KR102519680B1 - Flexible fibrous battery and method of preparing same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)의 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극; 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막;을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극은 함께 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 것인 유연성 섬유형 전지에 관한 것이다. 본 발명의 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법은 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬인 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하고, 얇고, 기계적 강도가 우수한 유연성 섬유형 전지를 프리스탠딩하게 쉽게 제조할 수 있다.The present invention has a clockwise (S direction) or counterclockwise (Z direction) first twist (twisting), the positive electrode including a first conductive fiber and a positive electrode material coated on the first conductive fiber; a cathode having a second twist in the same direction as the direction of the first twist and including a second conductive fiber and a cathode material coated on the second conductive fiber; and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode further have a third twist together. Flexible fibrous battery and manufacturing method thereof of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode and a separator twisted in a clockwise direction (S direction) or counterclockwise direction (Z direction), and a thin flexible fibrous battery having excellent mechanical strength is free-standing. can be easily manufactured.

Description

유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법{FLEXIBLE FIBROUS BATTERY AND METHOD OF PREPARING SAME}Flexible fiber type battery and its manufacturing method {FLEXIBLE FIBROUS BATTERY AND METHOD OF PREPARING SAME}

본 발명은 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 꼬임 구조를 갖는 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible fibrous battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a flexible fibrous battery having a twisted structure and a manufacturing method thereof.

에너지 하베스팅(energy harvesting, 또는 에너지 수확 등으로도 지칭 가능함)은 소정의 방법으로 외부의 에너지를 수집하고 이를 전기 에너지로 변환하는 방법이나 기술을 의미한다. 또한 에너지 하베스터(energy harverster)는 이와 같은 에너지 하베스팅을 수행할 수 있는 전자 또는 기계 장치를 의미한다. 예를 들어, 에너지 하베스터는 태양 에너지나 인체의 운동에너지 등을 장치의 특성에 따라서 대응하는 전기 에너지로 변환하여 이용 또는 축적할 수 있다. Energy harvesting (also referred to as energy harvesting or energy harvesting) refers to a method or technology that collects external energy in a predetermined way and converts it into electrical energy. Also, an energy harvester refers to an electronic or mechanical device capable of performing such energy harvesting. For example, the energy harvester may convert solar energy or kinetic energy of the human body into electrical energy corresponding to the characteristics of the device, and then use or store the energy.

상기 에너지 하베스팅 기술은 화석 연료의 연소나 원자력 발전 등을 이용하지 않고도 에너지를 확보 가능하기 때문에 친환경 에너지 기술로 각광 받고 있다. 또한 근래에 다양한 물리 현상들을 이용하는 에너지 하베스팅 기술이 소개되고 있다. 예를 들어, 물체의 온도 차를 이용하여 전기 에너지를 획득(열전 효과)하는 기술, 압전 소자에 진동을 가하여 전기적 에너지를 획득(압전 효과)하는 기술, 태양열을 이용하여 전기적 에너지를 획득하는 기술 및/또는 마찰에 의해 정전기가 발생됨을 이용하여 전기적 에너지를 획득(마찰 전기 효과(Triboelectric effect))하는 기술 등이 소개되고 있다.The energy harvesting technology is in the limelight as an eco-friendly energy technology because it can secure energy without using fossil fuel combustion or nuclear power generation. In addition, recently, energy harvesting technology using various physical phenomena has been introduced. For example, technology for obtaining electrical energy using the temperature difference of an object (thermoelectric effect), technology for obtaining electrical energy by applying vibration to a piezoelectric element (piezoelectric effect), technology for obtaining electrical energy using solar heat, and [0003] A technique for acquiring electric energy (triboelectric effect) by using static electricity generated by friction has been introduced.

