KR20140006573A - Manufacturing methods of flexible transparent battery - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing a secondary battery having flexibility and transparency. Provided is a transparent secondary battery, charging and discharging by movements of ions between substrates which face each other. The secondary battery comprises: a transparent glass membrane positioned between the substrates which face each other; and an active material deposited on a side of the transparent glass membrane. According to the present invention specification, by using the glass membrane which has high transparency and aperture ratio, a transparent battery structure can be realized and simple and cheap work processes can be applied.

Description

유연성 투명 전지의 제조 방법{Manufacturing Methods of Flexible Transparent Battery}Manufacturing Method of Flexible Transparent Battery

본 발명은 유연성 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연성 및 투광성을 갖는 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a flexible battery module, and more particularly, to a method for manufacturing a secondary battery having flexibility and light transmittance.

박막 전지는 전지의 구성 요소들을 박막형태의 기판 상에 얇게 구현한 전지를 말한다. 박막 전지는 0.15 mm 이하의 매우 작은 두께에 양극, 전해질 및 음극의 구현이 가능하므로, 박형 전자기기의 전원으로 사용되기에 적합하다. The thin film battery refers to a battery in which components of the battery are thinly implemented on a thin film substrate. The thin film battery can be implemented as a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode at a very small thickness of 0.15 mm or less, and thus is suitable for use as a power source for thin electronic devices.

일례로, 종래의 박막 전지는 기판 상에 양극으로 주로 리튬 금속 산화물, 음극으로 리튬, 전해질로 이온 전도성 무기 박막을 사용하여 박형으로 구현된다. For example, a conventional thin film battery is implemented in a thin form using an ion conductive inorganic thin film as a positive electrode on the substrate, mainly lithium metal oxide, a negative electrode as lithium, an electrolyte.

특히 전자 종이와 같은 유연성 박형 디스플레이 장치로의 채용을 위해 종래의 박막 전지는 유연성과 투명성이 요구된다 할 것이다.In particular, in order to employ a flexible thin display device such as an electronic paper, a conventional thin film battery will require flexibility and transparency.

그러나, 종래 대부분의 박막 전지는 전지의 구성 요소 중 전극 등이 갖는 불투광성 때문에 투광성을 확보하지 못하고 있다. However, most of the conventional thin film batteries do not secure light transmittance due to the opacity of the electrode or the like among the battery components.

최근, 양(Y. Yang) 등은 박막 전극을 대신하여 그리드 형상의 전극을 사용하여 투광성 박막 전지를 제조할 수 있음을 보고한 바 있다(Y. Yang et. al, "Transparent lithium-ion Batteries", PNAS, doi/10.1073/pnas.1102873108 (2011)). 이 방법은 그리드 형상의 전극 구조를 채용하고 있는데, 구체적으로 상기 전극 구조는 표면에 그리드 형상을 갖는 실리콘 몰드를 사용하여 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기판 표면에 상기 패턴을 전사한 후, 상기 패턴 상에 Au를 증착하고 전극 슬러리를 도포한 후 기판 상의 Au 층을 벗겨냄으로써 제조된다. 이와 같이 제조된 그리드 구조의 전극은 기판 상에 차지하는 면적 비율이 낮아 광 투과가 가능한 공간을 구비할 수 있게 된다.Recently, Y. Yang et al. Reported that a transparent thin film battery can be manufactured using a grid-shaped electrode instead of a thin film electrode (Y. Yang et. Al, "Transparent lithium-ion Batteries"). , PNAS, doi / 10.1073 / pnas. 1102873108 (2011)). This method employs a grid-shaped electrode structure. Specifically, the electrode structure transfers the pattern onto the surface of a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate using a silicon mold having a grid shape on the surface, and then forms Au on the pattern. It is prepared by depositing and applying the electrode slurry followed by peeling off the Au layer on the substrate. The electrode of the grid structure manufactured as described above has a low area ratio on the substrate, and thus may have a space capable of transmitting light.

그러나, 이 방법은 그리드 구조의 전극을 구현하는 데 있어서 전술한 바와 같은 여러 공정을 거쳐야 하므로 그리드 구조의 구현이 매우 복잡하다는 단점을 갖는다. However, this method has a disadvantage in that the implementation of the grid structure is very complicated since the process of implementing the electrodes of the grid structure has to go through various processes as described above.

한국특허공개 2010-102525Korean Patent Publication 2010-102525

Y. Yang et. al, "Transparent lithium-ion Batteries", PNAS, doi/10.1073/pnas.1102873108 (2011)Y. Yang et. al, "Transparent lithium-ion Batteries", PNAS, doi / 10.1073 / pnas.1102873108 (2011)

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유연성 및 투광성이 우수한 투광성 이차 전지 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a light-transmitting secondary battery structure excellent in flexibility and light transmittance.

