이 향상된다.
기판(31)은 다음과 같은 주요 기능을 갖도록 분리 영역(311) 및 이에 인접한 외부 회로 영역(312)을 갖는다.
분리 영역(311)은 전기적 절연을 위해 사용되고 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35) 사이의 이온 이동을 허용하기 위해 사용된다. 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)은 전기 에너지를 화학 에너지로 또는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 전기화학 반응을 수행하도록 사용된다. 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)은, 도 3a를 참조하면, 제 1 활물질층(34)과 제 2 활물질층(35)에 의해 생성된 전하를 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)에 출력하기 위해 사용된다.
외부 회로 영역(312)은, 도 3b를 참조하면, 추가의 패드 없이 에칭 흔적 연결(etched traces connecting)에 의해 외부 회로에 직접 전기를 출력하기 위해 사용된다. 또한, 종래의 구조의 탭들이 삭제된다.
분리 영역(311)이 그 밖의 내부 전기 소자를 위한 캐리어 또는 매트릭스로서 제공될 수 있기 때문에, 외부 회로와 전기 소자는 외부 회로 영역(312)에 의해 회로 기판(31)에 통합된다. 또한, 기판(31)은 높은 열 안정성을 갖는다. 따라서, SMT 공정, 심지어는 IC용 금속-금속 공융 공정을 지속적으로 진행하는 리플로우 솔더링 방법이 대량 생산을 위해 가능하다.
도 4를 참조하면, 제 1 패키지 유닛(41)은 제 1 활물질층(34)의 외부 및 주위에 배치된다. 제 2 패키지 유닛(42)은 제 2 활물질층(35)의 외부 및 주위에 배치된다. 제 1 패키지 유닛(41)과 제 2 패키지 유닛(42)의 재료는 고분자, 금속, 섬유유리, 및 이들의 조합이다.
전기 공급 소자(3)의 유연성을 향상시키기 위해, 제 1 패키지 유닛(41)과 제 2 패키지 유닛(42)은 PI, PET, PS, PP, PEN, PVC, 아크릴산 또는 에폭시로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 패키지 유닛(41)과 제 2 패키지 유닛(42)은 부식을 방지하기 위한 내산성 또는 내알칼리성을 향상시키기 위해 낮은 극성을 갖는 비금속일 수 있다.
또한, 전기 공급 장치(3)는, 도 1a 및 도 3a를 참조하면, 종래의 패키지 구조와 같은 패키지 구조를 가질 수 있다. 전기 공급 장치(3)가 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)에 의해 전자 장치(2)와 연결되기 때문에 이들은 기판(31)으로부터 연장된다. 따라서, 이러한 구조는 탭(141 및 151)을 갖는 종래의 구조에 비해 더욱 얇고 결합 없이 패키징하기가 더욱 용이하다. 또한, 기판(31)은, 도 6a를 참조하면, 패키지 영역의 폭을 줄이기 위해 프레스 공정에 의해 성형될 수 있다. 패키지 성능이 향상될 수 있다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 본 발명의 전기 공급 시스템을 제조할 때, 다수의 전기 공급 소자(3)가 기판(31) 상에 형성된다. 각각의 전기 공급 소자(3)는 내부 회로 영역(38)을 포함한다. 내부 회로 영역(38)은 제 1 리드(53)와 제 2 리드(54)를 포함한다. 제 1 리드(53)와 제 2 리드(54)는 병렬 또는 직렬 연결을 위해 인접한 전기 공급 소자(3)의 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)에 전기적으로 연결된다. 도 6a를 참조하면, 인접한 전기 공급 소자(3)와 동일한 극성을 갖는 집전체층(32, 33)이 병렬 연결을 위해 리드(53, 54)에 의해 연결된다. 도 6b를 참조하면, 인접한 전기 공급 소자(3)와 다른 극성을 갖는 집전체층(32, 33)이 직렬 연결을 위해 리드(53, 54)에 의해 연결된다. 또한, 집전체층(32, 33)은 동일한 면에서 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전기 공급 소자(3)는 동일한 기판(31)을 갖는다. 전기 공급 소자(3)는 각각의 기판(31)을 가질 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판(31)은 유연한 회로 기판이며 Z-형 스택으로 굴곡될 수 있다. 동일한 극성을 갖는 활물질층(34, 35)이 서로 마주한다. 반면에, 제 1 활물질층(34)은 제 1 활물질층(34)을 마주한다. 제 2 활물질층(35)은 제 2 활물질층(35)을 마주한다. 제 1 집전체층(32), 기판(31) 및 제 2 집전체층(33)이 홀(313, 321 및 331)을 갖기 때문에, 전해질은 전체 전기 공급 시스템으로 쉽게 함침된다. 또한, 각각의 전기 공급 소자(3)에 있어서, 제 1 집전체층(32)과 제 1 활물질층(34) 및 제 2 집전체층(33)과 제 2 활물질층(35) 사이의 두 개의 인터페이스만이 제공된다. 그리고 동일한 극성을 갖는 활물질층(34, 35)은 인접한 전기 공급 소자(3)에 대해 서로 마주한다. 따라서, 전기 공급 시스템의 인터페이스 관리가 매우 용이하다. 음극 활물질인 제 2 활물질층(35)이 충전 또는 방전시 팽창 또는 수축할 때, 제 2 활물질층(35)은 인접한 제 2 활물질층(35)을 단지 건드리거나 누를 것이다. 인가된 응력은 쉽게 해제되고, 구조는 유지될 것이다. 따라서, 전기 공급 소자(3)의 신뢰성, 안정성 및 안전성 성능이 향상된다.
