KR101845968B1 - 플렉서블 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 전극의 집전체를 보호 및 보강하면서 활물질층의 크랙을 방지하는 플렉서블 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는, 집전체에 형성되는 활물질층으로 서로 마주하는 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 사이에 설치되는 전해질층, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 반대측에서 상기 집전체에 설정된 패턴으로 형성되어, 굽힘으로부터 상기 집전체를 보호 및 보강하면서 상기 활물질층의 크랙을 방지하는 보호/보강층, 및 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 보호/보강층을 사이에 두고 양측에 배치되어 서로 융착되는 파우치 필름을 포함한다.
Description
본 발명은 플렉서블 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극의 집전체를 보호 및 보강하면서 활물질층의 크랙을 방지하는 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 컴퓨터와 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 위하여, 우선적으로 유연성을 갖는 소재를 선택해야 하며, 동시에 플렉서블 이차 전지가 반복적으로 휘어지는 경우에도 전극, 즉 집전체의 끊어짐 및 활물질층의 크랙을 방지할 수 있어야 한다.
한국공개특허 제2012-0023491호(2012년03월13일 공개)의 파우치형 플렉서블 필름 전지는 음극 파우치 필름 상에 적층된 음극 전도성 카본층 및 음극층을 구비하는 음극 구조체와 양극 파우치 필름 상에 적층된 양극 전도성 카본층 및 양극층을 구비하는 양극 구조체 사이에 고분자 전해질층을 구비하여 형성된다.
음, 양극 전도성 카본층이 음, 양극 파우치 필름 상에 직접 적층되므로 파우치형 플렉서블 필름 전지가 반복적으로 휘어지는 경우, 음, 양극 구조체를 형성하는 양극 전도성 카본층이 끊어지거나 활물질층에 크랙이 발생될 수 있다. 이 경우 음, 양극 구조체의 내부 저항이 증가되어 전지의 안전성이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 전극의 집전체를 보호 및 보강하면서 활물질층의 크랙을 방지하는 플렉서블 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는, 집전체에 형성되는 활물질층으로 서로 마주하는 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 사이에 설치되는 전해질층, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 반대측에서 상기 집전체에 설정된 패턴으로 형성되어, 굽힘으로부터 상기 집전체를 보호 및 보강하면서 상기 활물질층의 크랙을 방지하는 보호/보강층, 및 상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 보호/보강층을 사이에 두고 양측에 배치되어 서로 융착되는 파우치 필름을 포함한다.
상기 보호/보강층은 우레탄, 에폭시, 부타디엔 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN) 및 불소수지(PTEE) 중 하나의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
상기 집전체는 금속막 또는 메쉬로 형성될 수 있다.
상기 금속막은 알루미늄, 구리, 니켈 및 스테인렌스강 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 보호/보강층은 집전체에서 제1방향으로 설정된 폭(W)과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 길이(L)를 가지는 복수의 단위 패턴들 포함하고, 상기 단위 패턴들은 상기 제1방향으로 이격된 간격(G)을 가질 수 있다.
상기 보호/보강층은 집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함하고, 상기 단위 패턴들은 상기 제1방향과 상기 제2방향으로 이격되는 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가질 수 있다.
상기 보호/보강층은 집전체에서 복수의 비코팅 패턴들을 제외한 영역에 형성되고, 상기 비코팅 패턴들은 집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1비코팅 폭(UW1)과 제2비코팅 폭(UW2)을 가지며, 상기 제1방향과 상기 제2방향으로 이격되는 제1비코팅 패턴 간격(UG1)과 제2비코팅 패턴 간격(UG2)을 가질 수 있다.
상기 집전체는 메쉬로 형성되고, 상기 보호/보강층은 집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함하고, 상기 단위 패턴들은 상기 제1방향과 상기 제2방향으로 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가질 수 있다.
상기 활물질층은 상기 보호/보강층의 반대측에 형성되고, 상기 메쉬의 두께 중 일측 공간에 더 형성되는 추가 활물질 부분을 포함할 수 있다.