또한, 본 발명은 간단한 공정으로 전술한 유연성 및 투광성이 우수한 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Moreover, an object of this invention is to provide the method of manufacturing the battery excellent in the above-mentioned flexibility and light transmittance by a simple process.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 대향하는 기판 사이에서 이온의 이동에 의해 전하를 충방전하는 이차전지에 있어서, 상기 대향 기판 사이에 개재되며, 하나 이상의 개구를 구비하여 전해액을 수용하는 투광성 유리질 멤브레인; 및 상기 투광성 유리질 멤브레인의 일면에 증착된 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is a secondary battery that charges and discharges charges by movement of ions between opposing substrates, interposed between the opposing substrates, and having one or more openings to transmit an electrolytic solution. Glassy membranes; And an active material deposited on one surface of the translucent glassy membrane.

본 발명에서 상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭일 수 있다. In the present invention, the transparent glassy membrane may be a glass fiber fabric.

또한 본 발명에서 상기 투광성 멤브레인은 다공성 유리층일 수 있다. In the present invention, the light transmitting membrane may be a porous glass layer.

이 때, 상기 다공성 유리층의 기공율은 30% 이상인 것이 바람직하다. At this time, the porosity of the porous glass layer is preferably 30% or more.

본 발명에서 상기 대향하는 기판은 각각 투광성 폴리머 시트인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that each of the opposing substrates is a light transmitting polymer sheet.

또한 본 발명에서 상기 대향하는 기판 중 어느 하나와 상기 투광성 유리질 멤브레인 사이에 그래핀층이 개재되는 것이 바람직하다. It is also preferred in the present invention that a graphene layer is interposed between any of the opposing substrates and the translucent glassy membrane.

또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 대향하는 두 개의 기판 및 하나 이상의 개구를 구비한 투광성 유리질 멤브레인을 제공하는 단계; 상기 멤브레인의 최소한 일면에 활물질을 형성하는 단계; 상기 활물질이 형성된 멤브레인이 상기 두 기판 사이에 개재되도록 합착 및 패킹하는 단계; 합착 및 패킹된 기판에 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 합착 및 패킹된 기판을 밀봉하는 단계를 포함하는 투광성 이차전지의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a light-transmissive glassy membrane having two opposing substrates and at least one opening; Forming an active material on at least one surface of the membrane; Bonding and packing the membrane on which the active material is formed to be interposed between the two substrates; Injecting electrolyte into the bonded and packed substrate; And it provides a method of manufacturing a translucent secondary battery comprising the step of sealing the bonded and packed substrate.

본 발명에서 상기 멤브레인의 최소한 일면에 활물질을 형성하는 단계는, 상기 멤브레인의 일면에 양극 활물질을 형성하는 단계; 및 상기 멤브레인의 타면에 음극 활물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Forming an active material on at least one surface of the membrane in the present invention, forming a cathode active material on one surface of the membrane; And forming a negative electrode active material on the other surface of the membrane.

본 발명에서 상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유를 직조하여 제조된 것일 수 있다. 이와 달리, 상기 투광성 멤브레인은 유리 비드로부터 제조되는 것일 수 있다. 또한, 상기 투광성 멤브레인은 졸겔법에 의해 제조되는 것일 수 있다. In the present invention, the translucent glassy membrane may be prepared by weaving glass fibers. Alternatively, the light transmissive membrane can be made from glass beads. In addition, the light transmitting membrane may be prepared by the sol-gel method.

또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 대향하는 기판 사이에 고체 전해질을 구비하여 이온의 이동에 의해 전하를 충방전하는 이차전지에 있어서, 상기 대향 기판 사이에 개재되며, 하나 이상의 개구를 구비하는 투광성 유리질 멤브레인; 및 상기 투광성 유리질 멤브레인의 일면에 증착되며, 상기 고체 전해질과 접촉하는 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지를 제공한다. In addition, in order to achieve the above technical problem, the present invention, in the secondary battery having a solid electrolyte between the opposing substrate to charge and discharge the charge by the movement of ions, interposed between the opposing substrate, one or more openings Translucent glassy membrane having; And an active material deposited on one surface of the translucent glassy membrane and in contact with the solid electrolyte.

본 발명에서 상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭일 수 있다.
In the present invention, the transparent glassy membrane may be a glass fiber fabric.

본 발명의 이차 전지 구조는 유리질 멤브레인 자체가 투광성이 우수하며, 상기 유리질 멤브레인에 의해 활물질의 개구율을 확보하여 우수한 투광성을 갖는 이차 전지를 제공할 수 있게 된다. According to the secondary battery structure of the present invention, the glassy membrane itself is excellent in light transmittance, and the secondary battery having an excellent light transmittance can be provided by securing the aperture ratio of the active material by the glassy membrane.

나아가, 본 발명에서 유리질 멤브레인의 양면에 각각 활물질을 형성하는 경우 보다 높은 투광성을 확보할 수 있게 된다. Furthermore, in the present invention, when the active materials are formed on both surfaces of the glassy membrane, higher transmittance can be ensured.

또한 본 발명에서 상기 유리질 멤브레인은 전해액을 수용하기 위한 지지체로도 기능하여 액체 전해질을 갖는 이차 전지에 적용하기가 용이하다. In addition, in the present invention, the glassy membrane also functions as a support for accommodating an electrolyte and is easy to apply to a secondary battery having a liquid electrolyte.

