KR20160090104A - Electrode Assembly for Flexible battery and Flexible battery containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플렉서블 배터리용 전극조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외력에 대한 신뢰성 및 내전해액성이 우수한 플렉서블 배터리용 전극조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 배터리에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrode assembly for a flexible battery and a flexible battery including the electrode assembly. More particularly, the present invention relates to an electrode assembly for a flexible battery having excellent reliability against external force and electrolyte resistance, and a flexible battery including the same.
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. As consumers' demands have changed due to digitization and high performance of electronic products, market demand is changing due to the development of power supply devices with high capacity due to thinness and light weight and high energy density.
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 있다.In order to meet such a demand of a consumer, a power supply such as a lithium ion secondary battery of a high energy density and a large capacity, a lithium ion polymer battery, a super capacitor (an electric double layer capacitor and a pseudo capacitor) Devices are being developed.
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.In recent years, demand for mobile electronic devices such as portable telephones, notebooks, digital cameras, and the like has been continuously increasing. Especially, the demand for portable electronic devices such as rolled-up displays, flexible e-paper, flexible liquid crystal display ), Flexible organic light-emitting diodes (flexible OLEDs), and the like have been increasingly attracting interest in flexible mobile electronic devices. Accordingly, a power supply for a flexible mobile electronic device is also required to have a flexible characteristic.
이와 같은 특성을 반영할 수 있는 전원 공급 장치 중 하나로 플랙서블 배터리가 개발되고 있다.Flexible batteries are being developed as one of the power supply devices capable of reflecting such characteristics.
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.Flexible batteries include flexible nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium-ion batteries. In particular, lithium-ion batteries have high utilization because they have a high energy density per unit weight and rapid charging as compared to lead batteries and other batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries and nickel-zinc batteries.
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.The lithium ion battery uses a liquid electrolyte, and is mainly used as a metal can as a container and welded and sealed. However, a cylindrical lithium ion battery using a metal can as a container has a disadvantage of restricting the design of the electric appliance because of its fixed shape, and it is difficult to reduce the volume.
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. Particularly, as mentioned above, mobile electronic devices are developed to be thin and miniaturized as well as being flexible. Thus, a lithium ion battery using a conventional metal can or a battery having a square structure is not easy to apply to mobile electronic devices have.
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.Therefore, in order to solve the above-mentioned structural problem, a pouch type battery in which two electrodes, a separator and an electrolyte are put in a pouch and sealed is developed, and a pouch type battery is made of a flexible material It can be manufactured in various forms and has an advantage that it can realize high energy density per mass.
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.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0059737 discloses a flexible jelly roll type secondary battery, and Korean Patent Publication No. 2012-0023491 discloses a pouch type flexible film battery and a manufacturing method thereof.
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.Generally, a pouch used in a pouch-type battery has a structure in which an inner resin layer, a metal layer, and an outer resin layer are laminated. The metal layer is an indispensable component of the pouch structure. Since the density is dense, the moisture and the electrolytic solution can not pass therethrough, moisture can be prevented from penetrating into the pouch from the outside of the pouch, and the electrolyte, And functions to prevent leakage to the outside. However, such a metal layer has a problem that it is difficult to secure a certain level of flexibility beyond a certain level due to a lack of elastic restoring force, thereby causing a crack in the flexible battery in which the pouch is used.
또한, 파우치형 배터리 내부에 포함되는 전극조립체도 탄성 복원력이 부족하여 일정 수준 이상의 유연성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 신뢰성 및 내전해액성이 부족하여 전극 자체의 크랙(crack)이나 깨짐이 발생하는 문제점이 있었다.
Also, since the electrode assembly included in the pouch-type battery has insufficient elastic restoring force, it is difficult to secure a certain level of flexibility or more, and there is a problem that the electrode itself is cracked or cracked due to lack of reliability and electrolytic solution there was.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 외력에 대한 신뢰성 및 내전해액성이 우수한 플렉서블 배터리용 전극조립체 및 이를 포함하는 플렉서블 배터리를 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode assembly for a flexible battery having excellent reliability against external force and electrolyte resistance, and a flexible battery including the electrode assembly.
본 발명은 플렉서블 배터리용 전극조립체에 관한 것으로서, 상기 전극조립체의 적어도 일면에는 외부에서 외력이 가해지는 경우에도 전극조립체의 파손을 방지하기 위하여 탄성계수가 0.1 Gpa 이상인 보강부재가 구비된다.The present invention relates to an electrode assembly for a flexible battery, and at least one surface of the electrode assembly is provided with a reinforcing member having an elastic modulus of 0.1 Gpa or more in order to prevent breakage of the electrode assembly even when an external force is externally applied.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며, 상기 보강부재는 양극과 음극 중 적어도 일면에 구비될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the electrode assembly includes a cathode in which a cathode active material is disposed on one surface or both surfaces of a cathode current collector, and a cathode and a separator in which a cathode active material is disposed on one or both surfaces of the anode current collector, The reinforcing member may be provided on at least one surface of the anode and the cathode.
또한, 상기 전극조립체는 상기 양극과 음극이 복수개로 구비되고, 상기 양극과 음극은 서로 교대로 적층되며, 각각의 양극과 음극 사이에는 분리막이 배치되고, 상기 보강부재는 최상층 또는 최하층의 양극과 음극 중 적어도 일면에 구비될 수 있다.In addition, the electrode assembly includes a plurality of positive and negative electrodes, the positive electrode and the negative electrode are alternately stacked, a separation membrane is disposed between each positive electrode and the negative electrode, and the reinforcing member is disposed between the positive electrode and the negative electrode, As shown in FIG.
상기 보강부재는 상기 전해액에 대한 팽윤도가 200% 이하일 수 있고, 접착강도가 200 gf/25mm 이상일 수 있다.The reinforcement member may have a degree of swelling with respect to the electrolytic solution of 200% or less and an adhesive strength of 200 gf / 25 mm or more.
또한, 상기 보강부재는 판상의 시트 또는 필름부재일 수 있으며, 점착부재 또는 접착부재일 수 있다.Further, the reinforcing member may be a plate-like sheet or a film member, and may be an adhesive member or an adhesive member.
한편, 상기 보강부재는 기재층; 및 상기 기재층 일면에 구비되어 상기 전극조립체에 접착되는 접착층; 을 포함할 수 있다.The reinforcing member may include a base layer; And an adhesive layer provided on one surface of the substrate layer and adhered to the electrode assembly; . ≪ / RTI >
이 때, 상기 기재층의 두께는 5 ~ 50㎛이고, 상기 접착층의 두께는 5 ~ 50㎛ 일 수 있다.In this case, the thickness of the base layer may be 5 to 50 탆, and the thickness of the adhesive layer may be 5 to 50 탆.
또한, 상기 접착층은 아크릴 중합체를 포함하고, 상기 기재층은 실리콘 이형체가 표면처리된 필름일 수 있다.Further, the adhesive layer includes an acrylic polymer, and the base layer may be a film on which the silicone mold-releasing body is surface-treated.
상기 아크릴 중합체는 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단량체를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 아크릴 중합체는 탄소수가 4 ~ 17인 알킬(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여, 메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아크릴레이트 중에서 선택된 단량체 10 ~15 중량부, 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단량체 1 ~ 10 중량부 및 중합 개시제 0.03 ~ 0.5 중량부를 포함하고, 중량평균 분자량이 1,200,000 ~ 1,500,000일 수 있다.The acrylic polymer may include a hydroxy-containing methacrylate functional monomer, and the acrylic polymer may include 100 parts by weight of at least one acrylic monomer selected from alkyl (meth) acrylates having 4 to 17 carbon atoms , 10 to 15 parts by weight of a monomer selected from methyl methacrylate or vinyl acrylate, 1 to 10 parts by weight of a methacrylate-based functional monomer containing hydroxyl and 0.03 to 0.5 part by weight of a polymerization initiator, The molecular weight may be 1,200,000 to 1,500,000.
