KR20160129437A - 웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 전자기기 - Google Patents

웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 전자기기 Download PDF

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KR20160129437A
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Abstract

본 발명은 웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 전자기기 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 웨어러블 전자기기용 밴드는 실리콘 소재로 제조되는 바, 유연성, 탄력성이 우수하며 또한, 우레탄층에 의해 심미적 효과가 우수하며, 방수성을 갖을 수 있고, 음이온 및/또는 적외선 성분을 추가 로 도입하여, 음이온 발생, 적외선 발산시켜서, 항균, 항취 효과가 있는 기능성 웨어러블 전자기기용 밴드에 관한 것이다.

Description

웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 전자기기{Band for wearable electronic apparatus and electronic apparatus having the same}
본 발명은 웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰 단말기는 멀티미디어 통합기기로서 현대인에게 없어서는 안 되는 필수품이며, 과거의 휴대폰 단말기와 달리 통화기능 이외에도 인터넷, 애플리케이션, TV, 네비게이션, SNS 등의 다양한 기능을 수행하는 것을 목적으로 하고 있다.
스마트폰 단말기는 다양한 기능을 구현하기 위하여 디스플레이가 커지게 됨으로써 스마트폰 단말기의 크기가 커져 산책, 운동 등의 간편한 옷차림을 착용하는 경우에 휴대하기가 불편하고, 도난 및 분실의 문제가 발생하게 된다.
나아가 스마트폰 단말기를 가방 등에 넣어 소지하는 경우에는 수신, 발신통화를 하거나 메시지 기능을 사용하기 위해 스마트폰 단말기를 꺼내서 사용하는 불편함이 있고, 가방에 소지하는 스마트폰 단말기의 진동이나 벨소리를 듣지 못하여 수신전화 및 메시지를 받지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 밴드형 휴대 단말기가 제안되고 있다.
'밴드형 휴대 단말기'는 옷이나 장신구처럼 착용하는 예가 제시되기도 하였으며, 이중 손목이나 팔 등에 착용하는 손목시계 형태의 스마트 기기가 출시되고 있다. 손목시계 형태의 스마트기기(일명 '스마트 워치')는 크기가 작고 가벼워 손목에 항상 차고 다니면서 수신전화나 메시지를 확인할 수 있어 휴대성을 높일 수 있는 것이다.
그러나 종래의 스마트 워치는 기기를 작동시키기 위한 전원이 본체에만 형성되어 있기 때문에 전원의 공급량이 제한적이므로 사용시간이 짧은 단점이 있었고, 야외 활동 중 전원이 모두 소비되는 경우 충전하기가 매우 번거로운 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 손목시계 형태의 스마트 기기의 밴드에 배터리를 내장시켜 본체의 배터리에 전원을 공급하도록 하는 기술이 개발되고 있는데, 이와 같이 밴드에 내장된 배터리가 과열에 의하여 본체가 손상되는 문제가 발생할 수 있는 바, 배터리를 스마트 기기의 밴드로부터 용이하고 빠르게 분리 또는 전기적으로 단락시키는 기술이 요구되고 있다.
한국 공개특허 제2014-0064687호(공개일 2014.05.28) 한국 등록특허 제1470428호(공개일 2014.12.08)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 웨어러블 전자기기용 밴드 내에 내장된 플렉서블 배터리가 과열되는 경우, 플렉서블 배터리를 밴드로부터 신속하게 제거, 분리 또는 전기적으로 단락시킬 수 있는 웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 웨어러블 전자기기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 웨어러블 전자기기용 밴드 내의 플렉서블 배터리가 과열되는 경우에도 플렉서블 배터리에 의하여 본체가 손상되지 않을 수 있도록 구성된 웨어러블 전자기기용 밴드 및 이를 포함하는 웨어러블 전자기기를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 웨어러블 전자기기용 밴드로서, 실리콘층 및 우레탄층을 포함하는 밴드몸체를 포함하며, 밴드몸체의 상기 실리콘층 및 상기 우레탄층은 밴드몸체의 내부로부터 외부로 적층된 형태를 갖을 수 있다.
또한, 상기 밴드몸체의 내부에는 플레서블 배터리를 수용하기 위한 수용부가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 밴드몸체는 인서트 성형사출물일 수 있다.
