KR20120131779A - 유연한 배터리 및 그 제조방법 - Google Patents

유연한 배터리 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120131779A
KR20120131779A KR1020110050190A KR20110050190A KR20120131779A KR 20120131779 A KR20120131779 A KR 20120131779A KR 1020110050190 A KR1020110050190 A KR 1020110050190A KR 20110050190 A KR20110050190 A KR 20110050190A KR 20120131779 A KR20120131779 A KR 20120131779A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode layer
separator
electrode
exposed
pores
Prior art date
Application number
KR1020110050190A
Other languages
English (en)
Inventor
권문석
최재만
황승식
류광선
송민상
손정국
김명훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020110050190A priority Critical patent/KR20120131779A/ko
Publication of KR20120131779A publication Critical patent/KR20120131779A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/131—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by physical properties, e.g. gas-permeability or size
    • H01M50/136—Flexibility or foldability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

유연한 배터리 및 유연한 배터리 제조방법이 개시된다. 개시된 유연한 배터리는 내부기공이 형성되고 상기 내부기공 내에 전해질을 포함하는 분리막; 상기 분리막의 제1면 상에 형성되는 제1전극층; 및 상기 제1면과 다른 상기 분리막의 제2면 상에 형성되는 제2전극층;을 포함하고, 상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 제1면 및 제2면을 통해 상기 분리막의 내부로 유입되어 형성된다.

Description

유연한 배터리 및 그 제조방법{Flexible battery and method for fabricating them}
본 개시는 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연한 배터리 및 유연한 배터리 제조방법에 관한 것이다.
근래 전자 분야의 기술 발달로 휴대폰, 게임기, PMP(Portable Multimedia Player), MP3(MPEG Audio Layer-3) 플레이어뿐만 아니라, 스마트폰, 스마트 패드, 전자책, 시계형 전화, 신체에 부착하는 이동용 의료기기와 같은 각종 이동용 전자기기에 대한 시장이 크게 성장하고 있다. 위와 같은 이동용 전자기기에 대한 시장이 성장함에 따라, 이들 이동용 전자기기의 구동에 적합한 배터리에 대한 요구도 높아지고 있다.
특히, 휴대용 전자 기기의 사용상의 편의를 위해, 배터리의 유연함에 대한 요구는 점차 증대되어가고 있다. 또한, 이들 이동용 전자기기의 좁은 공간에 배터리를 쉽게 장입할 수 있도록 배터리의 유연함에 대한 요구도 점차 증대되어가고 있다.
유연함을 갖는 배터리를 제공한다.
유연한 배터리의 일 실시 예는 내부기공이 형성되고, 상기 내부기공 내에 전해질을 포함하는 분리막; 상기 분리막의 제1면 상에 형성되는 제1전극층; 및 상기 제1면과 다른 상기 분리막의 제2면 상에 형성되는 제2전극층;을 포함하고, 상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 제1면 및 제2면을 통해 상기 분리막의 내부로 유입되어 형성된다.
상기 분리막에는 상기 제1면으로 노출된 복수의 제1노출기공 및 상기 제2면으로 노출된 복수의 제2노출기공이 형성될 수 있다. 상기 제1전극층의 일부는 상기 제1노출기공의 내부로 유입되어 형성될 수 있다. 상기 제2전극층의 일부는 상기 제2노출기공의 내부로 유입되어 형성될 수 있다.
상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 상기 제1노출기공 및 제2노출기공의 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이까지 유입되어 형성될 수 있다.
상기 분리막과 제1전극층 사이의 결합강도와 상기 분리막과 제2전극층 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다.
상기 실시 예들에서, 상기 제1전극층 및 제2전극층은 각각 복수의 전극 패턴을 포함할 수 있다.
