KR20160058570A - 인서트 사출성형물 및 이를 포함하는 시계줄 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인서트 사출성형물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방습부재가 형성되어 내부에 내장된 플렉서블 배터리에 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있는 인서트 사출성형물 및 이를 포함하는 시계줄에 관한 것이다.

Description

인서트 사출성형물 및 이를 포함하는 시계줄{insert injection molding and watch-band containing the same}
본 발명은 인서트 사출성형물 및 이를 포함하는 시계줄에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 내장된 플렉서블 배터리에 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있는 인서트 사출성형물 및 이를 포함하는 시계줄에 관한 것이다.
전자제품의 디지털화와 고성능화 등으로 소비자의 요구가 바뀜에 따라 시장 요구도 박형 및 경량화와 고에너지 밀도에 의한 고용량을 지니는 전원 공급 장치의 개발로 흐름이 바뀌고 있는 상황이다.
이와 같은, 소비자의 요구를 충족시키기 위해 고에너지 밀도 및 대용량의 리튬이온 이차전지, 리튬이온 고분자전지, 슈퍼커패시터(전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor) 및 수도 커패시터(Pseudo capacitor)) 등과 같은 전원 공급 장치가 개발되고 있는 실정이다.
최근, 휴대용 전화기, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 전자기기의 수요가 지속적으로 증가하고 있고, 특히 두루마리형 디스플레이, 플렉서블 전자종이(flexible e-paper), 플렉서블 액정표시장치(flexible liquid crystal display, flexible-LCD), 플렉서블 유기발광다이오드(flexible organic light-emitting diode, flexible-OLED) 등이 적용된 플렉서블 모바일 전자기기에 대한 관심이 최근 증가하고 있다. 이에 따라, 플렉서블 모바일 전자기기를 위한 전원 공급 장치 역시 플렉서블한 특성을 갖는 것이 요구되어야 한다.
이와 같은 특성을 반영할 수 있는 전원 공급 장치 중 하나로 플랙서블 배터리가 개발되고 있다.
플랙서블 배터리는 플랙서블한 성질을 지닌 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-메탈 하이드라이드 배터리, 니켈-수소 배터리, 리튬이온 배터리 등을 들 수 있다. 특히, 리튬이온 배터리는 납 축전지와, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리, 니켈-아연 배터리 등 다른 배터리와 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 높은 활용도를 갖는다.
상기 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 사용하는데, 주로 금속캔을 용기로 하여 용접 실링시킨 형태로 사용되고 있다. 하지만, 금속캔을 용기로 사용하는 원통형 리튬이온 배터리는 형태가 고정되므로 전기 제품의 디자인을 제한하는 단점이 있고 부피를 줄이는데 어려움이 있다.
특히, 앞서 언급했듯이 모바일 전자기기는 발전되어 박막화되고 소형화될 뿐만 아니라 플렉서블하여, 기존의 금속캔을 사용한 리튬이온 배터리나, 각형 구조의 배터리는 상기와 같은 모바일 전자기기에 적용하기 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 구조적인 문제를 해결하기 위해 최근, 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 파우치에 넣고 실링하여 사용하는 파우치형 배터리가 개발되고, 파우치형 배터리는 가요성(flexible)을 갖는 소재로 제작되어 다양한 형태로 제조가 가능하며, 높은 질량당 에너지밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
종래 기술 중 한국공개특허 제2014-0059737호에는 플렉서블 젤리롤 타입 2차 전지를 개시하고 있으며, 한국공개특허 제2012-0023491호에는 파우치형 플렉서블 필름 전지 및 그 제조방법을 개시하고 있다.
일반적으로, 파우치형 배터리에 사용되는 파우치는 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층이 적층된 구조를 갖는다. 이 중 금속층은 파우치 구조를 이루는 필수 구성 요소로서, 밀도가 조밀하여 습기 및 전해액이 통과할 수 없어 파우치의 외부에서 파우치 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에, 파우치 내부에 위치되는 전해액이 파우치 외부로 누수되는 것을 차단하는 기능을 수행한다. 하지만, 이와 같은 금속층은 탄성 복원력이 부족하여 일정 수준 이상의 유연성을 확보하기 어려워, 상기 파우치가 사용된 플렉서블 배터리에 크랙(crack)을 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 방습부재가 형성되어 내부에 내장된 플렉서블 배터리에 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있는 인서트 사출성형물을 제공하고자 한다.
이와 같은, 인서트 사출성형물은 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 디바이스에 사용하기에 적합하며, 예를 들면, 플렉서블 배터리가 내장된 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스, 스마트 왓치(smart watch), 스마트폰, 노트북, PDA 등의 휴대용 디바이스에 응용이 가능하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 인서트 사출성형물은, 투습도가 100g/m2·day 이하인 방습부재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 사출성형물은 상기 사출성형물 내부에 플렉서블 배터리를 포함하고, 상기 방습부재는 상기 플렉서블 배터리 표면 전체 또는 일부에 코팅될 수 있다.
또한, 상기 사출성형물은 상기 사출성형물 내부에 플렉서블 배터리를 포함하고, 상기 방습부재는 상기 플렉서블 배터리 표면과 이격되어 사출성형물 내부에 형성될 수 있다.
