KR101739516B1 - 플렉서블 이차 전지 - Google Patents

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KR101739516B1
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윤옥섭
안재성
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Abstract

본 발명의 목적은 필름 형태로 이루어져 유연성을 가지면서 대용량을 형성하는 플렉서블 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는, 적어도 하나의 유연성 기재의 일면에 제1전극 패턴의 제1코팅부와 제1무지부를 구비하고 동일 또는 다른 유연성 기재의 일면에 제2전극 패턴의 제2코팅부와 제2무지부를 구비하며, 상기 유연성 기재, 상기 제1무지부 및 상기 제2무지부를 관통하는 비어홀에 도전재를 채워서 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 전기적으로 서로 연결하는 전극 조립체층, 상기 전극 조립체층의 상기 제1전극 패턴 측 표면과 상기 제2전극 패턴 측 표면 각각에 구비되는 제1고분자 밀봉층과 제2고분자 밀봉층, 상기 전극 조립체층의 상기 제1코팅부와 상기 제1고분자 밀봉층 사이 및 상기 제2코팅부와 상기 제2고분자 밀봉층 사이에 개재되는 전해질층, 및 상기 전극 조립체층, 상기 제1고분자 밀봉층, 상기 제2고분자 밀봉층 및 상기 전해질층을 수용하며, 외곽에서 상호 접합되고 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 외부로 노출시키는 파우치 필름을 포함한다.

Description

플렉서블 이차 전지 {FLEXIBLE RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 플렉서블 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필름 형태로 이루어져 유연성을 가지면서 대용량을 형성하는 플렉서블 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
최근에는 플렉서블 디스플레이, 웨어러블(wearable) 휴대폰 및 시계, 착복형 개인용 컴퓨터 같은 플렉서블 전자기기를 개발 및 상용화 하는데 관심이 집중되고 있다. 이에 대하여, 전원 공급 장치인 이차 전지의 플렉서블 특성 구현에 대한 요구도 동시에 증가되고 있다.
이와 같은 플렉서블 이차 전지를 구현하기 위해서는 우선적으로 유연성을 갖는 소재를 선택해야 하며, 이차 전지를 구성하는 재료 각각에서 발생할 수 있는 균열을 최소화 시켜야 한다. 또한, 연속적인 공정을 통해 제조비용을 절감시켜야 기존의 이차 전지와 비교하여 상용화하는데 있어서 유리할 수 있다.
기존의 이차 전지는 양극 전극층, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질, 및 음극 전극층을 각각 제조하고 적층하여 구성하는 것이 일반적이다. 특히, 각각의 층들이 기판의 전면(全面)에 형성되어 플렉서블 조건에서 재료의 내부와 외부의 응력차이에서 오는 전극의 단락 및 전극 계면저항의 증가 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 필름 형태로 이루어져 유연성을 가지면서 대용량을 형성하는 플렉서블 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는, 적어도 하나의 유연성 기재의 일면에 제1전극 패턴의 제1코팅부와 제1무지부를 구비하고 동일 또는 다른 유연성 기재의 일면에 제2전극 패턴의 제2코팅부와 제2무지부를 구비하며, 상기 유연성 기재, 상기 제1무지부 및 상기 제2무지부를 관통하는 비어홀에 도전재를 채워서 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 전기적으로 서로 연결하는 전극 조립체층, 상기 전극 조립체층의 상기 제1전극 패턴 측 표면과 상기 제2전극 패턴 측 표면 각각에 구비되는 제1고분자 밀봉층과 제2고분자 밀봉층, 상기 전극 조립체층의 상기 제1코팅부와 상기 제1고분자 밀봉층 사이 및 상기 제2코팅부와 상기 제2고분자 밀봉층 사이에 개재되는 전해질층, 및 상기 전극 조립체층, 상기 제1고분자 밀봉층, 상기 제2고분자 밀봉층 및 상기 전해질층을 수용하며, 외곽에서 상호 접합되고 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 외부로 노출시키는 파우치 필름을 포함한다.
상기 유연성 기재는 하나로 구비되며, 상기 제1전극 패턴은 상기 유연성 기재의 일면에 형성되고, 상기 제2전극 패턴은 상기 유연성 기재의 다른 면에 형성될 수 있다.
상기 비어홀은 상기 제1무지부, 상기 유연성 기재 및 상기 제2무지부를 관통하여 형성되고, 상기 도전재로 채워질 수 있다.
