KR20170017131A - 플렉시블 전지 - Google Patents

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KR20170017131A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 플렉시블 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 박막 형태인 동시에 쉽게 구부릴 수 있는 전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1기판과, 제2기판, 및 제1기판과 제2기판 사이에 제1기판 및 제2기판의 길이 방향으로 배열된 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 포함하고, 제1,2유닛 셀은 상호간 전기적으로 연결된 플렉시블 전지를 개시한다.

Description

플렉시블 전지{Flexible battery}
본 발명의 일 실시예는 플렉시블 전지에 관한 것이다.
최근, 모바일 전자기기의 소형 경량화에 따라 이들 전자기기 등에 전력을 공급하는 전지에 대해서도 구동용 및 백업용의 용도를 막론하고, 소형화, 박형화, 경량화의 요구가 높아지고 있다. 또한, 전자기기 내의 수납 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 것이 요구되고 있다. 그리고, 이러한 전지에는 예를 들면 에너지 밀도나 출력 밀도가 크고 재충전이 가능한 리튬 이온 2차 전지가 적합하다.
본 발명의 일 실시예는 플렉시블 전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 전지는 제1기판; 제2기판; 및 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 상기 제1기판 및 상기 제2기판의 길이 방향으로 배열된 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 포함하고, 상기 제1,2유닛 셀은 상호간 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 둘레를 따라 형성된 실링부를 더 포함한다.
상기 실링부는 상기 제1,2유닛 셀 사이에도 형성될 수 있다.
상기 제1,2유닛 셀은 직접 전기적으로 연결되거나 또는 도전성 접착층을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1,2유닛 셀 각각은 상기 제1기판에 형성된 제1도전성 패턴; 상기 제1도전성 패턴에 코팅된 제1활물질층; 상기 제2기판에 형성된 제2도전성 패턴; 상기 제2도전성 패턴에 코팅된 제2활물질층; 및 상기 제1활물질층과 상기 제2활물질층 사이에 개재된 분리막을 포함하고, 상기 제1,2활물질층은 상호간 마주할 수 있다
본 발명은 상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴과 상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴을 상호간 전기적으로 접속하는 전기적 접속부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 전기적 접속부의 외측에 형성된 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 전기적 접속부는 제1도전성 패턴 또는 제2도전성 패턴에 형성된 돌기, 또는 제1도전성 패턴과 제2도전성 패턴 사이에 개재된 도전성 접착층을 포함할 수 있다.
상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴이 제1변을 포함하고, 상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴이 제2변을 포함하며, 상기 제1변과 상기 제2변의 전체가 상호간 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴이 제1변을 포함하고, 상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴이 제2변을 포함하며, 상기 제1변과 상기 제2변 중 일부 영역이 포인트 형태로 상호간 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 플렉시블 전지를 제공한다. 즉, 본 발명은 제1기판과 제2기판 사이에 박막 형태의 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 길이 방향 또는 수평 방향으로 배열하고, 이러한 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 제1기판과 제2기판이 이루는 내부 공간에서 상호간 전기적으로 연결하여, 박막 형태인 동시에 쉽게 구부릴 수 있는 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1기판 및 제2기판 내의 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결함으로써, 종래와 같은 전지 외부에서의 버스바 또는 커넥팅바 등이 필요없는 플렉시블 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1기판 및 제2기판의 표면에 형성된 도전성 패턴이 수분 침투를 방지하고, 더불어 제1유닛 셀과 제2유닛 셀을 전기적으로 연결하는 전기적 접속부가 제1유닛 셀과 제2유닛 셀을 물리적으로 격리되도록 함으로써, 제1,2유닛 셀이 전해액을 공유하지 못하도록 