또한, 상기 실리콘층은 실리콘 탄성 중합체를 포함하며, 상기 실리콘층은 실리콘 탄성 중합체 수지로 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 실리콘 탄성 중합체 수지는 비중이 1.05 ~ 1.15이고, 점도가 160,000 mPa.s(25℃) ~ 280,000 mPa.s(25℃)일 수 있다.
또한, 상기 실리콘층은 ASTM D2240에 의거하여 측정시, 경도가 25 ~ 70 shore A일 수 있다.
또한, 상기 실리콘층은 ASTM D412 DIE C에 의거하여 측정시, 인장강도가 900 ~ 1,500 PSI이고, 연신율이 380 ~ 750%일 수 있다.
또한, 상기 실리콘층은 ASTM D412 DIE B에 의거하여 측정시, 절단강도가 10 ~ 60 kN/m일 수 잇다.
또한, 상기 실리콘층과 우레탄층의 두께비는 1 : 0.1 ~ 0.8일 수 있다
또한, 상기 우레탄층은 폴리에테르폴리올; 및 폴리(C1~C3의 알킬렌)이소시아네이트, 폴리(C1~C3의 알킬렌)폴리페닐이소시아네이트, 톨루엔이소시아네이트 및 폴리(C1~C3의 알킬렌)디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이소시아네이트;를 우레탄 반응시킨 우레탄 수지로 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 우레탄층은 음이온 및 원적외선을 발생하는 나노입자 분말을 더 포함하며, 상기 나노입자 분말은 토루말린 분말, 알루미나 분말, 산화티타늄 분말, 산화마그네슘 분말, 키토산 분말, 맥반석 분말 및 게르마늄 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 우레탄층은 실리콘 화합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밴드몸체는 제1측단부, 제2측단부, 제3측단부 및 제4측단부를 가지며, 상기 제1측단부 및 제2측단부는 상기 제3측단부 및 제4측단부 보다 길이가 길며, 상기 제1측단부의 반대측에 제2측단부가 형성되어 있고, 상기 제1측단부 및 제2측단부 사이의 중심부로부터 제1측단부 및 제2측단부 방향으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태일 수 있다.
또한, 상기 중심부는 상단부 및 하단부로 구성되며, 상단부의 두께는 하단부의 두께와 동일한 형태일 수 있다.
또한, 상기 중심부는 상단부 및 하단부로 구성되며, 상단부의 두께는 하단부의 두께보다 두꺼운 형태일 수 있다.
또한, 상기 밴드몸체는 유선형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 밴드몸체는 플렉서블 배터리가 내장되어 있을 수 있다.
또한, 상기 플렉서블 배터리는 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부 전체를 봉지시키는 실링부; 를 포함하며, 실링부의 동일 방향 또는 다른 방향으로 양극단자 및 음극단자 중에서 선택된 1종의 전극단자가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 실링부 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 상기 실링부 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함할 수 있다.
또한, 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, 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.
또한, 상기 실링부의 표면은 단열나노웹 코팅층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실링부의 표면과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함할 수 있다.
또한, 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 있을 수 있다.
또한, 상기 실링부는 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 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함할 수 있다.
또한, 상기 웨어러블 전기기기용 밴드는 손목착용용 밴드일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일면에 적어도 하나의 이상의 정보가 표시되고, 일측에 제2단자가 형성된 정보 표시 유닛; 및 상기 정보 표시 유닛에 결합되며, 상기 제2단자에 제1단자가 결합되는 전술한 웨어러블 전자기기용 밴드를 포함하는 전자기기가 제공할 수 있다.
또한, 상기 전자기기는 웨어러블 전자기기, 바람직하게는 스마트 워치(smart watch), 스마트폰, 패블릿, 태블릿PC 등 일 수 있다.
본 발명의 밴드는 보조 배터리가 내장된 팔찌 형태의 밴드로서 간편하게 휴대할 수 있고, 이를 포함하는 전자기기는 밴드를 통해서 메인 배터리가 방전된 상태에서 야외 활동 중에도 본체에 전원을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨어러블 전자기기용 밴드는 실리콘 소재로 제조되는 바, 유연성, 탄력성이 우수하다. 그리고, 우레탄층에 의해 심미적 효과가 우수하며, 방수성을 갖을 수 있고, 음이온 및/또는 적외선 발생 성분을 추가로 도입하여, 음이온 발생, 적외선 발산시켜서, 항균, 항취 효과의 부수적 기능을 추가할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밴드 몸체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 밴드 몸체의 A-A' 로 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 밴드 몸체의 단면을 도시한 또 다른 도면이다
도 4는 밴드 몸체의 중심부(52)의 두께와 제1측단부(56) 및 제2측단부(56)의 두께를 비교한 개략도이다.