종래의 섬유형 배터리는 보통 양극과 음극을 평행하게 두고 제조하는 방법, 양극 또는 음극에 다른 전극을 감싸 제조하거나, 양극 또는 음극을 서로 꼬아 제조하는 방법, 양극 및 음극을 코어-쉘(core-shall) 구조로 제조하는 방법을 통해 제조되었다. 그러나 상기와 같은 방법은 쇼트가 발생하거나, 얇게 만들기 어려운 문제가 있었다.Conventional fiber-type batteries are usually manufactured by placing the positive electrode and negative electrode in parallel, manufacturing by wrapping another electrode around the positive electrode or negative electrode, or manufacturing by twisting the positive electrode or negative electrode with each other, and manufacturing the positive electrode and the negative electrode by core-shell. ) was manufactured through a method of manufacturing a structure. However, the method as described above has problems in that short circuits occur or it is difficult to make it thin.

대한민국 특허공개공보 제10-2018-0013549호Korean Patent Publication No. 10-2018-0013549 대한민국 특허공개공보 제10-2020-0024255호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0024255

본 발명의 목적은 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬인 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 일체형의 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an integrated flexible fiber-type battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator twisted in a clockwise direction (S direction) or counterclockwise direction (Z direction) and a manufacturing method thereof.

또한 본 발명의 목적은 쉽게 제조할 수 있고, 얇고, 기계적 강도가 우수한 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a flexible fiber type battery that can be easily manufactured, is thin and has excellent mechanical strength, and a manufacturing method thereof.

또한 본 발명의 목적은 포터블 산업 또는 웨어러블 산업에 활용 가능한 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a flexible fiber-type battery that can be used in the portable or wearable industry and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)의 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극; 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막;을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극은 함께 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 것인 유연성 섬유형 전지가 제공된다.According to one aspect of the present invention, it has a first twist in a clockwise direction (S direction) or counterclockwise direction (Z direction), and includes a first conductive fiber and a cathode material coated on the first conductive fiber. anode to do; a cathode having a second twist in the same direction as the direction of the first twist and including a second conductive fiber and a cathode material coated on the second conductive fiber; and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode further have a third twist together.

또한 상기 제3 꼬임이 제1 꼬임의 방향과 반대방향의 꼬임일 수 있다.Also, the third twist may be a twist in a direction opposite to that of the first twist.

또한 기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임을 가질 수 있다.Also, the group separation membrane may have a fourth twist in the same direction as the third twist.

또한 상기 분리막이 함께 꼬인 상기 양극 및 상기 음극의 전부 또는 일부를 둘러쌀 수 있다.In addition, the separator may surround all or part of the positive electrode and the negative electrode twisted together.

또한 상기 제1 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유가 각각 탄소나노튜브 얀일 수 있다.In addition, each of the first conductive fiber and the second conductive fiber may be a carbon nanotube yarn.

또한 상기 탄소나노튜브 얀이 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함할 수 있다.In addition, the carbon nanotube yarn may include carbon nanotubes, and the carbon nanotubes may include multi-wall carbon nanotubes (MWNTs).

또한 상기 양극물질이 아연, 망간, 리튬 및 소듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the positive electrode material may include at least one selected from the group consisting of zinc, manganese, lithium, and sodium.

또한 상기 음극물질이 은, 그라핀, 카본블랙 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the negative electrode material may include at least one selected from the group consisting of silver, graphene, carbon black, and carbon nanotubes.

또한 상기 분리막이 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the separator may include at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyurethane (PU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene oxide, polypropylene oxide, and combinations thereof.

또한 상기 유연성 섬유형 전지가 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해질을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the flexible fiber-type battery may further include an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

또한 상기 전해질이 겔 전해질일 수 있다.Also, the electrolyte may be a gel electrolyte.

또한 상기 겔 전해질이 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-co-HFP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the gel electrolyte is polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVdF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride- It may include at least one selected from the group consisting of hexafluoropropylene (PVdF-co-HFP) and combinations thereof.

또한 상기 유연성 섬유형 전지가 일체형(one-body type)일 수 있다.In addition, the flexible fiber type battery may be a one-body type.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 유연성 섬유형 전지를 포함하는 유연전자소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a flexible electronic device including the flexible fiber-type battery is provided.