하고 또한 전해액의 외부 누액 현상을 방지할 수 있는 플렉시블 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1기판 및 제2기판 내의 제1유닛 셀과 제2유닛 셀 사이에 실링부를 더 형성함으로써, 제1,2유닛 셀간 전해액이 공유되지 않도록 할 뿐만 아니라 기구적 강건성이 향상된 플렉시블 전지를 제공한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 전지에서 유닛 셀 사이의 전기적 연결 전의 상태를 도시한 단면도이고, 도 1b는 유닛 셀 사이의 전기적 연결 후의 상태를 도시한 단면도이며, 도 1c는 플렉시블 전지의 제1,2기판을 각각 도시한 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이고, 도 2b는 플렉시블 전지의 제1,2기판을 각각 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지의 제1,2기판을 각각 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 플렉시블 전지에 이용될 수 있는 기판의 일례를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 "분리막"란 용어는 분리막과 친화성이 작은 액체 전해질을 사용하는 액체 전해질 전지에서 일반적으로 통용되는 분리막을 포함한다. 나아가, 본 명세서에서 사용되는 "분리막"은, 전해질이 분리막에 강하게 속박되어 전해질과 분리막이 동일한 것으로 인식되는 진성 고체 폴리머 전해질, 및/또는 겔 고체 폴리머 전해질을 포함하는 개념이다. 따라서, 상기 분리막은 본 명세서에서 정의하는 바에 따라 그 의미가 정의되어야 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 전지(100)에서 유닛 셀 사이의 전기적 연결 전의 상태를 도시한 단면도이고, 도 1b는 유닛 셀 사이의 전기적 연결 후의 상태를 도시한 단면도이며, 도 1c는 플렉시블 전지(100)의 제1,2기판(110,120)을 각각 도시한 평면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉시블 전지(100)는 제1기판(110), 제2기판(120), 제1,2기판(110,120) 사이에 수평 방향으로 배열되고 상호간 전기적으로 연결된 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)을 포함한다. 더불어, 본 발명은 제1,2기판(110,120) 사이에 형성된 제1,2유닛 셀(130,140)을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 실링부(151)를 더 포함할 수 있다.
제1,2기판(110,120)은 각각 대략 직사각 형태의 패널 형태이며, 소정 두께, 소정 길이 및 소정 폭을 갖는다. 일례로, 제1,2기판(110,120)의 두께는 대략 10 ㎛ 내지 1,000 ㎛일 수 있고, 제1,2기판(110,120)의 길이 및 폭은 대략 10 ㎜ 내지 10,000 ㎜ 일 수 있으나, 이러한 수치로 본 발명이 한정되지 않는다.
제1,2기판(110,120)은 대략 100 ℃ 미만의 사용 온도를 갖는 PP(Polypropylene), PVC(Polyvinyl chloride), PS(Polystyrene) 또는 HDPE(High Density Polyethylene) 등과 같은 플라스틱 필름보다 높은 사용 온도를 갖는 플라스틱 필름으로 제조됨이 바람직하다. 예를 들어, 제1,2기판(110,120)은 대략 100 ℃ 이상의 사용 온도를 갖는 PC(poly carbonate), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PEI(polyetherimide), PAR, PPS(poly(phenylene sulfide)), LCP(liquid-crystal polymer), PEEK(polyether ether ketone)), PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimide) 및 그 가물 중에서 선택된 어느 하나로 제조될 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.
더불어, 경우에 따라 제1,2기판(110,120)은, 예를 들면, 내측에 형성된 알루미늄, 구리, 철 등의 금속 박막을 더 포함할 수도 있다.
제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)은 기본적으로 제1,2기판(110,120) 사이에서 길이 방향 또는 수평 방향으로 배열되고 상호간 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결된 형태를 한다. 물론, 본 발명은 제1,2유닛 셀(130,140) 이외에 더욱 많은 유닛 셀을 포함할 수 있지만, 본 발명의 명확한 이해를 위해, 대표적으로 제1,2유닛 셀(130,140) 및 그 전기적 연결 관계를 중심으로 설명한다.
제1,2유닛 셀(130,140)은 각각 제1기판(110)에 형성된 제1도전성 패턴(131)과, 제1도전성 패턴(131)에 코팅된 제1활물질층(133)과, 제2기판(120)에 형성된 제2도전성 패턴(134)과, 제2도전성 패턴(134)에 코팅된 제2활물질층(136)과, 제1활물질층(133)과 제2활물질층(136) 사이에 개재된 분리막(137)을 포함하며, 제1활물질층(133)과 제2활물질층(136)은 상호간 마주본다.