상기 단위 패턴들은 상기 활물질층의 반대측에 형성되고, 상기 메쉬의 두께 중 다른 일측 공간에 더 형성되는 추가 보호/보강층 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 이차 전지는 제1, 제2전극의 활물질층 반대측에서 집전체에 보호/보강층을 설정된 패턴으로 형성하므로 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체를 보호 및 보강하면서 활물질층의 크랙을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플렉서블 이차 전지를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 전극을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있음)와 종래기술에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있지 않음)를 도시한 사진이다.
도 5는 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 대향측을 도시한 사진이다.
도 6은 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 반대측을 도시한 사진이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 단면도이다.
도 8은 도 7의 전극을 적용한 플렉서블 이차 전지의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 전극을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있음)와 종래기술에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있지 않음)를 도시한 사진이다.
도 5는 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 대향측을 도시한 사진이다.
도 6은 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 반대측을 도시한 사진이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 단면도이다.
도 8은 도 7의 전극을 적용한 플렉서블 이차 전지의 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다.
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 분해하여 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 제1실시예의 플렉서블 이차 전지(1)는 전류를 충전 및 방전시키는 제1전극(10)과 제2전극(20), 전해질층(30), 보호/보강층(예, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)) 및 파우치 필름(60; 61, 62)을 포함한다. 제1실시예의 플렉서블 이차 전지(1)는 전체 두께가 300~500㎛인 박막이고, 평면적(xy 평면)이 4cm * 4cm인 마이크로 전지를 형성한다.
제1, 제2전극(10, 20)은 집전체(13, 23)에 활물질을 코팅하여 형성되는 활물질층(14, 24), 활물질층(14, 24)이 구비되지 않고 집전체(13, 23)로부터 각각 인출되는 탭(12, 22)을 포함한다. 또한 제1, 제2전극(10, 20)은 전해질층(30)을 사이에 두고 활물질층(14, 24)으로 서로 마주한다.
전해질층(30)은 제1, 제2전극(10, 20)의 활물질층(14, 24) 사이에 배치된다. 예를 들면, 전해질층(30)은 리튬염을 포함하는 젤형 고분자로 형성될 수 있다. 전해질층(30)은 활물질층(14, 24) 사이에서 전기 절연 작용하여 집전체(13, 23)의 단락을 방지하면서 전자의 이동과 이온의 교환으로 충전 및 방전 작용을 가능하게 한다.
제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 제1, 제2전극(10, 20)의 활물질층(14, 24) 반대측에서 집전체(13, 23)에 각각 형성된다. 예를 들면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 제1, 제2전극(10, 20)의 집전체(13, 23)에 각각 코팅으로 형성될 수 있다. 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 플렉서블 이차 전지(1) 및 제1, 제2전극(10, 20)의 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체(13, 23)를 보호 및 보강하면서 집전체(13, 23)에 유연성을 제공한다.
파우치 필름(60; 61, 62)은 제1, 제2보호/보강층(40, 50)을 사이에 두고 양측에 배치되어, 전해질층(30)의 외곽에 대응하여 설정되는 경계선(BL)을 따라 그 바깥부분에서 서로 융착된다. 이때, 제1, 제2전극(10, 20)의 탭(12, 22)은 열융착되는 파우치 필름(60)의 밖으로 인출되어, 보호회로모듈(미도시) 및 전자기기 세트에 전기적을 연결될 수 있다.
일례를 들면, 파우치 필름(60; 61, 62)은 제1보호/보강층(40)과 제1전극(10), 전해질층(30) 및 제2전극(20)과 제2보호/보강층(50)의 외부를 감싸는 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 일례로써, 파우치 필름(60)은 적층되는 폴리머 시트(601), 나일론 시트(602) 및 금속 시트(603)를 포함한다.
폴리머 시트(601)는 파우치 필름(60; 61, 62)의 내면을 형성하며 전기적인 절연 작용 및 상호 열융착 작용한다. 나일론 시트(602)는 파우치 필름(60; 61, 62)의 외면을 형성하여 외면을 보호하는 작용한다.
금속 시트(603)는 폴리머 시트(601)와 나일론 시트(602) 사이에 개재되어 파우치 필름(60; 61, 62)에 기계적인 강도를 제공한다. 금속 시트(603)는 일례인 알루미늄 시트로 형성될 수 있다. 금속 시트(603)는 폴리머 시트(601)와 나일론 시트(602)에 의하여 전기적으로 절연된다.
