KR102125433B1 - 플렉서블 전지 및 플렉서블 전지를 생성하는 방법 - Google Patents
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Abstract
플렉서블 전지는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전극군, 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 연결되는 한 쌍의 전극 리드 및 전극군을 수용하는 하우징을 포함하고, 전극 리드는 전극군의 제 1 말단에서 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 접속되고, 제 1 전극은 제 1 집전체 및 제 1 집전체의 표면에 형성된 제 1 활물질 층을 포함하고, 제 2 전극은 제 2 집전체 및 제 2 집전체의 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하고, 제 1 활물질 층은 1 말단에서 제 2 활물질 층에 대해 제 1 비대면부를 가지고, 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 제 2 활물질 층에 대해 제 2 비대면부를 가지고, 제 1 비대면부의 최단 길이는 제 2 비대면부의 최단 길이의 이상일 수 있다.
Description
본 발명은 플렉서블 전지 및 플렉서블 전지를 생성하는 방법에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
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 플렉서블한 구현에 대한 요구도 동시에 증가되고 있다.
이러한, 플렉서블 환경에서는 반복적인 굽힘과 비틀림 등에 의해 외장재의 파손 및 내부 전극들의 오정렬, 이탈 등으로 인한 단락이 발생하여 발화 내지 폭발 위험성이 있을 수 있고, 전극의 에지 부분에서 리튬이 석출되는 문제가 발생한다.
본 발명은 플렉서블 전지를 구성하는 전극군의 양 말단에 위치한 제 1 비대면부의 최단 길이를 제 2 비대면부의 최단 길이 이상으로 설계함으로써 외력에 의한 플렉서블 전지 내의 리튬 석출 및 단락 문제를 사전에 방지하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 플렉서블 전지는 분리막을 사이에 두고 서로 상이한 극성을 가지는 제 1 전극 및 제 2 전극이 각각 하나 이상 포함된 전극군; 상기 제 1 전극 중 하나와 제 2 전극 중 하나에 각각 연결되는 한 쌍의 전극 리드; 및 상기 전극군을 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 한 쌍의 전극 리드는 상기 전극군 중 하나의 제 1 전극 및 제 2 전극과 제 1 말단에서 각각 접속되고, 상기 제 1 전극은 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체의 표면에 형성된 제 1 활물질 층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체의 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하고, 상기 제 1 활물질 층은 상기 1 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 1 비대면부를 가지고, 상기 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 상기 제 2 활물질 층 에 대해 제 2 비대면부를 가지고, 상기 제 1 비대면부의 최단 길이는 상기 제 2 비대면부의 최단 길이의 이상일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 플렉서블 전지를 생성하는 방법은 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하도록 전극군을 형성하는 단계; 상기 전극군의 제 1 말단에서 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 접속되도록 한 쌍의 전극 리드를 연결하는 단계; 및 상기 전극군을 하우징으로 수용하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전극은 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체의 표면에 형성된 제 1 활물질 층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체의 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하고, 상기 제 1 활물질 층은 상기 1 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 1 비대면부를 가지고, 상기 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 상기 제 2 활물질 층 에 대해 제 2 비대면부를 가지고, 상기 제 1 비대면부의 최단 길이는 상기 제 2 비대면부의 최단 길이의 이상일 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명은 플렉서블 전지의 양 말단에 위치한 제 1 비대면부의 최단 길이를 제 2 비대면부의 최단 길이 이상으로 설계함으로써 외력으로 인한 플렉서블 전지의 단락 문제를 사전에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 리드 연결용 탭 및 전극 병렬 연결용 탭이 동시에 구비된 전극의 형상과 적층 구조를 통해 전지의 유연성을 향상시킬 수 있고, 외력으로 인한 플렉서블 전지 내의 리튬 석출 및 내부 단락의 위험을 사전에 차단할 수 있으므로 전지 사용의 안전성까지 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지의 전극군을 나타낸 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지의 전극 분해도를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극군의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지의 생성 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지를 생성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지의 전극 분해도를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극군의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지의 생성 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지를 생성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 전극군의 각 말단에 위치한 비대면부 간 최단 길이의 설계를 통해 리튬 석출의 예방 및 전지 사용상의 안정성을 향상한 플렉서블 전지의 일 실시예를 설명한다.