제1도전성 패턴(131)은, 예를 들어, 구리, 니켈 또는 이들의 합금이 제1기판(110)에 전해 도금, 무전해 도금, 물리적 기상 증착(PVD), 스퍼터링, 이베포레이션, 화학적 기상 증착(CVD), 상온진공증착, 에어로졸 디포지션 및 그 등가 방법 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제1도전성 패턴(131)은 박막형, 라스(lath)형, 펀칭 메탈(punching metal)형, 망(net)형 등으로 형성될 수 있다. 또한, 제1도전성 패턴(131)은 박형(薄型) 전지를 구현하기 위해 예를 들면 대략 20 ㎛보다 작은 두께를 가질 수도 있다.
제1활물질층(133)은 제1도전성 패턴(131)에 코팅되어 형성될 수 있다. 이러한 제1활물질층(133)은 제조하는 전지의 종류에 따라 다르고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지의 경우, 제1활물질로서는, 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 흑연화가 어려운 탄소계 재료나 흑연계 재료의 탄소 재료일 수 있다. 구체적으로는 열분해 탄소류, 피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스 등의 코크스류, 흑연류, 글래스형 탄소류, 페놀 수지, 퓨란(furane) 수지 등이 적당한 온도에서 소성되어 탄소화한 유기 고분자 화합물 소성체, 탄소 섬유, 활성탄 등의 탄소 재료일 수 있다. 이 외에, 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 재료로서는 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 고분자나 SnO2 등의 산화물일 수 있다. 이러한 재료로 제1활물질층(133)을 형성할 때는 도전제 및 바인더가 이용됨은 당연하다.
이러한 제1활물질층(133)은, 예를 들면, 닥터 블레이드 방법, 다이 코팅 방법, 그라비어 코팅 방법, 스프레이 코팅 방법, 정전 코팅 방법 또는 바 코팅 방법 등의 통상의 방법이 채택될 수 있다. 더욱이, 이러한 제1활물질층(133)의 코팅 두께는 목표 두께에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 물론, 이러한 코팅 후에는 고온 공기 건조, 적외선 건조, 감압 건조 및 유도 가열 건조 등과 같은 통상의 건조 공정이 수행될 수 있다. 더욱이, 이러한 공정에서의 건조 분위기로서, 예컨대, 아르곤 가스 분위기 및 질소 가스 분위기 등의 불활성 가스 분위기, 대기 및 진공이 제공될 수 있다. 더욱이, 이러한 공정에서 형성될 제1활물질층(133)의 두께는 바람직하게는 예컨대 대략 0.1 ㎛ 내지 1,000 ㎛의 범위 내에 그리고 특히 바람직하게는 대략 0.1 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있다.
제2도전성 패턴(134) 및 제2활물질층(136)의 형성 방법은 상술한 제1도전성 패턴(131) 및 제1활물질층(133)의 형성 방법과 거의 유사하거나 동일하므로, 그 차이점을 주로 설명한다.
제2도전성 패턴(134)은, 예를 들면, 알루미늄, 티타늄, 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한, 제2도전성 패턴(134)의 형상은 박막형, 라스(lath)형, 펀칭 메탈(punching metal)형, 망(net)형 등일 수 있다. 또한, 제2도전성 패턴(134)의 두께는 박형(薄型) 전지를 구현하기 위해 예를 들면 대략 20 ㎛보다 작을 수 있다.
제2활물질층(136)은 제조하는 전지의 종류에 따라 다르고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2활물질층(136)은 리튬 전지 또는 리튬 이온 전지의 경우, 리튬의 흡수 및 방출이 가능한 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 TiS2, MoS2, NbSe2, V2O5 등의 리튬을 함유하지 않는 금속 황화물 또는 산화물이나 일반식 LixMO2 (식 중, M은 1종 이상의 천이 금속을 나타내고, X는 전지의 충방전 형태에 따라서 다르나, 통상 0.05≤X≤1.10이다.)로 표시되는 리튬 복합 산화물 등일 수 있다. 여기서, 천이 금속(M)은 Co, Ni, Mn 등일 수 있다. 이러한 리튬 복합 산화물의 구체적인 예로서 LiCO2, LiNiO2, LiNYCo1-YO2(식 중, 0 < Y < 1 이다.), LiMn2O4 등일 수 있다. 이들 리튬 복합 산화물은 고전압을 발생시킬 수 있고, 에너지 밀도가 우수하다.