한편, 본 발명은 앞서 언급한 전극조립체 및 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지고 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재를 포함하는 플렉서블 배터리를 제공한다.Meanwhile, the present invention provides a flexible battery including the above-mentioned electrode assembly and a casing for sealing the electrode assembly together with the electrolyte with a pattern for contraction and relaxation at least on one surface thereof during bending.
상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함할 수 있다.The exterior material and the electrode assembly have a pattern for contraction and relaxation at the time of bending, and the pattern of the exterior material and the electrode assembly may include a matching portion.
이 때, 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 포함할 수 있다.At this time, the pattern may be formed continuously or discontinuously, and the pattern may include at least one selected from a prism pattern, a semicircular pattern, a wavy pattern, a polygonal pattern, an embossed pattern, and a mixed pattern thereof.
상기 외장재의 표면은 단열나노웹 코팅층을 더 포함할 수 있으며, 상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함할 수 있다.The surface of the casing may further include a heat insulating nano web coating layer, and the heat insulating nano web coating layer may include polyacrylonitrile nanofiber.
또한, 상기 외장재의 표면과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함할 수 있다.The nonwoven fabric layer may further include a nonwoven fabric layer between the surface of the casing and the heat insulating nano web coating layer.
한편, 상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함할 수 있다.Meanwhile, the separation membrane may include a porous nanofiber web layer containing polyacrylonitrile nanofibers applied to one or both surfaces of the nonwoven fabric layer.
또한, 상기 양극 또는 음극은 상기 분리막으로 봉지되어 분리막과 일체화되며,In addition, the anode or the cathode is sealed with the separator to integrate with the separator,
상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하며,Wherein the separation membrane comprises a porous nanofiber web layer containing at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile nanofiber and polyvinylidene fluoride nanofiber applied to one side or both sides of the nonwoven fabric layer,
상기 다공성 나노섬유웹층은 양극의 양극활물질 또는 음극의 음극활물질과 접촉하고 있을 수 있다.The porous nanofiber web layer may be in contact with the positive electrode active material of the positive electrode or the negative electrode active material of the negative electrode.
상기 외장재는 전극조립체 방향로부터 외부 방향으로 제1수지층, 탄성금속층 및 제2수지층이 적층된 구조이며,The exterior material has a structure in which a first resin layer, an elastic metal layer, and a second resin layer are laminated from the direction of the electrode assembly toward the outside,
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,The first resin layer may include at least one of acid-modified polypropylene (PPa), cast polyprolypene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyethylene, polyethylene terephthalate, A single layer structure of one of vinyl acetate (EVA), an epoxy resin and a phenol resin, or a laminated structure thereof,
제2수지층은 나일론, PET(polyethylene terephthalate), COP(Cyclo olefin polymer), PI(polyimide) 및 불소계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,The second resin layer includes at least one selected from the group consisting of nylon, polyethylene terephthalate (PET), cycloolefin polymer (COP), polyimide (PI)
상기 금속박막층은 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.The metal thin film layer may be at least one selected from the group consisting of an aluminum thin film, a copper thin film, a phosphor bronze (PB) thin film, an aluminum bronze thin film, a Baekdong thin film, a Berylium-copper thin film, a chromium-copper thin film, A copper thin film, a cornson alloy thin film, and a chromium-zirconium copper alloy thin film.
상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함할 수 있다.The electrolytic solution may include a gallopolymer electrolyte.
상기 배터리는 이차전지일 수 있다.The battery may be a secondary battery.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 다양한 형태의 플렉서블 배터리를 포함하는 사출 성형품을 제공한다.Further, the present invention provides an injection molded article comprising the various types of flexible batteries described above.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 다양한 형태의 플렉서블 배터리를 포함하는 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스 또는 웨어러블 디바이스를 제공한다.
The present invention also provides a wrist strap, a flexible display device or a wearable device including the various types of flexible batteries described above.
본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체에 의하면, 본 발명은 외력에 대한 신뢰성 및 내전해액성이 우수하다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the electrode assembly for a flexible battery of the present invention, the present invention is excellent in reliability against external force and electrolytic solution resistance.
도 1a 및 도 1b 각각은 표면에 보강부재가 구비된 본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체의 바람직한 일실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b 각각은 표면에 보강부재가 구비된 본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체의 바람직한 다른 일실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b 각각은 표면에 보강부재가 구비된 본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체의 바람직한 또 다른 일실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b 각각은 종래 배터리의 외부 형태 및 단면의 개략도이다.
도 5a는 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킨 플렉서블 배터리에 대한 개략도이며, 도 5b는 도 5a와 다른 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리의 개략도이다.
도 6a 및 도 6b 각각은 도 5a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 개략도로서, 도 6a는 외장재(1, 2)에는 패턴이 형성되고, 전극조립체(1000)에는 패턴이 형성되지 않은 일실시예를 나타낸 것이고, 도 6b는 외장재 (1,2) 및 전극조립체(1000)에 모두 패턴이 형성된 개략도이며, 도 6a 및 도 6b 모두 외장재(1,2) 표면에 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성되어 있는 개략도이다.
도 7a 및 도 7b 각각은 도 5a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 또 다른 개략도로서, 도 7a는 외장재(1, 2)에는 패턴이 형성되고, 전극조립체(1000)에는 패턴이 형성되지 않은 일실시예를 나타낸 것이고, 도 7b는 외장재(1,2) 및 전극조립체(1000)에 모두 패턴이 형성된 개략도이며, 도 7a 및 도 7b 모두 외장재(1,2) 표면에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000)이 적층되어 있는 개략도이다.
도 8a는 외장재 표면뿐만 아니라, 음극단자(5a) 및 양극단자(5b)에 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이며, 도 8b는 외장재 표면뿐만 아니라, 음극단자(5a) 및 양극단자(5b)에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이다.
도 9 내지 도 20 각각은 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴의 바람직한 일실시예의 개략도를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체를 구성하는 분리막의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 22는 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 23은 실제 제조한 본 발명의 플렉서블 배터리를 찍은 사진이다.
도 24 및 도 25는 플렉서블 배터리에 패턴을 롤러 압연을 통해 형성시키는 공정을 찍은 사진이다.
도 26은 비교예 1에서 제조된 파우치형 배터리를 찍은 사진이다.
도 27은 실험예 1에서 사용된 밴딩(bending) 장치를 찍은 사진이다.Each of Figs. 1A and 1B shows a schematic view of a preferred embodiment of the electrode assembly for a flexible battery of the present invention having a reinforcing member on its surface.
2A and 2B each show a schematic view of another preferred embodiment of the electrode assembly for a flexible battery of the present invention having a reinforcing member on its surface.
3A and 3B each show a schematic view of another preferred embodiment of the electrode assembly for a flexible battery of the present invention having a reinforcing member on its surface.
4A and 4B are schematic views of the outer shape and cross-section of a conventional battery, respectively.
FIG. 5A is a schematic view of a flexible battery in which a heat insulating nano web coating layer is formed on a surface of a flexible battery on which a pattern is formed, and FIG. 5B is a schematic view of a flexible battery having a pattern different from FIG.
Each of Figs. 6A and 6B is a schematic view showing an end face portion of the flexible battery of Fig. 5A. Fig. 6A shows an embodiment in which a pattern is formed on the
Each of Figs. 7A and 7B is another schematic view showing an end face portion of the flexible battery of Fig. 5A. Fig. 7A is a cross-sectional view of an embodiment in which a pattern is formed on the
8A is a schematic view in which a heat insulating nano
Each of Figures 9 to 20 shows a schematic view of a preferred embodiment of the pattern formed on the flexible battery of the present invention.
