KR101884050B1 - 플렉서블 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플렉서블 이차전지에 관한 것으로서, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층되어 이루어지되, 유연성을 갖도록 상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에는 산과 골이 형성되는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 외장재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 관절 형태의 구조를 가지고 전극을 적층하여 마련함에 따라 전극 간의 접촉을 긴밀히 유지할 수 있고, 종래 대비 전해액의 주액이 용이하고 함침성이 우수하다. 또한, 전극이 접힌 구조로 구비됨에 따라 에너지 집적도를 극대화 할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 조립체의 안전성을 높일 수 있으며, 제조 공정이 종래 대비 용이하여 양산성을 향상시킬 수 있다.

Description

플렉서블 이차전지{Flexible Secondary Battery}
본 발명은 플렉서블 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 관절 형태의 구조를 가지고 적층하여 구비됨에 따라 전극 간의 접촉을 긴밀히 유지할 수 있고, 종래 대비 전해액의 주액이 용이하고 함침성이 우수하며, 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 플렉서블 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
도 1은 종래 플렉서블 이차전지(150)의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 플렉서블 이차전지(150)를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 플렉서블 이차전지(150)는, 코일 형태로 권취되어 구비되는 음극(110)과, 원통형으로 구비되고 내측에 음극(110)이 마련되어 음극(110)의 외측면을 감싸는 분리막(120)과, 분리막(120)의 외측면에 코일 형태로 권취되어 마련되는 양극(130)과, 원통형으로 구비되고 내측에 양극(130)이 마련되는 외장재(140)를 포함한다. 즉, 코일 형상으로 구비되는 음극(110)을 중심으로 그 외측면에 분리막(120), 양극(130), 외장재(140)를 순차적으로 권취하여 플렉서블 이차전지(150)를 마련한다. 이와 같이, 종래의 플렉서블 이차전지(150)는 케이블 형상으로 구비되어 휘어질 수 있도록 마련된다.
이러한 종래 플렉서블 이차전지(150)는 코일 형상의 음극(110)을 중심으로 하여 외주면에 분리막(120) 및 양극(130)을 순차적으로 권취하여야 하므로 그 제조 공정이 복잡하여 생산성이 떨어진다. 또한 에너지 밀도에 있어서도 한계가 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 관절 형태의 구조를 가지며 적층되어 구비됨에 따라 전극 간의 접촉을 긴밀히 유지할 수 있고, 종래 대비 전해액의 주액이 용이하고 함침성이 우수하며, 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있는 플렉서블 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플렉서블 이차전지는, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층되어 이루어지되, 유연성을 갖도록 상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에는 산과 골이 형성되는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 외장재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에 형성되는 산과 골은 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에 형성되는 산과 골의 폭은 동일한 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 양극은 전극 집전체에 양극 활물질이 도포되는 양극 활물질부와, 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부가 교대로 배치되어 이루어지며, 상기 음극은 전극 집전체에 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와, 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부가 교대로 배치되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 산과 상기 골은 상기 음극 무지부 및 상기 양극 무지부 상에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 음극 무지부와 상기 양극 무지부에 각각 부착되는 고분자 필름을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET:Polyethyleneterephthalate) 재질인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 외장재는 유연성이 있는 재질로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 외장재는 전기적으로 절연 특성을 갖는 소재의 튜브로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 외장재는 사각 기둥 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 플렉서블 이차전지에 따르면, 관절 형태의 구조를 가지고 전극을 적층하여 마련함에 따라 전극 간의 접촉을 긴밀히 유지할 수 있고, 종래의 플렉서블 이차전지 대비 전해액의 주액이 용이하고 함침성이 우수하다.
또한, 전극이 접힌 구조로 구비됨에 따라 에너지 집적도를 극대화 할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 조립체의 안전성을 높일 수 있으며, 제조 공정이 종래 대비 용이하여 양산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유연성을 구현하기 위하여 접히는 전극의 영역에는 별도로 활물질을 도포하지 않음으로써, 전지의 수명이 줄어드는 것을 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 종래 플렉서블 이차전지의 구조를 도시한 도면.
도 2는 종래 플렉서블 이차전지를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지의 전극 조립체를 제조하기 위한 양극, 음극 및 분리막을 준비하는 모습을 도시한 도면.
도 5는 도 4의 양극, 분리막, 음극이 복수 개 적층된 모습을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 적층된 전극에 산과 골을 형성하여 이루어지는 전극 조립체를 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지는, 양극(30)과 음극(10) 사이에 분리막(20)이 개재된 상태로 적층되어 이루어지되, 유연성을 갖도록 형성되는 전극 조립체와; 전극 조립체를 내부에 수납하는 외장재(40)를 포함한다.
전극 조립체는 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)이 적층되어 이루어진다. 전극 조립체가 유연성을 갖기 위하여 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)에는 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된다. 즉, 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)에는 각각 소정 높이로 돌출된 복수 개의 산(11,21,31)과, 복수 개의 산(11,21,31)이 마련됨에 따라 산(11,21,31)과 산(11,21,31) 사이의 골(13,23,33)이 복수 개 형성된다. 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)에 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)을 형성하기 위하여 양극(30)과 음극(10)과 분리막(20) 각각을 접어 형성한다. 이에, 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 교대로 마련되어, 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 방향을 기준으로 벤딩이 가능한 관절 형상으로 마련된다.