또한 본 발명에서 상기 유리질 멤브레인은 통상의 유리 섬유 패브릭 또는 다공성 유리층에 의해 구현될 수 있어, 그 제조 과정이 간단하고 저렴한 공정의 적용이 가능하게 된다. In addition, the glassy membrane in the present invention can be implemented by a conventional glass fiber fabric or a porous glass layer, it is possible to apply a simple and inexpensive process of the manufacturing process.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전지 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 절차도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 절차도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 절차도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a battery structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the battery structure of FIG.
3 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing a battery structure according to another embodiment of the present invention.
5 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing a battery structure according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery according to still another embodiment of the present invention.

본 발명의 이차전지는 투광성 유리질 멤브레인을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상세히 후술하는 바와 같이, 상기 투광성 유리질 멤브레인은 기공이나 메쉬 내의 개구의 형태로 충분한 개구율을 제공한다. 이와 같은 개구율은 상기 유리질 멤브레인의 표면에 형성되는 활물질과 같은 전지 구성 요소가 광의 흡수 및 차단하는 것을 감소시켜 높은 투광성을 갖는 이차 전지의 제조를 가능하게 한다. The secondary battery of the present invention is characterized by having a transparent glassy membrane. As will be described in detail below, the translucent glassy membrane provides sufficient aperture ratio in the form of pores or openings in the mesh. Such aperture ratio reduces the absorption and blocking of light by a battery component such as an active material formed on the surface of the vitreous membrane, thereby enabling the production of a secondary battery having high light transmittance.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지의 적층 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 전지 적층 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1 is an exploded perspective view schematically showing a laminated structure of a battery according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing a battery laminated structure.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에서 전지는 구성 요소들이 두 개의 기판 사이에 스택된 구조를 갖는다. 1 and 2, the battery in the present invention has a structure in which components are stacked between two substrates.

제1 기판(110) 및 제2 기판(170) 사이에는 일련의 전극 재료 및 전해액이 적층되어 있다. A series of electrode materials and electrolyte are stacked between the first substrate 110 and the second substrate 170.

본 발명에서 상기 제1 기판(110) 및 제2 기판(170) 사이의 전극 재료의 배열 순서는 적절히 선택될 수 있다. 예시적으로, 이하에서는 제1 기판(110) 상에 음극 재료가 형성되는 경우를 설명한다.In the present invention, the arrangement order of the electrode material between the first substrate 110 and the second substrate 170 may be appropriately selected. For example, a case in which a negative electrode material is formed on the first substrate 110 will be described.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 기판(110) 상에 유리 섬유 패브릭(fabric; 120)이 적층되어 있다. 1 and 2, a glass fiber fabric 120 is stacked on the first substrate 110.

본 발명에서 상기 제1 기판(110)으로는 일련의 유연성 투명 기판 즉 PDMS(Polydimethylsiloxane), PVC(Polyvinyl chloride) 또는 PEC(Polyethylene carbonate) 등의 폴리머 기판이 사용될 수 있다. In the present invention, a series of flexible transparent substrates, that is, a polymer substrate such as polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl chloride (PVC) or polyethylene carbonate (PEC) may be used as the first substrate 110.

본 발명에서 상기 유리 섬유 패브릭(130)은 바람직하게는 2차원적으로 직조된 유리 섬유로 이루어진다. 본 발명에서 유리 섬유 패브릭(130)의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 투광성을 갖는 임의의 유리 섬유로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 실리케이트 섬유를 포함할 수 있다. In the present invention, the glass fiber fabric 130 is preferably made of a two-dimensional woven glass fiber. The material of the glass fiber fabric 130 in the present invention is not particularly limited, but may be made of any glass fiber having light transmittance, and may preferably include silicate fibers.

상기 유리 섬유 패브릭(130)은 통상의 방법으로 제조된 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 상용의 한국의 KPI사, 미국의 Owens Corning사, 일본의 닛도오 방직의 의 E-glass 제품이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 유리 섬유의 직조 방법이나 직조 형태는 특별히 한정되지 않는다. 도 1은 본 발명에서 사용 가능한 유리 섬유 패브릭(130)의 직조 형태의 일례를 도시하고 있다. 상기 유리 섬유 패브릭(130)을 구성하는 섬유들은 핸들링시 필요한 적절한 강도를 유지하기 위해 열처리 등의 적절한 방법으로 각 섬유의 교차 지점이 용융 결합된 것일 수 있다. The glass fiber fabric 130 may be prepared by a conventional method, such as commercially available KPI of Korea, Owens Corning of the United States, N-Doo Textile of Nidoo Textile of Japan may be used. In addition, in this invention, the weaving method and the woven form of glass fiber are not specifically limited. 1 illustrates an example of a woven form of a glass fiber fabric 130 usable in the present invention. Fibers constituting the glass fiber fabric 130 may be a melt-bonded intersection of each fiber by a suitable method such as heat treatment in order to maintain the appropriate strength required for handling.

상기 제1 기판(110)과 상기 유리 섬유 패브릭(130) 사이에는 음극 활물질(120)이 제공된다. 상기 음극 활물질(120)은 Li, Si, Sn, Ge, Pb, 그라파이트 및 그래핀으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 물질을 포함할 수 있다. A negative electrode active material 120 is provided between the first substrate 110 and the glass fiber fabric 130. The negative electrode active material 120 may include at least one material selected from the group consisting of Li, Si, Sn, Ge, Pb, graphite, and graphene.