도 2는 도 1에 적용되는 전극을 제조하는 공정을 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 고분자 수지로 형성된다.
예를 들면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 우레탄, 에폭시, 부타디엔 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN) 및 불소수지(PTEE) 중 하나의 고분자 수지로 형성될 수 있다.
제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 스크린 인쇄, 롤루롤 인쇄, 그라비아 인쇄 및 스프레이 인쇄 등의 방법으로 집전체(13, 23)의 활물질층(14, 24)의 반대측에 고분자 수지로 형성될 수 있다.
집전체(13, 23)는 금속막 또는 메쉬로 형성될 수 있다. 또한 금속막은 알루미늄, 구리, 니켈 및 스테인렌스강 중 하나로 형성될 수 있다.
도 4는 도 1에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있음)와 종래기술에 적용되는 전극의 집전체(보호/보강층이 형성되어 있지 않음)를 도시한 사진이다. 실험예로써 설명하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 부타디엔 수지를 알루미늄 집전체(13, 23)에 스프레이 인쇄하여 형성되었다.
도 4를 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 활물질층(14, 24)의 반대측에서 집전체(13, 23)의 전체 표면(xy 평면)에 형성되어 있다(a). 이에 비하여, 종래기술에 적용되는 전극의 집전체는 보호/보강층을 구비하지 않고 있다(b).
도 5는 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 대향측을 도시한 사진이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체(13, 23)를 각각 보호 및 보강하면서 집전체(13, 23)에 유연성을 제공한다.
제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 활물질층(14, 24)의 반대측에서 집전체(13, 23)의 전체 표면(xy 평면)에 형성되어, 집전체(13, 23)를 전면적으로 보호 보강한다. 따라서 활물질층(도 5에서 미도시)이 구비되는 측에서 집전체(13, 23)는 거의 손상되지 않았다(a).
이에 비하여, 종래기술에 적용되는 전극의 집전체는 보호/보강층을 구비하지 않으므로 반복적인 굽힘에 대하여 보호 보강되지 않았다. 따라서 활물질층(도 5에서 미도시)이 구비되는 측에서 집전체는 크게 손상(D1)되었다(b).
도 6은 도 4의 전극의 집전체와 종래기술의 전극의 집전체를 500회 구부림 테스트 한 후, 전해질층 반대측을 도시한 사진이다. 실험예로써 설명하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 부타디엔 수지로 형성된다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 활물질층(14, 24)의 반대측에서 집전체(13, 23)의 전체 표면(xy 평면)에 형성되어, 집전체(13, 23)를 전면적으로 보호 보강한다. 따라서 활물질층의 반대측에서 집전체(13, 23) 및 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 거의 손상되지 않았다(a).
이에 비하여, 종래기술에 적용되는 전극의 집전체는 보호/보강층을 구비하지 않으므로 반복적인 굽힘에 대하여 보호 보강되지 않았다. 따라서 활물질층의 반대측에서 집전체는 크게 손상(D2)되었다(b).
다시 도 4 내지 도 6을 참조하면, 종래기술과 비교할 때, 제1, 제2보호/보강층(40, 50)은 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체(13, 23) 및 제1, 제2전극(10, 20)을 보호 및 보강하면서 집전체(13, 23) 및 제1, 제2전극(10, 20)에 유연성을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 다양한 실시예들을 제1실시예 및 기 설명된 실시예들과 비교하여, 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 단면도이고, 도 8은 도 7의 전극을 적용한 플렉서블 이차 전지의 부분 단면도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 제2실시예의 플렉서블 이차 전지(2)의 제1, 제2전극(210, 220)에서, 집전체(213, 223)는 메쉬로 형성된다.
활물질층(214, 224)은 제1, 제2보호/보강층(240, 250)의 반대측에서 집전체(213, 223)에 형성되고, 메쉬의 두께 중 일측 공간에 더 형성되어 제1, 제2추가 활물질 부분(215, 225)을 형성한다.
제1, 제2추가 활물질 부분(215, 225)은 집전체(213, 223)가 메쉬로 형성되므로 박막으로 형성되는 제1실시예의 집전체(13, 23)에 비하여, 플렉서블 이차 전지(2)의 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서 활물질층의 용량을 증대시켜서 에너지 밀도를 향상시킨다.