이 뿐만 아니라, 상기 사출성형물은 상기 방습부재가 상기 사출성형물 표면에 코팅될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 사출성형물은 전기절연성 물질로 구성되고, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방습부재는 알루미늄 박막, 구리 박막, 인청동(phosphorbronze, PB) 박막, 알루미늄청동(aluminium bronze) 박막, 백동 박막, 베릴륨-구리(Berylium-copper) 박막, 크롬-구리 박막, 티탄-구리 박막, 철-구리 박막, 코르손 합금 박막 및 크롬-지르코늄 구리 합금 박막 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방습부재는 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌-에틸렌 공중합체, 부텐-에틸렌 공중합체, 헥센-에틸렌 공중합체, 옥텐-에틸렌 공중합체 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체로 구성된 수분 차단성 고분자 필름일 수 있다.
이 뿐만 아니라, 상기 방습부재는 무기입자로 구성된 필러(filler)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 의하면, 상기 사출성형물 내부에는 플렉서블 배터리가 내장되어 있으며, 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부 전체를 봉지시키는 실링부; 를 포함하며, 양극단자 및 음극단자가 실링부 외부로 돌출형성되어 있을 수 있다.
이 때, 상기 실링부 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며,상기 실링부 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패턴은 연속적 또는 비연속적으로 형성되어 있으며, 상기 패턴은 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴, 엠보싱 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종 이상의 포함할 수 있다.
상기 실링부는 전극조립체 방향으로부터 외부 방향으로 제1 수지층 및 제2 수지층이 적층된 구조이며, 제1수지층은 PPa(acid modified polypropylene), CPP(casting polyprolypene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지 중 하나의 단일층 구조 또는 이들의 적층 구조를 포함하고, 제2수지층은 나일론, PET(polyethylene terephthalate), COP(Cyclo olefin polymer), PI(polyimide) 및 불소계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 실링부는 제1 수지층 및 제2 수지층 사이에 수분 차단층을 더 포함할 수 있으며, 상기 수분 차단층은 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌-에틸렌 공중합체, 부텐-에틸렌 공중합체, 헥센-에틸렌 공중합체, 옥텐-에틸렌 공중합체 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체로 구성된 수분 차단성 고분자 필름일 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 의하면, 상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질층을 구비하는 양극; 음극집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질층을 구비하는 음극; 및 분리막; 을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 실링부의 패턴과 일치하는 부분을 포함할 수 있다.
또한, 제2수지층의 상단면은 단열나노웹 코팅층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2수지층과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함할 수 있으며, 상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 양극 또는 음극은 상기 분리막으로 봉지되어 분리막과 일체화되며, 상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종이상을 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하며, 상기 다공성 나노섬유웹층은 양극의 양극활물질 또는 음극의 음극활물질과 접촉하고 있을 수 있다.
한편, 상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함할 수 있고, 상기 플렉서블 배터리는 이차전지일 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 언급한 인서트 사출성형물을 포함하는 시계줄 또는 플렉서블 디스플레이 디바이스를 제공한다.
본 발명의 인서트 사출성형물에 의하면, 방습부재를 구비함으로써 내부에 내장된 플렉서블 배터리 중 파우치를 구성하는 금속층이 형성되어 있지 않아도, 배터리 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
도 1은 일반적인 사출성형물을 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 사출성형물의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사출성형물의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사출성형물의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 사출성형물의 단면을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 종래 배터리의 외부 형태 및 단면의 개략도이다.
도 7a는 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킨 플렉서블 배터리에 대한 개략도이며, 도 7b는 도 7a와 다른 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리의 개략도이다.
도 8a 및 도 8b 각각은 도 7a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 개략도로서, 도 8a는 실링부(1, 2)에는 패턴이 형성되고, 전극조립체(1000)에는 패턴이 형성되지 않은 일실시예를 나타낸 것이고, 도 8b는 실링부(1,2) 및 전극조립체(1000)에 모두 패턴이 형성된 개략도이며, 도 8a 및 도 8b 모두 실링부(1,2) 표면에 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성되어 있는 개략도이다.
도 9a 및 도 9b 각각은 도 7a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 또 다른 개략도로서, 도 9a는 실링부(1, 2)에는 패턴이 형성되고, 전극조립체(1000)에는 패턴이 형성되지 않은 일실시예를 나타낸 것이고, 도 9b는 실링부(1,2) 및 전극조립체(1000)에 모두 패턴이 형성된 개략도이며, 도 9a 및 도 9b 모두 실링부(1,2) 표면에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000)이 적층되어 있는 개략도이다.
도 10a는 외장재 표면뿐만 아니라, 음극(5a) 및 양극(5b)에 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이며, 도 10b는 실링부 표면뿐만 아니라, 음극(5a) 및 양극(5b)에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이다.
도 11 내지 도 22 각각은 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴의 바람직한 일실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체를 구성하는 분리막의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 24는 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 25 및 도 26 각각은 실링부의 제1수지층 및 제2수지층 사이에 수분 차단층이 형성된 도 7a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 개략도이다.