또한 상기 유연전자소자가 웨어러블 전자소자 또는 포터블 전자소자를 포함할 수 있다.Also, the flexible electronic device may include a wearable electronic device or a portable electronic device.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 제1 전도성 시트 상에 양극물질을 코팅하는 단계; (b) 제2 전도성 시트 상에 음극물질을 코팅하는 단계; (c) 상기 양극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬아서, 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극을 제조하는 단계; (d) 상기 음극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향으로 꼬아서, 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 양극 및 음극의 상단을 각각 고정하고, 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 위치시키고, 상기 양극의 하단과 음극의 하단을 서로 묶고 상기 묶인 하단을 방치하여 상기 제1 꼬임의 일부와 상기 제2 꼬임의 일부를 상기 제1 꼬임의 방향과 반대방향으로 각각 풀리도록(releasing) 함으로써, 상기 양극 및 상기 음극이 함께 자발적으로 꼬인(self-twisting) 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 유연성 섬유형 전지를 제조하는 단계;를 포함하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) coating a cathode material on a first conductive sheet; (b) coating a negative electrode material on the second conductive sheet; (c) twisting the first conductive sheet coated with the cathode material in a clockwise (S direction) or counterclockwise direction (Z direction) to have a first twist, and to obtain a first conductive fiber and the first conductive sheet; Preparing a positive electrode comprising a positive electrode material coated on the fiber; (d) twisting the first conductive sheet coated with the negative electrode material in the same direction as the direction of the first twist, having a second twist, and coating the second conductive fiber and the second conductive fiber Preparing an anode comprising an anode material; and (e) fixing the upper ends of the positive electrode and the negative electrode, placing a separator between the positive electrode and the negative electrode, tying the lower ends of the positive electrode and the lower ends of the negative electrode together, and leaving the tied lower ends unattached to a part of the first twist By releasing a portion of the second twist in the direction opposite to the direction of the first twist, respectively, the positive electrode and the negative electrode have flexibility further having a third twist, self-twisting together. There is provided a method for manufacturing a flexible fiber-type battery comprising; manufacturing a fiber-type battery.

또한 단계 (e)에서 상기 방치가 상기 하단에 일정한 힘을 수직으로 아래 방향으로 주면서 방치하는 것일 수 있다.In addition, in step (e), the leaving may be to leave while giving a constant force to the lower end in a vertical downward direction.

또한 상기 제1 전도성 섬유 및 제2 전도성 섬유가 각각 탄소나노튜브 얀이고,In addition, each of the first conductive fiber and the second conductive fiber is a carbon nanotube yarn,

단계 (a) 전에, (a') 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.Before step (a), (a') drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest; may additionally include.

또한 상기 제3 꼬임이 제1 꼬임의 방향과 반대방향의 꼬임일 수 있다.Also, the third twist may be a twist in a direction opposite to that of the first twist.

또한 상기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임을 가질 수 있다.Also, the separator may have a fourth twist in the same direction as the third twist.

본 발명의 유연성 섬유형 전지 및 그의 제조방법은 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬인 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 일체형의 섬유형 전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.The flexible fiber-type battery and method for manufacturing the same of the present invention has an effect of manufacturing an integral fiber-type battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator twisted in a clockwise (S direction) or counterclockwise direction (Z direction).

또한 본 발명은 얇고, 기계적 강도가 우수한 유연성 섬유형 전지를 프리스탠딩하게 쉽게 제조할 수 있다.In addition, according to the present invention, a thin, flexible fiber-type battery having excellent mechanical strength can be easily manufactured in a free standing manner.

또한 본 발명은 포터블 산업 또는 웨어러블 산업에 활용 가능한 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that can be utilized in the portable industry or the wearable industry.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유연성 섬유형 전지의 제조방법을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 유연성 섬유형 전지의 모습을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 유연성 섬유형 전지의 용량에 따른 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 1에 따른 유연성 섬유형 전지의 기계적 물성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 1에 따른 유연성 섬유형 전지를 굽히거나 매듭으로 묶어 변형시킨 모습을 보여주는 사진이다.1 is a schematic diagram showing a manufacturing method of a flexible fiber type battery according to one embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the appearance of a flexible fiber-type battery according to another embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a change in voltage according to capacity of a flexible fiber-type battery according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing mechanical properties of the flexible fiber-type battery according to Example 1.
5 is a photograph showing a state in which the flexible fiber-type battery according to Example 1 is bent or tied into a knot and deformed.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Also, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에,” "다른 구성요소 상에 형성되어," "다른 구성요소 상에 위치하여," 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어, 위치하여 있거나 또는 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is referred to as “on another component,” “formed on another component,” “located on another component,” or “stacked on another component,” that It should be understood that although it may be directly attached to, positioned on, or stacked on the front surface or one surface of another component, other components may further exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하, 본 발명의 유연성 섬유형 전지에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the flexible fiber type battery of the present invention will be described.

본 발명은 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)의 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극; 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막;을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극은 함께 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 것인 유연성 섬유형 전지를 제공한다.The present invention has a clockwise (S direction) or counterclockwise (Z direction) first twist (twisting), the positive electrode including a first conductive fiber and a positive electrode material coated on the first conductive fiber; a cathode having a second twist in the same direction as the direction of the first twist and including a second conductive fiber and a cathode material coated on the second conductive fiber; and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode and the negative electrode further have a third twist together.

상기 제3 꼬임이 제1 꼬임의 방향과 반대방향의 꼬임일 수 있다.The third twist may be a twist in a direction opposite to that of the first twist.

상기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임을 가질 수 있다.The separator may have a fourth twist in the same direction as the third twist.

상기 분리막이 함께 꼬인 상기 양극 및 상기 음극의 전부 또는 일부를 둘러쌀 수 있다.The separator may surround all or part of the positive electrode and the negative electrode twisted together.

상기 제1 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유가 각각 탄소나노튜브 얀일 수 있다.Each of the first conductive fiber and the second conductive fiber may be a carbon nanotube yarn.

상기 탄소나노튜브 얀이 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함할 수 있다.The carbon nanotube yarn may include carbon nanotubes, and the carbon nanotubes may include multi-wall carbon nanotubes (MWNTs).

상기 양극물질이 아연, 망간, 리튬 및 소듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The positive electrode material may include at least one selected from the group consisting of zinc, manganese, lithium, and sodium.

상기 음극물질이 은, 그라핀, 카본블랙 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The anode material may include at least one selected from the group consisting of silver, graphene, carbon black, and carbon nanotubes.

상기 분리막이 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The separator may include at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyurethane (PU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene oxide, polypropylene oxide, and combinations thereof.

상기 양극 및 음극의 직경이 각각 10 내지 200μm일 수 있다. The diameters of the anode and cathode may be 10 to 200 μm, respectively.

상기 분리막의 두께가 20 내지 40μm일 수 있다. The separator may have a thickness of 20 to 40 μm.

상기 유연성 섬유형 전지가 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해질을 추가로 포함할 수 있다. The flexible fiber-type battery may further include an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.

상기 전해질이 겔 전해질일 수 있고, 상기 겔 전해질이 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-co-HFP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The electrolyte may be a gel electrolyte, and the gel electrolyte may be polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVdF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), or polypropylene oxide (PPO). ), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-co-HFP), and combinations thereof.

상기 유연성 섬유형 전지가 일체형(one-body type)일 수 있다.The flexible fiber type battery may be a one-body type.

상기 유연성 섬유형 전지의 직경이 200 내지 700μm일 수 있고, 바람직하게는 300 내지 500μm일 수 있다.The diameter of the flexible fiber-type battery may be 200 to 700 μm, preferably 300 to 500 μm.

또한 본 발명은 상기 유연성 섬유형 전지를 포함하는 유연전자소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a flexible electronic device including the flexible fiber-type battery.

상기 유연전자소자가 웨어러블 전자소자 또는 포터블 전자소자를 포함할 수 있다.The flexible electronic device may include a wearable electronic device or a portable electronic device.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유연성 섬유형 전지의 제조방법을 보여주는 모식도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 유연성 섬유형 전지의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.1 is a schematic diagram showing a manufacturing method of a flexible fiber type battery according to one embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to FIG. 1, a method for manufacturing a flexible fiber-type battery of the present invention will be described.