제1, 제2보호/보강층(240, 250)은 활물질층(214, 224)의 반대측에서 집전체(213, 223)에 형성되고, 메쉬의 두께 중 다른 일측 공간에 더 형성되어 제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)을 형성한다.
제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)은 집전체(213, 223)가 메쉬로 형성되므로 박막으로 형성되는 제1실시예의 집전체(13, 23)에 비하여, 플렉서블 이차 전지(2)의 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서 고분자 수지의 용량 및 부착 면적을 증대시켜서 집전체(213, 223)와의 부착성을 향상시킨다.
제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)은 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체(213, 223) 및 제1, 제2전극(210, 220)을 더 보호 및 보강하면서 집전체(213, 223) 및 제1, 제2전극(210, 220)에 유연성을 더 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다. 도 9를 참조하면, 제3실시예의 플렉서블 이차 전지에서, 제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 박막의 집전체(313, 323)에 설정된 패턴으로 형성된다. 제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 반복적인 굽힘으로부터 집전체(313, 323)를 보호 및 보강하면서 또한 활물질층의 크랙을 방지한다.
제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 집전체(313, 323)에서 제1방향(x축 방향)으로 설정된 폭(W)과 제1방향에 교차하는 제2방향(y축 방향)으로 설정된 길이(L)를 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함한다. 단위 패턴들은 제1방향(x축 방향)으로 이격된 간격(G)을 가진다.
즉 단위 패턴들로 형성되는 제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(313, 323)에 유연성을 부여하면서 집전체(313, 323)를 보호 및 보강하여 집전체(313, 323)의 끊어짐을 방지한다. 스트라이프 구조의 제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 이격된 x축 방향보다 연결되는 y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 유연성을 효과적으로 부여할 수 있다.
제1, 제2보호/보강층(340, 350)을 형성하는 단위 패턴들 사이에는 x, y축 방향으로 고분자 수지가 구비되지 않는다. 즉 이 부분(P3)에서 제1, 제2전극의 두께가 얇아지게 되므로 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(313, 323)에 구비된 활물질층의 크랙이 방지될 수 있다. 고분자 수지가 구비되지 않는 부분(P3)은 연결되는 y축 방향보다 이격된 x축 방향에 대한 굽힘 작용시, 활물질층의 크랙을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다. 도 10을 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(440, 450)은 집전체(413, 423)에서 제1방향(x축 방향)과 제1방향에 교차하는 제2방향(y축 방향)으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함한다. 단위 패턴들은 제1방향(x축 방향)과 제2방향(y축 방향)으로 이격된 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가진다.
즉 단위 패턴들로 형성되는 제1, 제2보호/보강층(440, 450)은 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(413, 423)에 유연성을 부여하면서 집전체(413, 423)를 보호 및 보강하여 집전체(413, 423)의 끊어짐을 방지한다. x, y축 방향으로 이격 구조의 제1, 제2보호/보강층(440, 450)은 이격된 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 균등한 유연성을 부여할 수 있다.
제1, 제2보호/보강층(440, 450)을 형성하는 단위 패턴들 사이에는 x, y축 방향으로 고분자 수지가 구비되지 않는다. 즉 이 부분(P4)에서 제1, 제2전극의 두께가 얇아지게 되므로 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(413, 423)에 구비된 활물질층의 크랙이 방지될 수 있다. 고분자 수지가 구비되지 않는 부분(P4)은 이격된 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 활물질층의 크랙을 균등하게 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다. 도 11을 참조하면, 제1, 제2보호/보강층(540, 550)은 집전체(513, 523)에서 복수의 비코팅 패턴들(P5)을 제외한 영역에 형성된다.
비코팅 패턴들(P5)은 집전체(513, 523)에서 제1방향(x축 방향)과 제1방향에 교차하는 제2방향(y축 방향)으로 설정된 제1비코팅 폭(UW1)과 제2비코팅 폭(UW2)을 가지며, 제1방향(x축 방향)과 제2방향(y축 방향)으로 이격되는 제1비코팅 패턴 간격(UG1)과 제2비코팅 패턴 간격(UG2)을 가진다.