일반적으로, 파우치형 배터리에 사용되는 파우치는 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층이 적층된 구조를 갖는다. 이 중 금속층은 파우치 구조를 이루는 필수 구성 요소로서, 밀도가 조밀하여 습기 및 전해액이 통과할 수 없어 파우치의 외부에서 파우치 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에, 파우치 내부에 위치되는 전해액이 파우치 외부로 누수되는 것을 차단하는 기능을 수행한다. 하지만, 이와 같은 금속층은 탄성 복원력이 부족하여 일정 수준 이상의 유연성을 확보하기 어려워, 상기 파우치가 사용된 배터리에 크랙(crack)을 유발하는 문제점이 있었다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 일반적인 사출성형물(70)은 내부에 배터리(71)를 내장하고 있다. 이 때, 사출성형물(70)은 일반적으로 유연성 물질로 구성되며, 투습도가 높은 물질로 구성되어 수분이 사출성형물(70) 내부로 침투가 용이하여, 수분에 의해 내장된 배터리(71)에 영향을 미친다. 만일, 배터리(71)의 유연성을 확보하기 위해 금속층을 포함되어 있지 않은 파우치를 사용하게 된다면, 습기가 배터리(71) 내부로 침투되는 문제점이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 투습도가 100g/m2·day 이하, 바람직하게는 투습도가 50g/m2·day 이하인 방습부재를 포함하는 인서트 사출성형물을 제공한다.
이와 같이 제공된 본 발명의 인서트 사출성형물은 방습부재를 구비함으로써 내부에 내장된 플렉서블 배터리 중 파우치를 구성하는 금속층이 형성되어 있지 않아도, 플렉서블 배터리 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 발명의 인서트 사출성형물은 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 디바이스에 사용하기에 적합하며, 예를 들면, 플렉서블 배터리가 내장된 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스, 스마트 왓치(smart watch), 스마트폰, 노트북, PDA 등의 휴대용 디바이스에 응용이 가능하다.
먼저, 본 발명의 인서트 사출성형물은 전기절연성 물질로 구성된다. 즉, 본 발명의 인서트 사출성형물은 앞서 언급했듯이 방습부재를 포함하고 있어, 배터리 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 전기절연성 물질로 구성되어 인서트 사출성형물에 플렉서블 배터리를 내장할 때, 전기적 안정성을 도모할 수 있다.
상기 인서트 사출성형물은 전기절연성 물질로 당업계에서 사용할 수 있는 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리아미드 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸린 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 인서트 사출성형물(50)은 내부에 플렉서블 배터리(60)를 포함하고, 방습부재(80)가 플렉서블 배터리(60) 표면 전체 또는 일부에 코팅되어 있을 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 인서트 사출성형물(50)은 내부에 플렉서블 배터리(60)를 포함하고, 방습부재(81)가 상기 플렉서블 배터리(60) 표면과 이격되어 사출성형물(50) 내부에 형성되어 있을 수 있다.
이 뿐만 아니라, 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명의 인서트 서출성형물(50)은 방습부재(82)가 상기 사출성형물(50) 표면에 코팅되어 있을 수 있다.
결론적으로, 상기 방습부재(80, 81, 82)은 다양한 구조로 인서트 사출형성물(50)에 포함될 수 있으며, 상기 플렉서블 배터리(60) 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에 플렉서블 배터리(60) 내부에 위치되는 전해액이 사출성형물(50) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있는 것이다.
한편, 상기 방습부재는 알루미늄 박막, 구리 박막, 인청동(phosphorbronze, PB) 박막, 알루미늄청동(aluminium bronze) 박막, 백동 박막, 베릴륨-구리(Berylium-copper) 박막, 크롬-구리 박막, 티탄-구리 박막, 철-구리 박막, 코르손 합금 박막 및 크롬-지르코늄 구리 합금 박막 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인청동 박막은 청동에 인을 첨가한 합금이고, 베릴륨동은 베릴륨을 0.2 ~ 2.5% 함유시킨 동합금으로 동합금 중에서 최고의 강도를 가지며, 내식성, 내마모성, 피로한도, 스프링 특성 및 전기전도성이 모두 우수할 수 있다.
상기 인청동 박막은 선팽창 계수가 1.0 ~ 1.7×10-7/℃일 수 있으며, 바람직하게는 1.2 ~ 1.5×10-7/℃일 수 있다. 만일, 선팽창 계수가 1.0 ×10-7/℃미만이면, 유연성을 충분히 확보할 수 없어, 외력에 의해 크랙(crack)이 발생할 수 있으며, 선팽창 계수가 1.7 ×10-7/℃을 초과하면 강성을 확보할 수 없을 수 있다.
상기 인청동 박막은 주석(Sn) 3.5 ~ 10 중량%, 바람직하게는 4 ~ 8 중량%, 인(P) 0.03 ~ 0.35 중량%, 구리 89.3 ~ 96.2 중량%을 포함할 수 있다. 이때, 인청동 박막은 인청동 박막에 포함된 주석의 함량에 따라 특성이 변화할 수 있는데, 주석의 함량이 3.5 중량% 미만으로 포함되면, 인청동 박막의 강성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 주석의 함량이 10 중량%를 초과하면, 유연성을 충분히 확보할 수 없어, 외력에 의해 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
또한, 상기 방습부재는 수분 차단성 고분자 필름을 포함할 수 있다. 상기 수분 차단성 고분자 필름은 수분 차단 기능을 발휘할 수 있는 고분자 수지라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌, 부텐, 헥센 및/또는 옥텐과 에틸렌의 공중합체, 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 방습부재는 일면에 가스 차단 기능을 발휘할 수 있는 고분자 수지의 가스차단부재를 더 포함할 수 있다. 상기 가스차단부재로서 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE) 및/또는 폴리비닐알코올(PVA)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 방습부재는 무기입자로 구성된 필러(filler)를 더 포함할 수 있다. 상기 필러는 방습부재의 인성 또는 강도와 같은 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 수분 차단 기능을 발휘할 수 있는 무기입자일 수 있다.