도시된 바와 같이 상기 음극 활물질(120)은 상기 유리 섬유 패브릭(130)의 표면을 따라 형성되어 있다. 바람직하게는 상기 음극 활물질은 상기 패브릭(130)의 일면 즉 패브릭을 구성하는 개별 섬유의 표면 일부에 형성된다. 따라서, 상기 유리 섬유 패브릭(130)은 일면에 형성된 상기 음극 활물질(120)을 개재하여 상기 제1 기판과 접촉하게 된다.As shown, the negative electrode active material 120 is formed along the surface of the glass fiber fabric 130. Preferably, the negative electrode active material is formed on one surface of the fabric 130, that is, part of the surface of the individual fibers constituting the fabric. Therefore, the glass fiber fabric 130 is in contact with the first substrate via the negative electrode active material 120 formed on one surface.

상기 유리 섬유 패브릭(130) 상에는 양극 활물질(150)이 적층된다. 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCoPO4, LiMnPO4,LiMxMn2-xO4 (M=전이금속) LiNixCo1-xO2, Li2xTiyOx+2y, LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2, SnO2, PbO2, V2O5, MnO2 및 MoO3으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 물질을 포함할 수 있다. The positive electrode active material 150 is laminated on the glass fiber fabric 130. The positive electrode active material is LiCoO 2, LiMn 2 O 4 , LiNiO 2, LiFePO 4, LiNiVO 4, LiCoMnO 4, LiCoPO 4, LiMnPO 4, LiM x Mn 2-x O 4 (M = transition metal) LiNi x Co 1-x O 2, Li 2x Ti y O x + It may include at least one material selected from the group consisting of 2y, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2, SnO 2, PbO 2, V 2 O 5, MnO 2, and MoO 3.

상기 양극 활물질 상에는 신축성이 뛰어나고 높은 전기 전도도를 가진 전도성 전극층이 적층된다. 본 발명에서 상기 전도성 전극층으로는 그래핀층(160)이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 그래핀층은 신축성, 전기 전도성이 뛰어나며, 98% 이상의 높은 광 투과성을 가지므로 본 발명에 사용되기에 적합하다. A conductive electrode layer having excellent elasticity and high electrical conductivity is stacked on the cathode active material. In the present invention, it is preferable that the graphene layer 160 is used as the conductive electrode layer. The graphene layer is excellent in elasticity and electrical conductivity, and has a high light transmittance of 98% or higher, and thus is suitable for use in the present invention.

물론, 본 발명에서 상기 그래핀층(160)을 대신하여 투광성 전도 물질, 예컨대 ITO, ATO, FTO와 같은 전극 재료가 사용될 수도 있다. Of course, instead of the graphene layer 160 in the present invention, a transmissive conductive material, for example, an electrode material such as ITO, ATO, FTO may be used.

상기 그래핀층(160)상에 적층된 제2 기판(170)은 제1 기판과 마찬가지로 유연성 투명 폴리머가 사용될 수 있다. As the second substrate 170 stacked on the graphene layer 160, a flexible transparent polymer may be used as in the first substrate.

상기 전지에는 적절한 위치에 리드 탭 단자(Tab)가 제공될 수 있다. 도시된 예에서 상기 리드탭 단자는 제2 기판의 그래핀층(160)과 유리 섬유 패브릭(130)의 외주면에 각각 제공되고 있다. The battery may be provided with a lead tab terminal Tab at a suitable position. In the illustrated example, the lead tab terminals are respectively provided on the outer circumferential surfaces of the graphene layer 160 and the glass fiber fabric 130 of the second substrate.

도 2는 본 발명의 투명 전지의 단면을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 양극 활물질(150)과 상기 제1 기판 사이에는 전해액(140)이 충전되어 있다. 상기 전해액(140)으로는 적절한 액상 이온 전해질이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 당업계에 널리 알려져 있으므로 설명을 생략한다. 2 is a cross-sectional view of a transparent battery of the present invention. Referring to FIG. 2, an electrolyte 140 is filled between the cathode active material 150 and the first substrate. An appropriate liquid ionic electrolyte may be used as the electrolyte 140, and thus, description thereof will be omitted.

본 발명에서 상기 유리 섬유 패브릭(130)은 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이를 지지하여 상기 전해액(140)의 수용 공간을 제공하는 기능을 수행한다. In the present invention, the glass fiber fabric 130 serves to support the first substrate and the second substrate to provide an accommodation space of the electrolyte 140.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전지의 제조 방법을 개략적으로 도시한 블록도이다. 3 is a block diagram schematically illustrating a method of manufacturing a transparent battery according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저, 제2 기판(170) 상에 그래핀층(160)이 형성된다(S100). 상기 그래핀층(160)은 흑연에서 기계적 박리, 화학적 박리, 비산화 박리 등의 박리공정을 통한 공지의 방법에 의해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, first, a graphene layer 160 is formed on a second substrate 170 (S100). The graphene layer 160 may be formed by a known method through a peeling process such as mechanical peeling, chemical peeling, non-oxidation peeling from graphite.