즉 비코팅 패턴들(P5)을 제외한 부분으로 형성되는 제1, 제2보호/보강층(540, 550)은 반복적인 굽힘 작용시, 유연성을 부여하면서 집전체(513, 523)를 보호 및 보강하여 집전체(513, 523)의 끊어짐을 방지한다. 제1, 제2보호/보강층(540, 550)은 비코팅 패턴들(P5)로 분리 또는 연결되어 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 균등한 유연성을 부여할 수 있다.
비코팅 패턴들(P5)에서 제1, 제2전극의 두께가 얇아지게 되므로 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(513, 523)에 구비된 활물질층의 크랙이 방지될 수 있다. 비코팅 패턴들(P5)은 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 활물질층의 크랙을 균등하게 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 플렉서블 이차 전지에 적용되는 전극의 전해질층 반대측(보호/보강층 측)을 도시한 평면도이다. 도 12를 참조하면, 제6실시예의 플렉서블 이차 전지에서, 제1, 제2보호/보강층(440, 450)은 메쉬로 형성되는 집전체(213, 223)에 설정된 패턴으로 형성된다. 제1, 제2보호/보강층(340, 350)은 반복적인 굽힘으로부터 집전체(213, 223)를 보호 및 보강하면서 또한 활물질층의 크랙을 방지한다.
제1, 제2보호/보강층(440, 450)은 집전체(213, 223)에서 제1방향(x축 방향)과 제1방향에 교차하는 제2방향(y축 방향)으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함한다. 단위 패턴들은 제1방향(x축 방향)과 제2방향(y축 방향)으로 이격된 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가진다.
즉 단위 패턴들로 형성되는 제1, 제2보호/보강층(540, 550)은 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(213, 223)에 유연성을 부여하면서 집전체(213, 223)를 보호 및 보강하여 집전체(213, 223)의 끊어짐을 방지한다. 제1, 제2보호/보강층(540, 550)은 이격된 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 균등한 유연성을 부여할 수 있다.
제1, 제2보호/보강층(540, 550)을 형성하는 단위 패턴들 사이에는 x, y축 방향으로 고분자 수지가 구비되지 않는다. 즉 이 부분(P6)에서 제1, 제2전극의 두께가 얇아지게 되므로 반복적인 굽힘 작용시, 집전체(213, 223)에 구비된 활물질층의 크랙이 방지될 수 있다. 고분자 수지가 구비되지 않는 부분(P6)은 이격된 x, y축 방향에 대한 굽힘 작용시, 활물질층의 크랙을 균등하게 방지할 수 있다.
제1, 제2보호/보강층(540, 550)을 형성하는 단위 패턴들은 도 8의 제1, 제2보호/보강층(240, 250)과 같이, 활물질층(214, 224)의 반대측서 집전체(213, 223)에 형성되고, 메쉬의 두께 중 다른 일측 공간에 더 형성되어 제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)을 포함한다.
제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)은 집전체(213, 223)가 메쉬로 형성되므로 박막으로 형성되는 집전체(13, 23)에 비하여, 플렉서블 이차 전지의 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서 고분자 수지의 용량 및 부착 면적을 증대시켜서 집전체(213, 223)와의 부착성을 향상시킨다.
제1, 제2추가 보호/보강층 부분(241, 251)은 반복적인 굽힘 작용으로부터 집전체(213, 223) 및 제1, 제2전극(510, 520)을 보호 및 보강하면서 집전체(213, 223) 및 제1, 제2전극(510, 520)에 유연성을 더 제공할 수 있다.
도 8을 참조하면, 활물질층(214, 224)은 제1, 제2보호/보강층(240, 250; 540, 550)의 반대측에서 집전체(213, 223)에 형성되고, 메쉬의 두께 중 일측 공간에 더 형성되어 제1, 제2추가 활물질 부분(215, 225)을 형성한다.
제1, 제2추가 활물질 부분(215, 225)은 집전체(213, 223)가 메쉬로 형성되므로 박막으로 형성되는 집전체(13, 23)에 비하여, 플렉서블 이차 전지의 전체적인 두께를 증가시키지 않으면서 활물질층의 용량을 증대시켜서 에너지 밀도를 향상시킨다.
