KR20160089106A - 플렉서블 배터리 - Google Patents

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Abstract

플렉서블 배터리가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플렉서블 배터리는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 상기 양극 및 음극의 몸체로부터 연장되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고, 상기 양극 및 음극의 일측에는 내측으로 일정영역 절개형성되는 절개부가 각각 구비되며, 상기 한 쌍의 전극단자가 상기 절개부 측에 상기 몸체로부터 돌출되도록 구비된다.

Description

플렉서블 배터리{Flexible battery}
본 발명은 플렉서블 배터리에 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.
이러한 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 있다.
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 증가하고 있다. 이에 따라, 플렉서블 모바일 전자기기를 위한 전원 공급 장치 역시 플렉서블한 특성을 갖는 것이 요구되고 있다.
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 용접한 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, 전해질을 두 전극과 세퍼레이터를 포함하는 파우치에 넣고 실링하여 사용하는 파우치형 배터리가 개발되고 있다.
이러한 파우치형 배터리는 가요성(flexible)을 갖는 소재로 제작되어 다양한 형태로 제조가 가능하며, 높은 질량당 에너지밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 배터리(1)는 외장재(10)의 내부에 전극조립체(20)가 봉지 된 형태로 구비되며, 상기 전극조립체(20)의 양극 및 음극의 몸체로부터 돌출된 한 쌍의 전극단자(21,22)가 별도의 연결단자(31,32)를 통해 외장재(10)의 외부로 일정길이 돌출된다.
이에 따라, 상기 외장재(10)의 내부에는 상기 한 쌍의 전극단자(21,22)의 사이에 빈공간(D)이 형성된다. 이로 인해, 상기 외장재(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(20)는 전체적인 크기 또는 면적이 상기 공간을 제외한 영역으로 제한된다.
이와 같은 데드스페이스(D)로 인하여 외장재(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(20)의 전체용량이 줄어들 수밖에 없어 배터리의 용량을 늘리는 데 제약이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전극조립체에 구비되는 한 쌍의 전극단자가 양극 및 음극의 모서측에 절개형성되는 절개부 측에 배치되어 외부로 직접 노출되도록 함으로써 데드스페이스를 줄여 더 많은 용량을 갖는 플렉서블 배터리를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 플렉서블 배터리는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 상기 양극 및 음극의 몸체로부터 연장되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고, 상기 양극 및 음극의 일측에는 내측으로 일정영역 절개형성되는 절개부가 각각 구비되며, 상기 한 쌍의 전극단자가 상기 절개부 측에 상기 몸체로부터 돌출되도록 구비된다.
또한, 상기 절개부는 상기 양극 및 음극의 4개의 모서리 중 어느 하나의 모서리 측에 치우치도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 절개부는 상기 양극에 형성되는 제1절개부와 상기 음극에 형성되는 제2절개부를 포함하고, 상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 음극과 양극 사이에 배치되는 분리막을 경계로 서로 겹쳐지지 않는 위치에 배치되도록 적층될 수 있다.
또한, 상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막의 폭방향을 따라 이격배치될 수 있다.
또한, 상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막의 길이방향을 따라 이격배치될 수 있다.
또한, 상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막을 경계로 대각방향에 위치하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 외장재는 상기 한 쌍의 전극단자와 대응되는 영역에 절개형성되는 노출부가 구비되어 상기 한 쌍의 전극단자의 단부측이 상기 노출부를 통해 외부로 노출될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 전극단자는 상기 분리막의 일면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 분리막은 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 분리막은 상기 양극 및 음극의 일면에 각각 일체로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 분리막은 일체로 형성되는 양극 및 음극과 각각 대응되는 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴이 구비되고, 상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 서로 일치하는 패턴을 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질층이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재의 패턴과 동일한 패턴이 구비될 수 있다.
또한, 상기 분리막은 부직포층 및 이 부직포층의 일면 또는 양면에 적층된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노 섬유를 함유한 나노섬유웹층을 포함할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리에 의하면, 전극조립체에 구비되는 한 쌍의 전극단자가 양극 및 음극의 모서측에 절개형성되는 절개부 측에 배치되어 외부로 직접 노출되도록 함으로써 데드스페이스를 줄여 더 많은 용량을 갖는 배터리를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리를 나타낸 전체개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리를 나타낸 전체사시도이다.