도 5는 밴드 몸체의 중심부(52)의 두께와 제1측단부(56) 및 제2측단부(56)의 두께를 비교한 또 다른 개략도이다.
도 6은 내부에 플렉서블 배터리(60)가 내장된 밴드 몸체(50)를 도시한 사시도이다.
도 7a 및 도 7b 각각은 종래 배터리의 외부 형태 및 단면의 개략도이다.
도 8a는 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킨 플렉서블 배터리에 대한 개략도이며, 도 8b는 도 8a와 다른 패턴을 형성시킨 플렉서블 배터리의 개략도이다.
도 9a 및 도 9b 각각은 도 8a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 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 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성되어 있는 개략도이다.
도 10a 및 도 10b 각각은 도 8a의 플렉서블 배터리의 단면부를 나타낸 또 다른 개략도로서, 도 10a는 실링부(1, 2)에는 패턴이 형성되고, 전극조립체(1000)에는 패턴이 형성되지 않은 일실시예를 나타낸 것이고, 도 10b는 실링부(1,2) 및 전극조립체(1000)에 모두 패턴이 형성된 개략도이며, 도 10a 및 도 10b 모두 실링부(1,2) 표면에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000)이 적층되어 있는 개략도이다.
도 11a는 외장재 표면뿐만 아니라, 음극(5a) 및 양극(5b)에 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이며, 도 11b는 실링부 표면뿐만 아니라, 음극(5a) 및 양극(5b)에 부직포층(1500) 및 단열나노웹 코팅층(2000) 적층된 개략도를 나타낸 것이다.
도 12 내지 도 15 각각은 밴드몸체의 단면 형태의 다양한 바람직한 일실시예를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체를 구성하는 분리막의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 17은 본 발명의 플렉서블 배터리의 전극조립체의 바람직한 일실시 형태를 나타낸 개략도이다.
도 18 및 도 19 각각은 단열나노웹 코팅층(2000)을 형성시키기 전의 패턴이 형성된 플렉서블 배터리를 찍은 사진이며, 도 19는 본 발명의 플렉서블 배터리가 밴딩성을 확보하고 있음을 확인할 수 있는 사진이다.
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 붙였다.
본 명세서에서 장축 방향은 도 1에 나타난 바와 같이 밴드(100)의 길이방향을 의미하여, 단축 방향은 밴드의 폭 방향을 의미한다.
본 발명의 웨어러블 전자기기용 밴드는 실리콘층(40) 및 우레탄층(45)을 포함하는 밴드몸체(50)를 포함하며, 밴드몸체는 도 2 ~ 도 5에 나타낸 바와 같이, 실리콘층 및 우레탄층은 밴드몸체의 내부로부터 외부로 적층된 형태이다. 그리고, 밴드몸체(50)의 내부에는 플렉서블 배터리를 수용하기 위한 배터리 수용부(48)가 형성되어 있다.
본 발명의 밴드몸체는 성형사출물로서, 인서트 성형사출물일 수 있으며, 실리콘계 수지를 성형사출을 수행한 후, 성형사출물에 우레탄계 수지로 코팅시켜서 우레탄층을 형성시킨 다음, 수용부에 플렉서블 배터리를 수용시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 밴드몸체는 플렉서블 배터리와 실리콘계 수지를 동시에 성형사출시킨 후, 성형사출물에 우레탄계 수지로 코팅시켜서 우레탄층을 형성시켜서 제조할 수도 있다. 그리고, 플렉서블 배터리와 실리콘계 화합물을 동시에 성형사출시킨 때에는 상기 성형사출 온도는 140℃ 이하, 바람직하게는 120℃ ~ 140℃, 더욱 바람직하게는 125℃ ~ 140℃ 하에서 수행하는 것이 좋은데, 성형사출 온도가 140℃를 초과하면 플렉서블 배터리 내부의 과열로 플렉서블 배터리가 터져서 전해질이 새어나오거나 플렉서블 배터리 내부에 있는 전극조립체에 손상이 발생할 수 있다.