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, 210; 20, 220: 제1; 제2전극
13, 23, 213, 223, 313, 323, 413, 423, 513, 523: 집전체
14, 24, 214, 224: 활물질층 30: 전해질층
40, 240, 340, 440, 540: 제1보호/보강층
50, 250, 350, 450, 550: 제2보호/보강층
60; 61, 62: 파우치 필름
215, 225: 제1, 제2추가 활물질 부분
241, 251: 제1, 제2추가 보호/보강층 부분
601: 폴리머 시트 602: 나일론 시트
603: 금속 시트 BL: 경계선
G: 간격 G1, G2: 제1, 제2간격
L: 길이 P3, P4, P6: 고분자 수지가 구비되지 않는 부분
P5: 비코팅 패턴 UG1, UG2: 제1, 제2비코팅 패턴 간격
UW1, UW2: 제1, 제2비코팅 폭 W: 폭
W1, W2: 제1, 제2폭
13, 23, 213, 223, 313, 323, 413, 423, 513, 523: 집전체
14, 24, 214, 224: 활물질층 30: 전해질층
40, 240, 340, 440, 540: 제1보호/보강층
50, 250, 350, 450, 550: 제2보호/보강층
60; 61, 62: 파우치 필름
215, 225: 제1, 제2추가 활물질 부분
241, 251: 제1, 제2추가 보호/보강층 부분
601: 폴리머 시트 602: 나일론 시트
603: 금속 시트 BL: 경계선
G: 간격 G1, G2: 제1, 제2간격
L: 길이 P3, P4, P6: 고분자 수지가 구비되지 않는 부분
P5: 비코팅 패턴 UG1, UG2: 제1, 제2비코팅 패턴 간격
UW1, UW2: 제1, 제2비코팅 폭 W: 폭
W1, W2: 제1, 제2폭
Claims (10)
- 집전체에 형성되는 활물질층으로 서로 마주하는 제1전극과 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 사이에 설치되는 전해질층;
상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 활물질층 반대측에서 상기 집전체에 설정된 패턴으로 형성되어, 굽힘으로부터 상기 집전체를 보호 및 보강하면서 상기 활물질층의 크랙을 방지하는 보호/보강층; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극의 상기 보호/보강층을 사이에 두고 양측에 배치되어 서로 융착되는 파우치 필름
을 포함하는 플렉서블 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 보호/보강층은
우레탄, 에폭시, 부타디엔 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 스티렌 아크릴로니트릴(SAN) 및 불소수지(PTEE) 중 하나의 고분자 수지로 형성되는 플렉서블 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 집전체는 금속막 또는 메쉬로 형성되는 플렉서블 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 금속막은 알루미늄, 구리, 니켈 및 스테인렌스강 중 하나로 형성되는 플렉서블 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 보호/보강층은
집전체에서 제1방향으로 설정된 폭(W)과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 길이(L)를 가지는 복수의 단위 패턴들 포함하고,
상기 단위 패턴들은
상기 제1방향으로 이격된 간격(G)을 가지는 플렉서블 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 보호/보강층은
집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함하고,
상기 단위 패턴들은
상기 제1방향과 상기 제2방향으로 이격되는 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가지는 플렉서블 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 보호/보강층은
집전체에서 복수의 비코팅 패턴들을 제외한 영역에 형성되고,
상기 비코팅 패턴들은
집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1비코팅 폭(UW1)과 제2비코팅 폭(UW2)을 가지며,
상기 제1방향과 상기 제2방향으로 이격되는 제1비코팅 패턴 간격(UG1)과 제2비코팅 패턴 간격(UG2)을 가지는 플렉서블 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 집전체는 메쉬로 형성되고,
상기 보호/보강층은
집전체에서 제1방향과 상기 제1방향에 교차하는 제2방향으로 설정된 제1폭(W1)과 제2폭(W2)을 가지는 복수의 단위 패턴들을 포함하고,
상기 단위 패턴들은
상기 제1방향과 상기 제2방향으로 제1간격(G1)과 제2간격(G2)을 가지는 플렉서블 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 활물질층은
상기 보호/보강층의 반대측에 형성되고,
상기 메쉬의 두께 중 일측 공간에 더 형성되는 추가 활물질 부분을 포함하는 플렉서블 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 단위 패턴들은
상기 활물질층의 반대측에 형성되고,
상기 메쉬의 두께 중 다른 일측 공간에 더 형성되는 추가 보호/보강층 부분을 포함하는 플렉서블 이차 전지.
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