21 is a schematic view showing a preferred embodiment of a separation membrane constituting an electrode assembly of a flexible battery of the present invention.
22 is a schematic view showing a preferred embodiment of the electrode assembly of the flexible battery of the present invention.
23 is a photograph of a flexible battery of the present invention actually manufactured.
24 and 25 are photographs showing a process of forming a pattern on a flexible battery through roller rolling.
26 is a photograph of the pouch type battery manufactured in Comparative Example 1. Fig.
27 is a photograph showing the bending device used in Experimental Example 1. Fig.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
기존의 파우치형 배터리 내부에 포함되는 전극조립체는 신뢰성이 부족하여 외부에서 외력이 가해지는 경우 파손이 발생하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 내전해액성이 부족한 문제점이 있었다.The electrode assembly included in the conventional pouch-type battery has a problem in that it is not reliable and has a problem of breakage when an external force is applied from the outside, and the electrolytic solution resistance is insufficient.
이러한 기존 파우치형 배터리 내부에 포함되는 전극조립체의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체는 적어도 일면에 보강부재를 구비하여 전극조립체의 신뢰성 및 내전해액성을 증가시킬 수 있다.
In order to solve the problems of the electrode assembly included in the conventional pouch-type battery, the electrode assembly for a flexible battery of the present invention may include a reinforcing member on at least one surface thereof to improve the reliability of the electrode assembly and electrolyte resistance.
도 1a 및 도 1b에 개시된 바와 같이 본 발명의 플렉서블 배터리용 전극조립체(1000)는 적어도 일면에는 외부에서 외력이 가해지는 경우에도 전극조립체(1000)의 파손을 방지하기 보강부재(3000)가 구비된다.As shown in FIGS. 1A and 1B, the
후술할 본 발명의 플렉서블 배터리는 외장재에 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지고 있어, 탄성복원력이 우수하여 유연성을 확보할 수 있어서, 외부에서 가해지는 외력에 대한 신뢰성이 확보되어 있다. 반면에, 외장재 내부에 포함되는 전극조립체(1000)는 외장재에 비해 상대적으로 신뢰성이 떨어질 수 있으며, 이를 보완하기 위해 전극조립체(1000)의 적어도 일면에 보강부재(3000)가 구비될 수 있는 것이다.The flexible battery of the present invention, which will be described later, has a pattern for shrinking and relaxing when bending at least one surface of the outer casing, so that the elasticity restoring force is excellent and the flexibility can be ensured, so that reliability against external force exerted is secured. On the other hand, the
구체적으로, 도 1a에 개시된 바와 같이 상기 보강부재(3000)는 전극조립체(1000) 일면에만 구비될 수 있으며, 도 1b에 개시된 바와 같이 전극조립체(1000)의 양면에 구비될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 1A, the reinforcing
더욱 구체적으로, 도 2a 및 도 2b에 개시된 바와 같이 상기 전극조립체(1000)는 양극집전체(501)의 일면 또는 양면에 양극 활물질(502)이 배치되는 양극(100)과, 음극집전체(401)의 일면 또는 양면에 음극활물질(402)이 배치되는 음극(200) 및 분리막(600)을 포함할 때, 상기 보강부재(3000)는 양극(100)과 음극(200) 중 적어도 일면에 구비될 수 있다.2A and 2B, the
또한, 도 3a 및 도 3b에 개시된 바와 같이 상기 전극조립체(1000)는 양극(100', 100'')과 음극(200', 200'')을 복수개로 구비되고, 상기 양극(100', 100'')과 음극(200', 200'')이 교호적층되며, 각각의 양극(100', 100'')과 음극(200', 200'') 사이에 분리막(600', 600'', 600''')이 배치될 때, 상기 보강부재(3000)는 최상층 또는 최하층의 양극(100')과 음극(200'') 중 적어도 일면에 구비될 수 있다.3A and 3B, the
이와 같이 전극조립체(1000)에 구비되는 상기 보강부재(300)는 판상의 시트 또는 필름부재일 수 있으며, 점착부재 또는 접착부재일 수 있다.
As described above, the reinforcing member 300 provided in the
나아가, 상기 보강부재(3000)는 탄성계수가 0.1 Gpa 이상일 수 있어 탄성강도가 우수하고, 전해액에 대한 팽윤도가 200% 이하일 수 있어 내전해액성이 우수하며, 접착강도가 200 gf/25mm 이상일 수 있어, 상기 전극조립체(1000)에 대한 접착력이 우수할 수 있다.
Furthermore, since the elastic modulus of the reinforcing
한편, 상기 보강부재(3000)는 도 1a에 개시된 바와 같이 기재층(3001) 및 상기 기재층(3001) 일면에 구비되어 상기 전극조립체(1000)에 접착되는 접착층(3002)을 포함할 수 있다.The reinforcing
이 때, 상기 기재층(3001)의 두께는 5 ~ 50㎛일 수 있으며, 상기 접착층(3002)의 두께는 5 ~ 50㎛일 수 있다.At this time, the thickness of the
먼저, 기재층(3001)은 실리콘 이형체가 표면처리된 필름일 수 있으며, 구체적으로 실리콘 이형력이 경박리측을 1로 기준하였을 ?, 3 ~ 5배 박리가 무거운 실리콘 이형액이 처리된 필름일 수 있다.First, the
다음으로, 접착층(3002)은 아크릴 중합체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 산-프리(acid free) 아크릴 중합체를 포함할 수 있다.Next, the
구체적으로, 상기 아크릴 중합체는 탄소수가 4 ~ 17 인 알킬(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1 종 이상의 아크릴계 단량체, 상기 아크릴계 단량체와 공중합 가능하고, 메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아크릴레이트 중에서 선택된 단량체, 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단랑체 및 가교제로 구성된다.More specifically, the acrylic polymer may include at least one acrylic monomer selected from alkyl (meth) acrylates having 4 to 17 carbon atoms, a monomer copolymerizable with the acrylic monomer, a monomer selected from methyl methacrylate and vinyl acrylate, Based methacrylate-based monodentate and cross-linking agent.
더욱 구체적으로, 본 발명의 아크릴계 단량체는 내구성 관점에서 유리전이온도가 낮은 끈적끈적한 성질이 있는 아크릴에스테르로, 바람직하게는 2-에틸헥실아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트 및 이소-옥실아크릴레이트 등 중에서 선택된 1 종 이상을 사용한다.More specifically, the acrylic monomer of the present invention is an acrylic ester having a sticky property with a low glass transition temperature from the viewpoint of durability, and preferably acrylic esters such as 2-ethylhexyl acrylate, n-butyl acrylate and iso- Use at least one selected.
또한, 본 발명의 상기 아크릴계 단량체와 공중합 가능한 단량체는 메틸 메타크릴레이트 및 비닐 아크릴레이트 등 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하며, 상기 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 10 ~ 15 중량부를 사용하는데, 이 범위 내에서는 공중합이 우수하다.The monomer copolymerizable with the acrylic monomer of the present invention may be at least one selected from the group consisting of methyl methacrylate and vinyl acrylate and is used in an amount of 10 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylic monomer. The copolymerization is excellent.