이어서, 상기 그래핀층(160) 상에 양극 활물질층(150)이 형성된다(S110). 양극 활물질층은 그 재질에 따라 스퍼터링 등의 증착 방법을 사용하여 형성될 수 있다. Subsequently, a cathode active material layer 150 is formed on the graphene layer 160 (S110). The positive electrode active material layer may be formed using a deposition method such as sputtering according to the material thereof.

제2 기판과는 별도로 유리 섬유 패브릭(130)이 제공된다(S120). 이어서, 상기 유리 섬유 패브릭(130) 상에 음극 활물질층(120)이 형성된다(S130). 음극 활물질은 스퍼터링 등의 물리적 또는 화학적 증착법에 의해 형성되거나 다른 기판에 형성되어 전사법 등에 의해 상기 섬유 패브릭 상으로 전사될 수 있으며, 상기 음극 활물질은 상기 유리 섬유 패브릭의 표면을 따라 형성된다. A glass fiber fabric 130 is provided separately from the second substrate (S120). Subsequently, the negative electrode active material layer 120 is formed on the glass fiber fabric 130 (S130). The negative electrode active material may be formed by physical or chemical vapor deposition such as sputtering or formed on another substrate to be transferred onto the fiber fabric by a transfer method or the like, and the negative electrode active material is formed along the surface of the glass fiber fabric.

이어서, 상기 제2 기판(170) 및 상기 유리 섬유 패브릭(130)이 합착되고, 제1 기판(110)과 함께 패킹된다(S140). 상기 기판의 합착 및 패킹에는 통상의 방법이 사용될 수 있으며, 합착 및 패킹시 전해액의 주입을 위한 주입구가 형성된다. Subsequently, the second substrate 170 and the glass fiber fabric 130 are bonded together and packed together with the first substrate 110 (S140). Conventional methods may be used for the bonding and packing of the substrate, and an injection hole for injecting the electrolyte during bonding and packing is formed.

이어서, 상기 주입구를 통해 전해액을 주입하고(S150) 상기 주입구를 밀봉함으로써 패킹이 완료된다(S160). Subsequently, the electrolyte is injected through the injection hole (S150) and the packing is completed by sealing the injection hole (S160).

상술한 본 발명에 따르면, 유리 섬유 패브릭의 표면에 음극 활물질을 제공함으로써 높은 개구율을 확보할 수 있다. 또한, 상기 유리 섬유 패브릭은 제1 기판 및 제2 기판을 이격시키고 전해액의 수용 공간을 확보한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 높은 투광성을 갖는 이차 전지를 간단한 제조 방법으로 제조할 수 있는 이점을 갖는다. According to the present invention described above, by providing the negative electrode active material on the surface of the glass fiber fabric, it is possible to ensure a high aperture ratio. In addition, the glass fiber fabric is spaced apart from the first substrate and the second substrate to secure the receiving space of the electrolyte. According to such a configuration of the present invention, there is an advantage that a secondary battery having high light transmittance can be produced by a simple manufacturing method.

또한, 상술한 실시예는 유리 섬유 패브릭 상에 음극 활물질을 형성하는 경우를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 유리 섬유 패브릭 상에 양극 활물질이 형성되는 경우에도 적용될 수 있음은 잘 알수 있을 것이다. 즉, 본 발명은 유리 섬유 패브릭상의 일면에 양극 활물질이 형성되는 경우에도 적용 가능하며, 이 경우 전술한 제조 공정을 약간 수정함으로써 당업자는 이를 용이하게 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 음극 및 양극 활물질이 상기 유리 섬유 패브릭의 양면에 형성되는 것도 가능함을 짐작할 수 있을 것이다. In addition, the above-described embodiment has been described a case in which the negative electrode active material is formed on the glass fiber fabric, but those skilled in the art to which the present invention pertains may apply to the case where the positive electrode active material is formed on the glass fiber fabric of the present invention. You can see well. That is, the present invention is also applicable to the case where the positive electrode active material is formed on one surface of the glass fiber fabric, in which case, those skilled in the art can easily implement this by slightly modifying the above-described manufacturing process. Furthermore, in the present invention, it will be appreciated that the negative electrode and the positive electrode active material may be formed on both surfaces of the glass fiber fabric.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 4 is a diagram schematically showing a cross section of a battery according to another embodiment of the present invention.

본 실시예의 전지는 각 구성요소들이 제1 기판(210) 및 제2 기판(270) 사이에 스택된 구조를 갖는다. The battery of this embodiment has a structure in which each component is stacked between the first substrate 210 and the second substrate 270.

도 4를 참조하면, 상기 제1 기판(210) 상에는 음극 활물질층(220)이 개재되어 있다. 상기 음극 활물질층(220)의 재질은 전술한 바와 같이, Li, Si, Sn, Ge, Pb, 그라파이트 및 그래핀으로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 물질을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이 바람직하게는 상기 음극 활물질층(220)은 다공성 유리층(230)의 표면에 증착 등의 방식으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4, a negative electrode active material layer 220 is interposed on the first substrate 210. As described above, the material of the negative electrode active material layer 220 may include at least one material selected from the group consisting of Li, Si, Sn, Ge, Pb, graphite, and graphene. As described below, the negative electrode active material layer 220 may be formed on the surface of the porous glass layer 230 by deposition or the like.