상기 무기입자는 Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT), Fe3O4, (Co,Ni)O-(Cr,Fe)2O3, PbCrO4, ZnCrO4, BaCrO4, CdS, FeO(OH)nH2O, TiO2-NiO-Sb2O3, Pb(CN)2, Ca2PbO4, Al,Fe,Sn-2PbO-Sb2O5, V-SnO2, V-ZrO2, Pr-ZrSiO4, CrSbO4, Cr2WO6-TiO2, ZrSO4 코팅된 CdS 또는 (CdZn)S, PbCrO4, PbO, PbCrO4, PbMoO4, PbSO4, Fe2O3+FeO, Fe2O3+MnO2+Mn3O4, ZnO·(Al,Cr,Fe)2O3, Fe2O3, Pb3O4, HgS, CdS+CdSe, CdS+HgS, 2Sb2S3, Sb2O3, Co3(PO4)2, Co3(PO4)2·4H2O, Co3(PO4)2·8H2O, 3NaAl·SiO4·Na2S2, Fe4[Fe(CN6)3·nH2O, CoO·nAl2O3, CoO·nSnO2·mMgO, Co3O4+SiO2+Al2O3+Fe2O3+NiO+MnO, CoO-nAl2O3 또는 (Co,Zn)O-nAl2O3, 2(Co,Zn)O·SiO2, V-ZrSiO4, Cr2O3, Cr2O(OH)4, Cu(CH3CO2)2, 3CuO(AsO2)2, CoO-ZnO-MgO, (Co,Zn)O·(Al,Cr)2O3, 3CaO-Cr2O3·3SiO2, (Al,Cr)2O3, Sb-SnO2, Co,Ni-ZrSiO4, Mn,P-α-Al2O3, ZnO·(Al,Cr)2O3, Cr-CaO·SnO2·SiO2, Fe-ZrSiO4, Cr,Co-CaO·SnO2·SiO2, ZrSiO4 코팅된 Cd(S,Se), ZnS, Zn2SiO4, (Zn,Cd)S, CaS, SrS, CaWO4, SiC 및 Si3N4 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 인서트 사출성형물에 내장되는 플렉서블 배터리를 설명하면 다음과 같다.
기존의 배터리는 도 6a 및 도 6b와 같이 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부(20) 전체를 봉지시키는 실링부(10)의 표면이 평평한 구조를 갖고, 탄성력이 떨어져서 구부리면 실링부(10)의 표면에 크랙이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 기존 배터리의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 실링부(10)뿐만 아니라, 실링부(10) 내부의 전극조립체에도 밴딩시 수축 및 이완을 가능케 하는 패턴을 형성시킴으로서, 실링부 표면에 크랙이 발생하는 문제를 해결할 뿐만 아니라, 유연성을 확보하였다.
본 발명의 플렉서블 배터리는 도 7 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 실링부(10)에 의해 전극조립체(1000) 및 전해액을 봉지시킨 배터리로서, 본 발명의 플렉서블 배터리는 도 7a및 도 7b에 나타낸 바와 같이 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부(20) 및 상기 수용부(10) 전체를 봉지시키는 실링부(10)를 포함하며, 양극단자(5a) 및/또는 음극단자(5b)가 실링부(10) 외부로 돌출형성되어 있을 수 있다.
또한, 실링부(10) 표면에는 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성될 수 있다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 실링부(1,2)의 외부 표면, 바람직하게는 실링부(1,2)의 최외각층인 제2수지층(309)의 상단면에 단열나노웹 코팅층(2000)을 도입하여 플렉서블 배터리 자체에서 발생하는 열이 전기, 전자기기로 열이 전달되는 것을 최소화할 수 있으며, 또한, 외부에서 플렉서블 배터리로 전달되는 열을 차단함으로써, 전기, 전자기기의 부품 즉, 플렉서블 배터리가 삽입되는 부품과 함께 사출 성형시켜서 부품과 일체화시켜서 제조할 수 있는 것이다. 상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함할 수 있다.
또한, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, 실링부(1, 2)의 외부 표면과 단열나노웹 코팅층(2000) 사이에 부직포층(1500)을 도입할 수도 있다. 구체적으로, 플렉서블 배터리는 실링부(1, 2)의 제2수지층(309)과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층(1500)을 더 포함할 수 있다.
또한, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 실링부(10) 뿐만 아니라, 전극단자인 음극단자(5a) 및 양극단자(5b)의 표면에도 단열나노웹 코팅층(2000) 및/또는 부직포층(1500)을 형성시켜서, 외부 열이 전극단자를 통해서 플렉서블 배터리로 전달되거나, 또는 플렉서블 배터리 자체 열이 전자, 전기 기기로 전달되는 것을 최소화 또는 차단할 수도 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리에 있어서, 상기 실링부 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 실링부 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 가질 수 있다.