유연한 배터리 제조방법의 일 실시 예는 (ㄱ) 내부에 형성된 내부기공 내에 전해질을 포함하고, 제1면으로 노출된 복수의 제1노출기공 및 상기 제1면과 다른 제2면으로 노출된 복수의 제2노출기공이 형성된 분리막을 준비하는 단계; (ㄴ) 상기 제1면 상에 제1전극층을 인쇄하는 단계; 및 (ㄷ) 상기 제2면 상에 제2전극층을 인쇄하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층의 일부는 상기 제1노출기공의 내부로 유입되어 형성될 수 있다. 상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제2전극층의 일부는 상기 제2노출기공의 내부로 유입되어 형성될 수 있다.
상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층 및 제2전극층은 잉크젯 인쇄, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 리소그래피, 간헐코팅에서 선택된 일 공정에 의해 각각 제1면 및 제2면 상에 인쇄될 수 있다.
상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 상기 제1노출기공 및 제2노출기공의 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이까지 유입되어 형성될 수 있다.
상기 분리막과 제1전극층 사이의 결합강도와 상기 분리막과 제2전극층 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다.
또한, 유연한 배터리 제조방법에 대한 상기 실시 예들에서 상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 복수의 전극 패턴을 포함하도록 상기 제1전극층 및 제2전극층을 인쇄할 수 있다.
상술한 유연한 배터리의 실시 예들에 따르면, 배터리를 굽히는 등 물리적인 변형이 일어나도 마주보며 반응하는 전극간의 간격이 매우 일정하게 유지됨으로써 안정적인 전기화학 반응이 일어나며, 전극층의 박리 현상을 방지하는 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 유연한 배터리의 실시 예들에 따른 측면도,
도 3 및 도 4는 제1전극층 또는 제2전극층의 전극 패턴에 대한 예들을 도시한 도면,
도 5는 유연한 배터리의 제1전극집전체 또는 제2전극집전체에 대한 일 실시 예를 도시한 도면,
도 6 내지 도 8은 유연한 배터리 제조방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 유연한 배터리 및 그 제조방법의 실시 예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1 및 도 2는 유연한 배터리의 실시 예들에 따른 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 유연한 배터리는 분리막(11)을 사이에 두고, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)이 분리막(11)의 서로 다른 면에 형성된다. 제1전극층(12)은 배터리의 양극과 음극 중 어느 한 전극을 의미하며, 제2전극층(13)은 제1전극층(12)과 대응되는 나머지 전극을 의미한다.
분리막(11)의 서로 다른 두 면인 제1면(11-1) 및 제2면(11-2)에 각각 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)이 형성되어, 분리막(11), 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)은 일체형 몸체를 이룬다. 분리막(11), 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 일체형 몸체로 이루어진 유연한 배터리는 굽힘 응력이 가해질 경우, 제1전극층(12) 또는 제2전극층(13)에서 층간 박리가 일어날 가능성이 매우 낮아지게 된다. 또한, 배터리를 굽히는 등 물리적인 변형이 일어나도 마주보며 반응하는 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 간격이 매우 일정하게 유지됨으로써 안정적인 전기화학 반응이 일어난다. 따라서, 본 실시 예에 따른 유연한 배터리는 안정적인 유연성을 확보할 수 있다.
분리막(11)은 배터리의 사용 범위를 견딜 수 있는 조성이라면 폴리에틸렌(Poly Ethylen, PE), 폴리프로필렌(Poly Prophylene, PP) 등 올레핀계 수지의 미세 다공질 필름의 단일층 또는 복합층으로 형성될 수 있다.
분리막(11)은 평균 직경이 0.01 내지 1 ㎛인 내부기공(21)을 포함할 수 있다. 내부기공(21)의 평균 직경이 0.01 ㎛ 미만이면 배터리의 충전 및 방전시 양이온이 원할하게 이동할 수 없어 배터리의 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 내부기공(21)의 평균 직경이 1 ㎛를 초과하면 배터리의 양극과 음극이 접촉하여 단락이 일어날 문제점이 있다.
분리막(11)의 내부기공(21)에 의한 기공률은 20 내지 90 %일 수 있다. 기공률이 20 % 미만이면 배터리의 충전 및 방전시 양이온이 원할하게 이동할 수 없어 배터리의 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 기공률이 90 %를 초과하면 분리막(11)의 강도가 급속하게 저하되는 문제점이 있다.