상기 유연성 기재는 제1기재와 제2기재를 포함하며, 상기 제1전극 패턴은 상기 제1기재의 일면에 형성되고, 상기 제2전극 패턴은 상기 제2기재의 일면에 형성될 수 있다.
상기 비어홀은 상기 제1무지부, 상기 제1기재, 상기 제2무지부 및 상기 제2기재를 관통하여 형성되고, 상기 도전재로 채워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는 상기 전극 조립체층과 상기 전해질층의 외곽을 따라 구비되는 실링층을 더 포함할 수 있다.
상기 실링층은, 양면으로 상기 제1고분자 밀봉층과 상기 제2고분자 밀봉층에 부착될 수 있다.
상기 제1전극 패턴 및 상기 제2전극 패턴은 상기 유연성 기재의 표면에 집전체로 이루어지며, 상기 유연성 기재 표면의 제1방향 양측에서 상기 제1방향에 교차하는 제2방향을 따라 신장되는 신장부, 및 상기 신장부에서 상기 제1방향으로 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 제1전극 패턴 및 상기 제2전극 패턴 각각은 음극 패턴과 양극 패턴을 포함하며, 상기 음극 패턴의 신장부와 상기 양극 패턴의 신장부는 상기 제1방향으로 대칭되고, 상기 음극 패턴의 돌출부와 상기 양극 패턴의 돌출부는 상기 제2방향을 따라 교호적으로 배치되어 설정된 간격을 형성할 수 있다.
상기 제1코팅부 및 상기 제2코팅부는 상기 집전체에 활물질을 코팅하여 형성되며, 적어도 상기 돌출부에 형성될 수 있다.
상기 제1코팅부 및 상기 제2코팅부는 상기 신장부에 더 형성될 수 있다.
상기 음극 패턴의 돌출부는 상기 제1방향을 따라 제1폭으로 설정되고, 상기 양극 패턴의 돌출부는 상기 제1방향을 따라 제2폭으로 설정되며, 상기 제1폭은 상기 제2폭보다 더 작게 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예의 플렉서블 이차 전지는, 파우치 필름의 내부에서 전극 조립체층을 형성하는 유연성 기재의 제1, 제2전극 패턴 측에 제1, 제2고분자 밀봉층을 구비하므로 필름 형태로 이루어지고 유연성을 가질 수 있다.
또한 일 실시예의 플렉서블 이차 전지는, 하나 또는 복수의 유연성 기재에 제1, 제2전극 패턴을 구비하고, 유연성 기재 및 제1, 제2무지부에 비어홀을 형성하여, 비어홀에 도전재를 채워서 제1, 제2무지부를 전기적으로 서로 연결하므로 필름 형태를 유지하면서 대용량을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉서블 이차 전지를 분해한 사시도이다.
도 2는 도 1의 플렉서블 이차 전지를 조립한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 1 및 도 3에 적용되는 전극 조립체층을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극 조립체층을 적층한 상태의 단면도이다.
도 7은 도 6의 전극 조립체층을 전기적으로 연결한 상태의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉서블 이차 전지를 분해한 사시도이고, 도 2는 도 1의 플렉서블 이차 전지를 조립한 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 플렉서블 이차 전지(1)는 전류를 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체층(10), 유연성을 제공하는 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202), 전해질층(30) 및 파우치 필름(40)을 포함한다.
도 4는 도 1 및 도 3에 적용되는 전극 조립체층을 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 전극 조립체층(10)은 유연성 기재(11)의 일 표면에 제1전극 패턴(121)의 제1코팅부(131)와 제1무지부(141)를 구비하고, 유연성 기재(11)의 다른 표면에 제2전극 패턴(122)의 제2코팅부(132)와 제2무지부(142)를 구비한다.
제1, 제2전극 패턴(121, 122)에서 제1, 제2코팅부(131, 132)는 유연성 기재(11) 및 집전체에 활물질을 도포하여 형성되고, 제1, 제2무지부(141, 142)는 활물질을 도포하지 않아 노출된 집전체로 형성된다.
유연성 기재(11)는 박막으로 형성된다. 예를 들면, 유연성 기재(11)의 두께는 일례로 25㎛ 내지 200㎛ 범위에 포함될 수 있다.