또한, 상기 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단랑체는 2-하이드록시에틸메타크릴레이트를 사용하는 것이 좋으며, 상기 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부를 사용하는데, 이 범위 내에서는 접착층(3002)의 경화도가 우수하다.The hydroxy-containing methacrylate-based functional monolith is preferably 2-hydroxyethyl methacrylate, and is used in an amount of 3 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylic monomer. Within this range, The curing degree of the
본 발명의 가교제는 멜라민 화합물, 에폭시 화합물 및 이소시아네이트 화합물 등 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하며, 상기 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여 0.03 ~ 0.5 중량부를 사용하며, 보다 바람직하게는 0.15 ~ 0.35 중량부를 사용한다. 이 범위 내에서는 기재밀착성, 응집성이 우수하고 황변현상이 일어나지 않으며, 다양한 물성구현이 가능하다.The crosslinking agent of the present invention is one or more selected from a melamine compound, an epoxy compound and an isocyanate compound, and is used in an amount of 0.03 to 0.5 parts by weight, more preferably 0.15 to 0.35 parts by weight, based on 100 parts by weight of the acrylic monomer . Within this range, excellent adhesiveness to the substrate and cohesiveness are achieved, yellowing does not occur, and various physical properties can be realized.
본 발명의 아크릴 중합체를 제조하는 방법은 용액중합, 유화중합, 현탁중합, 분산중합 등의 방법에 의하며, 보다 바람직하게는 단량체와 용제가 1액형 라디칼 반응을 하는 용액중합법에 의한다.
The method for producing the acrylic polymer of the present invention is by solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, dispersion polymerization and the like, more preferably by a solution polymerization method in which a monomer and a solvent are subjected to a one-part radical reaction.
한편, 본 발명의 플렉서블 배터리는 앞서 설명한 플렉서블 배터리용 전극조립체; 및 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지고 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 를 포함한다.Meanwhile, the flexible battery of the present invention includes the electrode assembly for a flexible battery as described above; And a casing for sealing the electrode assembly together with the electrolytic solution with a pattern for shrinking and relaxing when bending at least one surface thereof. .
기존의 파우치형 배터리는 도 4a 및 도 4b와 같이 외장재의 표면이 평평한 구조를 갖고, 탄성력이 떨어져서 구부리면 외장재의 표면에 크랙이 발생하는 문제가 있었다.The conventional pouch type battery has a structure in which the surface of the casing is flat as shown in Figs. 4A and 4B, and cracks are generated on the surface of the casing when the elastic force is reduced.
이러한 기존 파우치형 배터리의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 배터리의 외장재뿐만 아니라, 외장재 내부의 전극조립체에도 밴딩시 수축 및 이완을 가능케 하는 패턴을 형성시킴으로서, 표면에 크랙이 발생하는 문제를 해결할 뿐만 아니라, 유연성을 확보할 수 있다. In order to solve the problems of the conventional pouch type battery, the present invention solves the problem of cracks on the surface by forming a pattern enabling contraction and relaxation of the electrode assembly inside the casing as well as the outer casing of the battery during bending , Flexibility can be ensured.
먼저, 본 발명의 플렉서블 배터리는 도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 전극조립체(1000) 및 외장재를 포함한다.First, as shown in FIGS. 5 to 8, the flexible battery of the present invention includes an
상기 외장재(1, 2)는 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지고 상기 전극 조립체(1000)를 전해액과 함께 봉지한다.The
구체적으로, 도 5a및 도 5b에 나타낸 바와 같이 외장재는 수용부(20) 및 실링부(10)를 포함하며, 수용부(20) 및 실링부(10)를 형성케 하는 외장재의 외부로 음극단자(5a) 및/또는 양극단자(5b)의 전극단자가 형성된 형태일 수 있다. 5A and 5B, the exterior material includes a receiving
또한, 외장재 외부 표면에 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성된 형태일 수 있으며, 상기 수용부(20) 내부에는 전극조립체(1000) 및 전해액을 포함하게 된다.In addition, the heat insulating nano
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 외장재(1,2)의 외부 표면에 단열나노웹 코팅층(2000)을 도입하여 배터리 자체에서 발생하는 열이 전기, 전자기기로 전달되는 것을 최소화할 수 있으며, 또한, 외부에서 배터리로 전달되는 열을 차단함으로써, 전기, 전자기기의 부품 즉, 배터리가 삽입되는 부품과 함께 사출 성형시켜서 부품과 일체화시켜서 제조할 수 있는 것이다.As shown in FIGS. 6A and 6B, the heat insulating nano
또한, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 외장재(1, 2)의 외부 표면과 단열나노웹 코팅층(2000) 사이에 부직포층(1500)을 도입할 수도 있다.7A and 7B, the
또한, 8a 및 도 8b에 나타낸 바와 같이, 외장재 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 배터리 자체 열이 전자, 전기 기기로 전달되는 것을 최소화 또는 차단할 수도 있다.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the heat insulating nano
본 발명의 플렉서블 배터리에 있어서, 상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 외장재 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 가질 수 있다. In the flexible battery of the present invention, the casing and the electrode assembly have a pattern for contraction and relaxation at the time of bending, and the pattern of the casing and the electrode assembly may have matching portions.
그리고, 수용부 내부에 있는 상기 전극조립체는 양극집전체(501)의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질(502)을 구비하는 양극; 음극집전체(401)의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질(402)을 구비하는 음극; 및 분리막(600);을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막(600)은 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 외장재(1,2)의 패턴과 일치하는 부분을 가질 수 있다.The electrode assembly in the receptacle includes a cathode having a cathode active material (502) formed on one side or both sides of the cathode current collector (501); A negative electrode comprising a negative electrode
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴은 도 9 ~ 도 12 및 도 18 ~ 도 20처럼 연속적인 패턴일 수도 있으며, 또는 도 13 ~ 도 17처럼 패턴이 비연속적으로 형성될 수 있다.Also, the pattern formed on the flexible battery of the present invention may be a continuous pattern as shown in FIGS. 9 to 12 and 18 to 20, or a pattern may be discontinuously formed as shown in FIGS.
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 18 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 이웃 패턴간에 서로 같거나 다른 패턴 크기를 또는 패턴 형태를 가질 수 있다.The pattern formed on the flexible battery of the present invention may be formed of at least one pattern selected from a prism pattern, a semicircle pattern, a wavy pattern, a polygonal pattern, and a mixed pattern thereof. As can be seen, neighboring patterns may have pattern sizes or pattern shapes that are the same or different from each other.
또한, 본 발명에 있어서, 패턴은 도 5b와 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.In the present invention, the pattern may have an embossing pattern in order to secure flexibility in the vertical and / or horizontal direction as shown in FIG. 5B, and the embossing pattern may be a slope, a pentagon, a hexagon, As shown in FIG.
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리는 어느 일방향으로의 유연성 증대를 위해서, 상기 패턴은 하기 방정식 1 및/또는 방정식 2를 만족하도록 형성되어 있을 수도 있다.The flexible battery of the present invention may be formed so as to satisfy the
[방정식 1][Equation 1]
제1외장재(1) 패턴의 높이 ≥ 전극조립체(1000) 패턴의 높이 ≥ 제2외장재(2) 패턴의 높이(1) height of pattern ≥ height of electrode assembly (1000) pattern ≥ second enclosure (2) height of pattern
[방정식 2][Equation 2]
제1외장재(1) 패턴의 피치 ≥ 전극조립체(1000) 패턴의 피치 ≥ 제2외장재(2) 패턴의 피치(1) pitch of the pattern ≥ pitch of the electrode assembly (1000) pattern ≥ pitch of the second skin (2) pattern
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리에서 패턴은 플렉서블 배터리의 중심으로부터 외부방향으로 갈수록 패턴의 높이가 작아지는 형태를 갖도록 형성시킬 수도 있다.Also, in the flexible battery of the present invention, the pattern may be formed so that the pattern height decreases from the center of the flexible battery toward the outer direction.
이와 같이 배터리의 외장재뿐만 아니라, 전극집합체(분리막 포함)에 패턴을 형성시킴으로써, 전극집합체의 전극간의 접착강도를 개선시킬 수 있으면서도, 패턴에 의해 전해액의 유동을 방지할 수도 있다.
By forming the pattern on the electrode assembly (including the separation membrane) as well as the outer casing of the battery in this way, it is possible to improve the bonding strength between the electrodes of the electrode assembly and prevent the electrolyte from flowing by the pattern.