도 6a를 참조하면, 이방성 전도성 접착제(anisotropic conductive adhesive, ACA)에 의해 단자(36, 37)를 통해 전기를 출력하기 위한 외부 전기 소자로 연결하기 위해 전기 공급 소자(3)들 중 오직 하나만이 외부 회로 영역(312)을 갖는다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 각각의 리드를 연결하기 위한 종래의 전기 공급 소자의 복잡한 공정이 삭제된다. 전기 공급 시스템은 높은 수율과 빠른 생산율로 제조될 수 있으며, 전기 공급 시스템의 신뢰성 및 전기 성능이 증가된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)는 제 1 집전체층(32)과 제 2 집전체층(33)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 반면에, 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)는 반대 표면에 배치된다. 또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 단자(36)와 제 2 단자(37)는 관통 구멍에 의해 동일한 표면에 배치될 수 있다. 또한, 오직 한 쌍의 터미널(36, 37)만이 패키징될 수 있다. 도 8과 도 1b를 비교하면, 전기 공급 시스템의 패키지가 단순화된다. 전기 공급 시스템은 높은 수율로 제조될 수 있다. 또한, 전기 공급 시스템은 젤리-롤형 배터리일 수 있다.
상기한 본 발명은 다양한 방식으로 변경될 수 있음은 명백하다. 이러한 변경은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하고, 이러한 모든 수정은 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백해지는 바와 같이 다음의 청구범위의 범주 내에 포함된다.
2: 전자 장치 3: 전기 공급 소자
21, 22: 전기 입력 단자 31: 기판
32: 제 1 집전체층 33: 제 2 집전체층
34: 제 1 활물질층 35: 제 2 활물질층
36: 제 1 단자 37: 제 2 단자
38: 내부 회로 영역 41: 제 1 패키지 유닛
42: 제 2 패키지 유닛 52: 제 1 리드
54: 제 2 리드 311: 분리 영역
312: 외부 회로 영역 313, 321, 331: 홀

Claims (22)

  1. 다수의 홀을 구비하는 기판;
    상기 기판의 일면에 배치되고 상기 기판의 홀에 따른 다수의 홀을 포함하는 제 1 집전체층;
    상기 기판의 반대면에 배치되고 상기 기판의 홀에 따른 다수의 홀을 포함하는 제 2 집전체층;
    제 1 집전체층 위에 배치된 제 1 활물질층; 및
    제 2 집전체층 위에 배치된 제 2 활물질층을 포함하는 전기 공급 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 유리 섬유(glass fiber), 및 고분자 액정(liquid crystal polymer)을 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 활물질층과 제 2 활물질층 내부로 함침되는 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전해질은 고체 전해질, 액체 전해질, 또는 젤 전해질인 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 홀을 갖는 영역에 인접한 외부 회로 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 회로 영역은 제 1 단자와 제 2 단자를 포함하고 상기 제 1 및 제 2 집전체층에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 패키지 유닛과 제 2 패키지 유닛을 더 포함하되, 상기 제 1 패키지 유닛은 상기 제 1 활물질층의 가장자리 주위에 배치되고 상기 제 2 패키지 유닛은 상기 제 2 활물질층의 가장자리 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 패키지 유닛의 재료는 고분자(polymer), 금속, 섬유유리, 및 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 홀은 관통 구멍 또는 다공성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 홀은 세라믹 절연 재료로 충진되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 세라믹 절연 재료는 나노미터 및 마이크로미터 크기, 또는 알킬화(alkylation)를 갖는 TiO2, Al2O3, SiO2의 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판의 홀은 폴리비닐리덴 플루오라이드 (polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 코-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride co-hexafluoropropylene, PVDF-HFP), 폴리테트라플루오로에텐(polytetrafluoroethene, PTFE), 아크릴산 접착제(acrylic acid glue), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide, PEO), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 및 폴리이미드(polyimide, PI)로 이루어진 군에서 선택되는 고분자 접착제로 더 충진되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 소자.
  13. 적층되는 다수의 전기 공급 소자를 포함하는 전기 공급 시스템에 있어서, 상기 전기 공급 소자는,
    다수의 홀을 구비하는 기판;
    상기 기판의 일면에 배치되고 상기 기판의 홀에 따른 다수의 홀을 포함하는 제 1 집전체층;
    상기 기판의 반대면에 배치되고 상기 기판의 홀에 따른 다수의 홀을 포함하는 제 2 집전체층;
    제 1 집전체층 위에 배치된 제 1 활물질층; 및
    제 2 집전체층 위에 배치된 제 2 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 활물질층과 제 2 활물질층 내부로 함침되는 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 공급 소자는 동일한 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 각각의 전기 공급 소자는 병렬 또는 직렬 연결을 위해 인접한 전기 공급 소자의 제 1 및 제 2 집전체층과 전기적으로 연결하기 위한 내부 회로 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 유리 섬유, 및 고분자 액정을 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 각각의 전기 공급 소자는 상기 제 1 활물질층과 제 2 활물질층 내부로 함침되는 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전해질은 고체 전해질, 액체 전해질, 또는 젤 전해질인 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 홀을 갖는 영역에 인접한 외부 회로 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 외부 회로 영역은 제 1 단자와 제 2 단자를 포함하고 상기 제 1 및 제 2 집전체층에 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판의 홀은 관통 구멍 또는 다공성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 공급 시스템.
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