이와 같이 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)은 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 동일한 형상 및 동일한 폭으로 마련된다. 즉, 산(11,21,31)의 폭과 골(13,23,33)의 깊이가 일정하도록 복수 개의 산(11,21,31)이 동일한 높이로 돌출되고 돌출된 산(11,21,31)은 일정한 폭을 가지도록 형성된다. 한편, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 양극(30), 음극(10) 및 분리막(20)의 적층 방향을 기준으로 수직 방면의 외곽에 위치하는 양극 또는 음극의 산 부분에는 평평한 영역이 형성될 수 있다.
이러한 전극 조립체는 외장재(40) 내부에 수납한다. 외장재(40)는 유연성이 있어 연신되기 용이한 재질로 마련된다. 또한 외장재(40)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 소재로 마련된다. 외장재(40)는 내측에 수납 공간이 형성된 사각 기둥 형상으로 마련된다. 이에, 내측의 수납 공간으로 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 전극 조립체가 수납되고 내부에 전해액을 주액함으로써 플렉서블한 이차전지(50)가 마련된다.
이하에서는, 상기와 같은 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)을 포함하는 전극 조립체의 형성을 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)을 형성하기 위한 전극을 준비하는 모습을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 집전체(60) 상에는 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포되어 양극(30) 또는 음극(10)이 형성된다. 양극(30)은 전극 집전체(60) 상에 양극 활물질이 도포되는 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부가 교대로 배치되어 이루어지고, 음극(10)은 전극 집전체(60) 상에 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와, 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부가 교대로 배치되어 이루어진다.
도 5는 이와 같이 전극 집전체(60) 상에 전극 활물질부(61)와 전극 무지부(63)가 교대로 배치되도록 형성된 전극을 복수 개 적층한 모습을 도시한 도면이다. 즉, 양극 활물질부와 양극 무지부가 교대로 형성된 양극(30)과, 분리막과, 음극 활물질부와 음극 무지부가 교대로 형성된 음극(10)을 적층한다. 양극(30)과 음극(10) 사이에는 분리막(20)이 위치하며, 필요에 따라서는 최외곽에 분리막(20)을 추가로 더 적층시킬 수 있다.
도 6은 이와 같이 적층된 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)을 성형하여 복수 개의 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성된 모습을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)이 적층된 구조체를 접어 산(11,21,31)과 골(13,23,33)을 형성한다. 이 때, 형성하고자 하는 형상으로 마련되는 별도의 관절체를 이용하여 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)이 적층된 구조체를 접는다. 이 때 양극(30)과 분리막(20)과 음극(10)이 돌출됨에 따라 복수 개의 산(11,21,31)이 형성되고, 그에 따라 골(13,23,33)이 형성된다. 산(11,21,31)과 골(13,23,33)은 전극 무지부(63) 상에 형성된다. 이에, 산(11,21,31)과 골(13,23,33)을 형성하기 위하여 접히는 부분에는 전극 활물질이 도포되지 않는다. 이는, 플렉서블 이차전지(50)의 사용에 따라 반복적으로 굽혔다 펴짐에 따라 산(11,21,31)과 골(13,23,33) 부분 역시 반복적으로 굽혔다 펴지고, 산(11,21,31)과 골(13,23,33) 부분에 전극 활물질이 도포될 경우 반복적으로 가해지는 힘에 의하여 전극 활물질이 전극 집전체(60)로부터 탈리될 수 있기 때문이다. 이는 플렉서블 이차전지(50)의 수명 단축 및 성능을 저하시킬 수 있다. 전극 무지부(63)에 산(11,21,31)과 골(13,23,33)을 형성하여 반복적인 굽힘과 펴짐에도 전지의 수명 및 성능 단축을 방지한다.
한편, 전극 무지부(63)에는 각각 별도로 고분자 필름(미도시)이 더 마련된다. 전극 무지부(63) 부분은 산(11,21,31)과 골(13,23,33)이 형성되기 위하여 접혀 관절을 형성하는 부분이다. 이에 전극 무지부(63) 부분에 고분자 필름(미도시)을 부착할 경우, 플렉서블 이차전지의 사용에 따라 반복적으로 굽혔다 펴짐에 따라 전극 집전체(60)의 강도가 약해져 끊어지거나 늘어나 이차전지(50)의 수명이 약화되는 것을 고분자 필름(미도시)가 보강할 수 있다. 플렉서블 이차전지의 수명을 보다 향상시킬 수 있다. 이와 같은 고분자 필름(미도시)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET:Polyethyleneterephthalate) 재질로 마련된다. 그러나, 반드시 고분자 필름(미도시)이 이와 같은 재질로 마련되는 것으로 한정하는 것은 아니며, 다른 재질로 마련하는 것도 가능함은 물론이다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 음극
20: 분리막
30: 양극
11, 21, 31: 산
13, 23, 33: 골
40: 외장재

Claims (10)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층되어 이루어지되, 유연성을 갖도록 상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에는 산과 골이 형성되는 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 외장재를 포함하고,
    상기 양극, 음극 및 분리막의 적층 방향을 기준으로 수직 방면의 외곽에 위치하는 양극 또는 음극의 산 부분에 평평한 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에 형성되는 산과 골은 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극과 상기 분리막과 상기 음극에 형성되는 산과 골의 폭은 동일한 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극은 전극 집전체에 양극 활물질이 도포되는 양극 활물질부와, 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부가 교대로 배치되어 이루어지며,
    상기 음극은 전극 집전체에 음극 활물질이 도포되는 음극 활물질부와, 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부가 교대로 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 산과 상기 골은 상기 음극 무지부 및 상기 양극 무지부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 음극 무지부와 상기 양극 무지부에 각각 부착되는 고분자 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고분자 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET:Polyethyleneterephthalate) 재질인 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 외장재는 유연성이 있는 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 외장재는 전기적으로 절연 특성을 갖는 소재의 튜브로 마련되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 외장재는 사각 기둥 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지.
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