본 발명의 플렉서블 배터리의 수용부 내부에 수용된 전극조립체는 앞서 설명한 바와 같이 양극, 음극 및 분리막을 포함하는데, 상기 분리막(600, 도 21 참조)은 부직포층(31)의 일면 또는 양면에 다공성 나노섬유웹층(32)을 포함할 수 있다. As described above, the electrode assembly accommodated in the flexible battery of the present invention includes an anode, a cathode, and a separator. The separator 600 (see FIG. 21) includes a porous nano- And a
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.
The porous nanofiber web layer may include nanofibers containing at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile nanofiber and polyvinylidene fluoride nanofiber, It may be composed of only polyacrylonitrile nanofibers to ensure radioactive and uniform pore formation. The polyacrylonitrile nanofibers of the porous nanofiber web layer may have an average diameter of 0.1 mu m to 2 mu m, preferably 0.1 mu m to 1.0 mu m. If the average diameter of the nanofibers is less than 0.1 mu m, There is a problem that sufficient heat resistance can not be secured. If the thickness exceeds 2 탆, the mechanical strength of the separation membrane is excellent, but the elastic force of the separation membrane is rather reduced, and thus it may be unsuitable for use in a flexible battery.
그리고, 본 발명에서 상기 전극조립체(1000)는 도 6과 같이 양극과 음극 사이에 분리막이 형성된 형태일 수도 있으며, 또한, 도 22 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. 6, the separator may be formed between the anode and the cathode as shown in FIG. 6, and the
이와 같이 음극 또는 양극과 분리막이 일체화된 전극조립체를 제조하는 방법에 대하여 바람직한 일례를 들면, 양극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극활물질을 구비한 양극 및 음극 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극활물질을 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.As a preferable example of the method for manufacturing the electrode assembly in which the cathode or the anode and the separator are integrated as described above, there is a preferred example of a method of manufacturing the anode assembly having the anode active material formed on one surface or both surfaces of the anode current collector, Preparing an anode having a cathode; Forming a separation membrane including a porous nanofiber web layer and a nonwoven fabric layer so as to seal either the positive electrode or the negative electrode, integrating the separator with the positive electrode or the negative electrode; And pressing and assembling the anode or the cathode integrated with the separation membrane and the anode or the cathode having no separation membrane facing each other.
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.
The porous nanofiber web layer is formed on one side or both sides of the nonwoven fabric to prepare a separation membrane and the negative electrode or the positive electrode surface is sealed with the separation membrane so that the porous nanofiber web layer comes into contact with one surface or both surfaces of the negative electrode or the positive electrode, May be manufactured.
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.The nonwoven fabric constituting the
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.The nonwoven fabric layer may further include an inorganic additive. The inorganic additive may be selected from the group consisting of SiO, SnO, SnO 2 , PbO 2 , ZnO, P 2 O 5 , CuO, MoO, V 2 O 5 , B 2 O 3 , Si 3 N 4 , CeO 2 , Mn 3 O 4 , Sn 2 P 2 O 7 , Sn 2 B 2 O 5 , Sn 2 BPO 6 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, may comprises a BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3, CaCO 3,
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 박육화에 불리하므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖도록 제조하는 것이 좋다.In the electrode assembly, the average thickness of the separator may be 10 to 100 占 퐉, preferably 10 to 50 占 퐉. If the average thickness of the separator is less than 10 占 퐉, the separator may be too thin to cause repetitive bending and / It may not be possible to secure the long-term durability of the separator by the use of the separator. When the thickness exceeds 100 mu m, it is disadvantageous to thin the flexible battery.
그리고, 상기 부직포층은 평균두께 10 ~ 30㎛로, 바람직하게는 15 ~ 30㎛로 형성시키고, 상기 나노섬유웹층은 평균두께 1 ~ 5㎛를 갖는 것이 좋다.
The nonwoven fabric layer may have an average thickness of 10 to 30 탆, preferably 15 to 30 탆, and the nanofiber web layer may have an average thickness of 1 to 5 탆.
본 발명의 전극조립체(1000)는 양극활물질 및 양극집전체를 포함하는 양극과 음극활물질 및 음극집전체를 포함하는 음극을 포함하는데, 상기 양극집전체 및/또는 음극집전체는 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.The
그리고, 상기 양극집전체 및/또는 음극집전체는 특별하게 한정하지는 않으나, 0.5 ~ 2㎛ 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The cathode current collector and / or the anode current collector is not particularly limited, but is preferably formed to a thickness of 0.5 to 2 탆.
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. The positive electrode active material includes a positive electrode active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. Typical examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Or a lithium transition such as LiNi 1 -xy Co x M y O 2 (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1, and M is a metal such as Al, Sr, Mg, Metal oxides can be used. However, in the present invention, it is of course possible to use other kinds of cathode active materials in addition to the cathode active material.
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. The negative electrode active material includes a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. Examples of the negative electrode active material include a carbon-based negative electrode active material of a crystalline or amorphous carbon, carbon fiber, or carbon composite, Oxides, lithium compounds thereof, lithium, lithium alloys, and mixtures thereof. However, the present invention is not limited to the above-mentioned negative electrode active material.
여기서, 탄소는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 탄소나노섬유, 흑연, 활성탄, 그래핀 및 그래파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.Here, the carbon may be at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanowires, carbon nanofibers, graphite, activated carbon, graphene and graphite.
본 발명에서는 양극 활물질 및 음극 활물질은 양극집전체 또는 음극집전체로부터 박리를 방지하고, 양극 활물질 및 음극 활물질의 크랙을 방지하기 위하여 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 성분을 함유할 수 있다. PTFE 성분은 양극 활물질 및 음극 활물질 각각의 총 중량에서 0.5 ~ 20 중량%를 함유할 수 있고, 바람직하게는 최대 5 중량% 이하로 함유할 수 있다.
In the present invention, the positive electrode active material and the negative electrode active material may contain a PTFE (Polytetrafluoroethylene) component in order to prevent peeling from the positive electrode current collector or the negative electrode current collector and to prevent cracking of the positive electrode active material and the negative electrode active material. The PTFE component may contain 0.5 to 20% by weight, preferably at most 5% by weight, based on the total weight of each of the cathode active material and the anode active material.
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. As described above, the flexible battery of the present invention includes an electrolytic solution in an accommodating portion, and the electrolytic solution includes a non-aqueous organic solvent, and the non-aqueous organic solvent may include a carbonate, an ester, an ether, or a ketone. Examples of the carbonate include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and the like can be used as the ester. Examples of the ester include butyrolactone (BL), decanolide, valerolactone, mevalonolactone Caprolactone, n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate and the like can be used. As the ether, dibutyl ether and the like can be used. As the ketone, polymethyl vinyl ketone However, the present invention is not limited to the kind of the non-aqueous organic solvent.
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. The electrolyte solution may include a lithium salt. The lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable operation of a basic lithium battery. Examples thereof include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6, LiClO 4, LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x +1 SO 2) (C y F 2x + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), and LiSO 3 CF 3 .
또한, 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함할 수 있다.
In addition, the electrolytic solution may include a gallopolymer electrolyte.
본 발명의 플렉서블 배터리 구성 중 하나인 상기 외장재는 제1수지층(109), 금속박막층(209) 및 제2수지층(309)이 적층된 구조를 포함할 수 있다.The exterior material, which is one of the flexible battery configurations of the present invention, may include a structure in which a
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.The first resin layer may include at least one of acid-modified polypropylene (PPA), cast polyprolypene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyethylene, polyethylene terephthalate, (PPA), casting polyprolypene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), or the like, or a single layer structure of one of ethylene vinyl acetate (EVA), epoxy resin and phenol resin, Polyethylene, low density polyethylene (LDPE), or high density polyethylene (HDPE), or a laminated structure thereof.