특히, 제2활물질층(136)으로서 고전압 및 고체적 밀도를 얻을 수 있고, 사이클 특성이 뛰어나다는 점에서, 리튬 코발트 산화물이나 리튬 니켈 산화물이 이용될 수 있다. 이러한 리튬 복합 산화물은 리튬의 탄소염, 초산염, 산화물 또는 수산화물과, 코발트, 망간 또는 니켈 등의 탄산염, 초산염, 산화물 또는 수산화물을 원하는 조성에 따라 분쇄 혼합하여, 산소 분위기하에서 600 내지 1000℃의 온도 범위에서 소성함으로써 제조될 수 있다. 또한, 이상과 같은 제2활물질층(136)을 사용하여 전극을 형성할 때, 공지의 도전제나 바인더 등이 첨가됨은 당연하다.
분리막(137)은 제1활물질층(133)과 제2활물질층(136) 사이에 개재될 수 있으며, 일례로, 제1활물질층(133)을 완전히 덮는 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막(137)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일례로, 다공성의 폴리올레핀(polyolefin)계 분리막 또는 세라믹 분리막일 수 있다. 폴리올레핀계 분리막은 삼층 구조로서 실린더형 포어(pore) 구조를 갖는 PP(polypropylene)/PE(polyethylene)/PP이거나, 또는 단층 구조로서 그물 형태의 포어(pore) 구조를 갖는 PP 또는 PE일 수 있다. 더불어, 세라믹 분리막은 폴리올레핀계 분리막의 표면에 세라믹을 코팅하여 얻은 것이거나, 또는 부직포의 표면에 세라믹을 코팅하여 얻은 것일 수 있다. 여기서, 상기 세라믹은 주로 알루미나일 수 있다.
더불어, 분리막(137)으로서 폴리머 전해질층이 이용될 수도 있다. 이 경우, 폴리머 전해질층은, 상술한 바와 같이, 제1활물질층(133)만을 완전히 감싸는 형태일 수 있다. 폴리머 전해질층은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 막 분리 특성을 갖는 고분자 고체 전해질, 또는 이들에 가소제를 첨가한 겔상 전해질일 수 있다.
또한, 비록 도면에 도시되어 있지는 않지만, 분리막(137)이 폴리머 전해질층을 포함하지 않을 경우, 별도의 전해액이 필요한데, 이러한 전해액은, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, γ-부틸로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에테르카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디이소프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르 등의 비프로톤성 용매, 또는 이러한 용매 중 2종 이상을 혼합한 혼합 용매에 LiPF6 , LiBF4 , LiSbF6 , LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(Cx F2x+1SO2)(CyF2y+1SO2 )(여기에서 x, y는 자연수), LiCl, LiI 등의 리튬염으로부터 되는 전해질의 1종 또는 2종 이상을 혼합해서 형성된 것을 용해시킨 것을 사용할 수 있다.
한편, 인접한 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)은 상호간 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)이 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1기판(110)에 형성된 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131) 및 제2기판(120)에 형성된 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)은 상호간 초음파 용접될 수 있다. 여기서, 제1도전성 패턴(131)의 일단 및 제2도전성 패턴(134)의 일단이 상호간 압착되기 때문에, 제1기판(110) 및 제2기판(120)에 각각 일정 깊이의 딤플(dimple)(111,121)이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 초음파 용접이 용이하게 수행될 수 있도록, 제1도전성 패턴(131)의 일단에 제1돌기(132)가 형성되고, 제2도전성 패턴(134)의 일단에 제2돌기(135)가 형성되며, 이러한 제1돌기(132) 및 제2돌기(135)가 상호간 중첩된 후 전기적으로 접속될 수 있다. 더불어, 초음파 용접이 용이하게 수행되도록, 예를 들어 제1도전성 패턴(131)이 구리이고, 제2도전성 패턴(134)이 알루미늄일 경우, , 제1도전성 패턴(131)에 알루미늄이 도금되거나, 또는 제2도전성 패턴(134)에 구리가 도금된 후, 상호간 초음파 용접될 수도 있다.