도 3은 도 2의 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 양극 및 음극에서 확장된 영역을 나타낸 도면으로서, a)는 제1외장재, 양극 및 분리막이 적층된 상태를 나타낸 도면이고, b)는 분리막, 음극 및 제2외장재가 적층된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 양극단자와 음극단자의 다양한 배치관계를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 외장재 및 전극조립체에 형성되는 패턴의 다양한 형태를 나타낸 개략도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 패턴의 다양한 형상을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 세부구성을 나타낸 확대단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 하우징이 적용된 상태를 나타낸 전체개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극조립체(110), 외장재(120) 및 한 쌍의 전극단자(131,132)를 포함한다.
상기 전극조립체(110)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 외장재(120)의 내부에 전해액과 함께 봉지되는 것으로, 양극(112)과 음극(116) 사이에 적어도 하나의 분리막(114)이 배치되어 양극(112) 및 음극(116)이 분리막(114)에 의해 분리된 형태로 구비된다.
이때, 상기 양극(112)은 양극집전체(112a) 및 양극 활물질(112b)을 포함하고, 상기 음극(116)은 음극집전체(116a) 및 음극 활물질(116b)을 포함하며, 상기 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 상기 분리막(114)과 일체화될 수 있다.
일례로, 상기 분리막(114)은 직사각 형상의 판부재로 이루어져 상기 양극(112) 및 음극(116) 중 어느 하나와 일체화된 형태로 구비되어 상기 양극(112), 분리막(114) 및 음극(116)이 순차적으로 적층되는 형태일 수도 있다.
또한, 상기 분리막(114)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 양극(112) 및 음극(116)의 형상과 각각 대응되는 형상을 갖는 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 분리막(114)은 상기 양극(112) 및 음극(116)과 각각 일체화되는 형태일 수 있다. 이에 따라, 상기 전극조립체(110)는 상기 양극(112) 및 음극(116) 사이에 상기 양극(112) 및 음극(116)과 각각 일체화된 분리막(114)이 이층으로 적층될 수 있다.
여기서, 상기 음극집전체(116a) 및 양극집전체(112a)는 몸체로부터 각각 연장되는 음극단자(132) 및 양극단자(131)가 각각 형성된다. 이와 같은 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 전극조립체(110)를 외부의 기기와 전기적으로 연결하기 위한 것이며, 상기 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a) 각각의 몸체로부터 일정길이 연장된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 의한 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 양극(112) 및 음극(116)의 4개의 모서리 중 어느 하나의 모서리 측에 치우치도록 구비된다.
이를 위해, 상기 양극(112) 및 음극(116)은 4개의 모서리 중 어느 하나의 모서리 측에 내측으로 절개형성되는 절개부(113,117)가 각각 구비되고, 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)가 몸체로부터 상기 절개부(113,117) 측에 위치하도록 연장된다.
즉, 상기 양극(112)에는 양극의 몸체로부터 연장된 양극단자(131)가 배치되는 제1절개부(113)가 형성되고 상기 음극(116)에는 음극의 몸체로부터 연장된 상기 음극단자(132)가 배치되는 제2절개부(117)가 형성된다. 이를 통해, 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117)에 각각 배치되는 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 분리막(114)의 상,하부면 상에 각각 배치된다.
이로 인해, 본 발명에서는 양극단자 및 음극단자가 양극 및 음극의 몸체로부터 외측으로 일정길이 돌출되는 형태로 구비되어 양극단자 및 음극단자 사이의 공간에 필연적으로 발생되는 데드스페이스(도 1에서 'D'영역)의 공간에도 양극 및 음극의 면적이 확장될 수 있음으로써 양극(112) 및 음극(116)의 확장된 면적(D1,D2)을 통해 전체면적을 넓혀지게 되므로, 동일한 크기와 규격을 갖는 종래의 배터리에 비해 더 큰 용량을 갖는 배터리를 구현할 수 있게 된다.
구체적으로 설명하면, 도 2를 기준으로 선단 좌측 모서리에는 상기 제1절개부(113)가 형성되어 양극의 몸체로부터 연장된 양극단자(131)가 분리막(114)의 상부면 상에 배치되며, 선단 우측 모서리측에는 상기 제2절개부(117)가 형성되어 음극의 몸체로부터 연장된 음극단자(132)가 분리막(114)의 하부면 상에 배치된다.
더불어, 상기 전극조립체(110)를 전해액과 함께 봉지하는 외장재(120) 역시 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117)와 대응되는 영역에 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117)와 대응되는 노출부(121,122)가 각각 구비된다.