일례로써, 유연성 기재는 합성수지재, 즉 PDMS(Polydimethylsiloxane), PVC(Polyvinyl chloride), PEC(Polyethylene carbonate), PET(polyethyleneterephthalate), PEN(polyethyenernaphthalate), PC(polycarbonate) 및 PI(polyimide)로 형성될 수 있다.
유연성 기개(11) 및 제1, 제2무지부(141, 142)에는 비어홀(H)이 구비된다. 비어홀(H)은 도전성 페이스트로 형성되는 도전재(C)로 채워져 제1, 제2무지부(141, 142)를 서로 전기적으로 연결한다.
즉 유연성 기개(11)의 양면에 구비되는 제1, 제2전극 패턴(121, 122)은 비어홀(H) 및 도전재(C)에 의하여 전기적으로 서로 연결되어, 전극 조립체층(10)을 형성한다.
이와 같이 하나의 유연성 기재(11)의 양면에 구비되는 제1, 제2전극 패턴(121, 122)은 전극 조립체층(10)의 두께를 증가시키지 않으면서 충전 및 방전 작용하는 전극 패턴의 개수를 증대시켜 전극 조립체층(10)의 용량을 증대시킬 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)은 전극 조립체층(10)의 제1, 제2전극 패턴(121, 122) 측 표면에 각각 구비된다. 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)은 고분자 재료를 이용하여 필름 형태로 성형되고, 전해질층(30)에 대하여 밀봉재로 작용하며, 휘어지는 유연성을 부여한다.
일례를 들면, 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)은 실리콘 고무 계열의 재료에 의한 필름 형태로 성형될 수 있으며, PDMS(polydimethylsiloxane)로 성형될 수 있다.
제1실시예에서, 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)은 전극 조립체층(10)의 양면, 즉 제1, 제2전극 패턴(121, 122) 측 표면에 각각 구비되어 전해질층(30)에 대한 실링성을 향상시키고, 플렉서블 이차 전지(1)에 유연성을 부여한다.
전해질층(30)은 전극 조립체층(10)의 제1전극 패턴(121)과 제1고분자 밀봉층(201) 사이 및 제2전극 패턴(122)과 제2고분자 밀봉층(202) 사이에 설정된다. 전해질층(30)은 제1, 제2전극 패턴(121, 122)의 상측에 리튬염을 포함하는 젤형 고분자로 형성될 수 있다.
또한, 전해질층(30)은 제1고분자 밀봉층(201)에 형성되는 전해액 주입구(21)를 통하여 전극 조립체층(10)의 제1전극 패턴(121)과 제1고분자 밀봉층(201) 사이에 주입되는 전해액으로 형성될 수 있다.
그리고 유연성 기재(11)는 전해액 주입구(21)에 대응하여 전해액 유통구(23)를 구비한다. 따라서 전해액 주입구(21)로 주입되는 전해액은 제1전극 패턴(121)에 공급되고, 전해액 유통구(23)를 통하여 제2전극 패턴(122)으로 공급된다. 즉 전해액은 전극 조립체층(10)의 제2전극 패턴(122)과 제2고분자 밀봉층(202) 사이에 주입된다. 전해액 주입구(21)는 전해액 주입 후, 캡 부재(22)로 밀봉된다.
제1실시예의 플렉서블 이차 전지(1)는 전극 조립체층(10)과 전해질층(30)의 외곽을 따라 구비되는 실링층(50)을 더 포함한다.
실링층(50)은 양측 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202) 사이에서 가열되어 양면으로 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)에 부착된다. 즉 실링층(50)은 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202) 사이에서 전극 조립체층(10)과 전해질층(30)의 외곽을 실링한다. 실링층(50)은 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)의 부착을 용이하게 한다.
다시 도 4 내지 도 5 참조하면, 제1, 제2전극 패턴(121, 122) 각각은 음극 패턴(151)과 양극 패턴(152)을 포함한다. 음, 양극 패턴(151, 152) 각각은 신장부(511, 521)와 돌출부(512, 522)를 포함한다.
신장부(511, 521)는 유연성 기재(11)의 제1방향(x축 방향) 양측에서 제1방향에 교차하는 제2방향(y축 방향)을 따라 신장되고, 돌출부(512, 522)는 신장부(511, 521)에서 제1방향(x축 방향)으로 돌출된다. 이때, 돌출부(512, 522)는 제1방향(x축 방향)을 따라 직선으로 형성된다.