더불어, 본 발명은 이러한 초음파 용접으로 한정되지 않으며, 이밖에도 레이저 용접이나 저항 용접 등의 방식이 적용될 수 있다. 물론, 이러한 레이저 용접이나 저항 용접 시에는 용접 영역과 대응되는 제1,2기판(110,120)의 소정 영역이 제거될 수 있다.
더불어, 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 최외측에 형성된 제1도전성 패턴(131) 및 제2도전성 패턴(134)에 별도의 인출 탭, 인출 리드 및/또는 인출 와이어가 전기적으로 접속되고, 이들이 단자로 이용될 수 있다. 이러한 단자는 외부 전자 기기 및/또는 충전기에 접속될 수 있다.
실링부(151)는 제1기판(110)과 제2기판(120) 사이의 둘레를 따라 형성되며, 이러한 실링부(151)에 의해 내부의 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)이 외부 환경으로부터 보호된다. 더욱이, 제1,2기판(110,120)의 내부에 액체 전해질이 있을 경우, 상술한 실링부(151)에 의해 액체 전해질이 외부로 누액되지 않는다. 이러한 실링부(151)는, 예를 들면, 폴리올레핀 수지와 같은 핫멜트 접착제일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 제1기판(110)은 대략 직사각 형태로 형성되며, 이러한 제1기판(110) 위에 제1도전성 패턴(131), 제1활물질층(133) 및 분리막(137)이 하나의 유닛을 이루며, 이러한 유닛이 수평 방향으로 이격되어 형성되어 있다. 더불어, 이격된 모든 유닛은 대략 직사각 형태의 실링부(151) 내측에 위치된다.
또한, 제2기판(120) 역시 대략 직사각 형태로 형성되며, 이러한 제2기판(120) 위에 제2도전성 패턴(134) 및 제2활물질층(136)이 하나의 유닛을 이루며, 이러한 유닛이 수평 방향으로 이격되어 형성되어 있다. 더불어, 이격된 모든 유닛은 대략 직사각 형태의 실링부(151) 내측에 위치된다.
이와 같이 하여, 제1기판(110) 및 제2기판(120)이 마주한 채 상술한 실링부(151)가 상호간 접착되면, 제1,2기판(110,120)이 일체화 된다. 즉, 제1,2기판(110,120)의 내측에 제1,2유닛 셀(130,140)이 완성된다.
또한, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 상호간 초음파 용접됨으로써, 제1,2유닛 셀(130,140)이 상호간 전기적으로 접속된다. 여기서, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 상호간 전기적으로 접속되는 영역을 전기적 접속부(138)로 정의할 수 있다.
다르게 설명하면, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)은 제1변(단변)을 포함하고, 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)은 제2변(단변)을 포함하는데, 이러한 제1변과 제2변의 전체가 전기적 접속부(138)를 이루며 상호간 접속될 수 있다.
따라서, 제1유닛 셀(130)과 제2유닛 셀(140)은, 예를 들면, 전해액을 공유하지 않고, 독립적으로 전해액을 갖게 된다. 즉, 제1유닛 셀(130)은 두변 또는 세변의 실링부(151)와, 한변 또는 두변의 전기적 접속부(138)를 가짐으로써, 인접한 제2유닛 셀(140)과 전해액을 공유하지 않게 되고, 이에 따라 혹시 있을 수 있는 전류 누설 현상이 방지된다.
더욱이, 본 발명에서는 제1활물질층(133), 분리막(137) 및 제2활물질층(136)이 대부분 제1도전성 패턴(131) 및 제2도전성 패턴(134)에 의해 에워싸여져 있기 때문에, 외부로부터 수분이 제1,2기판(110,120)을 통과하여 제1,2유닛 셀(130,140)의 내부로 잘 침투되지 않는다.