그리고, 도 7a 및 8a에 나타낸 바와 같이, 수용부(1,2) 내부에 있는 상기 전극조립체(1000)는 양극집전체(501)의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질층(502)을 구비하는 양극; 음극집전체(401)의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질층(402)을 구비하는 음극; 및 분리막(600);을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막(600)은 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 수용부(1,2)의 패턴과 일치하는 부분을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴은 도 11 ~ 도 14 및 도 20 ~ 도 22처럼 연속적인 패턴일 수도 있으며, 또는 도 15 ~ 도 19처럼 패턴이 비연속적으로 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴은 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종 이상의 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 패턴은 도 20 내지 도 22에 나타낸 바와 같이, 이웃 패턴간에 서로 같거나 다른 패턴 크기를 또는 패턴 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 패턴은 도 7b와 같이 상하 및/또는 좌우 방향으로의 유연성을 확보하기 위해 엠보싱 패턴을 가질 수 있고, 상기 엠보싱 패턴은 사면체형, 오면체형, 육면체형 및 이들의 혼합 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리는 어느 일방향으로의 유연성 증대를 위해서, 상기 패턴은 하기 방정식 1 및/또는 방정식 2를 만족하도록 형성되어 있을 수도 있다.
[방정식 1]
제1실링부(1) 패턴의 높이 ≥ 전극조립체(1000) 패턴의 높이 ≥ 제2실링부(2) 패턴의 높이
[방정식 2]
제1실링부(1) 패턴의 피치 ≥ 전극조립체(1000) 패턴의 피치 ≥ 제2실링부(2) 패턴의 피치
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리에서 패턴은 플렉서블 배터리의 중심으로부터 외부방향으로 갈수록 패턴의 높이가 작아지는 형태를 갖도록 형성시킬 수도 있다.
이와 같이 플렉서블 배터리의 실링부뿐만 아니라, 전극집합체(분리막 포함)에 패턴을 형성시킴으로써, 전극집합체의 전극간의 접착강도를 개선시킬 수 있으면서도, 패턴에 의해 전해액의 유동을 방지할 수도 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리의 수용부 내부에 수용된 전극조립체는 앞서 설명한 바와 같이 양극, 음극 및 분리막을 포함하는데, 도 23에 기재된 바와 같이, 상기 분리막(600)은 부직포층(31)의 일면 또는 양면에 다공성 나노섬유웹층(32)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 다공성 나노섬유웹층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유를, 바람직하게는 다공성 나노섬유웹층 형성시 방사성 및 균일한 기공형성을 확보를 위해 폴리아크릴니트릴 나노섬유만으로 구성될 수 있다. 그리고, 다공성 나노섬유웹층의 상기 폴리아크릴로니트릴 나노섬유는 평균직경 0.1㎛ ~ 2㎛인 것을, 바람직하게는 0.1㎛ ~ 1.0㎛일 수 있으며, 이때, 나노섬유의 평균직경이 0.1㎛ 미만이면 분리막이 충분한 내열성을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 2㎛를 초과하면 분리막의 기계적 강도는 우수하나, 분리막의 탄성력이 오히려 감소하여 플렉서블 배터리에 사용하기에 부적합해질 수 있다.
그리고, 본 발명에서 상기 전극조립체(1000)는 도 8와 같이 양극과 음극 사이에 분리막이 형성된 형태일 수도 있으며, 또한, 도 24 에 개략도로 나타낸 바와 같이, 양극(200), 음극(100) 및 상기 양극(200)과 음극(100)을 분리시키는 분리막(600a, 600b)을 포함하고, 상기 양극(200)은 양극집전체(501) 및 양극활물질(502a, 502b)을 포함하고, 상기 음극(100)은 음극집전체(401) 및 음극활물질(402a, 402b)을 포함하며, 상기 양극 또는 음극은 상기 분리막으로 봉지(또는 실링 또는 코팅)되어 분리막과 일체화되어 있을 수 있다. 음극집전체 및 양극집전체가 연장되어 음극단자(5a) 및 양극단자(5b)를 형성할 수 있다.
이와 같이 음극 또는 양극과 분리막이 일체화된 전극조립체를 제조하는 방법에 대하여 바람직한 일례를 들면, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극활물질층을 구비한 양극 및 음극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극활물질층을 구비한 음극을 각각 준비하는 단계; 상기 양극 또는 음극 중 어느 하나를 봉지하도록 다공성 나노섬유웹층과 부직포층을 포함하는 분리막을 형성시켜서, 양극 또는 음극과 분리막을 일체화시키는 단계; 및 분리막과 일체화된 양극 또는 음극과 분리막이 형성되지 않은 양극 또는 음극을 대향시켜 압착 조립하는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
또한, 다공성 나노섬유웹층을 부직포의 일면 또는 양면에 형성시켜서 분리막을 제조한 후, 음극 또는 양극의 일표면 또는 양표면에 다공성 나노섬유웹층이 접촉하도록 음극 또는 양극 표면을 상기 분리막으로 봉지시켜서 본 발명의 전극조립체를 제조할 수도 있다.