그리고, 우레탄층 형성을 위한 코팅은 당업계에서 사용하는 일반적인 코팅법을 사용하여 코팅을 수행할 수 있으며, 바람직한 일례로는 스프레이코팅을 통해서 코팅층을 형성시킬 수 있다.
상기 실리콘계 수지는 실리콘 탄성 중합체 수지를 사용할 수 있으며, 그결과 실리콘층은 실리콘 탄성 중합체로 형성되게 된다. 그리고, 비중이 1.05 ~ 1.15, 바람직하게는 1.08 ~ 1.12이고, 점도가 160,000 mPa.s(25℃) ~ 280,000 mPa.s(25℃), 바람직하게는 180,000 mPa.s(25℃) ~ 250,000 mPa.s(25℃), 더욱 바람직하게는 200,000 mPa.s(25℃) ~ 240,000 mPa.s(25℃)일 수 있다.
그리고, 실리콘층은 ASTM D2240에 의거하여 측정시, 경도가 25 ~ 70 shore A일 수 있으며, 바람직하게는 경도가 30 ~ 65 shore A일 수 있다.
또한, 실리콘층은 ASTM D412 DIE C에 의거하여 측정시, 인장강도가 900 ~ 1,500 PSI이고, 연신율이 380% ~ 750%일 수 있으며, 바람직하게는 인장강도가 1,000 ~ 1,450 PSI이고, 연신율이 400% ~ 720%일 수 있다.
또한, 실리콘층은 ASTM D412 DIE B에 의거하여 측정시, 절단강도가 10 ~ 60 kN/m, 바람직하게는 11 ~ 57 kN/m일 수 있다.
그리고, 상기 우레탄층은 폴리에테르폴리올; 및 폴리(C1~C3의 알킬렌)이소시아네이트, 폴리(C1~C3의 알킬렌)폴리페닐이소시아네이트, 톨루엔이소시아네이트 및 폴리(C1~C3의 알킬렌)디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이소시아네이트;를 혼합한 후, 이를 우레탄 반응시킨 우레탄 수지를 이용하여 형성시킬 수 있다.
그리고 상기 우레탄 수지는 음이온 및 원적외선을 발생하는 나노입자 분말을 첨가하여 밴드에 원적외선 방사, 음이온 방출 효과를 부여하여 항균, 항취 효과를 추가적으로 볼 수도 있다.
이러한, 나노입자 분말로서 토루말린 분말, 알루미나 분말, 산화티타늄 분말, 산화마그네슘 분말, 키토산 분말, 맥반석 분말 및 게르마늄 분말 중에서 선택된 1종 단독, 바람직하게는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 우레탄 수지는 실리콘층과의 접착력 향상을 위해서 실리콘 화합물을 소량 첨가하여 제조할 수도 있다.
또한, 상기 실리콘층과 우레탄층의 두께비는 1 : 0.1 ~ 0.8, 바람직하게는 1:0.4 ~ 0.6인 것이 좋으며, 우레탄층이 0.1 미만이면 우레탄층이 너무 얇아서 우레탄 도입 효과를 볼 수 없을 수 있고, 0.8을 초과하면 너무 두꺼워서 오히려 디자인적 면에서 심미감이 떨어지고, 밴드의 기계적 강도면에서 떨어질 수 있다.
본 발명의 밴드몸체(50)의 형태에 대하여 설명하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1측단부, 제2측단부, 제3측단부 및 제4측단부를 가지며, 상기 제1측단부 및 제2측단부는 상기 제3측단부 및 제4측단부 보다 길이가 길며, 상기 제1측단부의 반대측에 제2측단부가 형성되어 있고, 상기 제1측단부 및 제2측단부 사이의 중심부로부터 제1측단부 및 제2측단부 방향으로 갈수록 두께가 얇아지며, 상기 사출성형물 내부에는 플렉서블 배터리가 내장되어 있을 수 있다.
이와 같이 제공된 본 발명의 밴드 몸체는 인서트 사출성형물로서, 강성 및 탄성복원력이 우수하여 외부 비틀림 등의 외력에 대한 신뢰성이 확보될 수 있어, 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 디바이스에 사용하기에 적합하다.