먼저, 제1 전도성 시트 상에 양극물질을 코팅한다 (단계 a).First, a cathode material is coated on the first conductive sheet (step a).

상기 제1 전도성 시트는 탄소나노튜브 시트일 수 있다.The first conductive sheet may be a carbon nanotube sheet.

단계 (a) 전에, (a') 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.Before step (a), (a') drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest; may additionally include.

다음으로, 제2 전도성 시트 상에 음극물질을 코팅한다(단계 b).Next, a negative electrode material is coated on the second conductive sheet (step b).

상기 제2 전도성 시트는 탄소나노튜브 시트일 수 있다The second conductive sheet may be a carbon nanotube sheet.

다음으로, 상기 양극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬아서, 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극을 제조한다 (단계 c).Next, the first conductive sheet coated with the cathode material is twisted clockwise (S direction) or counterclockwise (Z direction) to have a first twist, and the first conductive fiber and the first conductive sheet An anode including a cathode material coated on a fiber is prepared (step c).

상기 제1 전도성 섬유가 탄소나노튜브 얀일 수 있다.The first conductive fiber may be a carbon nanotube yarn.

상기 양극물질을 바깥 쪽으로 위치시키며, 시계 또는 반시계 방향으로 꼬아 양극을 제조할 수 있다.The positive electrode material may be placed outside and twisted in a clockwise or counterclockwise direction to form a positive electrode.

다음으로, 상기 음극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향으로 꼬아서, 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극을 제조한다 (단계 d).Next, the first conductive sheet coated with the negative electrode material is twisted in the same direction as the direction of the first twist to have a second twist, and the second conductive fiber and the second conductive fiber are coated on the second conductive fiber. An anode containing a cathode material is prepared (step d).

상기 제2 전도성 섬유가 탄소나노튜브 얀일 수 있다.The second conductive fiber may be a carbon nanotube yarn.

상기 음극물질을 바깥 쪽으로 위치시키며, 시계 또는 반시계 방향으로 꼬아 음극을 제조할 수 있다.A negative electrode may be prepared by placing the negative electrode material outward and twisting it in a clockwise or counterclockwise direction.

마지막으로, 상기 양극 및 음극의 상단을 각각 고정하고, 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 위치시키고, 상기 양극의 하단과 음극의 하단을 서로 묶고 상기 묶인 하단을 방치하여 상기 제1 꼬임의 일부와 상기 제2 꼬임의 일부를 상기 제1 꼬임의 방향과 반대방향으로 각각 풀리도록(releasing) 함으로써, 상기 양극 및 상기 음극이 함께 자발적으로 꼬인(self-twisting) 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 유연성 섬유형 전지를 제조한다(단계 e).Finally, the upper ends of the positive electrode and the negative electrode are fixed, respectively, a separator is placed between the positive electrode and the negative electrode, and the lower ends of the positive electrode and the lower ends of the negative electrode are tied to each other, and the tied lower ends are left unattended so that a part of the first twist and the A flexible fiber further having a third twist in which the anode and the cathode are self-twisting together by releasing a portion of the second twist in a direction opposite to the direction of the first twist, respectively. A type cell is prepared (step e).

단계 (e)에서 상기 방치가 상기 하단에 일정한 힘을 수직으로 아래 방향으로 주면서 방치하는 것일 수 있다.In step (e), the leaving may be to leave while giving a constant force to the lower end in a vertical downward direction.

상기 제3 꼬임이 제1 꼬임의 방향과 반대방향의 꼬임일 수 있다.The third twist may be a twist in a direction opposite to that of the first twist.