분리막(11)은 전해질을 포함한다. 전해질은 용매에 전해질염을 혼합한 겔(gel) 상태로 분리막(11)의 내부기공(21)에 포함될 수 있다. 전해질염으로서 LiPF6, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiClO4 및 LiBF4 등의 각종 리튬 화합물이 이용될 수 있다. 용매로서 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC), 디메틸카보네이트(DiMethyl Carbonate, DMC), 디에틸카보네이트(DiEthyl Carbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(Methyl Ethyl Carbonate, MEC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate), 비닐렌카보네이트(vinylene carbonate), γ-부티롤락톤(Gamma-Butyrolactone), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate), 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran), 1,2-디메톡시에탄(1,2-DiMethoxy Ethane, DME), 1,3-디옥소란(1,3-Dioxolane), 디에틸에테르(diethyl ether)과 같은 고분자 물질들 중에서 단독 또는 조합이 이용될 수 있다. 분리막(11)의 두께는 10 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
제1전극층(12)은 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 형성된다. 제1면(11-1) 상에 형성된 제1전극층(12)에는 전극활성물질, 바인더 및 도전제가 포함될 수 있다.
제1전극층(12)이 양극인 경우, 전극활성물질로는 Co, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 원소를 하나 이상 함유하는 리튬 금속화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속화합물은 코발트산 리튬(LiCoO2), 니켈산 리튬(LiNiO2), 망간산 리튬(LiMnO2) 등이 사용될 수 있다. 이러한 리튬 금속화합물은 단독으로 이용될 수도 있고, 2종 이상이 병용되어 사용될 수도 있다.
제1전극층(12)이 음극인 경우, 전극활성물질로는 리튬을 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 리튬 금속이나 리튬 합금, 코크스, 인조 흑연, 천연 흑연, 유기 고분자 화합물 연소체, 탄소 섬유 등이 사용될 수 있다.
바인더는 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합강도를 증가시키기 위해 사용되며, 전극활성물질들이 서로 잘 부착되도록 사용된다. 바인더의 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도전제는 제1전극층(12)에 도전성을 부여하기 위해 사용되며, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 물질도 사용가능하다. 도전제의 예로는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.
제1전극층(12)의 두께는 1 내지 500 ㎛일 수 있다. 제1전극층(12)의 두께가 1 ㎛ 미만이면, 제1전극층(12)의 두께가 균일하게 형성되기 어렵다. 또한, 제1전극층(12)의 두께가 500 ㎛를 초과하면, 두꺼운 제1전극층(12)으로 인하여 내부저항이 증가하여 배터리 성능이 저하될 수 있다.
제2전극층(13)은 분리막(11)의 제2면(11-2) 상에 형성된다. 제2면(11-2) 상에 형성된 제2전극층(13)에는 전극활성물질, 바인더 및 도전제가 포함될 수 있다.
제1전극층(12)이 양극인 경우 제2전극층(13)은 음극으로 형성되고, 제1전극층(12)이 음극인 경우 제2전극층(13)은 양극으로 형성된다. 즉, 제2전극층(13)은 극성에 따라 제1전극층(12)과 관련하여 설명한 내용과 동일한 재료로 형성된다.
제2전극층(13)의 두께는 1 내지 500 ㎛일 수 있다. 제2전극층(13)의 두께가 1 ㎛ 미만이면, 제2전극층(13)의 두께가 균일하게 형성되기 어렵다. 또한, 제2전극층(13)의 두께가 500 ㎛를 초과하면, 두꺼운 제2전극층(13)으로 인하여 내부저항이 증가하여 배터리 성능이 저하될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 일부는 각각 제1면(11-1) 및 제2면(11-2)을 통해 분리막(11)의 내부로 유입되어 형성될 수 있다. 분리막(11) 내부로 유입되어 형성된 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 일부는 분리막(11) 내부를 붙잡는 고리와 같은 역할을 함으로써, 제1전극층(12)과 분리막(11) 또는 제2전극층(13)과 분리막(11)의 결합강도를 증가시킨다.