상기 음극 활물질층(220) 상에 다공성 유리층(230)이 적층되어 있다. 상기 다공성 유리층(230)의 재질은 특별히 한정되지 않으나, 투광성을 갖는 임의의 유리 재질로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 실리케이트 섬유를 포함할 수 있다. The porous glass layer 230 is stacked on the anode active material layer 220. The material of the porous glass layer 230 is not particularly limited, but may be made of any glass material having transparency, and may preferably include silicate fibers.

상기 다공성 유리층(230)은 높은 기공율의 개기공을 구비한다. 개기공의 확보를 위해 상기 다공성 유리층(230)은 최소한 30% 이상의 기공율을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 적절한 강도의 확보를 위해 기공율은 70%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. The porous glass layer 230 has high porosity open pores. In order to secure open pores, the porous glass layer 230 preferably has a porosity of at least 30% or more. However, in order to secure adequate strength, the porosity is preferably not more than 70%.

본 발명에서 충분한 기공율을 갖는 다공성 유리층(230)은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예컨대 상기 다공성 유리층은 패킹된 미세한 유리 비드를 연화점 이상으로 열처리하여 제조된 것일 수 있다. 예컨대, bcc 구조로 패킹된 비드는 이론적으로 약 68%의 충진율을 가지며, fcc 구조로 패킹된 비드는 약 74%의 충진율을 가진다. 따라서, 실제 적용에 있어서 비드를 충진 및 열처리함으로써 30% 이상의 기공율과 개기공을 확보할 수 있게 된다. In the present invention, the porous glass layer 230 having sufficient porosity may be manufactured in various ways. For example, the porous glass layer may be prepared by heat-treating the packed fine glass beads above the softening point. For example, beads packed with a bcc structure theoretically have a fill rate of about 68% and beads packed with an fcc structure have a fill rate of about 74%. Therefore, by filling and heat-treating the beads in practical applications, it is possible to secure porosity and open pores of 30% or more.

한편, 상기 다공성 유리층은 유리 성분을 기포제와 혼합하고 열처리하여 제조된 것일 수 있으며, 이와 달리 졸겔 등의 화학적 방법에 의해 제조된 것일 수도 있다. On the other hand, the porous glass layer may be prepared by mixing a glass component with a foaming agent and heat treatment, otherwise may be prepared by a chemical method such as sol gel.

별도로 도시하지는 않았지만, 상기 다공성 유리층(230)에는 전해액이 담지되어 있다. Although not shown separately, the porous glass layer 230 is supported with an electrolyte.

상기 다공성 유리층(230) 상에는 양극 활물질층(250)이 개재된다. 상기 양극 활물질층(250)은, 전술한 바와 같이, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiMxMn2-xO4 (M=전이금속), LiNixCo1-xO2, Li2xTiyOx+2y, LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2, PbO2, V2O5, MnO2 및 MoO3으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상술한 양극 활물질의 표면개질 및 치환에 의해 전해질과의 계면 반응 억제, 구조 안정화를 통해 수명을 개선한 활물질도 포함할 수 있다.The positive electrode active material layer 250 is interposed on the porous glass layer 230. As described above, the cathode active material layer 250 includes LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiFePO 4, LiCoPO 4, LiMnPO 4, LiM x Mn 2-x O 4 (M = transition metal), LiNi x Co 1- At least one material selected from the group consisting of x O 2, Li 2x Ti y O x + 2y , LiNiVO 4, LiCoMnO 4, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2, PbO 2, V 2 O 5, MnO 2 and MoO 3 may be included. In addition, the present invention may also include an active material which has improved lifespan by suppressing interfacial reaction with the electrolyte and stabilizing the structure by surface modification and substitution of the cathode active material described above.

또한 도시된 바와 같이, 상기 양극 활물질층(250)과 상기 제2 기판(270) 사이에는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 신축성이 뛰어나고 높은 전기 전도도를 그래핀층(260)이 개재될 수 있다.In addition, as illustrated with reference to FIGS. 1 and 2, the graphene layer 260 may be interposed between the cathode active material layer 250 and the second substrate 270 with excellent stretchability and high electrical conductivity. Can be.

도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예의 제조 방법을 설명한다. A manufacturing method of another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5.

먼저, 제2 기판(270) 상에 그래핀층(260)을 통상의 방법으로 형성한다(S200). First, the graphene layer 260 is formed on the second substrate 270 by a conventional method (S200).

이와 별도로, 다공성 유리층(230)이 준비된다(S210). 상기 다공성 유리층(230)의 일면에 양극 활물질층(250)이 형성된다(S220). 상기 양극 활물질층은 스퍼터링 등의 적절한 증착법에 의해 형성될 수 있다. Separately, the porous glass layer 230 is prepared (S210). A cathode active material layer 250 is formed on one surface of the porous glass layer 230 (S220). The positive electrode active material layer may be formed by an appropriate deposition method such as sputtering.