이에 따라, 상기 양극단자(131)는 상기 제1절개부(113) 및 노출부(121,122)를 통해 분리막(114)의 상부면 상에 배치되어 외부로 직접 노출되며, 상기 음극단자(132)는 상기 제2절개부(117) 및 노출부(121,122)를 통해 분리막(114)의 하부면 상에 배치되어 외부로 직접 노출된다.
여기서, 상기 외장재(120) 및 노출부(121,122)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
즉, 본 발명에서는 외부와의 전기적인 연결을 위하여 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)가 양극(112) 및 음극(116)의 모서리 측에 각각 형성된 절개부(113,117) 및 노출부(121,122)를 통해 외부로 직접 노출됨으로써 별도의 연결단자를 사용하지 않고 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)가 직접 연결될 수 있도록 한다.
이때, 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117)에 각각 구비되는 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 전극조립체(110)를 구성하기 위한 적층시 상기 분리막(114)을 경계로 서로 겹쳐지지 않는 위치에 배치되도록 적층된다.
일례로, 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 분리막(114)의 폭방향을 따라 이격배치되고, 상기 양극단자(131)는 분리막(114)의 선단 좌측 상부에 배치되는 제1절개부(113)에 배치되고 상기 음극단자(132)는 분리막(114)의 선단 우측 하부에 형성되는 제2절개부(117)에 배치될 수 있다.
또한, 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 분리막(114)의 길이방향을 따라 이격배치되고, 상기 양극단자(131)는 분리막(114)의 선단 우측 상부에 배치되는 제1절개부(113)에 배치되고 상기 음극단자(132)는 분리막(114)의 선단 우측 하부에 형성되는 제2절개부(117)에 배치될 수 있다.
더불어, 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 분리막(114)을 경계로 대각방향에 이격배치되고, 상기 양극단자(131)는 분리막(114)의 선단 좌측 상부에 배치되는 제1절개부(113)에 배치되고 상기 음극단자(132)는 분리막(114)의 선단 우측 하부에 형성되는 제2절개부(117)에 배치될 수 있다.
한편, 상기 양극(112) 및 음극(116) 사이에 배치되는 적어도 하나의 분리막(114)은 부직포층(114a)의 일면 또는 양면에 나노섬유웹층(114b)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 나노섬유웹층(114b)은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유일 수 있다.
바람직하게는 상기 나노섬유웹층(114b)의 형성시 방사성 및 균일한 기공형성을 확보하기 위해 폴리아크릴니트릴 나노섬유만으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 나노섬유웹층(114b)의 상기 폴리아크릴로니트릴 나노섬유는 평균직경 0.1 ~ 2㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 1.0㎛일 수 있다.
이는, 상기 나노섬유의 평균직경이 0.1㎛미만 이면 분리막이 충분한 내열성을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 2㎛를 초과하면 분리막의 기계적 강도는 우수하나 분리막의 탄성력이 오히려 감소할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 부직포층(114a)을 구성하는 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 methylmethacrylate) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 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 포함할 수 있다.
그리고, 상기 무기첨가제인 무기물 입자는 평균입경이 10 ~ 50 nm일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 30 nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 nm일 수 있다.
더불어, 상기 분리막의 평균두께는 10 ~ 100㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있다.
이는, 분리막의 평균두께가 10㎛ 미만이면 분리막이 너무 얇아서 배터리의 반복적인 구부러짐 및/또는 펴짐에 의한 분리막의 장기적인 내구성을 확보할 수 없을 수 있고, 100㎛를 초과하면 플렉서블 배터리의 박육화에 불리하므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
그리고, 상기 부직포층은 평균두께 10 ~ 30㎛으로, 바람직하게는 15~ 30㎛로 형성시키고, 상기 나노섬유웹층은 평균두께 1 ~ 5㎛를 갖는 것이 좋다.
상기 양극 집전체 및/또는 음극 집전체는 박형의 금속 호일로 이루어질 수 있고, 일정 길이를 갖는 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.
상기 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-전이금속산화물을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다.
그리고, 상기 음극 활물질(116b)은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질(116b)로는 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.
한편, 상기 양극 활물질(112b) 및 음극 활물질(116b)은 양극집전체(112a) 또는 음극집전체(116a)로부터 박리를 방지하고, 양극 활물질층 및 음극 활물질충의 크랙을 방지하기 위하여 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 성분을 함유할 수 있다.
