KR102059650B1 - 신호선 복합 케이블형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 길이방향으로 연장되고 속이 빈 구조를 가진 케이블형 이차전지; 상기 케이블형 이차전지의 내부에 삽입되어 케이블의 길이방향으로 연장된 신호선 유닛; 및 상기 케이블형 이차전지를 피복하는 케이블 시스;를 포함하는 신호선 복합 케이블형 이차전지를 개시한다.

Description

신호선 복합 케이블형 이차전지{SIGNAL LINE COMPOSITE CABLE TYPE SECONDARY BATTERY}
본 출원은 2016년 2월 5일에 출원된 한국특허출원 제10-2016-0015150호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 신호선 복합 케이블형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신호선과 케이블형 이차전지가 융합된 구조를 가진 신호선 복합 케이블형 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동전압이 높을 뿐만 아니라 우수한 보존 및 수명특성을 보이는 등 많은 장점이 있어 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 원통형 또는 각형의 케이스와, 전해질과 함께 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체를 포함한다. 여기서, 전극 조립체는 양극, 분리막(Separator) 및 음극이 적층된 것으로서, 통상적으로 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
또한, 근래에는 형태의 변형이 자유로와 다양한 분야에 적용이 가능한 케이블형 이차전지가 선보이고 있다. 케이블형 이차전지는 직경에 대해 길이의 비가 매우 큰 전지로서, 속이 빈 애노드층과, 상기 애노드층을 둘러싸는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터를 둘러싸는 캐소드층을 구비한다.
케이블형 이차전지에 관한 기술은 한국 공개특허공보 제2013-0040160호에 게재되어 있다.
한국 공개특허공보 제2013-0040160호는 전해질을 포함하는 리튬이온 공급 코어부와, 상기 리튬이온 공급 코어부의 외면을 둘러싸며 형성되며 내부전극 활물질이 외면에 코팅된 2 이상의 와이어형 집전체가 서로 나선형으로 꼬여진 나선전극을 포함하는 내부전극과, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전극의 단락을 방지하는 분리층과, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고 외부전극 활물질층과 외부집전체를 구비하는 외부전극을 포함하는 소정 형상의 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지를 개시하고 있다.
상기와 같은 케이블형 이차전지에 신호 전달 기능을 갖는 신호선을 융합할 경우 전원 공급과 신호 송수신을 통합적으로 수행할 수 있는 케이블을 구현할 수 있다. 이와 관련된 기술은 한국 공개특허공보 제2001-110244호에 게재되어 있다.
한국 공개특허공보 제2001-110244호는 가요성을 갖고 길이가 긴 이차전지체를 외장재 내에 구비하고 이차전지체에 인접하게 상기 외장재 내에 신호 케이블을 배치하여 일체화 한 구조를 가진 배터리 케이블을 개시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 케이블 구조는 케이블형 이차전지와 신호 케이블을 동일 외장재 내에 집합하는 작업이 어려워서 조립공정이 까다롭고 양산에 어려움이 많아 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 또한, 케이블형 이차전지의 외부에 소정 간격을 두고 신호 케이블이 배치되는 구조로 인해 케이블의 전체 외경이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 케이블형 이차전지 내부에 신호선이 집합되어 조립공정을 간소화할 수 있는 구조를 가진 케이블형 이차전지의 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 케이블형 이차전지 내부에 신호선을 배치하여 케이블의 외경 증가를 방지할 수 있는 구조를 가진 케이블형 이차전지의 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 길이방향으로 연장되고 속이 빈 구조를 가진 케이블형 이차전지; 상기 케이블형 이차전지의 내부에 삽입되어 케이블의 길이방향으로 연장된 신호선 유닛; 및 상기 케이블형 이차전지를 피복하는 케이블 시스;를 포함하는 신호선 복합 케이블형 이차전지를 제공한다.
상기 신호선 유닛은 광케이블로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광케이블로는 타이트 버퍼형 광케이블, 루즈튜브형 광케이블 또는 슬롯형 광케이블이 채용될 수 있다.
상기 신호선 유닛은 도체 케이블로 이루어질 수 있다.
상기 케이블형 이차전지는, 속이 빈 애노드층과, 상기 애노드층을 둘러싸는 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터를 둘러싸는 캐소드층을 구비할 수 있다.
상기 애노드층은 음극 활물질이 코팅된 구리 와이어가 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 캐소드층은 양극 활물질이 코팅된 도체 스트립이 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 케이블형 이차전지는 리튬 이차전지로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 신호선 복합 케이블형 이차전지의 조립공정을 간소화할 수 있다. 이에 따라, 용이하게 자동화 시스템을 구축하여 신호선 복합 케이블형 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 케이블형 이차전지의 내부 빈 공간을 활용하여 신호선 유닛을 융합함으로써 신호선 유닛의 설치를 위한 별도의 점유공간이 요구되지 않고 케이블 전체 외경의 증가를 방지할 수 있다.