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 밴드몸체(50)는 제1측단부(54), 제2측단부(56), 제3측단부(57) 및 제4측단부(58)를 가지며, 상기 제1측단부(54) 및 제2측단부(56)는 상기 제3측단부(57) 및 제4측단부(58)보다 길며, 제1측단부(54)의 반대측에 제2측단부(56)가 형성되어 있다.
구체적으로, 밴드몸체의 4개의 측단부를 가지며 제1측단부(54)는 제2측단부(56)와 마주보며, 제3측단부(57)는 제4측단부(58)와 마주보게 형성된다.
또한, 본 발명의 밴드몸체(50)는 제1측단부(54) 및 제2측단부(56) 사이의 중심부(52)로부터 제1측단부(54) 및 제2측단부(56) 방향으로 갈수록 두께가 얇아진다.
구체적으로, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 중심부(52)의 두께(a)는 제1측단부(54)의 두께(b) 및 제2측단부(56)의 두께(b) 보다 두껍게 형성될 수 있으며, 도 2에 나타낸 바와 같이 중심부(52)에서부터 제1측단부(54) 및 제2측단부(56) 방향으로 갈수록 두께가 얇아지도록 유선형으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 밴드몸체(50)의 중심부는 상단부(55) 및 하단부(59)로 구성되며, 상단부(55)의 두께(a')는 하단부(59)의 두께(a')와 동일할 수 있으며, 도 5에 나타낸 바와 같이 상단부(55)의 두께(a')는 하단부(59)의 두께(a'')보다 두꺼울 수 있다.
나아가, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 밴드몸체(50) 내부에는 플렉서블 배터리(60)가 내장되며, 전기절연성 물질로 구성된다. 즉, 본 발명의 밴드몸체(50)는 강성 및 탄성복원력이 우수하여 외부 비틀림 등의 외력에 대한 신뢰성이 확보되어 있어, 상기 밴드몸체(50)에 내장된 플렉서블 배터리(60)도 외부 비틀림 등의 외력에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 전기절연성 물질로 구성되어 밴드몸체(50)에 내장된 플렉서블 배터리(60)에 전기적 안정성을 도모할 수 있다.
상기 밴드몸체(50)는 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.
다음으로, 본 발명의 밴드몸체에 내장된 플렉서블 배터리를 설명하면 다음과 같다.
기존의 배터리는 도 7a 및 도 7b와 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. 또한, 기존의 배터리는 차열성 및/또는 내열성이 좋지 않아서 웨어러블(wearable) 및/또는 휴대용 전기, 전자 기기에 대한 응용에한계가 있었으나, 본 발명의 배터리는 단열나노웹 코팅층을 배터리 표면에 도입하여, 내열성 및/또는 차열성을 확보함으로써, 배터리가 삽입되는 기기의 부품과 일체화시킬 수 있는 발명으로서, 최근 플렉서블 전기적, 전자적 디바이스 기술 방향에 부합한 배터리를 제공할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리는 도 8 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 실링부(10)에 의해 전극조립체(1000) 및 전해액을 봉지시킨 배터리로서, 본 발명의 플렉서블 배터리는 도 8a및 도 8b에 나타낸 바와 같이 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부(20) 및 상기 수용부(10) 전체를 봉지시키는 실링부(10)를 포함하며, 실링부(10)의 동일 방향 또는 다른 방향으로 음극단자(5a) 및/또는 양극단자(5b) 중에서 선택된 1종의 전극단자가 형성된 형태일 수 있다.
또한, 실링부(10) 표면에는 단열나노웹 코팅층(2000)이 형성될 수 있다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이, 실링부(1,2)의 외부 표면에 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.
또한, 도 10a 및 도 10b에 나타낸 바와 같이, 실링부(1, 2)의 외부표면과 단열나노웹 코팅층(2000) 사이에 부직포층(1500)을 도입할 수도 있다.