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.
It is preferable that the first resin layer has an average thickness of 20 μm to 80 μm, preferably 20 μm to 60 μm. If the average thickness is less than 20 μm, the bonding strength and the hermeticity between the first and second outer casings It is disadvantageous in terms of ensuring that the thickness is in excess of 80 탆, which is uneconomical and disadvantageous in that it is thin.
상기 금속박막층은 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.The metal thin film layer is a dense layer that prevents moisture and electrolytic solution from penetrating into the pouch of the flexible battery of the present invention and prevents leakage of the electrolyte located inside the pouch to the outside of the pouch And performs the function of blocking.
상기 금속박막층의 평균두께는 5㎛ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ ~ 100㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50㎛일 수 있다. 만일, 탄성금속층의 두께가 5㎛ 미만이면 탄성금속층의 역할을 수행할 수 없게 될 수 있다. 달리 말하면, 앞서 언급했듯이 탄성금속층은 밀도가 조밀하여 습기 및 전해액을 통과할 수 없는데, 탄성금속층의 두께가 5㎛ 미만이면, 파우치 내부로 습기가 침투될 수 있을 뿐만 아니라, 파우치 내부에 위치되는 전해액이 파우치 외부로 누수될 수 있다.The average thickness of the metal thin film layer may be 5 占 퐉 or more, preferably 5 占 퐉 to 100 占 퐉, and more preferably 30 to 50 占 퐉. If the thickness of the elastic metal layer is less than 5 mu m, the elastic metal layer may not be able to function as the elastic metal layer. In other words, as described above, the elastic metal layer is dense and can not pass through the moisture and the electrolytic solution. If the thickness of the elastic metal layer is less than 5 탆, moisture can be penetrated into the pouch, Can leak out of the pouch.
그리고, 상기 금속박막층은 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.The metal thin film layer may be an aluminum thin film, a copper thin film, a phosphor bronze (PB) thin film, an aluminum bronze thin film, a white thin film, a berylium-copper thin film, a chromium- , An iron-copper thin film, a Korson alloy thin film, and a chromium-zirconium copper alloy thin film.
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.Herein, the phosphor bronze thin film is an alloy containing phosphorus in bronze, and beryllium copper is a copper alloy containing 0.2 to 2.5% beryllium. It has the highest strength among the copper alloy and has excellent corrosion resistance, wear resistance, fatigue resistance, spring characteristic and electric conductivity can do.
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 없어, 본 발명의 플렉서블 배터리용 파우치의 변형이 심해진다.The phosphor bronze thin film may have a linear expansion coefficient of 1.0 to 1.7 × 10 -7 / ° C., preferably 1.2 to 1.5 × 10 -7 / ° C. If the coefficient of linear expansion is less than 1.0 占 10 -7 / 占 폚, sufficient flexibility can not be ensured and a crack may be caused by an external force. If the coefficient of linear expansion exceeds 1.7 占10-7 / 占 폚, The deformation of the pouch for a flexible battery of the present invention becomes severe.
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 저하되어, 본 발명의 플렉서블 배터리용 파우치의 변형이 심해지고, 주석의 함량이 10 중량%를 초과하면, 유연성을 충분히 확보할 수 없어, 외력에 의해 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
The phosphor bronze thin film may contain 3.5 to 10 wt%, preferably 4 to 8 wt% of tin (Sn), 0.03 to 0.35 wt% of phosphorus (P), and 89.3 to 96.2 wt% of copper. At this time, the characteristics of the phosphor bronze thin film may vary depending on the content of tin contained in the phosphor bronze thin film. If the content of tin is less than 3.5 wt%, the rigidity of the phosphor bronze thin film is lowered, When the content of tin exceeds 10% by weight, sufficient flexibility can not be ensured and cracks may be caused by an external force.
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 외장재에 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. Next, the second resin layer is a flexible base material for implementing a pouch having a laminated structure. The second resin layer constitutes an outermost layer of the pouch for a flexible battery of the present invention. The second resin layer reinforces the strength of the pouch, And to protect the pouch from external force by preventing scratches on the exterior material by physical contact. The second resin layer may include at least one selected from the group consisting of nylon, polyethylene terephthalate (PET), cycloolefin polymer (COP), polyimide (PI), and fluorine compounds. Preferably, the second resin layer may include nylon or a fluorine compound have. The fluorine-based compound may be at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluorinated acid (PFA), fluorinated etheylene propylene copolymer (FEP), polyethylene tetrafluoroethylene (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), and polychlorotrifluoroethylene And the like.
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.
The second resin layer has an average thickness of 10 to 50 탆, preferably an average thickness of 15 to 40 탆, more preferably 15 to 35 탆. At this time, if the average thickness of the second resin layer is less than 10 탆, the mechanical properties of the pouch can not be secured sufficiently, and if it exceeds 50 탆, it is uneconomical.
한편, 본 발명의 플렉서블 배터리는 상기 탄성금속층 및 제2수지층 사이에 접착제층을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the flexible battery of the present invention may further include an adhesive layer between the elastic metal layer and the second resin layer.
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 탄성금속층 제2수지층 사이의 접착이 용이하도록 하는 역할을 할 수 있다.When the adhesive layer is accommodated in the pouch and the flexible battery is abnormally overheated, reliability and internal short-circuit reliability can be imparted. Further, the adhesive layer can serve to facilitate adhesion between the elastic metal layer second resin layers.
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.
The adhesive layer may be made of a material similar to that of the second resin layer and may be formed of at least one adhesive selected from silicone, polyphthalate, acid-modified polypropylene (PPa) and acid-modified polyethylene (PEa) . ≪ / RTI > The adhesive layer may have an average thickness of 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm, and if the average thickness of the adhesive layer exceeds 5 μm, If it is more than 탆, it may be disadvantageous for peeling.
또한, 상기 금속박막층 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 금속박막층과 제2수지층간 박리가 발생할 수 있고, 7 ㎛를 초과하면 불필요하게 드라이 라미네이트층이 두꺼워지고, 패턴형성이 불리한 영향을 미칠 수 있으므로 상기 두께로 형성시키는 것이 바람직하다.
In addition, a dry lamination layer may be included between the metal thin film layer and the second resin layer, wherein the dry laminate layer has an average thickness of 1 占 퐉 to 7 占 퐉, preferably 2 占 퐉 to 5 占 퐉 Mu] m, more preferably 2.5 [mu] m to 3.5 [mu] m. If the average thickness of the dry laminate layer is less than 1 占 퐉, the adhesion between the metal thin film layer and the second resin layer may deteriorate. If the dry film thickness exceeds 7 占 퐉, the dry laminate layer may become unnecessarily thick, It is preferable that the thickness is formed.
이러한, 본 발명의 플렉서블 배터리를 이용하여 사출 성형품을 제조할 수 있으며, 일례로 상기 플렉서블 배터리와 함께 사출시켜서 사출 성형품을 제조하여 사출성형품 내 플렉서블 배터리가 일체화되게 할 수도 있다. 이러한, 사출 성형품의 일례로서 시계줄, 바람직하게는 스마트 와치(smart watch)용 시계줄을 제조할 수도 있다.
The injection molded article may be manufactured using the flexible battery of the present invention. For example, the injection molded article may be manufactured by injection together with the flexible battery so that the flexible battery in the injection molded article may be integrated. As an example of such an injection molded article, a watch band for a wristwatch, preferably a smart watch, may be manufactured.
한편, 본 발명의 플렉서블 배터리는 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 기기의 배터리에 사용하기에 적합한 바, 스마트 워치의 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스 등과 같은 휴대용 전기적, 전자적 디바이스, 몸에 착용 가능한 팔찌 등으로 대표되는 웨어러블 디바이스 등에 폭 넓은 응용이 가능할 것이다.