이어서, 상기 다공성 유리층(230)의 타면에 음극 활물질층(220)이 형성된다(S230). 상기 음극 활물질층은 재질에 따라 증착법이나 전사법 등의 적절한 방법을 사용하여 형성될 수 있다. Subsequently, an anode active material layer 220 is formed on the other surface of the porous glass layer 230 (S230). The negative electrode active material layer may be formed using a suitable method such as a deposition method or a transfer method depending on the material.

이어서, 상기 제2 기판(270) 및 상기 다공성 유리층(230)이 합착되고, 제1 기판(210)과 함께 패킹된다(S240). 상기 기판의 합착 및 패킹에는 통상의 방법이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 합착 및 패킹시 전해액의 주입을 위한 주입구가 형성되어 이후 전해액이 주입된다(S250). 주입이 완료된 후 상기 주입구를 밀봉함으로써 패킹이 완료된다(S260). Subsequently, the second substrate 270 and the porous glass layer 230 are bonded together and packed together with the first substrate 210 (S240). Conventional methods may be used for bonding and packing the substrate. As described above, the injection hole for the injection of the electrolyte during bonding and packing is formed and then the electrolyte is injected (S250). After the injection is completed, the packing is completed by sealing the injection hole (S260).

전술한 바와 유사하게, 상기 다공성 유리층(220)은 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이를 지지하여 상기 전해액(140)의 수용 공간을 제공하는 기능을 수행한다. 또한, 그럼에도 불구하고 상기 다공성 유리층(220)은 투광성을 훼손하지 않고 개구율을 보장함으로써 투광성을 갖는 전지의 제공을 가능하게 한다. Similar to the above, the porous glass layer 220 serves to support the first substrate and the second substrate to provide an accommodation space of the electrolyte 140. In addition, the porous glass layer 220 nevertheless enables the provision of a light-transmissive battery by ensuring the aperture ratio without compromising light transmittance.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 6 is a view schematically showing a cross section of a battery according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 전지는 제1 기판(310), 제2 기판(370), 양극 활물질층(350), 그래핀층(360) 및 유리 섬유 패브릭(330)을 구비하고 있으며, 이들 구성은 도 1과 관련하여 설명한 조성 및 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. Referring to FIG. 6, the battery includes a first substrate 310, a second substrate 370, a positive electrode active material layer 350, a graphene layer 360, and a glass fiber fabric 330. It can be produced by the composition and the manufacturing method described in connection with 1.

도시된 실시예는 전해질로 고체 전해질층(340)을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 고체 전해질층(340)의 일면은 유리 섬유 패브릭(320)과 접촉한다. In the illustrated embodiment, the solid electrolyte layer 340 is used as the electrolyte. One surface of the solid electrolyte layer 340 is in contact with the glass fiber fabric 320.

본 발명에서 상기 고체 전해질층(340)으로는 다양한 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 황화물계 또는 산화물계 고체 전해질이 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 NASICON-type 이온 전도체, Thio-LISICON-type 이온 전도체, Garnet-type 이온 전도체, Perovskite-type 이온 전도체 등의 무기물계 이온 전도체가 사용될 수 있을 것이다. In the present invention, various materials may be used as the solid electrolyte layer 340. For example, sulfide-based or oxide-based solid electrolytes may be used. More specifically, inorganic-based ion conductors such as NASICON-type ion conductors, Thio-LISICON-type ion conductors, Garnet-type ion conductors, and Perovskite-type ion conductors may be used. Could be used.

상기 고체 전해질층(340)과 접촉하는 상기 유리 섬유 패브릭(330)의 일면에는 전술한 바와 같은 음극 활물질층(320)이 구비된다. 상기 음극 활물질층(320)의 조성 및 제조 방법은 전술한 바와 같으며, 여기서는 중복 설명을 생략한다. One surface of the glass fiber fabric 330 in contact with the solid electrolyte layer 340 is provided with the negative electrode active material layer 320 as described above. The composition and manufacturing method of the negative electrode active material layer 320 are as described above, and description thereof will be omitted.

상기 음극 활물질층(320)이 형성된 유리 섬유 패브릭의 일단과 같은 적절한 위치에 탭 단자가 형성될 수 있다. The tab terminal may be formed at an appropriate position such as one end of the glass fiber fabric on which the negative electrode active material layer 320 is formed.

도 7은 도 6의 구조를 구현하기 위한 제조 절차를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 7 is a view schematically illustrating a manufacturing procedure for implementing the structure of FIG. 6.

도 7을 참조하면, 제2 기판(370) 상에 그래핀층(360)을 통상의 방법으로 형성한다(S300). 상기 그래핀층(360)상에 양극 활물질층(350)이 형성된다(S310). Referring to FIG. 7, the graphene layer 360 is formed on the second substrate 370 by a conventional method (S300). The cathode active material layer 350 is formed on the graphene layer 360 (S310).

이와 별도로 유리 섬유 패브릭이 준비되고(S320), 상기 유리 섬유 패브릭(330)의 일면에 음극 활물질층(320)이 형성된다(S330). Separately, a glass fiber fabric is prepared (S320), and a negative electrode active material layer 320 is formed on one surface of the glass fiber fabric 330 (S330).