일 실시 예에 따르면, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 일부가 유입되는 분리막(11)의 내부는 각각 분리막(11)의 제1면(11-1) 및 제2면(11-2) 상에 형성된 표면 흠집 등의 표면 결함일 수 있다. 이러한 표면 결함은 분리막(11)의 형성 시 자연적으로 형성될 수 있다. 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)의 일부가 유입되어 형성되는 표면 결함의 깊이는 예를 들어 10 ㎚ 내지 30 ㎛가 될 수 있다.
분리막(11)과 제1전극층(12) 사이의 결합강도와 분리막(11)과 제2전극층(13) 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다. 결합강도가 1 N/m 미만이면 결합력이 충분하지 않아 배터리를 굽힐 때, 제1전극층(12)과 분리막(11) 또는 제2전극층(13)과 분리막(11) 사이의 경계면에서 박리가 일어날 수 있다. 또한, 결합강도가 100 N/m를 초과할 경우, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)에 포함된 전극활성물질의 양이 감소하여 전극 용량이 감소할 수 있다.
분리막(11)과 제1전극층(12) 사이의 결합강도를 측정하는 방법의 일 예를 설명하기로 한다. 먼저 접착성 테이프를 분리막(11) 상에 형성된 제1전극층(12)에 붙인다. 이후, 결합강도를 측정할 수 있는 계측기를 테이프의 일단에 연결하고, 계측기를 끌어올리면서 제1전극층(12)에 붙어있는 테이프를 떼어낸다. 이때, 계측기를 끌어올리는 힘을 단계적으로 증가시키면, 어느 시점부터는 제1전극층(12)이 테이프에 붙어서 분리막(11)으로부터 떨어지게 된다. 즉, 결합강도는 제1전극층(12)이 테이프에 붙어서 분리막(11)으로부터 떨어지는 시점에 계측기에 측정된 힘이 된다. 분리막(11)과 제2전극층(13) 사이의 결합강도도 상기와 같은 방법을 통해 측정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유연한 배터리의 일 실시 예에 따르면, 분리막(11)은 제1면(11-1) 및 제2면(11-2)으로 각각 노출된 제1노출기공(22) 및 제2노출기공(23)을 포함한다. 제1노출기공(22) 및 제2노출기공(23)은 분리막(11) 내부에 형성된 내부기공(21)의 일종으로, 제1면(11-1) 및 제2면(11-2)으로 각각 노출된 내부기공(21)이다. 제1노출기공(22) 및 제2노출기공(23)의 평균 직경은 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛일 수 있다. 또한, 복수의 노출기공이 인접하여 조대한 노출기공이 형성될 수 있으며, 조대한 노출기공의 크기(두께 또는 길이)는 30 ㎛ 이상으로 증가할 수 있다.
제1전극층(12)을 제1면(11-1) 상에 형성 시, 제1전극층(12)의 일부는 제1면(11-1)으로 노출된 제1노출기공(22)의 내부로 유입되어 형성될 수 있다. 즉, 제1전극층(12)의 일부는 제1면(11-1)으로 노출된 제1노출기공(22)을 통해 분리막(11) 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이(d1)까지 유입되어 형성될 수 있다. 제1노출기공(22) 내부로 유입되어 형성된 제1전극층(12)의 일부는 고리와 같은 역할을 함으로써, 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합 강도를 증가시킨다. 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다.
하기에서 도 7과 관련하여 설명하겠지만, 제1전극층(12)을 스퍼터링 공정 등을 통해 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 증착하는 경우, 증착되는 제1전극층(12)의 일부가 분리막(11)의 제1노출기공(22) 내부로 깊숙히 유입되기 어렵다. 또한, 제1전극층(12) 상에 분리막(11)을 형성하고, 분리막(11) 상에 제2전극층을 형성하는 순차적인 증착 방식의 경우에도, 분리막(11)의 내부로 제1전극층(12)의 일부가 유입되어 형성될 수 없다. 그러나, 인쇄공정을 통해 제1전극층(12)을 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 인쇄함으로써, 제1전극층(12)의 일부가 분리막(11)의 제1노출기공(22) 내부로 깊숙히 유입되고, 이로 인하여 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합강도가 증가한다.
