KR20140074266A - Manufacturing Methods of Flexible Transparent Battery - Google Patents

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KR20140074266A
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김석환
최정희
도칠훈
하윤철
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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing a secondary battery which has flexibility and optical transparency. The present invention provides an optically transparent secondary battery, which is a secondary battery charging and discharging electric charges through ion movement between facing substrates, including: an optically transparent glass membrane which is interposed between the facing substrates and has at least one opening to accommodate electrolyte; and an active material which is deposited on one surface of the optically transparent glass membrane. According to the present invention, the glass membrane having a high optical transparency and opening ratio is used to realize an optically transparent battery structure for simple and inexpensive process application.

Description

유연성 투명 전지의 제조 방법 {Manufacturing Methods of Flexible Transparent Battery}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flexible transparent battery,

본 발명은 유연성 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연성 및 투광성을 갖는 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flexible battery module, and more particularly, to a method of manufacturing a secondary battery having flexibility and transparency.

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. A thin-film battery refers to a cell in which components of a battery are thinly formed on a thin-film substrate. The thin film battery is suitable for being used as a power source for thin type electronic devices because it can realize a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode with a very small thickness of 0.15 mm or less.

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 thinned by using a lithium metal oxide as an anode, lithium as a cathode, and an ion conductive inorganic thin film as an electrolyte on a substrate.

특히 전자 종이와 같은 유연성 박형 디스플레이 장치로의 채용을 위해 종래의 박막 전지는 유연성과 투명성이 요구된다 할 것이다.In particular, for use as a flexible thin display device such as an electronic paper, conventional thin film batteries are required to have flexibility and transparency.

그러나, 종래 대부분의 박막 전지는 전지의 구성 요소 중 전극 등이 갖는 불투광성 때문에 투광성을 확보하지 못하고 있다. However, most thin film batteries in the related art have insufficient light transmittance because of the opaque nature of the electrodes or the like among the constituent elements of the battery.

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. Have reported that a light-transmitting thin film battery can be manufactured using a grid electrode instead of a thin film electrode (Y. Yang et al., "Transparent lithium-ion Batteries" , PNAS, doi / 10.1073 / pnas.1102873108 (2011)). Specifically, the electrode structure is formed by transferring the pattern onto the surface of a PDMS (Polydimethylsiloxane) substrate using a silicon mold having a grid shape on the surface, Depositing an electrode slurry, and then peeling off the Au layer on the substrate. The electrode of the grid structure thus fabricated has a low area ratio on the substrate, so that it is possible to provide 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 is disadvantageous in that the implementation of the grid structure is very complicated because it requires various processes as described above in order to realize the electrodes of the grid structure.

한국특허공개 2010-102525Korean Patent Publication No. 2010-102525

Y. Yang et. al, "Transparent lithium-ion Batteries", PNAS, doi/10.1073/pnas.1102873108 (2011)Y. Yang et. quot; 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 problems of the prior art described above, it is an object of the present invention to provide a translucent secondary battery structure excellent in flexibility and transparency.

또한, 본 발명은 간단한 공정으로 전술한 유연성 및 투광성이 우수한 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method for producing a battery having excellent 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. According to an aspect of the present invention, there is provided a secondary battery which charges and discharges charges by the movement of ions between opposing substrates, the secondary battery comprising: at least one opening provided between the counter substrates, Glassy membranes; And an active material deposited on one side of the translucent glassy membrane.

본 발명에서 상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭일 수 있다. In the present invention, the translucent 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. In the present invention, it is preferable that a graphene layer is interposed between any one of the opposed substrates and the transparent 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. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a light emitting device, comprising: providing a translucent vitreous membrane having two opposed substrates and at least one opening; Forming an active material on at least one surface of the membrane; Attaching and packing the membrane with the active material interposed therebetween; Injecting an electrolyte into the bonded and packed substrate; And sealing the bonded and packed substrate. The present invention also provides a method of manufacturing a light transmissive secondary battery.

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. The forming of the active material on at least one side of the membrane may include forming a cathode active material on one side 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 made by woven glass fiber. Alternatively, the light transmissive membrane may be made from glass beads. Further, the translucent membrane may be one produced by a 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. According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery having a solid electrolyte between opposing substrates to charge and discharge charges by the movement of ions, the secondary battery comprising: A transparent glassy membrane; And an active material deposited on one side of the light transmissive 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 translucent 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. The secondary battery structure of the present invention can provide a secondary battery having excellent light transmittance by securing the opening ratio of the active material by the vitreous membrane, and the vitreous membrane itself is excellent in transparency.