Meanwhile, the flexible battery of the present invention is suitable for use in a battery of an electric and / or electronic device requiring flexibility, and can be used as a portable electric or electronic device such as a smart wristwatch, a flexible display device, And wearable devices represented by the above-described embodiments.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.
실시예Example
실시예Example 1 One
도 25에 개시된 바와 같이 외장재에 의해 전극조립체 및 전해액을 봉지시킨 플렉서블 배터리를 제조하였다. A flexible battery in which an electrode assembly and an electrolyte were sealed by a casing was prepared as shown in Fig.
상기 플렉서블 배터리 외장재의 표면은 도 26 및 도 27에 개시된 롤러 압연 공정을 통해 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성하였으며, 음극의 일면에는 탄성계수가 1.5Gpa인 보강부재를 부착하였다.The surface of the flexible battery exterior material was patterned for contraction and relaxation during bending through the roller rolling process shown in Figs. 26 and 27, and a reinforcing member having a modulus of elasticity of 1.5Gpa was attached to one surface of the negative electrode.
상기 보강부재는 실리콘 이형체가 표면처리된 필름인 기재층과 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단량체가 포함된 아크릴 중합체인 접착층을 포함하는 접착필름(테이펙스사, tepex No.3211)을 사용하였다.The reinforcing member is made of an adhesive film (TeePex yarn, TEPEX No. 3211) comprising an adhesive layer which is an acrylic polymer containing a base layer which is a surface-treated film of silicone mold-releasing material and a methacrylate functional monomer containing hydroxy Respectively.
양극은 PTFE가 5 중량% 함유된 NCM, 음극은 PTFE가 5 중량% 함유된 Graphite, 전해액은 갤 고분자 전해액, 분리막은 폴리에틸렌(PE), 외장재는 알루미늄을 사용하였다.
NCM containing 5 wt% of PTFE, graphite containing 5 wt% of PTFE, electrolytic solution of gall polymer electrolyte, polyethylene (PE) as a separator and aluminum as a separator.
비교예Comparative Example 1 One
도 28에 개시된 바와 같이 외장재에 의해 전극조립체 및 전해액을 봉지시킨 파우치형 배터리를 제조하였다. 28, a pouch-type battery in which an electrode assembly and an electrolyte were sealed by a casing was manufactured.
실시예 1과 달리 외장재의 표면에는 패턴이 형성되어 있지 않으며, 음극의 일면에 보강부재를 부착하지 않았다.Unlike Example 1, no pattern was formed on the surface of the casing, and no reinforcing member was attached to one surface of the negative electrode.
양극은 PTFE가 5 중량% 함유된 NCM, 음극은 PTFE가 5 중량% 함유된 Graphite, 전해액은 갤 고분자 전해액, 분리막은 올리에틸렌(PE), 외장재는 알루미늄을 사용하였다.
NCM containing 5% by weight of PTFE, Graphite containing 5% by weight of PTFE, electrolytic solution of gallopolymer electrolyte, separator of polyethylene (PE) and aluminum of exterior material.
비교예Comparative Example 2 2
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 음극의 일면에 보강부재를 부착하지 않고, 플렉서블 배터리를 제조하였다.
The flexible battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the reinforcing member was not attached to one surface of the negative electrode.
비교예Comparative Example 3 3
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 상기 보강부재로서 탄성계수가 0.05 Gpa이고, 실리콘 이형체가 표면처리된 필름인 기재층과 에폭시 화합물인 접착층을 포함하는 접착필름을 사용하였다
An adhesive film comprising a base layer, which was a surface-treated film having a modulus of elasticity of 0.05 Gpa and an epoxy compound, was used as the reinforcing member in the same manner as in Example 1
실험예Experimental Example 1 One
도 29에 개시된 밴딩(bending) 장치를 이용하여 밴딩횟수에 따른 실시예 및 비교예에서 제조된 플렉서블의 전압 및 저항 변화를 측정하여 표 1 내지 표 4에 나타내었다.The voltage and resistance changes of the flexible fabricated in Examples and Comparative Examples according to the number of bending cycles were measured using the bending apparatus shown in FIG. 29, and the results are shown in Tables 1 to 4.
상기 측정은 18.5R의 곡률반경(반복 구간 : 100mm ↔ 50mm), 120mm/sec 의 속도 조건에서 수행하여 측정하였다.
The measurement was carried out at a speed of 120 mm / sec at a radius of curvature of 18.5R (repetition interval: 100 mm ↔ 50 mm).
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 플렉서블 배터리는 밴딩횟수가 29,000회일 때 저항이 급격히 상승하는 걸 확인할 수 있었으며, 이 때, 전극 단자가 끊어짐을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the resistance of the flexible battery manufactured in Example 1 increased sharply when the number of times of bending was 29,000, and it was confirmed that the electrode terminals were cut off at this time.
반면에, 상기 표 2를 참조하면, 비교예 1에서 제조된 파우치형 배터리는 밴딩횟수가 716회일 때 저항이 급격히 상승하는 걸 확인할 수 있었으며, 밴딩횟수가 7545회일 때, 외장재에 크랙이 발생함을 확인 할 수 있었다. On the other hand, referring to Table 2, it can be seen that the resistance of the pouch-type battery manufactured in Comparative Example 1 increases rapidly when the number of bending times is 716, and cracks are generated in the case when the number of bending times is 7545 I could confirm.
또한, 상기 표 3을 참조하면, 비교예 2에서 제조된 플렉서블 배터리는 밴딩횟수가 16,590회일 때 저항이 급격히 상승하는 걸 확인할 수 있었으며, 이 때, 전극집전체가 절단됨을 확인할 수 있었다.Also, referring to Table 3, it was confirmed that the resistance of the flexible battery manufactured in Comparative Example 2 increased sharply when the number of bending cycles was 16,590, and it was confirmed that the electrode current collector was cut.
또한, 상기 표 4를 참조하면, 비교예 3에서 제조된 플렉서블 배터리는 밴딩횟수가 21,467회일 때 저항이 급격히 상승하는 걸 확인할 수 있었으며, 이 때, 전극집전체가 절단됨을 확인할 수 있었다.
In addition, referring to Table 4, it was confirmed that the resistance of the flexible battery manufactured in Comparative Example 3 increased sharply when the number of bending cycles was 21,467, and it was confirmed that the electrode current collector was cut off.
1 : 제1외장재 2 : 제2외장재
5a : 음극단자 5b: 양극단자
10 : 실링부 20 : 수용부
31, 31a, 31b : 부직포층
32, 33a, 33b : 다공성 나노섬유웹층
60 : 플랙서블 배터리
100 : 음극 200 : 양극
109 : 제1수지층 209 : 금속 박막층
309 : 제2수지층
401 : 음극집전체 402 : 음극활물질
501 : 양극집전체 502 : 양극활물질
600, 600a, 600b : 분리막 1000 : 전극조립체
3000 : 보강부재1: first exterior material 2: second exterior material
5a:
10: sealing part 20: accommodating part
31, 31a, 31b: Nonwoven fabric layer
32, 33a, 33b: porous nanofiber web layer
60: Flexible battery
100: cathode 200: anode
109: first resin layer 209: metal thin film layer
309: second resin layer
401: negative electrode collector 402: negative electrode active material
501: positive electrode collector 502: positive electrode active material
600, 600a, 600b: separator 1000: electrode assembly
3000: reinforcement member
Claims (27)
상기 전극조립체의 적어도 일면에는 외부에서 외력이 가해지는 경우에도 전극조립체의 파손을 방지하기 위하여 탄성계수가 0.1 Gpa 이상인 보강부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
In an electrode assembly for a flexible battery,
Wherein at least one surface of the electrode assembly is provided with a reinforcing member having an elastic modulus of 0.1 Gpa or more in order to prevent breakage of the electrode assembly even when an external force is externally applied thereto.