즉 음극 패턴(151)의 신장부(511)와 양극 패턴(152)의 신장부(521)는 제1방향(x축 방향)으로 서로 대칭되고, 음극 패턴(151)의 돌출부(512)와 양극 패턴(152)의 돌출부(522)는 제2방향(y축 방향)을 따라 교호적으로 배치된다.
그리고 음극 패턴(151)의 돌출부(512)와 양극 패턴(152)의 돌출부(522)는 y축 방향으로 간격(G1)을 형성한다. 제1, 제2코팅부(131, 132)는 적어도 돌출부(512, 522)에 형성되어 충전 및 방전 작용한다.
제1, 제2코팅부(131, 132)는 신장부(511, 521)에 더 형성되어 충전 및 방전 용량을 증대시킬 수 있다. 이때, 돌출부(512, 522)의 단부와 신장부(521, 511) 사이의 간격(G2)은 돌출부들(512, 522) 사이의 간격(G1)과 동일한 크기를 가질 수 있다.
실질적으로, 제1간격(G1)은 돌출부(512)와 돌출부(522) 사이에서 제1, 제2코팅부들(131, 132) 사이의 간격이고, 간격(G2)은 돌출부(512, 522)의 단부와 신장부(521, 511) 사이에서 제1, 제2코팅부들(131, 132) 사이의 간격이다.
음극 패턴(151)의 돌출부(512)는 제1방향(x축 방향)을 따라 제1폭(W1)으로 설정되고, 양극 패턴(152)의 돌출부(522)는 제1방향(x축 방향)을 따라 제2폭(W2)으로 설정된다. 그리고 돌출부(512, 522)가 동일 두께로 형성되는 경우, 제1폭(W1)은 제2폭(W2)보다 더 작게 설정된다.
예를 들면, 양극 패턴(152)의 돌출부(522)의 제2폭(W2)은 음극 패턴(151)의 돌출부(512)의 제1폭(W1)의 1.5 내지 2.0으로 설정될 수 있다(W2=(1.5~2.0)*W1). 즉 제1, 제2코팅부(131, 132)에서 양극 활물질량이 음극 활물질량의 1.5 ~2.0배이다.
제1, 제2폭(W1, W2)의 비율은 음극 활물질의 충전 및 방전 용량이 양극 활물질의 충전 및 방전 용량보다 2배임을 감안한 것이다. 제1, 제2폭(W1, W2)의 비율은 양극 활물질량의 부족으로 인하여 음극 활물질이 충전 및 방전 작용하지 않는 것을 최소화한다.
제1, 제2코팅부(131, 132)를 형성하는 활물질은 돌출부(512, 522)의 상면과 측면에 형성될 수 있다. 일례를 들면, 음극 패턴(151) 및 양극 패턴(152)에서 집전체는 도전성 재료의 스크린 인쇄로 형성되고, 제1, 제2코팅부(131, 132)는 각각 활물질의 스크린 인쇄로 형성될 수 있다.
즉 음극 패턴(151)에서 제1, 제2코팅부(131, 132)는 집전체에 음극 활물질을 코팅하여 형성되고, 양극 패턴(152)에서 제1, 제2코팅부(131, 132)는 집전체에 양극 활물질을 코팅하여 형성된다.
일례를 들면, 음극 활물질은 탄소를 포함하는 코크스(coke)계 탄소 또는 흑연(graphite)계 탄소가 사용될 수 있고, 바인더 및 도전재가 혼합될 수 있다. 이와 다르게, 음극 활물질은 Li, Si, Sn, Ge, Pb, 그라파이트 및 그래핀으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 음극 활물질에 의한 제1, 제2코팅부(131, 132)의 두께는 1㎛ 내지 500㎛ 범위에 포함될 수 있다.
양극 활물질은 코발트 산 리튬(LiCoO2), 니켈 산 리튬(LiNiO2), 리튬 망간 복합 산화물 (LiMn2O4) 등과 같은 리튬(Lithium)계 산화물이 사용될 수 있고, 바인더 및 도전재가 혼합될 수 있다. 이러한 양극 활물질에 의한 제1, 제2코팅부(131, 132)의 두께는 1㎛ 내지 500㎛ 범위에 포함될 수 있다.