셋째, 광케이블 또는 도체 케이블에 해당하는 신호선 유닛이 케이블의 중심에 배치되므로 신호 간섭이나 수분 등으로부터 광케이블 또는 도체 케이블을 효과적으로 보호할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지의 주요 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 부분 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에서 신호선 유닛으로 채용 가능한 광케이블의 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2에서 신호선 유닛으로 채용 가능한 도체 케이블의 구조를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지의 주요 구성을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 부분 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지는 길이방향으로 연장되고 속이 빈 구조를 가진 케이블형 이차전지(100)와, 케이블형 이차전지(100)의 빈 공간 내에 종입된 신호선 유닛(110,110')과, 케이블형 이차전지(100)를 피복하는 케이블 시스(104)를 포함한다.
케이블형 이차전지(100)는 길이방향으로 길게 연장되고, 속이 빈 애노드층(101)과, 애노드층(101)을 둘러싸는 세퍼레이터(102)와, 세퍼레이터(102)를 둘러싸는 캐소드층(103)을 구비한 리튬 이차전지이다. 여기서, 애노드층(101), 세퍼레이터(102) 및 캐소드층(103)은 케이블형 이차전지(100)의 길이방향을 따라 나선형으로 감겨서 형성된다. 이해의 편의를 위해 도 2에서는 각 층을 원형으로 단순화하여 도시하였다.
애노드층(101)은 음극 활물질(101b)이 코팅된 구리 와이어(101a)가 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성된다. 집전체의 역할을 하는 구리 와이어(101a)의 표면에 코팅되는 음극 활물질(101b)로는 통상의 리튬 이차전지용 음극 활물질이 채용될 수 있다.
세퍼레이터(102)는 리본 형태로 가공된 통상의 리튬 이차전지용 분리막 필름으로 이루어진다. 세퍼레이터(102)는 애노드층(101)의 외부에 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성된다.
캐소드층(103)은 양극 활물질(103b)이 코팅된 도체 스트립(103a)이 세퍼레이터(102)의 외부에 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성된다. 집전체의 역할을 하는 도체 스트립(103a)의 표면에 코팅되는 양극 활물질(103b)로는 통상의 리튬 이차전지용 음극 활물질이 채용될 수 있다.
신호선 유닛(110,110')은 케이블형 이차전지(100)의 애노드층(101) 내부에서 케이블의 길이방향으로 연장되도록 배치된다. 신호선 유닛(110,110')은 케이블형 이차전지(100)의 내부에서 케이블 이차전지가 연결되는 장치에서 발생하는 소정의 광신호 또는 전기신호를 전달한다. 설명의 편의상 도 1 및 도 2에서는 신호선 유닛(110,110')의 내부 구성에 대한 도시는 생략하였다.
도 3에 도시된 바와 같이 신호선 유닛(110)은 각각의 광섬유 심선(111)이 방수 가능한 타이트 버퍼(112)와 외부 코팅층(113) 등으로 감싸인 구조를 가진 타이트 버퍼형 광케이블로 이루어질 수 있다. 각각의 타이트 버퍼형 광케이블은 광케이블의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되어 실질적으로 스프링 형상으로 꼬여 있고, 서로 다른 타이트 버퍼형 광케이블들은 다시 신호선 유닛(110)의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되어 스프링 형상으로 상호 꼬여서, 전체적으로 이중 스파이럴 구조를 이루는 것이 바람직하다. 이러한 이중 스파이럴 형태의 연선 구조에 따르면, 신호선 유닛(110)이 플렉서블한 소재의 광섬유들로 이루어지더라도 전체적으로 충분한 강성이 확보되어 케이블형 이차전지(100)를 신호선 유닛(110)의 외부에 권취 방식으로 조립하는 제조공정에서 심재로 이용할 수 있는 현저한 효과가 있다. 즉, 이중 스파이럴 구조로 광섬유들이 꼬여 있는 신호선 유닛(110)을 권심으로 하여 애노드층(101), 세퍼레이터(102) 및 캐소드층(103)을 차례대로 케이블형 이차전지(100)의 길이방향을 따라 나선형으로 감는 공정의 작업효율을 극대화할 수 있다.
다수의 타이트 버퍼형 광섬유들은 이너 자켓(114), 금속 외장(115), 아우터 자켓(116)에 의해 차례대로 감싸인 구조를 가진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 신호선 유닛(110)은 루즈튜브형 광케이블로 이루어질 수 있다. 이 경우 신호선 유닛(110)은 광섬유 심선(119)이 수용된 루즈튜브(117)들이 중심인장선(120)을 중심으로 원형으로 배열되고, 루즈튜브(117) 내부에는 수분의 침투를 방지하기 위해 젤리(Jelly)(118)가 충전된 구조를 포함한다. 전술한 바와 마찬가지로, 루즈튜브형 광케이블은 케이블형 이차전지(100)의 효율적인 조립을 위해 전체적으로 이중 스파이럴 구조를 이루도록 연선되어 충분한 강성을 확보하는 것이 바람직하다.