상기 외장재(120)는 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 내부에 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 수용함으로써 외력으로부터 상기 전극조립체(110)를 보호하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 외장재(120)는 한 쌍의 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b)로 구비되고, 테두리를 따라 접착제를 통해 밀봉됨으로써 내부에 수용된 상기 전해액 및 전극조립체(110)가 외부로 노출되는 것을 방지하고 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지한다.
이러한 외장재(120)는 두 개의 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b)로 이루어진 후 서로 맞접하는 부분이 접착제를 통해 밀봉될 수도 있고, 하나의 부재로 이루어지고 폭방향 또는 길이방향을 따라 반으로 접혀진 후 맞접하는 나머지 부분이 접착제를 통해 밀봉될 수도 있음을 밝혀둔다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 외장재(120)가 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b)로 이루어지는 것으로 규정한다.
이때, 상기 외장재(120)에는 상기 전극조립체(110)의 양극(112) 및 음극(116)으로부터 연장된 한 쌍의 전극단자(131,132)를 외부로 노출하기 위한 노출부(121,122)가 각각 구비된다.
여기서, 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)는 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a)의 몸체로부터 각각 연장되어 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117) 상에 배치되는 양극단자 및 음극단자를 지칭한다.
즉, 상기 제1외장재(120a)는 상기 양극(112)과 대응되는 형상을 갖도록 구비되며 상기 양극(112)에 형성되는 제1절개부(113)와 대응되는 위치에 동일한 면적을 갖는 제1노출부(121)가 절개형성되며, 상기 제2외장재(120b)는 상기 음극(116)과 대응되는 형상을 갖도록 구비되며 상기 음극(116)에 형성되는 제2절개부(117)와 대응되는 위치에 동일한 면적을 갖는 제2노출부(122)가 절개형성된다.
이를 통해, 상기 제1절개부(113) 및 제2절개부(117) 상에 각각 배치된 한 쌍의 전극단자(131,132)는 상기 제1노출부(121) 및 제2노출부(122)를 통해 외부로 직접 노출된다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전극조립체(110)에 구비된 한 쌍의 전극단자(131,132)가 상기 노출부(121,122)를 통해 외부로 직접 노출됨으로써 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)와 각각 연결되는 별도의 연결단자를 사용할 필요가 없게 된다.
상기 외장재(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴(124)이 구비될 수 있다.
이러한 패턴(124)은 상기 외장재(120)의 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 배열되도록 형성되도록 구비된다.
구체적으로 설명하면, 상기 패턴(124)의 산부 및 골부는 상기 외장재(120)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하거나 상기 외장재(120)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성될 수 있다.
더불어, 상기 패턴(124)의 산부 및 골부는 서로 이웃하는 산부 및 골부가 동일한 간격을 갖도록 구비될 수도 있고, 서로 이웃하는 산부 또는 골부의 간격이 서로 다른 간격을 갖도록 구비될 수도 있으며, 동일한 간격과 서로 다른 간격이 조합된 형태로 구비될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 밴딩시 길이방향에 대한 수축 및 이완이 상기 패턴(124)을 통해 용이하게 이루어진다.
이로 인해, 상기 외장재(120)의 반복적인 밴딩 작업시 반복적인 하중이 가해지더라도 외장재(120) 자체에 가해지는 피로도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 외장재(120)의 내부에 배치된 전극조립체(110) 역시 밴딩 작업시 발생되는 하중으로부터 보호받을 수 있게 된다.
이와 같은 패턴(124)은 상기 외장재(120) 표면 전체에 형성될 수도 있고 부분적으로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 양극(112) 및 음극(116)에 각각 형성되는 제1절개부(113) 및 제2절개부(117)에 해당하는 영역에는 상기 패턴이 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 양극단자(131) 및 음극단자(132)가 배치되는 길이에 해당하는 부분에는 상기 패턴이 형성되지 않을 수도 있다.
한편, 상기 전극조립체(110)는 플랙서블한 판상의 형태로 구비될 수도 있지만, 상기 외장재(120)와 마찬가지로 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 동일한 패턴이 구비될 수 있다.
즉, 상기 전극조립체(110)를 구성하는 양극(112), 음극(116) 및 분리막(114)이 도 7에 도시된 바와 같이 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 동일한 패턴(118)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체(110)에 형성되는 패턴(118)은 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 마찬가지로 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성되거나(도 7a), 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성될 수 있다(도 7b). 다만, 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 상기 전극조립체(110)에 형성되는 패턴(118)이 서로 일치하기만 하면 무방함을 밝혀둔다.