상기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임을 가질 수 있다.The separator may have a fourth twist in the same direction as the third twist.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예 1: 유연성 섬유형 전지의 제조Example 1: Preparation of flexible fiber type battery

먼저 다중벽 탄소나노튜브 포레스트(spinnable MWNT forest)부터 다중벽 탄소나노튜브 시트(MWNT sheet)를 뽑았다. 상기 다중벽 탄소나노튜브 시트 상에 아연 나노파티클(ZnNP)을 Biscrolling 방법으로 코팅하고, 상기 아연 나노파티클(ZnNP)을 바깥 쪽으로 위치시키며, 반시계 방향으로 꼬아 양극(직경: 100μm)을 제조했다. 이어서 다른 다중벽 탄소나노튜브 시트 상에 은 나노와이어(AgNW)를 Biscrolling 방법으로 코팅하고, 상기 은 나노와이어(AgNW)를 바깥 쪽으로 위치시키며, 반시계 방향으로 꼬아 음극(직경: 80μm)을 제조했다.First, a multi-walled carbon nanotube sheet (MWNT sheet) was extracted from a spinnable MWNT forest. Zinc nanoparticles (ZnNP) were coated on the multi-walled carbon nanotube sheet by a biscrolling method, and the zinc nanoparticles (ZnNP) were placed outside and twisted in a counterclockwise direction to prepare an anode (diameter: 100 μm). Subsequently, silver nanowires (AgNW) were coated on another multi-walled carbon nanotube sheet by the Biscrolling method, and the silver nanowires (AgNW) were placed outside and twisted in a counterclockwise direction to prepare a negative electrode (diameter: 80 μm). .

상기 양극 및 음극을 각각 고정하고, 상기 양극 및 음극의 사이에 세퍼레이터 PTFE(두께: 30μm)을 두고, 상기 양극 및 상기 음극의 하단을 서로 묶고, 방치하였다(releasing). 그로 인해 반시계 방향으로 꼬인 상기 양극 및 음극은 시계 방향으로 풀리면서 상기 세퍼레이터와 함께 꼬이게 된다. 최종적으로 양극, 음극 및 세퍼레이터를 포함하고, 직경이 약 500μm인 일체형 유연성 섬유형 전지가 제조하였고, 제조한 전지의 모습은 도 2를 통해 확인할 수 있다.The positive electrode and the negative electrode were respectively fixed, a separator PTFE (thickness: 30 μm) was placed between the positive electrode and the negative electrode, and the lower ends of the positive electrode and the negative electrode were tied together and released. Accordingly, the positive and negative electrodes twisted in a counterclockwise direction are twisted together with the separator while being unwound in a clockwise direction. Finally, an integrated flexible fiber-type battery having a diameter of about 500 μm and including a positive electrode, a negative electrode, and a separator was manufactured, and the appearance of the manufactured battery can be confirmed through FIG. 2 .

[시험예][Test Example]

시험예 1: 섬유형 전지의 성능 측정Test Example 1: Performance measurement of fiber type battery

도 3은 실시예 1에 따라 제조된 유연성 섬유형 전지의 용량에 따른 전압의 변화를 나타내는 그래프이다. 직경이 500μm인 섬유형 전지를 전해질 KOH 6M에 침지시켜 측정하였다. Figure 3 is a graph showing the change in voltage according to the capacity of the flexible fiber type battery manufactured according to Example 1. A fiber-type battery having a diameter of 500 μm was immersed in KOH 6M electrolyte and measured.

도 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 유연성 섬유형 전지의 전기화학적 거동을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 3 , the electrochemical behavior of the flexible fiber-type battery prepared in Example 1 could be confirmed.

시험예 2: 강도 및 유연성 분석Test Example 2: Analysis of strength and flexibility

도 4는 실시예 1에 따른 유연성 섬유형 전지의 기계적 물성을 보여주는 그래프이고, 도 5는 실시예 1에 따른 유연성 섬유형 전지를 굽히거나 매듭으로 묶어 변형시킨 모습을 보여주는 사진이다.4 is a graph showing the mechanical properties of the flexible fibrous battery according to Example 1, and FIG. 5 is a photograph showing a state in which the flexible fibrous battery according to Example 1 is bent or tied into a knot and deformed.