별도로 도시하지 않았으나 음, 양극 패턴의 돌출부가 동일 폭으로 형성되는 경우, 음극 패턴의 두께는 양극 패턴의 두께보다 더 작게 설정될 수 있다. 예를 들면, 양극 패턴의 돌출부의 두께는 음극 패턴의 돌출부의 두께의 1.5 내지 2.0으로 설정될 수 있다. 두께의 비율은 양극 활물질량의 부족으로 인하여 음극 활물질이 충전 및 방전 작용하지 않는 것을 최소화한다.
이와 같이 전극 조립체층(10)이 유연성 기재(11)의 일 표면에 음, 양극 패턴(151, 152)을 함께 형성하고 다른 표면에 음, 양극 패턴(151, 152)을 함께 형성하므로 플렉서블 이차 전지(1)가 휘어지는 경우에도 유연성 기재(11)와 음, 양극 패턴(151, 152)의 계면에서 응력 집중이 방지되며, 음, 양극 패턴(151, 152)에서 집전체가 끊어지는 단선이 방지될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치 필름(40)은 전극 조립체층(10), 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202), 전해질층(30), 및 실링층(50)을 수용하는 외곽에서 상호 접합되고, 제1, 제2무지부(141, 142)를 외부로 노출시킨다.
즉 파우치 필름(40)은 그 외곽에서 열융착되어 플렉서블 이차 전지(1)를 형성한다. 이때, 제1, 제2전극 패턴(121, 122)의 제1, 제2무지부(141, 142)는 파우치 필름(40) 밖으로 인출되어, 보호회로모듈(미도시) 및 전자기기 세트에 전기적을 연결될 수 있다.
파우치 필름(40)은 전극 조립체층(10) 등의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 파우치 필름(40)은 내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트(401), 외면을 형성하여 보호 작용하는 PET(polyethyleneterephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트(402)(이하에서, 편의상 "나일론 시트"를 예로 설명한다), 및 기계적인 강도를 제공하는 금속 시트(403)를 포함한다. 금속 시트(403)는 폴리머 시트(401)와 나일론 시트(402) 사이에 개재되며, 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수 있다.
한편, 제1실시예에 따른 플렉서블 이차 전지(1)의 제조방법에 대하여 설명한다. 플렉서블 이차 전지(1)의 제조방법은 전극 조립체층(10)을 형성하는 제1단계, 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)으로 밀봉 접합하는 제2단계, 전해액을 주입하여 밀봉하는 제3단계 및 파우치 필름(40)를 접합하는 제4단계를 포함한다.
제1단계는 유연성 기재(11)의 양면에 음, 양극 집전체와 음, 양극 활물질로 형성되는 제1, 제2전극 패턴(121, 122)의 제1, 제2코팅부(131, 132)와 제1, 제2무지부(141, 142)를 형성한다.
또한 제1단계는 유연성 기개(11) 및 제1, 제2무지부(141, 142)에 비어홀(H)을 형성한다. 그리고 제1단계는 비어홀(H)에 도전성 페이스트를 주입하여 압착 건조하여 형성되는 도전재(C)로 제1, 제2무지부(141, 142)를 서로 전기적으로 연결한다.
제2단계는 필름 형태로 성형된 실리콘 고무 계열의 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)을 전극 조립체층(10)의 양면에 위치시켜, 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)을 서로 접합한다.
제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)이 제1, 제2전극 패턴(121, 122)과 유연성 기재(11)의 계면에 작용하는 응력을 낮게 하므로 전극 조립체층(10)은 유연성을 확보할 수 있다.
또한 전극 조립체층(10)은 통상적으로 사용되는 분리막을 사용하지 않으므로 두께를 감소시켜 유연성을 확보하면서, 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있다.
이때, 실링층(50)을 상하의 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202) 사이에 위치시켜 온도를 가하므로 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)은 실링층(50)에 의하여 접합될 수 있다.
제3단계는 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)의 전해액 주입구(21)를 통하여 전해액을 주입하고, 캡 부재(22)를 사용하여 전해액 주입구(21)를 밀봉한다. 전해액은 제1전극 패턴(121) 측에 채워지고, 유통구(23)를 전해액 통하여 제2전극 패턴(121) 측에 채워진다.