이어서, 별도의 제1 기판과, 상기 절차를 거쳐 제조된 제2 기판 및 유리 섬유 패브릭이 합착 및 패킹된다(S340). Subsequently, the separate first substrate, the second substrate and the glass fiber fabric manufactured through the above procedure are bonded and packed (S340).

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 전술한 실시예는 본 발명을 예시하는 것이고 본 발명을 제한하는 것은 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments illustrate the present invention and limit the present invention.

110, 210, 310 제1 기판
120, 220, 320 음극 활물질층
130, 330 유리섬유 패브릭
140 전해액
150, 250, 350 양극 활물질층
160, 260, 360 그래핀층
170, 270, 370 제2 기판
230 다공성 유리층110, 210, 310 first substrate
120, 220, 320 anode active material layer
130, 330 fiberglass fabric
140 electrolyte
150, 250, 350 positive electrode active material layer
160, 260, 360 graphene layers
170, 270, 370 second substrate
230 porous glass layers

Claims (13)

대향하는 기판 사이에서 이온의 이동에 의해 전하를 충방전하는 이차전지에 있어서,
상기 대향 기판 사이에 개재되며, 하나 이상의 개구를 구비하여 전해액을 수용하는 투광성 유리질 멤브레인; 및
상기 투광성 유리질 멤브레인의 일면에 증착된 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지. In a secondary battery that charges and discharges charges by moving ions between opposite substrates,
A translucent glassy membrane interposed between the opposing substrates, the translucent glassy membrane having at least one opening to receive the electrolytic solution; And
Translucent secondary battery comprising an active material deposited on one surface of the translucent glassy membrane. 제1항에 있어서,
상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 1,
The translucent glassy membrane is a translucent secondary battery, characterized in that the glass fiber fabric. 제1항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 다공성 유리층인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 1,
The translucent membrane is a translucent secondary battery, characterized in that the porous glass layer. 제1항에 있어서,
상기 다공성 유리층의 기공율은 30% 이상인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 1,
The porosity of the porous glass layer is a translucent secondary battery, characterized in that more than 30%. 제1항에 있어서,
상기 대향하는 기판은 각각 투광성 폴리머 시트인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 1,
The opposing substrate is a transparent secondary battery, characterized in that each of the transparent polymer sheet. 제1항에 있어서,
상기 대향하는 기판 중 어느 하나와 상기 투광성 유리질 멤브레인 사이에 그래핀층이 개재되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 1,
And a graphene layer is interposed between any one of the opposing substrates and the translucent glassy membrane. 대향하는 두 개의 기판 및 하나 이상의 개구를 구비한 투광성 유리질 멤브레인을 제공하는 단계;
상기 멤브레인의 최소한 일면에 활물질을 형성하는 단계;
상기 활물질이 형성된 멤브레인이 상기 두 기판 사이에 개재되도록 합착 및 패킹하는 단계;
합착 및 패킹된 기판에 전해액을 주입하는 단계; 및
상기 합착 및 패킹된 기판을 밀봉하는 단계를 포함하는 투광성 이차전지의 제조 방법.Providing a translucent glassy membrane having two opposing substrates and one or more openings;
Forming an active material on at least one surface of the membrane;
Bonding and packing the membrane on which the active material is formed to be interposed between the two substrates;
Injecting electrolyte into the bonded and packed substrate; And
A method of manufacturing a light-transmitting secondary battery comprising the step of sealing the bonded and packed substrate. 제7항에 있어서,
상기 멤브레인의 최소한 일면에 활물질을 형성하는 단계는,
상기 멤브레인의 일면에 양극 활물질을 형성하는 단계; 및
상기 멤브레인의 타면에 음극 활물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지의 제조 방법.The method of claim 7, wherein
Forming an active material on at least one side of the membrane,
Forming a cathode active material on one surface of the membrane; And
The method of manufacturing a light-transmitting secondary battery comprising the step of forming a negative electrode active material on the other surface of the membrane. 제7항에 있어서,
상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유를 직조하여 제조된 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 7, wherein
The light-transmissive glassy membrane is a light-transmissive secondary battery, characterized in that produced by weaving glass fibers. 제7항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 유리 비드로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 7, wherein
The light-transmitting membrane is characterized in that the light-transmissive membrane is made from glass beads. 제7항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 졸겔법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지. The method of claim 7, wherein
The light-transmitting membrane is a light-transmissive secondary battery, characterized in that prepared by the sol-gel method. 대향하는 기판 사이에 고체 전해질을 구비하여 이온의 이동에 의해 전하를 충방전하는 이차전지에 있어서,
상기 대향 기판 사이에 개재되며, 하나 이상의 개구를 구비하는 투광성 유리질 멤브레인; 및
상기 투광성 유리질 멤브레인의 일면에 증착되며, 상기 고체 전해질과 접촉하는 활물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.In the secondary battery having a solid electrolyte between the opposing substrate to charge and discharge the charge by the movement of ions,
A translucent glassy membrane interposed between the opposing substrates and having one or more openings; And
And a active material deposited on one surface of the translucent glassy membrane and in contact with the solid electrolyte. 제12항에 있어서,
상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method of claim 12,
The translucent glassy membrane is a translucent secondary battery, characterized in that the glass fiber fabric.
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