플렉서블 전지는, 분리막(30)을 사이에 두고 상이한 극성을 갖는 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)이 예를 들어 3개 이상 포함된 전극군과, 전극군 중 하나의 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)에 각각 구비되는 한 쌍의 전극 리드 연결용 탭(14, 24) 및 전극군을 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(10)은 음극에 해당하고, 제 2 전극(20)은 양극에 해당할 수 있다.
플렉서블 전지는 전극 리드 연결용 탭(14, 24)을 통해 외부로 노출되는 전극 리드(16, 26)와 전기적으로 연결되는 구조를 가질 수 있다.
전극 리드 연결용 탭(14, 24)은 전극군의 제 1 말단(예를 들어, 도 1에서 좌측)에 위치하도록 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)에 각각 구비될 수 있다. 구체적으로, 전극군 중 하나의 제 1 전극(10)의 제 1 말단에 제 1 전극 리드 연결용 탭(14)이 구비되고, 제 2 전극(20)의 제 1 말단에 제 2 전극 리드 연결용 탭(24)이 구비될 수 있다.
전극 리드 연결용 탭(14, 24)을 포함하는 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)은 전극군 내에서 단수로 존재할 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극 리드 연결용 탭(14)이 구비된 단일 제 1 전극(10)은 플렉서블 전지의 전극군 최외곽에 배치되고, 제 2 전극 리드 연결용 탭(24)이 구비된 단일 제 2 전극(20)은 단일 제 1 전극의 내측에 일체적으로 대면하여 배치될 수 있다.
플렉서블 전지를 구성하는 전극군의 제 2 말단(예를 들어, 도 1에서 우측)에는 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 전극군 내의 제 1 전극(10)의 제 2 말단에 제 1 전극 병렬 연결용 탭(12)이 구비되고, 제 2 전극(20)의 제 2 말단에 제 2 전극 병렬 연결용 탭(22)이 구비될 수 있다. 전극 리드 연결용 탭(14, 24) 및 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)은 도 1 내지 도 3을 통해 예시된 것과 같이 위치할 수 있지만 이에 제한되는 것이 아니고, 기술적으로 허용 가능한 범위에서 변경이 가능하다.
전극군의 제 2 말단에 구비된 전극 병렬 연결용 탭들(12, 22)은 전극군을 구성하는 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20) 각각을 동일한 극끼리 연결할 수 있다. 예를 들면, 도 3을 참조하면, 하나 이상의 제 1 전극(10) 및 하나 이상의 제 2 전극(20)을 포함하는 전극군에서 각 제 1 전극(10)의 제 2 말단에 구비된 제 1 전극 병렬 연결용 탭(12)은 도 3의 도면부호 300과 같이, 복수의 제 1 전극(10)을 전기적으로 연결하고, 각 제 2 전극(20)의 제 2 말단에 구비된 제 2 전극 병렬 연결용 탭(22)은 도 3의 도면부호 302과 같이, 복수의 제 2 전극(20)을 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 복수의 제 1 전극(10)과 복수의 제 2 전극(20)은 각 전극과 연결된 전극 병렬 연결용 탭에 의해 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
상술한 전극군 중 어느 하나의 제 1 전극(10)과 어느 하나의 제 2 전극(20)에는 전극 리드 연결용 탭(14, 24) 및 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)이 양측에 이격 배치될 수 있다. 예를 들면, 플렉서블 전지의 전극군에서 어느 한쪽 최외곽에 배치된 제 1 전극(10) 및 제 1 전극(10)에 인접하여 대면하는 제 2 전극(20) 각각은 전극 리드 연결용 탭과 전극 병렬 연결용 탭을 모두 갖도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 플렉서블 전지의 전극군 중 어느 한쪽 최외곽에 배치된 제 1 전극(10)은 제 1 말단부에 제 1 전극 리드 연결용 탭(14)이 구비되고, 제 2 말단부에는 제 1 전극 병렬 연결용 탭(12)이 함께 구비될 수 있다. 또한, 최외곽에 배치된 제 1 전극(10)에 인접하여 대면하는 제 2 전극(20)은 제 1 말단에 제 2 전극 리드 연결용 탭(24)이 구비되고, 제 2 말단에는 제 2 전극 병렬 연결용 탭(22)이 함께 구비될 수 있다.