그리고 제4단계는 제1, 제2고분자 밀봉층(201, 202)으로 밀봉된 상부와 하부에 파우치 필름(40)을 배치하여, 양측의 폴리머 시트(401)를 상호 열융착함으로써 플렉서블 이차 전지(1)를 완성한다.
이하 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다. 제1실시예와 비교하여 서로 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극 조립체층을 적층한 상태의 단면도이고, 도 7은 도 6의 전극 조립체층을 전기적으로 연결한 상태의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지(2)의 전극 조립체층(60)에서, 유연성 기재(61)는 복수로 구비되며, 예시된 바와 같이 5개의 기재로 구성될 수 있다. 즉 유연성 기재(61)는 제1기재(611)와 제2기재(612)를 포함한다. 제1, 제2기재(611, 612)는 반복적으로 배치되어 적층 된다.
제1전극 패턴(171)은 제1기재(611)의 일면에 형성되고, 제2전극 패턴(172)은 제2기재(612)의 일면에 형성된다. 즉 제1, 제2전극 패턴(171, 172)가 제1, 제2기재(611, 612)에 반복적으로 배치된다.
즉 제1기재(611)와 제1전극 패턴(171)이 단위 셀을 형성하고, 제2기재(612)와 제2전극 패턴(172)이 다른 단위 셀을 형성한다. 따라서 전극 조립체층(60)은 복수의 단위 셀들을 적층하여 형성된다.
각 단위 셀, 즉 제1무지부(711), 제1기재(611), 제2무지부(721) 및 제2기재(612)에는 비어홀(H1, H2)이 구비된다. 비어홀(H1, H2)은 도전재(C)로 채워져 단위 셀들의 제1, 제2무지부(711, 721)를 전기적으로 서로 연결한다.
복수의 단위 셀들, 즉 제1, 제2기개(611, 612)의 양면에 구비되는 제1, 제2전극 패턴(171, 172)은 비어홀(H1, H2)에 채워지는 도전재(C)에 의하여 전기적으로 서로 연결되어 전극 조립체층(60)을 형성한다.
이와 같이 복수의 단위 셀들, 즉 제1, 제2기재(611, 612)의 각 일면에 제1, 제2전극 패턴(171, 172)을 구비하므로 전극 조립체층(60)의 두께 증가를 최소화하면서 전극 패턴의 개수를 증대시켜 전극 조립체층(60)의 용량을 증대시킬 수 있다.
한편, 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지(2)의 제조방법에 대하여 설명한다.
제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지(2)의 제조방법에서 전극 조립체층(60)을 형성하는 제1단계는 복수의 단위 셀들을 준비하고, 준비된 단위 셀들을 적층하며, 제1, 제2무지부(711, 721)의 비어홀(H1, H2)에 도전재(C)를 채워서 단위 셀들을 전기적으로 서로 연결한다. 단위 셀들은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
도전재(C)를 형성하는 도전성 페이스트는 은, 구리, 니켈을 함유할 수 있다. 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 등의 인쇄공정으로 형성되거나 디스펜서로 비어홀(H1, H2)의 내부에 주입될 수 있다. 도전성 페이스트는 비어홀(H1, H2)에 주입된 후, 압착 건조됨으로써 비어홀(H1, H2)을 채우는 도전재(C)를 형성하여, 제1, 제2무지부(711, 721)를 전기적으로 서로 연결한다.
제1, 제2코팅부(131, 132)에서 음, 양극 패턴의 위치에 따라 제1, 제2기재(611, 612)의 제1, 제2전극 패턴(171, 172)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 제2실시예는 제1, 제2전극 패턴(171, 172)이 전기적으로 병렬 연결된 것을 도시하고 있다.