또한, 제2전극층(13)을 제2면(11-2) 상에 형성 시, 제2전극층(13)의 일부는 제2면(11-2)으로 노출된 제2노출기공(23)의 내부로 유입되어 형성될 수 있다. 즉, 제2전극층(13)의 일부는 제2면(11-2)으로 노출된 제2노출기공(23)을 통해 분리막(11) 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이까지 유입되어 형성될 수 있다. 제2노출기공(23) 내부로 유입되어 형성된 제2전극층(13)의 일부는 고리와 같은 역할을 함으로써, 제2전극층(13)과 분리막(11) 사이의 결합 강도를 증가시킨다. 제2전극층(13)과 분리막(11) 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다.
도 3 및 도 4는 제1전극층(12) 또는 제2전극층(13)의 전극 패턴에 대한 예들을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)은 각각 복수의 전극 패턴을 포함할 수 있다. 제1면(11-1) 상에 형성된 복수의 전극 패턴 각각은 분리막(11)을 사이에 두고 제2면(11-2) 상에 형성된 복수의 전극 패턴들 각각에 대응될 수 있다. 서로 대응되는 제1면(11-1) 상의 전극 패턴 및 제2면(11-2) 상의 전극 패턴은 분리막(11)을 사이에 두고 각각 양극과 음극 또는 음극과 양극으로 작용함으로써 한 단위의 배터리가 될 수 있다.
유연한 배터리의 일 실시 예에 따르면, 제1전극층(12)의 형성 시 제1전극층(12)에 형성된 복수의 전극 패턴들은 서로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 또한, 제2전극층(13)의 형성 시 제2전극층(13)에 형성된 복수의 전극 패턴들도 서로 전기적으로 연결되도록 형성될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1전극층(12) 및 제2전극층(13)에 형성된 복수의 전극 패턴 각각은 다양한 형상의 단위 전극 패턴으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 단위 전극 패턴은 정사각형(도 5(a)), 정사각형의 일 대각선을 기준으로 분리된 두 개의 이등변 삼각형(도 5(b)), 정사각형의 두 대각선 기준으로 분리된 네 개의 이등변 삼각형(도 5(c)), 육각형(도 5(d))과 같은 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
도 5는 유연한 배터리의 제1전극집전체(14) 또는 제2전극집전체(15)에 대한 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 실시 예에 따르면, 제1전극집전체(14)가 제1전극층(12)의 두 면 중 분리막(11)의 제1면(11-1)과 결합된 면과 다른 면에 형성될 수 있다. 제1전극층(12)에 형성된 복수의 전극 패턴들은 제1전극집전체(14)에 의해 하나의 전극(양극 또는 음극)으로 작용할 수 있다. 또한, 제2전극집전체(15)가 제2전극층(13)의 두 면 중 분리막(11)의 제2면(11-2)과 결합된 면과 다른 면에 형성될 수 있다. 제2전극층(13)에 형성된 복수의 전극 패턴들은 제2전극집전체(15)에 의해 하나의 전극(제1전극집전체(14)의 극성과 다른 극성)으로 작용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1전극패드(16)가 제1전극집전체(14)의 두 면 중 제1전극층(12)과 결합된 면과 다른 면에 형성될 수 있다. 또한, 제2전극패드(17)가 제2전극집전체(15)의 두 면 중 제2전극층(13)과 결합된 면과 다른 면에 형성될 수 있다. 제1전극집전체(14) 및 제2전극집전체(15)가 각각 제1전극패드(16) 및 제2전극패드(17)와 전기적으로 연결됨으로써, 유연한 배터리 외부로의 전력공급이 이루어진다.