이와 같이 하여 본 발명은 애플리케이션에 따라 12V, 48V 등에 해당하는 만큼 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)이 직렬로 연결된 셀-모듈 일체형 플렉시블 전지(100)를 제공한다. 또한, 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)은 실링부(151) 및 전기적 접속부(138)에 의해 외부 환경으로부터 완벽하게 실링된다. 또한, 본 발명은 종래와 같이 전지 외측에 구비된 별도의 버스 바 등이 필요없으며, 내부에서 유닛 셀끼리 전기적으로 연결된 플렉시블 전지(100)를 제공한다. 더욱이, 본 발명은 필요에 따라 접거나 또는 두루마리처럼 말아 감을 수 있는 플렉시블 전지(100)를 제공한다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(200)를 도시한 단면도이고, 도 2b는 플렉시블 전지(200)의 제1,2기판(110,120)을 각각 도시한 평면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(200)에서 제1,2기판(110,120)의 둘레에 실링부(151)가 형성될 뿐만 아니라, 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140) 사이의 경계 영역에도 실링부(252a,252b)가 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 실링부(252a,252b)는 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 상호간 접속된 부분, 즉, 전기적 접속부(138)를 중심으로 각각 양측에 형성될 수 있다. 물론, 이러한 실링부(252a,252b)는 제1,2기판(110,120)의 둘레를 따라 직사각 형태로 형성된 실링부(151)와 연결된다. 더불어, 상술한 실링부(252a,252b)는 분리막(137)에 접촉될 수 있어, 실질적으로 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)에 쓸모없는 보이드가 최소화되도록 한다.
따라서, 본 발명에 따른 플렉시블 전지(200)는 제1유닛 셀(130)과 제2유닛 셀(140) 사이의 전해액 격리가 더욱 완벽하게 수행된다. 또한, 실링부(252a,252b)가 전기적 접속부(138)를 대략 에워싸고, 제1기판(110) 및 제2기판(120)을 상호간 접속시킴으로서, 플렉시블 전지(200)의 기계적 강도가 더욱 향상된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(300)를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(300)에서 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)은 별도의 도전성 접착층(339)을 통하여 상호간 전기적으로 접속될 수 있다. 여기서, 도전성 접착층(339)은 폴리머 기재와 도전성 필러(fller) 입자로 이루어진 등방성 도전성 접착제(Isotropic Conductive Adhesives: ICAs), 열가소성 및/또는 열경화성 폴리머 기재와 도전성 필러 입자로 이루어진 이방성 도전성 접착제(Anisotropic Conductive Pastes: ACAs)와 필름 상태로 릴(reel)에 감길 때 서로 부착되지 않도록 취급을 용이하게 하기 위한 분리 필름이 부착된 이방성 도전성 필름(Ansiotropic Conductive Films) 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 도전성 접착층(339)의 종류를 한정하지 않는다. 이러한 도전성 접착층(339)(예를 들면, ICAs, ACAs)은, 예를 들면, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131) 및/또는 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)에 스텐실 프린팅(stensil printing) 공정을 통하여 국부적으로 도포한 뒤, 리플로우 공정 또는 열압착 공정을 통하여 경화되도록 함으로써, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 상호간 전기적으로 접속되도록 한다.
이러한 도전성 접착층(339)은 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)과 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)을 더욱 용이하게 상호간 접속되도록 하며, 더욱이 제1활물질층(133) 및/또는 제2활물질층(136)이 비교적 두껍게 형성된다고 해도 제1,2도전성 패턴(131,134)의 상호간 전기적 접속 공정이 용이해진다.
마찬가지로, 상술한 도전성 접착층(339)은, 예를 들면, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)이 갖는 제1변 전체와, 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 갖는 제2변 전체에 형성됨으로써, 제1변과 제2변의 전체가 상호간 전기적으로 접속되도록 한다. 물론, 제1기판(110) 및 제2기판(120)의 둘레에는 실링부(151)가 형성된다.