그리고, 상기 분리막의 부직포층(31a, 31b)을 구성하는 상기 부직포는 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐알코올(PVA, polyvinyl alcohol), 폴리설폰(polysulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아마이드(polyamide), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly methyl methacrylate) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 상기 부직포층은 무기첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 무기첨가제는 SiO, SnO, SnO2, PbO2, ZnO, P2O5, CuO, MoO, V2O5, B2O3, Si3N4, CeO2, Mn3O4, Sn2P2O7, Sn2B2O5, Sn2BPO6, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SiO2, Al2O3 및 PTFE 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 할 수 있다. 그리고, 상기 무기첨가제인 무기물 입자는 평균입경 10 ~ 50 nm인 것을, 바람직하게는 10 ~ 30 nm인 것을, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 nm인 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 전극조립체에 있어서, 상기 분리막의 평균두께는 10 ~ 100㎛, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있으며, 분리막의 평균두께가 10㎛ 미만이면 분리막이 너무 얇아서 배터리의 반복적인 구부러짐 및/또는 펴짐에 의한 분리막의 장기내구성을 확보할 수 없을 수 있고, 100㎛를 초과하면 플렉서블 배터리의 박막화에 불리하므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖도록 제조하는 것이 좋다.
그리고, 상기 부직포층은 평균두께 10 ~ 30㎛로, 바람직하게는 15 ~ 30㎛로 형성시키고, 상기 나노섬유웹층은 평균두께 1 ~ 5㎛를 갖는 것이 좋다.
본 발명의 전극조립체(1000)는 양극활물질 및 양극집전체를 포함하는 양극과 음극활물질 및 음극집전체를 포함하는 음극을 포함하는데, 상기 양극 집전체 및/또는 음극 집전체는 박형의 금속 호일로 이루어질 수 있고, 일방향으로 길게 이어진 띠 형상으로 형성되며 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금 및 이들의 조합에 의하여 제조되는 금속 호일로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 양극집전체 및/또는 음극집전체는 특별하게 한정하지는 않으나, 0.5 ~ 2㎛ 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 양극 구성 중 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1 -x-yCoxMyO2(0 ≤ x ≤1, 0 ≤y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속 산화물을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다.
그리고, 상기 음극 활물질은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 섬유, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 음극 활물질로 종류가 한정되는 것은 아니다.
여기서, 탄소는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 탄소나노섬유, 흑연, 활성탄, 그래핀 및 그래파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서는 양극 활물질 및 음극 활물질은 양극집전체 또는 음극집전체로부터 박리를 방지하고, 양극 활물질층 및 음극 활물질충의 크랙을 방지하기 위하여 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 성분을 함유할 수 있다. PTFE 성분은 양극 활물질층 및 음극 활물질층 각각의 총 중량에서 0.5 ~ 20 중량%를 함유할 수 있고, 바람직하게는 최대 5 중량% 이하로 함유할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리는 앞서 설명한 바와 같이, 수용부 내에 전해액을 포함하며, 상기 전해액은 비수성 유기용매를 포함하며, 상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전해액은 리튬염을 포함할 수 있으며, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x +1SO2)(CyF2x +1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리 구성 중 하나인 상기 실링부는 도8a 및 도9a에 기재된 바와 같이, 전극조립체 방향으로부터 외부 방향으로 제1수지층(109) 및 제2수지층(309)이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1수지층은 PPa(acid modified polypropylene), CPP(casting polyprolypene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지 중 하나의 단일층 구조 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있고, 바람직하게는 PPa(acid modified polypropylene), CPP (casting polyprolypene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene) 중 하나의 단일층 구조 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1수지층은 평균두께 20 ㎛ ~ 80㎛로, 바람직하게는 20 ㎛ ~ 60㎛로 형성시키는 것이 좋은데, 이때, 평균두께 20 ㎛ 미만이면 제1외장재 및 제2외장재간 접합력 및 기밀성 확보에 불리할 수 있으며, 80 ㎛를 초과하는 것은 비경제적이며, 박편화에 불리하므로 상기 범위 내의 두께로 형성시키는 것이 좋다.
다음으로, 상기 제2 수지층은 적층 구조의 파우치를 구현하기 위한 가요성이 있는 기재로써, 본 발명의 플렉서블 배터리용 파우치의 최외각층을 이루는 부분으로서, 파우치의 강도를 보강하고, 외부에서 인가되는 물리적인 접촉에 의하여 실링부에 스크래치가 발생하는 것을 방지하는 등 파우치를 외력으로부터 보호하기 위한 것이다. 상기 제2수지층은 나일론, PET(polyethylene terephthalate), COP(Cyclo olefin polymer), PI(polyimide) 및 불소계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 나일론 또는 불소계 화합물을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 불소계 화합물은 PTFE(polytetra fluoroethylene), PFA(perfluorinated acid), FEP(fluorinated ethelene propylene copolymer), ETFE(polyethylene tetrafluoro ethylene), PVDF(polyvinylidene fluoride), ECTFE(Ethylene Chlorotrifluoroethylene) 및 PCTFE(polychlorotrifluoro ethylene) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 제2수지층은 평균두께 10 ㎛ ~ 50 ㎛으로, 바람직하게는 평균두께 15 ㎛ ~ 40 ㎛로, 더욱 바람직하게는 15 ㎛ ~ 35 ㎛로 형성시키는 것이 좋다. 이때, 제2수지층은 평균두께 10 ㎛ 미만이면 충분한 파우치의 기계적 물성을 확보하지 못할 수 있으며, 50㎛를 초과하는 것은 비경제적이다.
또한, 본 발명의 실링부는 도 25 및 도 26에 기재된 바와 같이, 제1수지층(109) 및 제2수지층(309) 사이에 수분 차단층(209)을 더 포함할 수 있다.