도 6 내지 도 8은 유연한 배터리 제조방법에 대한 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전해질을 포함하는 분리막(11)을 준비한다. 분리막(11) 내부에는 내부기공(21)이 형성되고, 전해질은 겔상태로 내부기공(21) 내에 포함될 수 있다. 내부기공(21) 중 일부는 분리막(11)의 제1면(11-1) 및 제2면(11-2)으로 노출되고, 제1면(11-1)으로 노출된 내부기공(21)을 제1노출기공(22)이라 하며, 제2면(11-2)으로 노출된 내부기공(21)을 제2노출기공(23)이라 한다.
도 7에서는 도 6을 통해 준비된 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 제1전극층(12)을 인쇄한다. 제1전극층(12)을 인쇄하기 위하여, 먼저 상술한 바와 같은 전극활성물질, 도전제 및 바인더를 용매와 혼합하여 제1전극층 조성물을 준비한다. 제1면(11-1) 상에 제1전극층 조성물을 인쇄하는 인쇄공정에는 잉크젯 인쇄, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 리소그래피, 간헐코팅에서 선택된 일 공정이 사용될 수 있다. 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤, 물 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극층(12)의 인쇄 시, 도 3 및 도 4에 따른 복수의 전극패턴(31)을 형성할 수 있는 마스크를 이용하여 복수의 전극패턴(31)을 포함하는 방식으로 제1전극층(12)을 인쇄할 수 있다. 제1면(11-1) 상에 인쇄된 제1전극층 조성물 중 용매는 기화되어 제거되며, 전극활성물질 및 도전제가 바인더에 의해 제1면(11-1) 상에 결합되어 형성된다.
분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 제1전극층(12)을 직접 인쇄함으로써, 제1전극층(12)의 일부가 제1면(11-1)으로 노출된 제1노출기공(22)을 통해 분리막(11)의 내부로 유입되도록 인쇄할 수 있다. 제1전극층(12)을 스퍼터링 공정 등을 통해 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 증착하는 경우, 증착되는 제1전극층(12)의 일부가 분리막(11)의 제1노출기공(22) 내부로 깊숙히 유입되기 어렵다. 또한, 제1전극층(12) 상에 분리막(11)을 형성하고, 분리막(11) 상에 제2전극층을 형성하는 순차적인 증착 방식의 경우에도, 분리막(11)의 내부로 제1전극층(12)의 일부가 유입되어 형성될 수 없다. 그러나, 인쇄공정을 통해 제1전극층(12)을 분리막(11)의 제1면(11-1) 상에 인쇄함으로써, 제1전극층(12)의 일부가 분리막(11)의 제1노출기공(22) 내부로 깊숙히 유입되고, 이로 인하여 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합강도가 증가한다.
제1전극층(12)의 일부가 표면 결함 또는 노출기공을 통해 분리막(11)의 내부로 유입되는 깊이는 10 ㎚ 내지 30 ㎛일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 분리막(11) 내부로 유입되어 인쇄된 제1전극층(12)의 일부를 통해, 제1전극층(12)과 분리막(11)은 견고하게 결합한다. 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다. 이러한 결합 강도를 유지함으로써, 유연한 배터리를 굽히는 경우에도 제1전극층(12)과 분리막(11) 사이에서 박리에 의한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 8에서는 도 7을 통해 제1전극층(12)이 형성된 분리막(11)의 제2면(11-2) 상에 제2전극층(13)을 인쇄한다. 제2전극층(13)을 인쇄하기 위하여, 먼저 상술한 바와 같은 전극활성물질, 도전제 및 바인더를 용매와 혼합하여 제2전극층 조성물을 준비한다. 이후 제1전극층 조성물을 인쇄하는 공정과 동일하게 제2면(11-2) 상에 제2전극층 조성물을 인쇄한다.