나아가, 본 발명에서 유리질 멤브레인의 양면에 각각 활물질을 형성하는 경우 보다 높은 투광성을 확보할 수 있게 된다. Further, in the present invention, higher light transmittance can be secured than when the active material is formed on both sides of the glassy membrane.

또한 본 발명에서 상기 유리질 멤브레인은 전해액을 수용하기 위한 지지체로도 기능하여 액체 전해질을 갖는 이차 전지에 적용하기가 용이하다. In addition, the glassy membrane in the present invention can be easily applied to a secondary battery having a liquid electrolyte, which also functions as a support for receiving an electrolyte solution.

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 according to the present invention can be realized by a conventional glass fiber fabric or a porous glass layer, so that a simple and inexpensive process can be applied.

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 illustrating a battery structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the cell structure of FIG.
3 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a battery according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically illustrating a battery structure according to another embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a battery according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically illustrating a battery structure according to another embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing a battery according to 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 vitreous membrane provides a sufficient aperture ratio in the form of pores or openings in the mesh. Such an aperture ratio reduces the absorption and blocking of light by a battery component such as an active material formed on the surface of the glassy membrane, thereby making it possible to manufacture 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. FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a laminated structure of a battery according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 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. Referring to Figs. 1 and 2, a 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 an electrolytic solution 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 materials between the first substrate 110 and the second substrate 170 may be appropriately selected. Illustratively, a case where a cathode material is formed on the first substrate 110 will be described below.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 기판(110) 상에 유리 섬유 패브릭(fabric; 120)이 적층되어 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, a glass fiber fabric 120 is laminated 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 such as PDMS (Polydimethylsiloxane), PVC (polyvinyl chloride), and PEC (polyethylene carbonate) 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 two-dimensionally woven glass fibers. 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 translucency, 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 manufactured by a conventional method, for example, a commercial KPI company of Korea, Owens Corning of the United States, or an E-glass product of Nippon Nippo Co., Ltd. may be used. In the present invention, the method of weaving a glass fiber or the form of weaving is not particularly limited. Figure 1 illustrates an example of a woven form of a glass fiber fabric 130 that may be used in the present invention. The fibers constituting the fiberglass fabric 130 may be melt-bonded at points of intersection of each fiber by a suitable method such as heat treatment to maintain proper 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. An anode 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 in the figure, 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, a part of the surface of the individual fibers constituting the fabric. Therefore, the glass fiber fabric 130 is brought into contact with the first substrate via the negative electrode active material 120 formed on one side.

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. A cathode active material 150 is laminated on the glass fiber fabric 130. The positive electrode active material LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiFePO4, LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiM x Mn 2x O 4 (M = transition metal) LiNi x Co 1-x O 2, Li 2x Ti y O x + 2y, LiCo1 / 3Ni1 / 3Mn1 / 3O2, SnO2, PbO2, V2O5, MnO2 and MoO3.

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. On the cathode active material, a conductive electrode layer excellent in stretchability and having a high electrical conductivity is laminated. In the present invention, the conductive electrode layer is preferably a graphene layer 160. The graphene layer is excellent in stretchability and electrical conductivity, and has a high light transmittance of 98% or more, which 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, a light-transmitting conductive material such as ITO, ATO, and FTO may be used in the present invention.

상기 그래핀층(160)상에 적층된 제2 기판(170)은 제1 기판과 마찬가지로 유연성 투명 폴리머가 사용될 수 있다. The second substrate 170, which is laminated on the graphene layer 160, may be a flexible transparent polymer 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. A lead tab terminal Tab may be provided at an appropriate position in the battery. In the illustrated example, the lead tab terminals are provided on the outer circumferential surface of the glass fiber fabric 130 and the graphene layer 160 of the second substrate, respectively.

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. As the electrolyte 140, a suitable liquid-phase ionic electrolyte may be used, and this is well known in the art, so that the description thereof is 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 supports the first substrate and the second substrate to provide a space for accommodating 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, a graphene layer 160 is formed on a second substrate 170 (S100). The graphene layer 160 can be formed by a known method in a graphite through a peeling process such as mechanical peeling, chemical peeling, and non-oxidative peeling.