또한, 도 11a 및 도 11b에 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, 수용부 내부에 있는 상기 전극조립체는 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 12 ~ 도 15에 개략도로 나타낸 바와 같이 연속적인 패턴 또는 비연속적으로 패턴이 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 플렉서블 배터리에 형성된 패턴은 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종이상의 패턴으로 형성될 수 있으며, 이웃 패턴간에 서로 같거나 다른 패턴 크기를 또는 패턴 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 패턴은 도 8b와 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 개선시킬수 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, 상기 분리막(600, 도 16 참조)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 9와 같이 양극과 음극 사이에 분리막이 형성된 형태일 수도 있으며, 또한, 도 17 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 장기 내구성을 확보할 수 없을 수 있고, 100㎛를 초과하면 플렉서블 배터리의 박육 화에 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 유기 용매로는 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 카보 네이트(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 수있으며, 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 제1수지층, 금속박막층 및 제2수지층이 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, 폴리에틸렌테레프 탈레이트, 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.
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.
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 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.
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.
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 없어, 본 발명의 플렉서블 배터리용 파우치의 변형이 심해진다.
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.
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.
한편, 본 발명의 플렉서블 배터리는 상기 탄성금속층 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 탄성금속층 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 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.
앞서 설명한 본 발명의 다양한 형태의 플렉서블 배터리를 제조하는 방법에 대하여 자세하게 설명한다.
본 발명의 플렉서블 배터리를 제조하는 방법(방법 1)은 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴이 각각 독립적으로 형성된 제1외장재, 제2외장재 및 전극조립체를 준비하는 단계; 제1외장재 및 제2외장재를 적층시킨 후, 제1외장재 및 제2외장재의 제1끝단부 및 제2끝단부를 실링처리하는 단계; 제1외장재 및 제2외장재의 제3끝단부 방향으로 전극조립체를 삽입 후, 제1외장재 및 제2외장재의 제4끝단부를 실링하는 단계; 상기 제3끝단부 방향으로 전해액을 주입한 후, 제3끝단부를 실링처리하여 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계를 포함하는 공정을 수행하여 플렉서블 배터리를 제조할 수 있다.
또한, 상기 제3끝단부 방향으로 전해액을 주입한 후, 제3끝단부를 실링처리하여 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계 이후에 상기 배터리의 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계;를 더 포함하는 공정을 수행하여 플렉서블 배터리를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계는 배터리 표면에 부직포층을 형성한 후, 상기 부직포층의 상면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킬 수도 있으며, 또한, 부직포층 및 단열나노웹 코팅층이 적층된 필름을 배터리 표면에 적층시켜서 배터리 표면에 코팅층을 형성시킬 수도 있다.
본 발명의 플렉서블 배터리를 제조하는 다른 방법(방법 2)은 밴딩시수축 및 이완을 위한 패턴이 각각 독립적으로 형성된 제1외장재, 제2외장재 및 전극조립체를 준비하는 단계; 제1외장재, 전극조립체 및 제2외장재를 적층시킨 후, 제1외장재 및 제2외장재의 4개의 끝단부 중 어느 한 끝단부의 일부분에 전해액 주입구가 형성되도록 실링처리하는 단계; 상기 전해액 주입구에 전해액을 주입한 후, 전해액 주입구를 실링처리하여 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계; 를 포함하는 공정을 수행하여 플렉서블 배터리를 제조할 수 있다.