도 4 및 5를 참조하면, 실시예 1에 따른 유연성 섬유형 전지는 굽힘 및 매듭 변형에도 형태를 유지하는 것을 알 수 있었다. Referring to FIGS. 4 and 5 , it can be seen that the flexible fiber-type battery according to Example 1 maintains its shape even when bent and knotted.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 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 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.In the above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but those skilled in the art can add, change, delete or modify components within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes may be made to the present invention by addition or the like, which will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (20)

(a) 제1 전도성 시트 상에 양극물질을 코팅하는 단계;
(b) 제2 전도성 시트 상에 음극물질을 코팅하는 단계;
(c) 상기 양극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)으로 꼬아서, 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극을 제조하는 단계;
(d) 상기 음극물질이 코팅된 제1 전도성 시트를 상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향으로 꼬아서, 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극을 제조하는 단계; 및
(e) 상기 양극 및 음극의 상단을 각각 고정하고, 상기 양극과 음극 사이에 분리막을 위치시키고, 상기 양극의 하단과 음극의 하단을 서로 묶고 상기 묶인 하단을 방치하여 상기 제1 꼬임의 일부와 상기 제2 꼬임의 일부를 상기 제1 꼬임의 방향과 반대방향으로 각각 풀리도록(releasing) 함으로써, 상기 양극 및 상기 음극이 상기 분리막과 함께 자발적으로 꼬임(self-twisting)에 의해 제1 꼬임의 방향과 반대 방향의 제3 꼬임(twisting)을 더 갖는 유연성 섬유형 전지를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임(twisting)을 갖고, 함께 꼬인 상기 양극 및 상기 음극의 전부 또는 일부를 둘러싸는 것이고,
상기 유연성 섬유형 전지가 일체형(one-body type)인 것인, 유연성 섬유형 전지의 제조방법.(a) coating a cathode material on the first conductive sheet;
(b) coating a negative electrode material on the second conductive sheet;
(c) twisting the first conductive sheet coated with the cathode material in a clockwise (S direction) or counterclockwise direction (Z direction) to have a first twist, and to obtain a first conductive fiber and the first conductive sheet; Preparing a positive electrode comprising a positive electrode material coated on the fiber;
(d) twisting the first conductive sheet coated with the negative electrode material in the same direction as the direction of the first twist, having a second twist, and coating the second conductive fiber and the second conductive fiber Preparing an anode comprising an anode material; and
(e) fixing the upper ends of the positive electrode and the negative electrode, placing a separator between the positive electrode and the negative electrode, tying the lower ends of the positive electrode and the lower ends of the negative electrode to each other, and leaving the tied lower ends unattached to a part of the first twist and the By releasing a portion of the second twist in a direction opposite to the direction of the first twist, respectively, the positive electrode and the negative electrode are self-twisted together with the separator in the direction and direction of the first twist. Preparing a flexible fiber-type battery further having a third twist in the opposite direction; Including,
The separator has a fourth twist in the same direction as the third twist and surrounds all or part of the positive electrode and the negative electrode twisted together;
The method of manufacturing a flexible fiber-type battery that the flexible fiber-type battery is one-body type (one-body type). 제1항에 있어서,
상기 유연성 섬유형 전지가
시계방향(S 방향) 또는 반시계방향(Z 방향)의 제1 꼬임(twisting)을 갖고, 제1 전도성 섬유 및 상기 제1 전도성 섬유 상에 코팅된 양극물질을 포함하는 양극;
상기 제1 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제2 꼬임(twisting)을 갖고, 제2 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유 상에 코팅된 음극물질을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 분리막;을 포함하고,
상기 양극 및 상기 음극은 상기 분리막과 함께 제1 꼬임의 방향과 반대 방향의 제3 꼬임(twisting)을 더 갖고,
상기 분리막이 상기 제3 꼬임의 방향과 동일한 방향의 제4 꼬임(twisting)을 갖고, 함께 꼬인 상기 양극 및 상기 음극의 전부 도는 일부를 둘러싸는 것이고,
상기 유연성 섬유형 전지가 일체형(one-body type)인 것인, 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The flexible fiber type battery
an anode having a first twist in a clockwise (S direction) or counterclockwise direction (Z direction) and including a first conductive fiber and a cathode material coated on the first conductive fiber;
a cathode having a second twist in the same direction as the direction of the first twist and including a second conductive fiber and a cathode material coated on the second conductive fiber; and
Including; a separator positioned between the anode and the cathode,