상기 수분 차단층(209)는 수분 차단성 고분자 필름으로서, 밀도가 조밀하여 습기 및 전해액이 통과할 수 없는 층으로 본 발명의 플렉서블 배터리용 파우치 내부로 습기가 침투되는 것을 방지함과 동시에, 파우치 내부에 위치되는 전해액이 파우치 외부로 누수되는 것을 차단하는 기능을 수행한다.
상기 수분 차단층(209)은 수분 차단 기능을 발휘할 수 있는 고분자 수지라면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌, 부텐, 헥센 및/또는 옥텐과 에틸렌의 공중합체, 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 수분 차단층(209)은 일면에 가스 차단 기능을 발휘할 수 있는 고분자 수지의 가스 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 가스 차단층으로서 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE) 및/또는 폴리비닐알코올(PVA)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 수분 차단층(209)는 무기입자로 구성된 필러(filler)를 더 포함할 수 있다. 상기 필러는 방습부재의 인성 또는 강도와 같은 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라 수분 차단 기능을 발휘할 수 있는 무기입자일 수 있다.
상기 무기입자는 Al2O3, ZnO, ZnS, SiO2, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, Y2O3, TiO2, Sb2O3, BaTiO3, SrTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3 (PLZT), Fe3O4, (Co,Ni)O-(Cr,Fe)2O3, PbCrO4, ZnCrO4, BaCrO4, CdS, FeO(OH)nH2O, TiO2-NiO-Sb2O3, Pb(CN)2, Ca2PbO4, Al,Fe,Sn-2PbO-Sb2O5, V-SnO2, V-ZrO2, Pr-ZrSiO4, CrSbO4, Cr2WO6-TiO2, ZrSO4 코팅된 CdS 또는 (CdZn)S, PbCrO4, PbO, PbCrO4, PbMoO4, PbSO4, Fe2O3+FeO, Fe2O3+MnO2+Mn3O4, ZnO·(Al,Cr,Fe)2O3, Fe2O3, Pb3O4, HgS, CdS+CdSe, CdS+HgS, 2Sb2S3, Sb2O3, Co3(PO4)2, Co3(PO4)2·4H2O, Co3(PO4)2·8H2O, 3NaAl·SiO4·Na2S2, Fe4[Fe(CN6)3·nH2O, CoO·nAl2O3, CoO·nSnO2·mMgO, Co3O4+SiO2+Al2O3+Fe2O3+NiO+MnO, CoO-nAl2O3 또는 (Co,Zn)O-nAl2O3, 2(Co,Zn)O·SiO2, V-ZrSiO4, Cr2O3, Cr2O(OH)4, Cu(CH3CO2)2, 3CuO(AsO2)2, CoO-ZnO-MgO, (Co,Zn)O·(Al,Cr)2O3, 3CaO-Cr2O3·3SiO2, (Al,Cr)2O3, Sb-SnO2, Co,Ni-ZrSiO4, Mn,P-α-Al2O3, ZnO·(Al,Cr)2O3, Cr-CaO·SnO2·SiO2, Fe-ZrSiO4, Cr,Co-CaO·SnO2·SiO2, ZrSiO4 코팅된 Cd(S,Se), ZnS, Zn2SiO4, (Zn,Cd)S, CaS, SrS, CaWO4, SiC 및 Si3N4 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 사용될 수도 있고, 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
상기 수분 차단층의 평균두께는 5㎛ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ ~ 100㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50㎛일 수 있다. 만일, 수분 차단층의 두께가 5㎛ 미만이면 수분 차단층의 역할을 수행할 수 없게 될 수 있다. 달리 말하면, 앞서 언급했듯이 수분 차단층은 밀도가 조밀하여 습기 및 전해액을 통과할 수 없는데, 수분 차단층의 두께가 5㎛ 미만이면, 파우치 내부로 습기가 침투될 수 있을 뿐만 아니라, 파우치 내부에 위치되는 전해액이 파우치 외부로 누수될 수 있다.
한편, 본 발명의 플렉서블 배터리는 상기 수분 차단층 및 제2수지층 사이에 접착제층을 더 포함할 수 있다.
상기 접착제층은 파우치 안에 수용되어 플렉서블 배터리에 이상 과열 등의 문제점이 발생할 때, 안전성 및 내부 단락 등에 대한 신뢰성을 부여할 수 있다. 또한 접착제층은 수분 차단층 및 제2수지층 사이의 접착이 용이하도록 하는 역할을 할 수 있다.
상기 접착제층은 제2수지층과 유사한 물질로 만들어 질 수 있고, 실리콘, 폴리프탈레이트, 산 변성 폴리프로필렌(PPa, acid modified polypropylene) 및 산 변성 폴리에틸렌(Pea, acid modified polyethylene) 중에서 선택된 1종 이상의 접착제를 포함할 수 있다. 그리고, 이때 상기 접착제층은 평균두께 5 ㎛ ~ 30 ㎛인 것을, 바람직하게는 10 ㎛ ~ 20 ㎛일 수 있으며, 상기 접착제층의 평균두께가 5 ㎛를 초과하면 안정적인 접착력 확보가 어려울 수 있고, 30 ㎛를 초과하면 박리화에 불리할 수 있다.