또한, 상기 전해액 주입구에 전해액을 주입한 후, 전해액 주입구를 실링처리하여 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계 이후에, 상기 배터리의 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계; 를 더 포함하는 공정을 수행하여 플렉서블 배터리를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계는 배터리 표면에 부직포층을 형성한 후, 상기 부직포층의 상면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킬 수도 있으며, 또한, 부직포층 및 단열나노웹 코팅층이 적층된 필름을 배터리 표면에 적층시켜서 배터리 표면에 코팅층을 형성시킬 수도 있다
본 발명의 플렉서블 배터리를 제조하는 또 다른 방법(방법 3)은 배터리를 먼저 제조한 후, 패턴을 형성 및 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 방법으로서, 제1외장재, 제2외장재 및 전극조립체를 적층시킨 후, 제1외장재 및 제2외장재 4개의 끝단부 중 어느 한 끝단부의 일부분에 전해액 주입구가 형성되도록 실링처리하는 단계; 전해액 주입구에 전해액을 주입한 후, 실링처리와 동시에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성시켜서 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계; 상기 배터리에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성시키는 단계; 를 포함하는 공정을 수행하며, 상기 패턴은 제1외장재, 전극조립체 및 제2외장재에 동시에 형성시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성시키는 단계 이후에, 상기 배터리의 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계; 를 더 포함하는 공정을 수행하며, 상기 패턴은 제1외장재, 전극조립체 및 제2외장재에 동시에 형성시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계는 배터리 표면에 부직포층을 형성한 후, 상기 부직포층의 상면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킬 수도 있으며, 또한, 부직포층 및 단열나노웹 코팅층이 적층된 필름을 배터리 표면에 적층시켜서 배터리 표면에 코팅층을 형성시킬 수도 있다
본 발명의 플렉서블 배터리를 제조하는 또 다른 방법(방법 4)은 배터리를 먼저 제조한 후, 패턴을 형성 및 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 방법으로서, 제1외장재 및 제2외장재를 적층시킨 후, 상기 제1외장재 및 제2외장재의 4개의 끝단부 중 3개의 끝단부를 실링처리하는 단계; 실링처리 되지 않은 끝단부 방향으로 전극조립체 및 전해액을 투입시킨 후, 실링처리 되지 않은 끝단부를 실링처리하여 수용부 및 실링부가 형성된 배터리를 제조하는 단계; 상기 배터리에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성시키는 단계; 를 포함하는 공정을 수행하며, 상기 패턴은 제1외장재, 전극조립체 및 제2외장재에 동시에 형성시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배터리에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 형성시키는 단계; 이후에, 상기 배터리의 표면에 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계; 를 더 포함하는 공정을 수행하며, 상기 패턴은 제1외장재, 전극조립체 및 제2외장재에 동시에 형성시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 단열나노웹 코팅층을 형성시키는 단계는 배터리 표면에 부직포층을 형성한 후, 상기 부직포층의 상면에 단열나노웹 코팅층을 형성시킬 수도 있으며, 또한, 부직포층 및 단열나노웹 코팅층이 적층된 필름을 배터리 표면에 적층시켜서 배터리 표면에 코팅층을 형성시킬 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 제조방법(방법 1 ~ 방법 4)으로 제조한 본 발명의 플렉서블 배터리로서, 단열나노웹 코팅층을 형성시키기 전의 실제품 사진을 도 18 및 도 19에 나타내었다. 이를 통하여, 본 발명의 플렉서블 배터리가 탄성복원력이 매우 우수하고, 유연성을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
그리고 이와 같이 제조된 본 발명의 플렉서블 배터리를 이용하여 사출 성형품인 밴드몸체를 제조할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 플렉서블 배터리를 금형의 성형 공간에 삽입하고, 상기 성형 공간 안으로 수지 용융물(일례로, 실리콘 수지)를 주입한 후 고화시켜 상기 플렉서블 배터리 표면에 사출성형품(일례로, 실리콘층)을 형성시킬 수 있다. 이 때, 금형의 성형 공간의 형태에 따라 다양한 구조를 가지는 사출성형품을 제조할 수 있다.
또한, 일례로 상기 플렉서블 배터리와 함께 사출시켜서 사출성형품을 제조하여 사출성형품인 밴드몸체 내 플렉서블 배터리가 일체화되게 할 수도 있다.
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.