다수의 루즈튜브(117)들은 바인더 테이프(121)로 감기고, 외부로 가면서 이너 자켓(122), 금속 외장(123), 아우터 자켓(124)이 차례대로 배치된 구조를 가진다.
도 5에 도시된 바와 같이 신호선 유닛(110)은 슬롯형 광케이블로 이루어질 수 있다. 이 경우 신호선 유닛(110)은 다심의 광섬유 심선이 리본형태로 접착되어 형성된 광섬유 리본(126)이 채널 구조체(125)의 슬롯(Slot) 속에 삽입된 구조를 포함한다. 전술한 바와 마찬가지로, 슬롯형 광케이블은 케이블형 이차전지(100)의 효율적인 조립을 위해 전체적으로 이중 스파이럴 구조를 이루도록 배치되어 충분한 강성을 확보하는 것이 바람직하다.
채널 구조체(125)의 중앙에는 중심인장선(127)이 배치된다. 또한, 채널 구조체(125)는 바인더 테이프(121)로 감기고, 외부로 가면서 이너 자켓(122), 금속 외장(123), 아우터 자켓(124)이 차례대로 배치된 구조를 가진다.
도 6에는 신호선 유닛(110')이 도체 케이블로 이루어진 실시예가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 신호선 유닛(110')은 도체심선(128)이 절연체(129)로 피복된 도선(130)을 포함한다. 또한, 바람직하게 도선(130)들은 복수개가 구비되어 바인더 테이프(131)로 감기고, 아우터 자켓(132)에 의해 감싸인 구조를 가진다.
신호선 유닛(110,110')에 구비된 아우터 자켓(116,124,132)은 케이블형 이차전지(100)의 애노드층(101)과 접촉 가능하므로 애노드층(101)에 도포된 음극 활물질층에 대한 손상을 최소화할 수 있는 표면 구조를 갖는 것이 바람직하다.
케이블 시스(104)는 케이블의 최외곽에 구비되어 패키징 기능을 제공하는 동시에 외부로부터 가해지는 물리적, 화학적 스트레스로부터 케이블형 이차전지(100)와 신호선 유닛(110,110')을 보호한다. 케이블 시스(104)는 예컨대, PVC 소재로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지는 소정의 권심에 애노드용 전극 와이어, 분리막 리본, 캐소드용 전극 스트립을 차례대로 나선형으로 연선하여 케이블형 이차전지(100)를 준비하고, 케이블형 이차전지(100)의 중심에 길이방향으로 연장되게 형성된 빈 공간에 신호선 유닛(110,110')을 삽입하는 공정 등을 거쳐서 제조된다.
케이블형 이차전지(100)는 애노드층(101) 및 캐소드층(103)에 연결되는 소정의 전자장치에 전원을 공급하는 용도로 사용된다.
신호선 유닛(110,110')은 광케이블 또는 도체 케이블로 이루어져서 상기 전자장치에서 발생하는 광신호나 전기신호를 케이블형 이차전지(100)의 길이방향을 따라 대상 기기로 전송한다.
따라서, 본 발명을 적용할 경우 실질적으로 하나의 케이블을 통해 전원 공급 기능과 신호의 송수신 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 신호선 복합 케이블형 이차전지는 광통신망과 이차전지가 융합된 UPS 등의 전력저장 시스템을 비롯하여, 이어폰과 같이 휴대용 전자장치에 연결되는 케이블형의 기기 등에 유용하게 적용 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 케이블형 이차전지 101: 애노드층
102: 세퍼레이터 103: 캐소드층
104: 케이블 시스 110,110': 신호선 유닛
111,119: 광섬유 심선 112: 타이트 버퍼
117: 루즈튜브 125: 채널 구조체
126: 광섬유 리본 130: 도선

Claims (8)

  1. 길이방향으로 연장되고 속이 빈 구조를 가진 케이블형 이차전지;
    상기 케이블형 이차전지의 내부에 삽입되어 케이블의 길이방향으로 연장된 신호선 유닛; 및
    상기 케이블형 이차전지를 피복하는 케이블 시스;를 포함하고,
    상기 신호선 유닛은 스프링 형상으로 상호 꼬여서, 이중 스파이럴 구조를 이루는 복수의 광 케이블들로 이루어지고,
    상기 광케이블들 각각은 타이트 버퍼형 광케이블, 루즈튜브형 광케이블 및 슬롯형 광케이블 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 신호선 복합 케이블형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 케이블형 이차전지는,
    속이 빈 애노드층과,
    상기 애노드층을 둘러싸는 세퍼레이터와,
    상기 세퍼레이터를 둘러싸는 캐소드층을 구비한 것을 특징으로 하는 신호선 복합 케이블형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 애노드층은 음극 활물질이 코팅된 구리 와이어가 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 신호선 복합 케이블형 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 캐소드층은 양극 활물질이 코팅된 도체 스트립이 나선형으로 감기면서 케이블의 길이방향으로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 신호선 복합 케이블형 이차전지.
  8. 제1항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블형 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 신호선 복합 케이블형 이차전지.
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