전극군은 제 1 말단에서 복수의 제 1 전극 및 제 2 전극들이 서로 비결합되어 있지만, 제 2 말단에서 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)에 의해 동일한 전극끼리 결합되어 있다. 즉, 전극군은 제 1 말단에서 같은 전극끼리 결합되지 않아서 비고정되어 있고, 제 2 말단에서 전극 병렬 연결용 탭에 의해 같은 전극끼리 결합됨으로써 고정되어 있다. 구체적으로, 전극군을 이루는 복수의 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)이 제 2 말단의 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)을 통해 연결되므로 전극군의 제 1 전극과 제 2전극은 제 2 말단에서 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)를 180도 접어서 전극군의 최외곽에 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 본원 발명의 플렉서블 전지가 외력에 의해 휘어지는 경우, 플렉서블 전지의 제 2 말단보다 제 1 말단에서 내부 전극들의 오정렬, 이탈 등의 문제들이 발생될 가능성이 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본원 발명은 플렉서블 전지의 제 1 말단에 위치하는 제 1 비대면부와 제 2 말단에 위치하는 제 2 비대면부의 상대적인 길이를 설계하는 방법은 제안하려고 한다.
도 4a 내지 4b 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전극군의 구조 및 플렉서블 전지의 생성 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 5를 함께 살펴보면, 제 1 전극(10)은 제 1 집전체(400) 및 제 1 집전체(400)의 표면에 형성된 제 1 활물질 층(402)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 활물질 층(402)은 리튬 이온에 관한 음극 활물질을 포함할 수 있고, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 섬유, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 음극 활물질로 종류가 한정되는 것은 아니다.
제 2 전극(20)은 제 2 집전체(408) 및 제 2 집전체(408)의 양측 표면에 형성된 제 2 활물질 층(406)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 활물질 층(406)은 리튬 이온에 관한 양극 활물질을 포함할 수 있고, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4, V2O5, V6O13 또는 LiNi1 -x-yCoxMyO2(0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다.
제 1 전극(10)은 제 1 전극 리드 연결용 탭(14) 및 제 1 전극 병렬 연결용 탭(12)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 집전체(400) 및 제 1 활물질 층(402)으로 구성된 제 1 전극(10)에서, 제 1 집전체(400) 중 제 1 활물질 층(402)이 도포되지 않는 부분을 제 1 말단에서 제 1 전극 리드 연결용 탭(14)으로 정의할 수 있으며, 제 2 말단에서 제 1 전극 병렬 연결용 탭(12)이라고 정의할 수 있다.
제 2 전극(20)은 제 2 전극 리드 연결용 탭(24) 및 제 2 전극 병렬 연결용 탭(22)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 2 집전체(408) 및 제 2 활물질 층(406)으로 구성된 제 2 전극(20)에서, 제 2 집전체(408) 중 제 2 활물질 층(406)이 도포되지 않는 부분을 제 1 말단에서 제 2 전극 리드 연결용 탭(24)으로 정의할 수 있으며, 제 2 말단에서 제 2 전극 병렬 연결용 탭(22)이라고 정의할 수 있다. 이 경우, 제 1 활물질 층(402)은 제 2 활물질 층(406)에 대해 인접하여 이격 배치될 수 있다.
즉, 전극 리드 연결용 탭과 전극 병렬 연결용 탭은 각 전극의 집전체의 일부분으로서 구비되어 있으며, 각 전극의 집전체에서 활물질이 도포되지 않은 영역을 의미할 수 있다.
플렉서블 전지는 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20) 및 이온 전달 매개체 역할을 하는 전해질을 포함하며, 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)을 물리적으로 이격시키는 분리막(30)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 전지가 제 1 전극(10), 제 2 전극(20) 및 분리막(30)을 하우징하는 외장재를 포함할 경우 플렉서블 전지의 생산 공정 과정에서 외장재 내에 전해질을 주입함으로써, 제 1 전극(10), 제 2 전극(20) 및 분리막(30) 각 사이에 전해질이 위치하도록 할 수 있다. 이 때, 분리막(30)은 전해질에 해당하는 전해액에 포함된 이온을 통화시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 제 1 활물질 층(402)의 두께(T(A))는 제 2 활물질 층(406)의 두께(T(C))보다 크도록 제작되거나, 제 1 활물질 층(402)의 면적은 인접하여 대면하는 제 2 활물질 층(406)의 면적보다 크도록 제작될 수 있다. 플렉서블 전지의 전극 두께는 집전체의 종류, 두께와 제 1 활물질 층(402)과 제 2 활물질 층(406)의 N/P 비율 설계에 의해 유동적으로 결정된다. 또한, 이러한 활물질 층의 두께는 활물질 및 도전재 등의 입자크기, 밀도, pH등의 재료 특성과 조성비에 따라 달라질 수 있다.
예를 들면, 제 1 전극(10)의 제 1 집전체(400)의 표면에 도포된 제 1 활물질 층(402)의 면적(또는 두께)은 인접하여 대면하는 제 2 전극(20)의 제 2 집전체(408)의 표면에 도포된 제 2 활물질 층(406)의 면적(또는 두께)보다 크게 제작될 수 있다.
이와 같이, 제 1 활물질 층(402)의 두께(T(A))(또는 면적)을 제 2 활물질 층(406)의 두께(T(C))(또는 면적)보다 크게 제작함으로써 제 1 전극(10)에서의 리튬 석출을 예방하고 전지의 사용 안정성을 높일 수 있다.
전극 리드 연결용 탭(14. 24)은 말단의 상면 또는 하면에서 전극 리드(16, 26)와 일부가 결합될 수 있다. 구체적으로, 전극 리드(16, 26)는 전극 리드 연결용 탭(14. 24)의 일부와 나란하게 배치한 상태에서, 전극 리드(16, 26)의 일부와 전극 리드 연결용 탭(14. 24)의 일부가 중첩되도록 용착될 수 있다.
제 1 전극(10)의 제 1 활물질 층(402)은 제 1 말단에서 제 2 활물질 층(406)에 대해 제 1 비대면부(410)를 가지고, 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 제 2 활물질 층(406)에 대해 제 2 비대면부(412)를 가질 수 있다. 여기서, 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A))는 제 2 비대면부(412)의 최단 길이 (L(B))의 이상이 되도록 제작될 수 있다.
한편, 기존의 플렉서블 전지의 경우, 외부에서 굽힘 및 비틀림 등의 외력이 반복적으로 가해진다. 이 때, 전극군의 내부보다는 상대적으로 외장재와 전극군 사이의 외부 공간에 노출된 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20)의 가장자리 간의 정렬이 어긋나기 쉽고, 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20)의 어긋남에 따라 리튬이 석출되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 리튬의 석출로 인해 플렉서블의 용량 및 효율이 저하되고, 결국에는 석출된 리튬의 성장으로 인해 분리막(30)이 손상되면서, 플렉서블 전지의 내부 단락이 일어남에 따라 전지의 안전성이 저하될 수 있다.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 외력이 가해지지 않은 (생성 초기) 상태에서 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A))를 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))의 이상이 되도록 설계함으로써 플렉서블 전지에 외력이 가해졌을 때, 전지 내의 구성 요소의 이탈 문제와 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20) 간 오정렬로 의한 단락 문제 및 리튬 석출의 문제를 사전에 방지할 수 있다. 특히, 본원 발명의 플렉서블 전지에서는 전극 병렬 연결용 탭(12, 22) 간의 결합 및 결합부의 180도 접힘에 의해 고정되어 있는 전극군의 제 2 말단보다, 비고정되어 있는 전극군의 제 1 말단에서 내부 전극들의 오정렬, 이탈 등에 따라 플렉서블 전지의 내부 물질이 석출될 가능성이 높다. 따라서, 본원 발명은 내부 물질이 석출되기 쉬운 제 1 말단에서의 제 1 비대면부(410)의 길이를 제 2 비대면부(412)의 길이 이상으로 설계하여 플렉서블 전지를 생성하려고 한다.
도 4b과 같이, 본원 발명의 플렉서블 전지가 외력에 의해 제 1 말단과 제 2 말단이 아래를 향하도록 휘어졌다고 가정하자, 이 경우, 플렉서블 전지의 제 2 말단에서는 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)에 의해 각 전극이 고정되어 있기 때문에, 플렉서블 전지가 굴곡되더라도 제 2 비대면부(412)의 길이 수축이 발생되지 않고 그대로 유지될 수 있다. 하지만, 플렉서블 전지의 제 1 비대면부(410)는 각 전극이 고정되어 있지 않기 때문에 플렉서블 전지를 굴곡시킴에 따라 제 1 비대면부(410)의 길이가 수축되게 된다. 그리고, 플렉서블 전지가 더욱 굴곡됨으로써 제 1 비대면부(410)가 점점 없어지고, 이에 따라 제 2 전극(20)의 제 2 활물질 층(406)이 외부로 노출됨으로써 리튬이 석출될 수 있다. 본원 발명은 이러한 문제를 예방하기 위해 제 1 말단에서의 제 1 비대면부(410)의 길이를 제 2 비대면부(412)의 길이 이상으로 설계할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A))가 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))보다 큰 경우, 플렉서블 전지의 전극군이 제 2 말단에서 전극 병렬 연결용 탭(12, 22)에 의해 고정되어 있기 때문에 플렉서블 전지가 휘어지더라도 제 2 말단에서의 내부 전극들의 오정렬, 이탈 등 쉽게 발생되지 않는다. 하지만, 이러한 문제들이 발생되기 쉬운 전극군의 제 1 말단은 기설정된 임계값 이상으로 설정된 제 1 비대면부(410)에 의해 제 1 말단에서의 제 2 전극(20) 또는 제 2 전극(20)의 제 2 활물질 층(406)이 제 1 전극(10)의 외측으로 노출되는 것을 막을 수 있게 된다. 예를 들어, 기설정된 임계값은 본원 발명의 플렉서블 전지가 굴곡됨에 따라 곡률반경에 의해 제 2 전극의 제 2 활물질 층이 제 1 전극의 제 1 활물질 층 외측으로 노출되지 않도록 하는 최소한의 임계 길이로서, 약 0.1mm 인 것을 의미할 수 있다. 이를 통해 리튬 석출을 사전에 예방하여 플렉서블 전지의 성능 및 안전성을 높일 수 있다.
즉, 도 4b와 같이, 플레서블 전지가 일정 곡률로 휘어지는 경우, 곡률중심으로부터 멀어질수록 제 1 비대면부(410)의 길이는 짧아지게 된다. 이를 고려하여 플렉서블 전지가 휘어짐에 따라 제 2 전극(20)이 제 1 전극(10)의 외측으로 노출되는 것을 방지하기 위해, 제 1 비대면부(410)가 짧아지더라도 제 1 비대면부(410)가 기설정된 임계값 이상이 남아있도록 설계할 수 있다.
상술된 예와 본 발명의 다른 실시예로, 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A))와 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))가 같은 경우, 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A)) 및 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))를 기설정된 길이값 이상으로 설계할 수 있다.
제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A)), 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B)) 및 이에 대한 기설정된 길이값과 관련하여, 제 1 활물질 층(402)은 전극군의 양 측면에서 제 2 활물질 층(406)에 대해 제 3 비대면부(미도시)를 가질 수 있다. 제 3 비대면부(미도시)는 전극군의 양 말단이 아닌 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20) 간 좌우 폭에 해당한 영역을 의미한다. 도 5를 참조하면, 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A)) 및 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))는 제 3 비대면부(미도시)의 최단 길이(d,d') 이상으로 설계할 수 있다. 즉, 기설정된 길이값은 제 3 비대면부(미도시)의 최단 길이(d,d')에 해당하는 값으로 설정/설계될 수 있다. 만약, 제 3 비대면부(미도시)의 최단 길이(d,d')가 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A)) 및 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))보다 크게 설계된다면, 해당 길이에 따른 면적만큼 플렉서블 전지의 용량에 있어서 손해를 보게 된다. 이에 따라, 본원 발명은 제 1 비대면부(410)의 최단 길이(L(A)) 및 제 2 비대면부(412)의 최단 길이(L(B))를 제 3 비대면부의 최단 길이(d,d') 이상으로 설계함으로써 플렉서블 전지의 용량 손실을 최소화할 수 있다. 한편, 플렉서블 전지의 제 1 전극(10)과 제 2 전극(20) 간 적층 시, 전극군의 양 측면에서의 제 3 비대면부의 최단 길이(d,d')는 서로 같거나 서로 다르게 설계될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플렉서블 전지를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 S601에서 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)을 포함하도록 전극군을 형성할 수 있다. 여기서, 제 1 전극(10)은 제 1 집전체(400) 및 제 1 집전체(400)의 표면에 형성된 제 1 활물질 층(402)을 포함하고, 제 2 전극(20)은 제 2 집전체(408) 및 제 2 집전체(408)의 표면에 형성된 제 2 활물질 층(406)을 포함할 수 있다. 제 1 활물질 층(402)은 제 1 말단에서 제 2 활물질 층(406)에 대해 제 1 비대면부(410)를 가지고, 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 제 2 활물질 층(406)에 대해 제 2 비대면부(412)를 가질 수 있다.
단계 S603에서 전극군의 제 1 말단에서 제 1 전극(10) 및 제 2 전극(20)에 각각 접속되도록 한 쌍의 전극 리드(16, 26)을 연결할 수 있다.
단계 S605에서 전극군을 하우징으로 수용할 수 있다.
도면에 기재되어 있지 않았지만, 본원 발명은 제 1 비대면부(410)의 최단 길이를 제 2 비대면부(412)의 최단 길이의 이상으로 설계하는 공정을 더 수행할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S601 내지 S605는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 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.
10: 제 1 전극
20: 제 2 전극
30: 분리막
14, 24: 전극 리드 연결용 탭
12, 22: 전극 병렬 연결용 탭
400: 제 1 집전체
402: 제 1 활물질 층
408: 제 2 집전체
20: 제 2 전극
30: 분리막
14, 24: 전극 리드 연결용 탭
12, 22: 전극 병렬 연결용 탭
400: 제 1 집전체
402: 제 1 활물질 층
408: 제 2 집전체
Claims (12)
- 플렉서블 전지로서,
제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전극군;
상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 각각 연결되는 전극 리드;
상기 전극군의 어느 하나의 말단이 고정되도록 상기 전극군을 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극 각각을 동일한 전극끼리 연결하는 전극 병렬 연결용 탭; 및
상기 전극군을 수용하는 하우징
을 포함하고,
상기 전극 리드는 상기 전극군의 제 1 말단에서 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 접속되고,
상기 제 1 전극은 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체의 표면에 형성된 제 1 활물질 층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체의 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하고,
상기 제 1 활물질 층은 상기 1 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 1 비대면부를 가지고, 상기 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 2 비대면부를 가지고,
상기 제 1 비대면부의 최단 길이는 상기 전극 병렬 연결용 탭에 의해 고정된 상기 제 2 말단에 위치하는 상기 제 2 비대면부의 최단 길이의 이상인 것인, 플렉서블 전지.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 전극군은 상기 제 1 말단에서 비고정되어 있고, 상기 제 2 말단에서 상기 전극 병렬 연결용 탭에 의해 고정되어 있는 것인, 플렉서블 전지.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 비대면부는 상기 플렉서블 전지가 휘어지는 경우 짧아지는 것인, 플렉서블 전지.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 비대면부는 상기 플렉서블 전지가 휘어짐으로써 짧아지더라도 기설정 임계값 이상이 남아있도록 설계되는 것인, 플렉서블 전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 활물질 층의 두께는 상기 제 2 활물질 층의 두께보다 큰 것인, 플렉서블 전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 활물질 층의 면적은 상기 제 2 활물질 층의 면적보다 큰 것인, 플렉서블 전지.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 비대면부의 최단 길이와 상기 제 2 비대면부의 최단 길이가 같은 경우, 상기 제 1 비대면부의 최단 길이 및 상기 제 2 비대면부의 최단 길이는 기설정된 길이값 이상인 것인, 플렉서블 전지.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 활물질 층은 상기 전극군의 양 측면에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 3 비대면부를 가지는 것인, 플렉서블 전지.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 비대면부의 최단 길이 및 상기 제 2 비대면부의 최단 길이는 상기 제 3 비대면부의 최단 길이 이상인 것인, 플렉서블 전지.
- 플렉서블 전지를 생성하는 방법에 있어서,
제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하도록 전극군을 형성하는 단계;
상기 전극군의 제 1 말단에서 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 각각 접속되도록 전극 리드를 연결하는 단계;
상기 전극군의 어느 하나의 말단이 고정되도록 전극 병렬 연결용 탭으로 상기 전극군을 구성하는 제 1 전극 및 제 2 전극 각각을 동일한 전극끼리 연결하는 단계; 및
상기 전극군을 하우징으로 수용하는 단계
를 포함하고,
상기 제 1 전극은 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체의 표면에 형성된 제 1 활물질 층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체의 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하고,
상기 제 1 활물질 층은 상기 1 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 1 비대면부를 가지고, 상기 제 1 말단의 반대편인 제 2 말단에서 상기 제 2 활물질 층에 대해 제 2 비대면부를 가지고,
상기 제 1 비대면부의 최단 길이를 상기 전극 병렬 연결용 탭에 의해 고정된 상기 제 2 말단에 위치하는 상기 제 2 비대면부의 최단 길이의 이상으로 설계하는 단계
를 더 포함하는 것인, 플렉서블 전지 생성 방법.
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