상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며,
상기 보강부재는 양극과 음극 중 적어도 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
The method according to claim 1,
The electrode assembly includes a cathode on which a cathode active material is disposed on one surface or both surfaces of a cathode current collector, and a cathode and a separator on which an anode active material is disposed on one or both surfaces of the anode current collector.
Wherein the reinforcing member is provided on at least one surface of the positive electrode and the negative electrode.
상기 전극조립체는 상기 양극과 음극이 복수개로 구비되고,
상기 양극과 음극은 서로 교호적층되며,
각각의 양극과 음극 사이에는 분리막이 배치되고,
상기 보강부재는 최상층 또는 최하층의 양극과 음극 중 적어도 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
3. The method of claim 2,
Wherein the electrode assembly includes a plurality of positive electrodes and negative electrodes,
The positive electrode and the negative electrode are alternately stacked,
A separator is disposed between each of the positive and negative electrodes,
Wherein the reinforcing member is provided on at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the anode and the cathode.
상기 보강부재는 상기 전해액에 대한 팽윤도가 200% 이하인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing member has a degree of swelling with respect to the electrolyte of 200% or less.
상기 보강부재는 접착강도가 200 gf/25mm 이상인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing member has an adhesive strength of 200 gf / 25 mm or more.
상기 보강부재는 판상의 시트 또는 필름부재인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing member is a plate-shaped sheet or a film member.
상기 보강부재는 점착부재 또는 접착부재인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
The method according to claim 6,
Wherein the reinforcing member is an adhesive member or an adhesive member.
상기 보강부재는
기재층; 및 상기 기재층 일면에 구비되어 상기 전극조립체에 접착되는 접착층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리 용 전극조립체.
The method according to claim 1,
The reinforcing member
A base layer; And an adhesive layer provided on one surface of the substrate layer and adhered to the electrode assembly; And an electrode assembly for a flexible battery.
상기 기재층의 두께는 5 ~ 50㎛이고, 상기 접착층의 두께는 5 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
9. The method of claim 8,
Wherein the thickness of the base layer is 5 to 50 占 퐉 and the thickness of the adhesive layer is 5 to 50 占 퐉.
상기 접착층은 아크릴 중합체를 포함하고,
상기 기재층은 실리콘 이형체가 표면처리된 필름인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
10. The method of claim 9,
Wherein the adhesive layer comprises an acrylic polymer,
Wherein the base layer is a surface-treated film of a silicon mold release material.
상기 아크릴 중합체는 하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
11. The method of claim 10,
Wherein the acrylic polymer comprises a methacrylate-based functional monomer containing hydroxy.
상기 아크릴 중합체는
탄소수가 4 ~ 17인 알킬(메타)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴계 단량체 100 중량부에 대하여,
메틸 메타크릴레이트 또는 비닐 아크릴레이트 중에서 선택된 단량체 10 ~15 중량부,
하이드록시가 함유된 메타크릴레이트계 관능성 단량체 1 ~ 10 중량부 및
중합 개시제 0.03 ~ 0.5 중량부를 포함하고, 중량평균 분자량이 1,200,000 ~ 1,500,000인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리용 전극조립체.
11. The method of claim 10,
The acrylic polymer
Based on 100 parts by weight of at least one acrylic monomer selected from alkyl (meth) acrylates having 4 to 17 carbon atoms,
10 to 15 parts by weight of a monomer selected from methyl methacrylate or vinyl acrylate,
1 to 10 parts by weight of a hydroxy-containing methacrylate-based functional monomer and
0.03 to 0.5 part by weight of a polymerization initiator, and a weight average molecular weight of 1,200,000 to 1,500,000.
적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지고 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
An electrode assembly for a flexible battery according to any one of claims 1 to 12; And
An outer casing having a pattern for shrinkage and relaxation when bending at least one surface thereof and sealing the electrode assembly together with the electrolyte;
And a battery.
상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며,
상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
14. The method of claim 13,
The outer casing and the electrode assembly have a pattern for shrinking and relaxing at the time of bending,
Wherein the pattern of the outer casing and the electrode assembly includes a matching portion.
상기 패턴은 연속적 또는 비연속적으로 형성되어 있으며,
상기 패턴은 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴, 엠보싱 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
15. The method of claim 14,
The pattern is formed continuously or discontinuously,
Wherein the pattern includes at least one selected from a group consisting of a prism pattern, a semi-circular pattern, a wavy pattern, a polygonal pattern, an embossed pattern, and a mixed pattern thereof.
상기 외장재의 표면은 단열나노웹 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
14. The method of claim 13,
Wherein the surface of the exterior material further comprises an insulating nano web coating layer.
상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
17. The method of claim 16,
Wherein the heat insulating nano web coating layer comprises polyacrylonitrile nanofiber.
상기 외장재의 표면과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
17. The method of claim 16,
And a non-woven fabric layer between the surface of the outer casing and the heat-insulating nano-web coating layer.
상기 분리막은
부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
3. The method of claim 2,
The separation membrane
And a porous nanofiber web layer containing polyacrylonitrile nanofibers applied to one or both surfaces of the nonwoven fabric layer.
상기 양극 또는 음극은 상기 분리막으로 봉지되어 분리막과 일체화되며,
상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하며,
상기 다공성 나노섬유웹층은 양극의 양극활물질 또는 음극의 음극활물질과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
3. The method of claim 2,
The positive electrode or the negative electrode is sealed with the separator to be integrated with the separator,
Wherein the separation membrane comprises a porous nanofiber web layer containing at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile nanofiber and polyvinylidene fluoride nanofiber applied to one side or both sides of the nonwoven fabric layer,
Wherein the porous nanofiber web layer is in contact with the positive electrode active material of the positive electrode or the negative electrode active material of the negative electrode.
상기 외장재는 전극조립체 방향로부터 외부 방향으로 제1수지층, 탄성금속층 및 제2수지층이 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 포함하며,
상기 금속박막층은 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 플렉서블 배터리.
14. The method of claim 13,
The exterior material has a structure in which a first resin layer, an elastic metal layer, and a second resin layer are laminated from the direction of the electrode assembly toward the outside,
The first resin layer may include at least one of acid-modified polypropylene (PPa), cast polyprolypene (CPP), linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polyethylene, polyethylene terephthalate, A single layer structure of one of vinyl acetate (EVA), an epoxy resin and a phenol resin, or a laminated structure thereof,
The second resin layer includes at least one selected from the group consisting of nylon, polyethylene terephthalate (PET), cycloolefin polymer (COP), polyimide (PI)
The metal thin film layer may be at least one selected from the group consisting of an aluminum thin film, a copper thin film, a phosphor bronze (PB) thin film, an aluminum bronze thin film, a Baekdong thin film, a Berylium-copper thin film, a chromium-copper thin film, - a copper thin film, a cornson alloy thin film, and a chromium-zirconium copper alloy thin film.
상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
14. The method of claim 13,
Wherein the electrolytic solution comprises a gallopolymer electrolyte.
상기 배터리는 이차전지인 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
22. The method according to any one of claims 13 to 22,
Wherein the battery is a secondary battery.
상기 플렉서블 배터리와 함께 사출되어 제조되는 것을 특징으로 하는 사출 성형품.
A flexible battery comprising: a flexible battery according to any one of claims 13 to 22,
Wherein the injection molded article is injection molded together with the flexible battery.
A wrist strap characterized by comprising a flexible battery according to any one of claims 13 to 22.
A flexible display device comprising the flexible battery according to any one of claims 13 to 22.
A wearable device comprising the flexible battery of any one of claims 13 to 22.
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