이어서, 상기 그래핀층(160) 상에 양극 활물질층(150)이 형성된다(S110). 양극 활물질층은 그 재질에 따라 스퍼터링 등의 증착 방법을 사용하여 형성될 수 있다. Next, a cathode active material layer 150 is formed on the graphene layer 160 (S110). The cathode active material layer may be formed using a deposition method such as sputtering depending on 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 anode active material layer 120 is formed on the glass fiber fabric 130 (S130). The negative electrode active material may be formed by a physical or chemical vapor deposition method such as sputtering, or may be formed on another substrate and 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. Then, the second substrate 170 and the glass fiber fabric 130 are bonded together and packed together with the first substrate 110 (S140). Conventional methods can be used for the adhesion and packing of the substrate, and an injection port for injecting the electrolytic solution is formed at the time of adhesion and packing.

이어서, 상기 주입구를 통해 전해액을 주입하고(S150) 상기 주입구를 밀봉함으로써 패킹이 완료된다(S160). Subsequently, the electrolyte is injected through the injection port (S150) and the injection port is sealed to complete the packing (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, a high aperture ratio can be secured by providing the negative electrode active material on the surface of the glass fiber fabric. Further, the glass fiber fabric separates the first substrate and the second substrate from each other to secure a space for accommodating the electrolyte. According to the structure of the present invention as described above, it is possible to manufacture a secondary battery having high light transmittance 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. Although the above embodiments describe the case of forming the negative electrode active material on the glass fiber fabric, those skilled in the art can also apply to the case where the positive electrode active material is formed on the glass fiber fabric of the present invention You will know. That is, the present invention is also applicable to a case where a cathode active material is formed on one side of a glass fiber fabric. In this case, a slight modification of the above-described manufacturing process can be easily realized by those skilled in the art. Furthermore, it will be appreciated that the negative electrode and the positive electrode active material may be formed on both sides of the glass fiber fabric in the present invention.

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 the respective components are 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, the anode active material layer 220 is interposed on the first substrate 210. As described above, the negative 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 later, 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. A porous glass layer 230 is laminated 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 transparent glass material, preferably a silicate fiber.

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 open pores with high porosity. The porous glass layer 230 preferably has a porosity of at least 30% to ensure open pores. However, it is preferable that the porosity does not exceed 70% in order to ensure adequate strength.

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. The porous glass layer 230 having a sufficient porosity in the present invention can be produced in various ways. For example, the porous glass layer may be made by heat-treating packed fine glass beads at a temperature above the softening point. For example, a bead packed with a bcc structure has a theoretical fill factor of about 68%, and a bead packed with an fcc structure has a fill factor of about 74%. Therefore, by filling and heat-treating the beads in practical application, 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. Meanwhile, the porous glass layer may be prepared by mixing a glass component with a foaming agent and then heat-treating the glass component, or alternatively, by a chemical method such as a sol-gel method.

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

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.On the porous glass layer 230, a cathode active material layer 250 is interposed. The positive electrode active material layer 250, as described above, LiCoO 2, LiMn 2 O 4, LiNiO2, LiFePO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiM x Mn 2-x O 4 (M = transition metal), LiNi x Co 1- x O 2, may comprise a material of at least one selected from Li 2x Ti y O x + 2y , the group consisting of LiNiVO4, LiCoMnO4, LiCo1 / 3Ni1 / 3Mn1 / 3O2, PbO2, V2O5, MnO2 and MoO3. The present invention can also include an active material that improves the lifetime by restraining the interface reaction with the electrolyte and stabilizing the structure by the surface modification and replacement of the cathode active material.

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.1 and 2, a gap between the cathode active material layer 250 and the second substrate 270 is excellent in stretchability and high in electric conductivity with the graphene layer 260 interposed therebetween .

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.

먼저, 제2 기판(270) 상에 그래핀층(260)을 통상의 방법으로 형성한다(S200). First, a graphene layer 260 is formed on a 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, a porous glass layer 230 is prepared (S210). A cathode active material layer 250 is formed on one side of the porous glass layer 230 (S220). The cathode active material layer may be formed by a suitable 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. Next, the 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 by a suitable method such as a vapor 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). Next, the second substrate 270 and the porous glass layer 230 are bonded together and packed together with the first substrate 210 (S240). Conventional methods can be used for bonding and packing the substrate. As described above, an injection port for injecting an electrolyte is formed at the time of adhesion and packing, and then the electrolyte is injected (S250). After the injection is completed, the filling is completed by sealing the injection port (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. Similarly to the above, the porous glass layer 220 supports the first substrate and the second substrate to provide a space for accommodating the electrolyte 140. In addition, the porous glass layer 220 nevertheless enables to provide a cell having transparency by ensuring the aperture ratio without damaging the light transmittance.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 6 is a diagram 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. 6, the battery includes a first substrate 310, a second substrate 370, a cathode active material layer 350, a graphene layer 360, and a glass fiber fabric 330, 1, < / RTI >