또한, 상기 수분 차단층 및 제2수지층 사이에 드라이 라미네이트층(dry lamination layer)을 포함할 수도 있으며, 이때, 상기 드라이 라미네이트층은 평균두께 1 ㎛ ~ 7 ㎛인 것을, 바람직하게는 2 ㎛ ~ 5 ㎛로, 더욱 바람직하게는 2.5 ㎛ ~ 3.5 ㎛로 형성시키는 것이 좋다. 이때, 드라이 라미네이트층의 평균두께가 1 ㎛ 미만이면 접착력이 너무 약해서 수분 차단층과 제2수지층간 박리가 발생할 수 있고, 7 ㎛를 초과하면 불필요하게 드라이 라미네이트층이 두꺼워지고, 패턴형성이 불리한 영향을 미칠 수 있으므로 상기 두께로 형성시키는 것이 바람직하다.
이러한, 본 발명의 플렉서블 배터리는 이차전지일 수 있으며, 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 기기의 배터리에 사용하기에 적합한 바, 스마트 워치의 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스 등과 같은 휴대용 전기적, 전자적 디바이스 등에 폭 넓은 응용이 가능할 것으로 사료된다.
5a : 음극단자 5b: 양극단자
1, 2, 10 : 실링부 20 : 수용부
31, 31a, 31b : 부직포층 32, 33a, 33b : 다공성 나노섬유웹층
50 : 인서트 사출 성형물 60 : 플렉서블 배터리
70 : 사출 성형물 71 : 배터리
80, 81, 82 : 방습부재
100 : 음극 200 : 양극
109 : 제1 수지층 209 : 수분 차단층 309 :제2수지층
401 : 음극집전체 402 : 음극활물질
501 : 양극집전체 502 : 양극활물질
600, 600a, 600b : 분리막 1000 : 전극조립체

Claims (24)

  1. 투습도가 100 g/m2·day 이하인 방습부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형물 내부에 플렉서블 배터리를 포함하고,
    상기 방습부재는 상기 플렉서블 배터리 표면 전체 또는 일부에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형물 내부에 플렉서블 배터리를 포함하고,
    상기 방습부재는 상기 플렉서블 배터리 표면과 이격되어 사출성형물 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방습부재가 상기 사출성형물 표면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형물은 전기절연성 물질로 구성되고, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에틸렌 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방습부재는 알루미늄 박막, 구리 박막, 인청동(phosphorbronze, PB) 박막, 알루미늄청동(aluminium bronze) 박막, 백동 박막, 베릴륨-구리(Berylium-copper) 박막, 크롬-구리 박막, 티탄-구리 박막, 철-구리 박막, 코르손 합금 박막 및 크롬-지르코늄 구리 합금 박막 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방습부재는 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌-에틸렌 공중합체, 부텐-에틸렌 공중합체, 헥센-에틸렌 공중합체, 옥텐-에틸렌 공중합체 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체로 구성된 수분 차단성 고분자 필름인 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 방습부재는 무기입자로 구성된 필러(filler)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형물 내부에는 플렉서블 배터리가 내장되어 있으며,
    전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부 전체를 봉지시키는 실링부; 를 포함하며,
    양극단자 및 음극단자가 실링부 외부로 돌출형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실링부 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며,
    상기 실링부 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물
  11. 제10항에 있어서,
    상기 패턴은 연속적 또는 비연속적으로 형성되어 있으며,
    상기 패턴은 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴, 엠보싱 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 실링부는 전극조립체 방향으로부터 외부 방향으로 제1 수지층 및 제2 수지층이 적층된 구조이며,
    제1수지층은 PPa(acid modified polypropylene), CPP(casting polyprolypene), LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에폭시 수지 및 페놀 수지 중 하나의 단일층 구조 또는 이들의 적층 구조를 포함하고,
    제2수지층은 나일론, PET(polyethylene terephthalate), COP(Cyclo olefin polymer), PI(polyimide) 및 불소계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실링부는 제1 수지층 및 제2 수지층 사이에 수분 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수분 차단층은 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, VLDPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐, 에틸렌-프로필렌 고무(EP rubber), 에틸렌-프로필렌디엔 고무(EPD rubber), 폴리-4-메틸-1-펜텐(TPX), 프로필렌-에틸렌 공중합체, 부텐-에틸렌 공중합체, 헥센-에틸렌 공중합체, 옥텐-에틸렌 공중합체 및 올레핀계 열가소성 탄성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 중합체 또는 공중합체로 구성된 수분 차단성 고분자 필름인 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질층을 구비하는 양극; 음극집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질층을 구비하는 음극; 및 분리막; 을 포함하며,
    상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 실링부의 패턴과 일치하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  16. 제9항에 있어서
    상기 제2수지층의 상단면은 단열나노웹 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  17. 제16항에 있어서
    상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  18. 제16항에 있어서
    상기 제2수지층과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 양극 또는 음극은 상기 분리막으로 봉지되어 분리막과 일체화되며,
    상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종이상을 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하며,
    상기 다공성 나노섬유웹층은 양극의 양극활물질 또는 음극의 음극활물질과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  22. 제1항 내지 제21항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 플렉서블 배터리는 이차전지인 것을 특징으로 하는 인서트 사출성형물.
  23. 제1항 내지 제22항 중에서 선택된 어느 한 항의 인서트 사출성형물을 포함하는 것을 특징으로 하는 시계줄.
  24. 제1항 내지 제22항 중에서 선택된 어느 한 항의 인서트 사출성형물을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 디스플레이 디바이스.
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