제2전극층(13) 또한 분리막(11)의 제2면(11-2) 상에 직접 인쇄함으로써, 제2전극층(13)의 일부는 제2면(11-2)으로 노출된 노출기공을 통해 분리막(11)의 내부로 유입되어 인쇄될 수 있다. 제2전극층(13)의 일부가 표면 결함 또는 노출기공을 통해 분리막(11)의 내부로 유입되는 깊이는 10 ㎚ 내지 30 ㎛일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 제2전극층(13)과 분리막(11) 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m일 수 있다.
유연한 배터리 제조방법의 일 실시 예에 따르면, 인쇄된 제1전극층(12) 및 제2전극층(13) 상에 각각 제1전극집전체(14) 및 제2전극집전체(15)를 형성할 수 있다. 제1전극집전체(14) 및 제2전극집전체(15)는 열압착 공정, 바인더를 이용한 공정 또는 직접 프린팅에 의한 공정에 의해 제1전극층(12) 및 제2전극층(13) 상에 각각 형성될 수 있다. 제1전극층(12)에 형성된 복수의 전극패턴(31)들은 제1전극집전체(14)에 의해 하나의 전극(양극 또는 음극)으로 작용할 수 있다. 또한, 제2전극층(13)에 형성된 복수의 전극 패턴들은 제2전극집전체(15)에 의해 하나의 전극(제1전극집전체(14)의 극성과 다른 극성)으로 작용할 수 있다.
또한, 제1전극패드(16)를 제1전극집전체(14)의 두 면 중 제1전극층(12)과 결합된 면과 다른 면에 형성하고, 제2전극패드(17)를 제2전극집전체(15)의 두 면 중 제2전극층(13)과 결합된 면과 다른 면에 형성할 수 있다. 제1전극집전체(14) 및 제2전극집전체(15)가 각각 제1전극패드(16) 및 제2전극패드(17)와 전기적으로 연결됨으로써, 유연한 배터리 외부로의 전력공급이 이루어진다.
상술한 유연한 배터리는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
11: 분리막 11-1: 제1면 11-2: 제2면
12: 제1전극층 13: 제2전극층 21: 내부기공
22: 제1노출기공 23: 제2노출기공 31: 전극 패턴
14: 제1전극집전체 15: 제2전극집전체 16: 제1전극패드
17: 제2전극패드

Claims (10)

  1. 내부기공이 형성되고, 상기 내부기공 내에 전해질을 포함하는 분리막;
    상기 분리막의 제1면 상에 형성되는 제1전극층; 및
    상기 제1면과 다른 상기 분리막의 제2면 상에 형성되는 제2전극층;을 포함하고,
    상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 제1면 및 제2면을 통해 상기 분리막의 내부로 유입되어 형성되는 유연한 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리막에는 상기 제1면으로 노출된 복수의 제1노출기공 및 상기 제2면으로 노출된 복수의 제2노출기공이 형성되고, 상기 제1전극층의 일부는 상기 제1노출기공의 내부로 유입되어 형성되며, 상기 제2전극층의 일부는 상기 제2노출기공의 내부로 유입되어 형성되는 유연한 배터리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 상기 제1노출기공 및 제2노출기공의 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이까지 유입되어 형성되는 유연한 배터리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리막과 제1전극층 사이의 결합강도와 상기 분리막과 제2전극층 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m인 유연한 배터리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극층 및 제2전극층은 각각 복수의 전극 패턴을 포함하는 유연한 배터리.