더불어, 상기 패턴(119,124)은 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 산부와 골부가 연속적이거나 비연속적으로 이루어질 수 있으며, 산부와 골부의 단면 형상이 직선 패턴, 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종 이상의 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 외장재(120)의 표면을 덮는 하우징(140)을 포함하고, 상기 하우징(140)은 외부기기와의 전기적인 연결을 위한 적어도 하나의 단자부(142)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 단자부(142)는 상기 노출공(126)을 통해 노출되는 한 쌍의 전극단자(131,132)와 직접 연결될 수도 있고 별도의 연결단자를 통해 연결될 수도 있다.
이때, 상기 하우징(140)은 플렉서블한 연질의 재료가 사용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 팔찌, 발찌와 같은 악세사리, 시계줄 등으로 적용되어 상기 외부기기의 충전이 불필요한 경우에는 패션용품으로 사용되고, 상기 외부기기의 충전이 필요한 경우에는 상기 단자부(142)를 통하여 외부기기와 연결됨으로써 장소에 구애받지 않고 간편하게 보조배터리로서 사용될 수 있다.
여기서, 상기 단자부(142)가 하우징(140)의 단부에 구비되는 것을 도시하였지만, 상기 단자부(142)의 형성위치는 특별히 한정하지 않음을 밝혀둔다.
일례로, 하우징(140)의 측부에 구비될 수도 있으며, 하우징의 상부면 또는 하부면에 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전극단자(131,132)가 외장재(120)의 노출공(126)을 통해 외부로 직접 노출됨으로써 수용부(122) 측에서의 데드스페이스를 없애 보다 큰 용량을 갖는 플랙서블 배터리를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리(100)는 리튬이온 이차전지뿐만 아니라 리튬이온 고분자전지, 전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor) 및 슈도 커패시터(Pseudo capacitor)를 포함하는 이차전지에도 적용될 수 있으며, 바람직하게는 소형 리튬이온 이차전지에도 적용될 수 있다.
더불어, 본 발명의 플렉서블 배터리는 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 디바이스의 배터리로 사용될 수 있으며, 스마트 워치의 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스 등과 같은 휴대용 전자 디바이스 등에 폭 넓게 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 플렉서블 배터리 110 : 전극조립체
112 : 양극 112a : 양극집전체
112b : 양극 활물질 113 : 제1절개부
114 : 분리막 114a : 부직포층
114b : 나노섬유웹층 116 : 음극
116a : 음극집전체 116b : 음극 활물질
117 : 제2절개부 118 : 패턴
120 : 외장재 120a : 제1외장재
120b : 제2외장재 121 : 제1노출부
122 : 제2노출부 124 : 패턴
131 : 양극단자 132 : 음극단자
140 : 하우징 142 : 단자부

Claims (13)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및
    상기 양극 및 음극의 몸체로부터 연장되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고,
    상기 양극 및 음극의 일측에는 내측으로 일정영역 절개형성되는 절개부가 각각 구비되며, 상기 한 쌍의 전극단자가 상기 절개부 측에 상기 몸체로부터 돌출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 양극 및 음극의 4개의 모서리 중 어느 하나의 모서리 측에 치우치도록 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절개부는 상기 양극에 형성되는 제1절개부와 상기 음극에 형성되는 제2절개부를 포함하고,
    상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 음극과 양극 사이에 배치되는 분리막을 경계로 서로 겹쳐지지 않는 위치에 배치되도록 적층되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막의 폭방향을 따라 이격배치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막의 길이방향을 따라 이격배치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1절개부 및 제2절개부는 상기 분리막을 경계로 대각방향에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 한 쌍의 전극단자와 대응되는 영역에 절개형성되는 노출부가 구비되어 상기 한 쌍의 전극단자의 단부측이 상기 노출부를 통해 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극단자는 상기 분리막의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 분리막은 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 분리막은 상기 양극 및 음극의 일면에 각각 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 분리막은 일체로 형성되는 양극 및 음극과 각각 대응되는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴이 구비되고,
    상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 서로 일치하는 패턴을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질층이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며,
    상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재의 패턴과 동일한 패턴이 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 분리막은 부직포층; 및 이 부직포층의 일면 또는 양면에 적층된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노 섬유를 함유한 나노섬유웹층을 포함하는 보조배터리.
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