The positive electrode and the negative electrode further have a third twist in a direction opposite to the direction of the first twist together with the separator,
The separator has a fourth twist in the same direction as the third twist and surrounds all or part of the anode and the cathode twisted together;
The method of manufacturing a flexible fiber-type battery, that the flexible fiber-type battery is one-body type (one-body type). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 섬유 및 상기 제2 전도성 섬유가 각각 탄소나노튜브 얀인 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a flexible fiber-type battery, characterized in that the first conductive fiber and the second conductive fiber are carbon nanotube yarns, respectively. 제6항에 있어서,
상기 탄소나노튜브 얀이 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 탄소나노튜브가 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWNT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 6,
The carbon nanotube yarn includes carbon nanotubes,
Method for producing a flexible fiber-type battery, characterized in that the carbon nanotubes include multi-wall carbon nanotubes (MWNT). 제1항에 있어서,
상기 양극물질이 아연, 망간, 리튬 및 소듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a flexible fiber-type battery, characterized in that the positive electrode material comprises at least one selected from the group consisting of zinc, manganese, lithium and sodium. 제1항에 있어서,
상기 음극물질이 은, 그라핀, 카본블랙 및 탄소나노튜브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The method of manufacturing a flexible fiber-type battery, characterized in that the negative electrode material comprises at least one selected from the group consisting of silver, graphene, carbon black and carbon nanotubes. 제1항에 있어서,
상기 분리막이 폴리비닐알콜(PVA), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
Characterized in that the separator comprises at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol (PVA), polyurethane (PU), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene oxide, polypropylene oxide, and combinations thereof Manufacturing method of flexible fiber type battery. 제1항에 있어서,
상기 유연성 섬유형 전지가
상기 양극과 상기 음극 사이에 전해질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The flexible fiber type battery
Method for producing a flexible fiber-type battery, characterized in that it further comprises an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode. 제11항에 있어서,
상기 전해질이 겔 전해질인 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 11,
Method for producing a flexible fiber-type battery, characterized in that the electrolyte is a gel electrolyte. 제12항에 있어서,
상기 겔 전해질이 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVdF-co-HFP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 12,
The gel electrolyte is polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVdF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride-hexa A method for producing a flexible fiber-type battery comprising at least one selected from the group consisting of fluoropropylene (PVdF-co-HFP) and combinations thereof. 삭제delete 제1항에 있어서,
단계 (e)에서 상기 방치가 상기 하단에 일정한 힘을 수직으로 아래 방향으로 주면서 방치하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
In step (e), the method of manufacturing a flexible fiber type battery, characterized in that the leaving while giving a constant force to the lower end in a vertical downward direction. 제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 섬유 및 제2 전도성 섬유가 각각 탄소나노튜브 얀이고,
단계 (a) 전에,
(a') 탄소나노튜브 포레스트(forest)로부터 탄소나노튜브 시트를 뽑는(drawing) 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 섬유형 전지의 제조방법.According to claim 1,
The first conductive fiber and the second conductive fiber are carbon nanotube yarns, respectively,
Before step (a),
(a') drawing a carbon nanotube sheet from a carbon nanotube forest; Method for producing a flexible fiber-type battery, characterized in that it further comprises. 제1항에 따른 유연성 섬유형 전지의 제조방법을 포함하는 유연전자소자의 제조방법.A method of manufacturing a flexible electronic device comprising the method of manufacturing a flexible fiber-type battery according to claim 1. 제17항에 있어서,
상기 유연전자소자가 웨어러블 전자소자 또는 포터블 전자소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연전자소자의 제조방법.According to claim 17,
The method of manufacturing a flexible electronic device, characterized in that the flexible electronic device comprises a wearable electronic device or a portable electronic device. 삭제delete 삭제delete
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