도시된 실시예는 전해질로 고체 전해질층(340)을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 고체 전해질층(340)의 일면은 유리 섬유 패브릭(320)과 접촉한다. The illustrated embodiment is characterized in that a solid electrolyte layer 340 is used as an electrolyte. One side 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 for the solid electrolyte layer 340. For example, a sulfide-based or oxide-based solid electrolyte may be used, and more specifically, an inorganic ion conductor such as NASICON-type ion conductor, Thio-LISICON-type ion conductor, Garnet-type ion conductor or Perovskite- .

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. The anode active material layer 320 as described above is provided on one side of the glass fiber fabric 330 contacting the solid electrolyte layer 340. The composition and manufacturing method of the negative electrode active material layer 320 are as described above, and redundant description is omitted here.

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

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

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, a graphene layer 360 is formed on a 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). In addition, a glass fiber fabric is prepared (S320), and a negative electrode active material layer 320 is formed on one side 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). Then, a separate first substrate, a second substrate manufactured through the above procedure, and a glass fiber fabric are bonded and packed (S340).

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 전술한 실시예는 본 발명을 예시하는 것이고 본 발명을 제한하는 것은 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments illustrate the present invention and are intended to 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, and 310,
120, 220, 320 anode active material layer
130, 330 fiberglass fabric
140 electrolyte
150, 250, 350 Cathode active material layer
160, 260, 360 Graphene layer
170, 270, 370,
230 Porous glass layer

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. A secondary battery which charges and discharges charges by the movement of ions between opposing 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
And an active material deposited on one side of the translucent glassy membrane. 제1항에 있어서,
상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the translucent glassy membrane is a glass fiber fabric. 제1항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 다공성 유리층인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the translucent membrane is a porous glass layer. 제1항에 있어서,
상기 다공성 유리층의 기공율은 30% 이상인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the porosity of the porous glass layer is 30% or more. 제1항에 있어서,
상기 대향하는 기판은 각각 투광성 폴리머 시트인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the opposed substrate is a translucent polymer sheet. 제1항에 있어서,
상기 대향하는 기판 중 어느 하나와 상기 투광성 유리질 멤브레인 사이에 그래핀층이 개재되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein a graphene layer is interposed between any one of the opposed substrates and the transparent 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 vitreous membrane having two opposed substrates and at least one opening;
Forming an active material on at least one surface of the membrane;
Attaching and packing the membrane with the active material interposed therebetween;
Injecting an electrolyte into the bonded and packed substrate; And
And sealing the bonded and packed substrate. ≪ Desc / Clms Page number 24 > 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.8. The method of claim 7,
Wherein forming the active material on at least one side of the membrane comprises:
Forming a cathode active material on one side of the membrane; And
And 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.8. The method of claim 7,
Wherein the translucent glassy membrane is produced by weaving glass fibers. 제7항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 유리 비드로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.8. The method of claim 7,
Wherein the light transmissive membrane is made of glass beads. 제7항에 있어서,
상기 투광성 멤브레인은 졸겔법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지. 8. The method of claim 7,
Wherein the light transmissible membrane is produced by a 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.A secondary battery comprising a solid electrolyte between opposing substrates to charge and discharge charges by movement of ions,
A translucent glassy membrane interposed between the opposing substrates and having at least one opening; And
And an active material deposited on one side of the transparent glassy membrane and in contact with the solid electrolyte. 제12항에 있어서,
상기 투광성 유리질 멤브레인은 유리 섬유 패브릭인 것을 특징으로 하는 투광성 이차전지.13. The method of claim 12,
Wherein the translucent glassy membrane is a glass fiber fabric.
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WO2018197750A1 (en) * 2017-04-24 2018-11-01 Aalto University Foundation Sr Li-organic 3d thin-film microbattery
WO2021100198A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-27 日本電信電話株式会社 Lithium secondary battery and method for producing the same

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