1, 2, 10 : 실링부 5a : 음극단자 5b: 양극단자
20 : 수용부 31, 31a, 31b : 부직포층
32, 33a, 33b : 다공성 나노섬유웹층 40 : 실리콘층
45 : 우레탄층 48 : 배터리 수용부 50 : 밴드몸체
52 : 중심부 54 : 제1측단부 55 : 상단부
56 : 제2측단부 57 : 제3측단부 58 : 제4측단부
59 : 하단부 60 : 플렉서블 배터리 100 : 음극
200 : 양극 401 : 음극집전체 402 : 음극활물질
501 : 양극집전체 502 : 양극활물질 600, 600a, 600b : 분리막
1000 : 전극조립체 2000 : 단열나노웹 코팅층

Claims (31)

  1. 실리콘층 및 우레탄층이 내부로부터 외부로 적층된 밴드몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밴드몸체의 내부에는 플레서블 배터리를 수용하기 위한 배터리 수용부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밴드몸체는 인서트 성형사출물인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘층은 실리콘 탄성 중합체를 포함하며,
    상기 실리콘층은 실리콘 탄성 중합체 수지로 형성시킨 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 탄성 중합체 수지는 비중이 1.05 ~ 1.15이고, 점도가 160,000 mPa.s(25℃) ~ 280,000 mPa.s(25℃)인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 실리콘층은 ASTM D2240에 의거하여 측정시, 경도가 25 ~ 70 shore A인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  7. 제4항에 있어서, 상기 실리콘층은 ASTM D412 DIE C에 의거하여 측정시,
    인장강도가 900 ~ 1,500 PSI이고, 연신율이 380 ~ 750%인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  8. 제4항에 있어서, 상기 실리콘층은 ASTM D412 DIE B에 의거하여 측정시, 절단강도가 10 ~ 60 kN/m인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 실리콘층과 우레탄층의 두께비는 1 : 0.1 ~ 0.8인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 우레탄층은
    폴리에테르폴리올; 및
    폴리(C1~C3의 알킬렌)이소시아네이트, 폴리(C1~C3의 알킬렌)폴리페닐이소시아네이트, 톨루엔이소시아네이트 및 폴리(C1~C3의 알킬렌)디이소시아네이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 이소시아네이트;를 우레탄 반응시킨 우레탄 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 우레탄층은 음이온 및 원적외선을 발생하는 나노입자 분말을 더 포함하며,
    상기 나노입자 분말은 토루말린 분말, 알루미나 분말, 산화티타늄 분말, 산화마그네슘 분말, 키토산 분말, 맥반석 분말 및 게르마늄 분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  12. 제10항에 있어서, 상기 우레탄층은 실리콘 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  13. 제1항에 있어서, 상기 밴드몸체는 제1측단부, 제2측단부, 제3측단부 및 제4측단부를 가지며,
    상기 제1측단부 및 제2측단부는 상기 제3측단부 및 제4측단부 보다 길이가 길며,
    상기 제1측단부의 반대측에 제2측단부가 형성되어 있고,
    상기 제1측단부 및 제2측단부 사이의 중심부로부터 제1측단부 및 제2측단부 방향으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  14. 제13항에 있어서, 상기 중심부는 상단부 및 하단부로 구성되며, 상단부의 두께는 하단부의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  15. 제13항에 있어서, 상기 중심부는 상단부 및 하단부로 구성되며, 상단부의 두께는 하단부의 두께보다 두꺼운 것을 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  16. 제13항에 있어서, 상기 밴드몸체는 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  17. 제1항에 있어서, 상기 밴드몸체는 플렉서블 배터리가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  18. 제17항에 있어서, 상기 플렉서블 배터리는 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부 전체를 봉지시키는 실링부; 를 포함하며, 실링부의 동일 방향 또는 다른 방향으로 양극단자 및 음극단자 중에서 선택된 1종의 전극단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  19. 제18항에 있어서, 상기 실링부 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 가지며, 상기 실링부 및 전극조립체의 패턴은 일치하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  20. 제18항에 있어서, 상기 전극조립체는
    양극집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질층을 구비하는 양극; 음
    극집전체의 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 웨어러블 전자기기용 밴드.
  21. 제19항에 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 이상의 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  22. 제18항에 있어서, 상기 실링부의 표면은 단열나노웹 코팅층을 포함하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  23. 제22항에 있어서, 상기 단열나노웹 코팅층은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  24. 제22항에 있어서, 상기 실링부의 표면과 단열나노웹 코팅층 사이에 부직포층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  25. 제20항에 있어서, 상기 분리막은 부직포층의 일면 또는 양면에 적용된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유를 함유한 다공성 나노섬유웹층을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  26. 제20항에 있어서, 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 웨어러블 전자기기용 밴드.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 실링부는 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 웨어러블 전자기기용 밴드.
  28. 제18항에 있어서, 상기 전해액은 갤 고분자 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 웨어러블 전기기기용 밴드는 손목착용용 밴드인 것을 특징으로 하는 웨어러블 전자기기용 밴드.
  30. 일면에 적어도 하나의 정보가 표시되고, 일측에 제2단자가 형성된 정보 표시 유닛; 및
    상기 정보 표시 유닛에 결합되며 상기 제2단자에 제1단자가 결합되는 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 웨어러블 전자기기용 밴드;를 포함하는 전자기기.
  31. 제30항에 있어서, 상기 전자기기는 스마트 워치(smart watch)인 것을 특징으로 하는 전자기기.
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