전극 조립체층(60)을 형성하는 제1, 제2기재(611, 612)의 적층 개수는 충전 및 방전 용량을 증가시키되, 플렉서블 이차 전지(2)를 필름 형태로 구현할 수 있는 범위 내에서 설정될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2: 플렉서블 이차 전지 10, 60: 전극 조립체층
11, 61: 유연성 기재 21: 전해액 주입구
22: 캡 부재 23: 전해액 유통구
30: 전해질층 40: 파우치 필름
50: 실링층 121, 171: 제1전극 패턴
122, 172: 제2전극 패턴 131, 132: 제1, 제2코팅부
141, 711: 제1무지부 142, 712: 제2무지부
151: 음극 패턴 152: 양극 패턴
201, 202: 제1, 제2고분자 밀봉층 401: 폴리머 시트
402: PET-나일론 복합 시트 403: 금속 시트
511, 521: 신장부 512, 522: 돌출부
611, 612: 제1, 제2기재 C: 도전재
G1, G2: 간격 H, H1, H2: 비어홀
W1, W2: 제1, 제2폭

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 유연성 기재의 일면에 제1전극 패턴의 제1코팅부와 제1무지부를 구비하고 동일 또는 다른 유연성 기재의 일면에 제2전극 패턴의 제2코팅부와 제2무지부를 구비하며, 상기 유연성 기재, 상기 제1무지부 및 상기 제2무지부를 관통하는 비어홀에 도전재를 채워서 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 전기적으로 서로 연결하는 전극 조립체층;
    상기 전극 조립체층의 상기 제1전극 패턴 측 표면과 상기 제2전극 패턴 측 표면 각각에 구비되는 제1고분자 밀봉층과 제2고분자 밀봉층;
    상기 전극 조립체층의 상기 제1코팅부와 상기 제1고분자 밀봉층 사이 및 상기 제2코팅부와 상기 제2고분자 밀봉층 사이에 개재되는 전해질층; 및
    상기 전극 조립체층, 상기 제1고분자 밀봉층, 상기 제2고분자 밀봉층 및 상기 전해질층을 수용하며, 외곽에서 상호 접합되고 상기 제1무지부와 상기 제2무지부를 외부로 노출시키는 파우치 필름
    을 포함하며,
    상기 제1전극 패턴 및 상기 제2전극 패턴은
    상기 유연성 기재의 표면에 집전체로 이루어지며,
    상기 유연성 기재 표면의 제1방향 양측에서 상기 제1방향에 교차하는 제2방향을 따라 신장되는 신장부, 및
    상기 신장부에서 상기 제1방향으로 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 제1전극 패턴 및 상기 제2전극 패턴 각각은 음극 패턴과 양극 패턴을 포함하며,
    상기 음극 패턴의 돌출부는 상기 제1방향을 따라 제1폭으로 설정되고,
    상기 양극 패턴의 돌출부는 상기 제1방향을 따라 제2폭으로 설정되며,
    상기 제1폭은 상기 제2폭보다 더 작게 설정되고,
    상기 제2폭(W2)은 제1폭(W1)의 1.5 내지 2.0(W2=(1.5~2.0)*W1)으로 설정되며,
    상기 제1고분자 밀봉층은 전해액 주입구를 구비하고,
    상기 유연성 기재는 상기 전해액 주입구에 대응하여 전해액 유통구를 구비하는 플렉서블 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 기재는 하나로 구비되며,
    상기 제1전극 패턴은 상기 유연성 기재의 일면에 형성되고,
    상기 제2전극 패턴은 상기 유연성 기재의 다른 면에 형성되는 플렉서블 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비어홀은
    상기 제1무지부, 상기 유연성 기재 및 상기 제2무지부를 관통하여 형성되고, 상기 도전재로 채워지는 플렉서블 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 기재는 제1기재와 제2기재를 포함하며,
    상기 제1전극 패턴은 상기 제1기재의 일면에 형성되고,
    상기 제2전극 패턴은 상기 제2기재의 일면에 형성되는 플렉서블 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비어홀은
    상기 제1무지부, 상기 제1기재, 상기 제2무지부 및 상기 제2기재를 관통하여 형성되고, 상기 도전재로 채워지는 플렉서블 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체층과 상기 전해질층의 외곽을 따라 구비되는 실링층을 더 포함하는 플렉서블 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실링층은,
    양면으로 상기 제1고분자 밀봉층과 상기 제2고분자 밀봉층에 부착되는 플렉서블 이차 전지.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음극 패턴의 신장부와 상기 양극 패턴의 신장부는 상기 제1방향으로 대칭되고,
    상기 음극 패턴의 돌출부와 상기 양극 패턴의 돌출부는 상기 제2방향을 따라 교호적으로 배치되어 설정된 간격을 형성하는 플렉서블 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1코팅부 및 상기 제2코팅부는
    상기 집전체에 활물질을 코팅하여 형성되며, 적어도 상기 돌출부에 형성되는 플렉서블 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1코팅부 및 상기 제2코팅부는
    상기 신장부에 더 형성되는 플렉서블 이차 전지.
  12. 삭제
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