  6. (ㄱ) 내부에 형성된 내부기공 내에 전해질을 포함하고, 제1면으로 노출된 복수의 제1노출기공 및 상기 제1면과 다른 제2면으로 노출된 복수의 제2노출기공이 형성된 분리막을 준비하는 단계;
    (ㄴ) 상기 제1면 상에 제1전극층을 인쇄하는 단계; 및
    (ㄷ) 상기 제2면 상에 제2전극층을 인쇄하는 단계;를 포함하고,
    상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층의 일부는 상기 제1노출기공의 내부로 유입되어 형성되고, 상기 제2전극층의 일부는 상기 제2노출기공의 내부로 유입되어 형성되는 유연한 배터리 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층 및 제2전극층은 잉크젯 인쇄, 디스펜싱, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄, 리소그래피, 간헐코팅에서 선택된 일 공정에 의해 각각 제1면 및 제2면 상에 인쇄되는 유연한 배터리 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 상기 제1전극층의 일부 및 제2전극층의 일부는 각각 상기 제1노출기공 및 제2노출기공의 내부로 10 ㎚ 내지 30 ㎛ 깊이까지 유입되어 형성되는 유연한 배터리 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 분리막과 제1전극층 사이의 결합강도와 상기 분리막과 제2전극층 사이의 결합강도는 1 N/m 내지 100 N/m인 유연한 배터리 제조방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (ㄴ) 및 (ㄷ) 단계에서, 복수의 전극 패턴을 포함하도록 상기 제1전극층 및 제2전극층을 인쇄하는 유연한 배터리 제조방법.
KR1020110050190A 2011-05-26 2011-05-26 유연한 배터리 및 그 제조방법 KR20120131779A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110050190A KR20120131779A (ko) 2011-05-26 2011-05-26 유연한 배터리 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110050190A KR20120131779A (ko) 2011-05-26 2011-05-26 유연한 배터리 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120131779A true KR20120131779A (ko) 2012-12-05

Family

ID=47515538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110050190A KR20120131779A (ko) 2011-05-26 2011-05-26 유연한 배터리 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120131779A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015102442A1 (ko) * 2014-01-06 2015-07-09 주식회사 엘지화학 플렉서블 전지셀
WO2018016855A1 (ko) 2016-07-18 2018-01-25 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 집전체 및 전극의 제조 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015102442A1 (ko) * 2014-01-06 2015-07-09 주식회사 엘지화학 플렉서블 전지셀
US10276887B2 (en) 2014-01-06 2019-04-30 Lg Chem, Ltd. Flexible battery cell
WO2018016855A1 (ko) 2016-07-18 2018-01-25 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 집전체 및 전극의 제조 방법
US10910629B2 (en) 2016-07-18 2021-02-02 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing electrode and current collector for electrochemical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204375848U (zh) 二次电池用电极以及包含其的二次电池和线缆型二次电池
KR101004184B1 (ko) 2차 전지 및 그 제조 방법
KR102490865B1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 전지
JP6903260B2 (ja) リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池
KR20170047660A (ko) 복합 음극 활물질, 상기 복합 음극 활물질을 포함하는 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지
KR102362887B1 (ko) 리튬이차전지용 음극의 전리튬화 방법 및 이에 사용되는 리튬 메탈 적층체
CN110476275A (zh) 预锂化设备、生产负极电极单元的方法和负极电极单元
JP3980505B2 (ja) 薄型リチウムイオン二次電池
KR102557725B1 (ko) 복합 음극 활물질, 상기 복합 음극 활물질을 포함하는 음극 및 상기 음극을 포함하는 리튬 이차전지
JP3471238B2 (ja) 非水電解液二次電池の製造方法
JP2006260904A (ja) 巻回型電池およびその製造方法
JP4988169B2 (ja) リチウム二次電池
JP6995738B2 (ja) リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池
US20240120498A1 (en) Electrode assembly and lithium battery comprising same
JP2002117851A (ja) 炭素材料、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
US10468663B2 (en) Electrode with porous binder coating layer, method for manufacturing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20160036577A (ko) 리튬 2 차 전지 및 리튬 2 차 전지용 전해액
JP2019175657A (ja) リチウムイオン二次電池。
US20210234195A1 (en) Lithium secondary battery employing gel-type polymer electrolyte and manufacturing method therefor
CN105359301B (zh) 非水电解质二次电池用正极以及非水电解质二次电池
KR20210120686A (ko) 음극의 제조방법
KR20120131779A (ko) 유연한 배터리 및 그 제조방법
KR20210034985A (ko) 이차전지의 제조방법
JP2017134923A (ja) リチウム二次電池用負極、リチウム二次電池およびそれらの製造方法
US10431813B2 (en) Carbon-silicon composite structure and method of preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment