KR102039525B1 - 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 플렉시블(flexible)한 관절부재; 상기 관절부재의 외측에 구비되는 제1전극층; 상기 제1 전극층의 외측에 구비되는 분리층; 상기 분리층의 외측에 구비되는 제2 전극층; 및 상기 제2 전극층의 외측에 구비되는 절연층을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 및 그의 제조방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 플렉시블(flexible)한 케이블형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 개발 및 사용이 증가하고 있으며, 최근에는 케이블 형태의 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.

특허등록번호 제10-0804411호

종래기술에 따른 케이블형 이차전지는 외부에서 가해지는 힘에 의해서 과도한 변형이 일어나는 경우 전극의 훼손이 발생할 수 있으며, 특히 쇼트로 인한 폭발 및 발화가 발생할 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 과도한 변형이 일어나지 것을 방지하고, 더불어 전지 용량을 극대화한 플렉시블한 이차전지를 제공하는데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 이차전지는 플렉시블(flexible)한 관절부재; 상기 관절부재의 외측에 구비되는 제1전극층; 상기 제1 전극층의 외측에 구비되는 분리층; 상기 분리층의 외측에 구비되는 제2 전극층; 및 상기 제2 전극층의 외측에 구비되는 절연층을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극층은 상기 관절부재의 외측을 감싸는 형태로 구비되고, 상기 분리층은 상기 제1 전극층의 외측을 감싸는 형태로 구비되며, 상기 제2 전극층은 상기 분리층의 외측을 감싸는 형태로 구비되고, 상기 절연층은 상기 제2 전극층의 외측을 감싸는 형태로 구비될 수 있다.

상기 관절부재는, 플렉시블한 소재로 길게 마련되는 기둥부재; 상기 기둥부재에 길이 방향을 따라 이격되게 마련되는 복수 개의 격벽부재;를 포함하고, 이웃하는 격벽부재의 사이에 형성되는 수용홈에 상기 제1 전극층이 구비될 수 있다.

상기 수용홈은 상기 기둥부재의 길이방향으로 적어도 2개 이상 형성될 수 있다.

상기 제1 전극층은 상기 수용홈의 일부에만 코팅되며, 상기 제1 전극층은 상기 격벽부재로부터 이격되어 간극이 형성될 수 있다.

상기 간극에 마련되며 신축성과 전도성을 가지는 완충부재를 더 포함할 수 있다.

상기 기둥부재는 원통형태를 가질 수 있다.

상기 분리층은 상기 제1 전극층의 외측에 부착되는 세라믹(ceramic) 소재일 수 있다.

상기 제1 전극층은 상기 관절부재의 외측에 코팅되는 전극 활물질일 수 있다.

상기 제2 전극층은 상기 분리층의 외측에 코팅되는 전극 활물질일 수있다.

상기 제2 전극층은, 표면에 전극 활물질이 코팅되는 긴 와이어 형태의 금속 포일이 상기 분리층의 주면에 와이딩(winding)되어 마련될 수 있다.

상기 절연층은, 상기 제2 전극층의 외주면을 감싸는 형태로 구비되는 절연체와, 상기 절연체를 감싸는 형태로 결합되는 튜브를 포함할 수 있다.

상기 관절부재는 전도성 금속으로 마련될 수 있다.

상기 관절부재의 일단은 상기 제1 전극층으로부터 외측으로 연장되면서 제1 전극탭으로 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 외주면에 수용홈이 형성된 플렉시블(flexible)한 관절부재를 준비하는 단계(S10); 상기 관절부재의 수용홈에 전극활물질을 코팅하여 제1 전극층을 제조하는 단계(S20); 상기 제1 전극층의 외주면에 세라믹물질을 코팅하여 분리층을 제조하는 단계(S30); 상기 분리층의 외주면에 제2 전극층을 코팅하는 단계(S40); 및 상기 제2 전극층의 외주면에 절연층을 코팅하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.

상기 S40단계는 상기 분리층의 외주면에 전극활물질을 코팅하고 건조할 수 있다.

상기 S40단계는 와이어 형태의 구리 포일에 제2 전극활물질을 코팅하는 단계; 상기 구리 포일을 상기 분리층의 외주면에 와이딩하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 S50단계는 상기 분리층의 외주면에 절연성을 가지는 금속물질을 코팅하여 절연체를 형성하는 단계; 상기 절연체의 외주면에 튜브를 결합하여 절연층을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 S20단계에서 상기 전극 활물질은 상기 수용홈의 벽면으로부터 이격되게 코팅하면서 상기 제1 전극층과 상기 수용홈 사이에 간극을 형성할 수 있다.

본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.

첫째: 플렉시블한 관절부재를 포함하여 케이블형 이차전지를 마련함으로써 관절부재의 지지력에 고도한 변형을 방지할 수 있어 이차전지의 문제 발생을 방지할 수 있다.

둘째: 관절부재는 기둥부와 복 수개의 격벽부를 포함함으로써 이차전지의 굽힘력을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 플렉시블한 관절부재를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 제1 전극층을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 분리층을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 분리층의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 이차전지 제조방법을 도시한 순서도.
도 8 내지 도 12는 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에 따른 이차전지의 제조과정을 도시한 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명에 따른 이차전지는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 케이블형 이차전지로서, 플렉시블(flexible)한 관절부재(110), 관절부재(110)의 외측에 구비되는 제1전극층(120), 제1 전극층(120)의 외측에 구비되는 분리층(130), 분리층(130)의 외측에 구비되는 제2 전극층(140), 및 제2 전극층(140)의 외측에 구비되는 절연층(150)을 포함한다.

관절부재(110)는 도 2 및 도 3을 참조하면, 플렉시블한 소재로 길게 마련되는 기둥부(111), 및 기둥부(111)에 길이 방향을 따라 이격되게 마련되는 복수 개의 격벽부(112)를 포함한다.

즉, 관절부재(110)는 긴 원통형태를 가지는 기둥부(111)와, 기둥부(111)의 외측에 원판 형태로 형성되고 기둥부(111)의 길이방향으로 2개 이상 마련되는 격벽부(112)를 포함하며, 이에 이웃하는 격벽부(112) 사이에 수용홈(112a)이 형성된다. 특히, 기둥부(111)는 원통형태를 가짐에 따라 외주면 전체방향으로 이차전지를 굽힐 수 있다.

이와 같은 관절부재(110)는 기둥부(111)에 의해 이차전지가 유연하게 굽혀지도록 유도하는 역할과 함께, 과도하게 굽혀지지 않도록 지지하는 역할을 한다.

한편, 관절부재(110)는 굽혀진 상태를 유지하는 소재로 마련될 수도 있으며, 이에 다양한 형태로 관절부재(110)를 굽혀서 고정할 수 있어 사용의 편의성을 얻을 수 있다.

즉, 관절부재(110)는 알루미늄(Al) 소재로 마련될 수 있으며, 이에 이차전지를 자유롭게 굽혀서 원하는 모양 또는 형태로 만들 수 있다.

제1 전극층(120)은 관절부재(110)의 외측에 감싸는 형태로 구비된다. 즉, 제1 전극층(120)은 이웃하는 격벽부(112) 사이에 형성되는 수용홈(112a)에 코팅되는, 다시 말해 이웃하는 격벽부(112) 사이의 기둥부(111)에 제1 전극 활물질을 코팅하고 건조됨에 따라 형성된다.

여기서 제1 전극층(120)은 도 4를 참조하면, 수용홈(112a)의 일부에만 코팅될 수 있다. 즉 제1 전극층(120)은 수용홈(112a)의 중앙에 구비되면서 제1 전극층(120)과 격벽부(112) 사이에 간극(α)이 형성되며, 이 간극(α)은 관절부재(111)가 굽혀질 경우 제1 전극층(120)과 격벽부(112)가 접촉되어 충돌하는 것을 방지하고, 이에 제1 전극층(120)의 손상을 방지한다.

한편, 간극(α)에는 도 4에 도시된 확대도와 같이, 신축성과 전도성을 가지는 완충부재(160)가 포함될 수 있으며, 완충부재(160)에 의해 제1 전극층(120)이 간극(α) 내로 유동하는 것을 방지할 수 있다.

분리층(130)은 제1 전극층(120)의 외측을 감싸는 형태로 구비된다. 즉, 분리층(130)을 중심으로 내측에 위치한 제1 전극층(120)과 외측에 위치한 제2 전극층(140)이 전기적으로 접촉되지 않게 분리한다.

여기서 분리층(130)은 제1 전극층(120)의 외측에 부착되는 세라믹(ceramic) 소재일 수 있으며, 세라믹 소재인 분리층(130)을 구비함으로써 절연성을 높일 수 있다.

제2 전극층(140)은 분리층(130)의 외측을 감싸는 형태로 구비된다. 즉, 제2 전극층(140)은 분리층(130)의 외측에 제2 전극 활물질을 코팅하고 건조함에 따라 형성된다.

여기서 제2 전극층(140)은 도 5에 도시된 바와 같이, 분리층(130)의 외측에 필름 형태로 형성될 수도 있고, 또는 제2 전극층(140')은 도 6에 도시된 바와 같이, 표면에 전극 활물질이 코팅되는 긴 와이어 형태의 금속 포일로 형성되어 분리층(130)에 와이딩(winding)되게 형성될 수도 있다.

즉, 제2 전극층(140)은 적용하는 장소 및 제품에 따라 필름형태 또는 와이어 형태로 마련될 수 있다.

절연층(150)은 외부로부터 이차전지를 보호하기 위한 것으로, 제2 전극층(140)의 외측을 감싸는 형태로 구비된다. 즉, 절연층(150)은 제2 전극층(140)의 외주면을 감싸는 형태로 구비되는 절연체(151)와, 절연체(151)를 감싸는 형태로 결합되는 튜브(152)를 포함한다.

여기서 제1 전극층은 음극이고, 제2 전극층은 양극이다. 물론 반대일 수도 있다.

한편, 관절부재(110)의 일단은 도 1을 참조하면, 제1 전극층(120)의 일단으로부터 외측으로 연장되면서 제1 전극탭(113)으로 사용될 수 있으며, 이에 별도의 제1 전극탭을 부착할 필요가 없어 작업의 효율성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 외주면에 수용홈이 형성된 플렉시블(flexible)한 관절부재(110)를 준비하는 단계(S10); 관절부재(110)의 수용홈에 전극활물질을 코팅하여 제1 전극층(120)을 제조하는 단계(S20); 제1 전극층(120)의 외주면에 세라믹 소재의 시트를 부착하여 분리층(130)을 제조하는 단계(S30); 분리층(130)의 외주면에 제2 전극층(140)을 코팅하는 단계(S40); 및 제2 전극층(140)의 외주면에 절연층(150)을 코팅하는 단계(S50)를 포함한다.

S10 단계는 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 알루미늄을 소재로 긴 바 형태의 기둥부(111)와 기둥부(111)의 길이방향으로 원판 형태의 격벽부(112)가 일체로 형성된 관절부재(110)를 제작한다.

S20 단계는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 이웃하는 격벽부(112) 사이의 수용홈(112a)에 위치한 기둥부(111)에 제1 전극활물질을 코팅하고 건조하여 제1 전극층(120)을 제조한다. 이때 제1 전극층(120)의 두께는 격벽부(112)의 외측과 동일한 높이를 가진다.

한편, S20단계에서 상기 전극 활물질은 상기 수용홈의 벽면으로부터 이격되게 코팅하면서 제1 전극층(120)과 수용홈(112a) 사이에 간극을 형성하며, 간극은 관절부재(110)가 굽혀질 경우 제1 전극층(120)과 격벽부(112)가 접촉되는 것을 방지한다.

S30 단계는 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 전극층(120)의 외측에 세라믹 소재의 시트를 부착하여 분리층(130)을 제조한다.

S40 단계는 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 분리층(130)의 외측에 제2 전극활물질을 코팅하고 건조하여 제2 전극층(140)을 제조한다.

한편, S40 단계에서 분리층(130)의 외측에 와이어 형태의 구리 포일에 제2 전극활물질을 코팅하는 단계와 상기 구리 포일을 상기 분리층의 외주면에 와이딩하는 단계를 수행할 수도 있다.(도 6 참조).

S50 단계는 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, 분리층(140)의 외주면에 절연층(150)을 형성하며, 절연층(150)은 절연성을 가지는 금속물질을 코팅하여 절연체(151)를 형성하는 단계와 절연체(151)의 외주면에 튜브(152)를 결합하는 단계를 포함한다.

따라서 본 발명에 따른 이차전지는 플렉시블한 관절부재를 포함함으로써 원하는 형태로 굽힐 수 있어 사용의 편의성을 얻을 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 관절부재
120: 제1 전극층
130: 분리층
140: 제2 전극층
150: 절연층

Claims (19)

1. 플렉시블(flexible)한 관절부재;
   상기 관절부재의 외측에 구비되는 제1전극층;
   상기 제1 전극층의 외측에 구비되는 분리층;
   상기 분리층의 외측에 구비되는 제2 전극층; 및
   상기 제2 전극층의 외측에 구비되는 절연층을 포함하며,
   상기 관절부재는, 플렉시블한 소재로 길게 마련되는 기둥부; 상기 기둥부에 길이 방향을 따라 이격되게 마련되는 복수 개의 격벽부;를 포함하고,
   이웃하는 격벽부 사이에 형성되는 수용홈에 상기 제1 전극층이 구비되며,
   상기 제1 전극층은 상기 수용홈의 일부에만 코팅되며, 상기 제1 전극층은 상기 격벽부로부터 이격되어 간극이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극층은 상기 관절부재의 외측을 감싸는 형태로 구비되고,
   상기 분리층은 상기 제1 전극층의 외측을 감싸는 형태로 구비되며,
   상기 제2 전극층은 상기 분리층의 외측을 감싸는 형태로 구비되고,
   상기 절연층은 상기 제2 전극층의 외측을 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수용홈은 상기 기둥부의 길이방향으로 적어도 2개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 간극에 마련되며 신축성과 전도성을 가지는 완충부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 기둥부는 원통형태를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리층은 상기 제1 전극층의 외측에 부착되는 세라믹(ceramic) 소재인 것을 특징으로 하는 이차전지.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극층은 상기 관절부재의 외측에 코팅되는 전극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극층은 상기 분리층의 외측에 코팅되는 전극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전극층은,
    표면에 전극 활물질이 코팅되는 긴 와이어 형태의 금속 포일이 상기 분리층의 주면에 와이딩(winding)되어 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 제2 전극층의 외주면을 감싸는 형태로 구비되는 절연체와, 상기 절연체를 감싸는 형태로 결합되는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 관절부재는 전도성을 가지는 금속으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 관절부재의 일단은 상기 제1 전극층으로부터 외측으로 연장되면서 제1 전극탭으로 사용되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
15. 외주면에 수용홈이 형성된 플렉시블(flexible)한 관절부재를 준비하는 단계(S10);
    상기 관절부재의 수용홈에 전극활물질을 코팅하여 제1 전극층을 제조하는 단계(S20);
    상기 제1 전극층의 외주면에 세라믹 소재의 시트를 부착하여 분리층을 제조하는 단계(S30);
    상기 분리층의 외주면에 제2 전극층을 코팅하는 단계(S40); 및
    상기 제2 전극층의 외주면에 절연층을 코팅하는 단계(S50)를 포함하며,
    상기 S20단계에서 상기 전극 활물질은 상기 수용홈의 벽면으로부터 이격되게 코팅하면서 상기 제1 전극층과 상기 수용홈 사이에 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 S40단계는 상기 분리층의 외주면에 전극활물질을 코팅하고 건조하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 S40단계는 와이어 형태의 구리 포일에 제2 전극활물질을 코팅하는 단계; 상기 구리 포일을 상기 분리층의 외주면에 와이딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
18. 청구항 15에 있어서,
    상기 S50단계는 상기 분리층의 외주면에 절연성을 가지는 금속물질을 코팅하여 절연체를 형성하는 단계; 상기 절연체의 외주면에 튜브를 결합하여 절연층을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
19. 삭제

Images