따라서, 제1유닛 셀(130) 및 제2유닛 셀(140)은 상술한 도전성 접착층(339) 및 실링부(151)에 의해, 제1,2유닛 셀(130,140) 끼리 전해액을 공유하지 않게 되고, 또한 전해액이 외부로 누액되지 않게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(400)를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(400)는 도전성 접착층(339)의 적어도 일측에 형성된 실링부(452a)를 더 포함할 수 있다. 즉, 실링부(452a)는 도전성 접착층(339)의 적어도 일측에 형성된 동시에 상단이 제1기판(110)에 접착되고 하단이 제2도전성 패턴(134)에 접착된다.
따라서, 본 발명에 따른 플렉시블 전지(400)는 제1,2유닛 셀(130,140) 사이의 전해액 격리를 확실하게 보장하고, 또한 제1기판(110) 및 제2기판(120) 사이의 결속력을 더욱 향상시킨다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(500)를 도시한 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(500)는 도전성 접착층(339)의 양측에 형성된 실링부(552a, 552b)를 더 포함할 수 있다. 즉, 실링부(552a, 552b)는 도전성 접착층(339)의 양측에 형성된 동시에, 상단이 제1도전성 패턴(131) 및/또는 제1기판(110)에 접착되고, 하단이 제2기판(120) 및/또는 제2도전성 패턴(134)에 접착된다.
따라서, 본 발명에 따른 플렉시블 전지(500)는 제1,2유닛 셀(130,140) 사이의 전해액 격리를 더욱 확실하게 보장할 뿐만 아니라 제1기판(110) 및 제2기판(120) 사이의 기계적 결속력을 더욱 강화시킨다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(600)의 제1,2기판(110,120)을 각각 도시한 평면도이다. 여기서, 도 6에 도시된 실시예는 다른 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(600)에서, 제1유닛 셀(130)의 제1도전성 패턴(131)이 제1변을 갖고, 제2유닛 셀(140)의 제2도전성 패턴(134)이 제2변을 갖는데, 여기서, 제1변과 제2변 중 일부 영역이 포인트 형태(예를 들면, 원형, 삼각형, 사각형 등)로 전기적으로 접속될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 제1도전성 패턴(131) 및 제2도전성 패턴(134)이 직접 포인트 형태로 접속되거나(이때, 전기적으로 접속된 부분을 전기적 접속부로 정의할 수 있음), 또는 도전성 접착층(639)을 통하여 포인트 형태로 접속될 수 있다.
물론, 이러한 전기적 접속부(138) 및/또는 도전성 접착층(639)의 주변은 실링부(652a, 652b)에 의해 감싸이고, 또한 이러한 실링부(652a, 652b)에 의해 제1유닛 셀(130)과 제2유닛 셀(140)이 물리적으로 격리된다.
이와 같이 하여, 제1유닛 셀(130)과 제2유닛 셀(140)은 상술한 바와 같이 포인트 형태의 전기적 접속부 및/또는 도전성 접착층(639)에 의해 상호간 전기적으로 접속됨으로써, 전기적 접속부 및/또는 도전성 접착층(639)이 퓨즈 역할을 할 수 있다. 즉, 제1유닛 셀(130) 및/또는 제2유닛 셀(140)이 과충전 또는 과방전될 경우 충전 또는 방전 전류에 의해 상술한 상대적으로 단면적이 작은 전기적 접속부 및/또는 도전성 접착층(639)이 쉽게 끊어지게 된다. 따라서, 이러한 플렉시블 전지(600)는 안전성이나 신뢰성 측면에서도 우수하다. 더욱이, 퓨즈 성능을 향상시키기 위해, 전기적 접속부 및/또는 도전성 접착층(639)은 납을 갖는 솔더 또는 납을 갖지 않는 솔더로 제조될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(700)를 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(700)는 제1기판(710)과, 제2기판(720)과, 제1기판(710) 및 제2기판(720) 사이에 이격되어 형성된 제1유닛 셀(730) 및 제2유닛 셀(740)을 포함한다. 여기서, 제1유닛 셀(730) 및 제2유닛 셀(740)은 제1기판(710)에 형성된 제1도전성 패턴(731)을 공유한다. 즉, 제1유닛 셀(730)의 제1활물질층(733)은 제1도전성 패턴(731)에 형성되고, 제1활물질층(733)으로부터 이격되어 제2유닛 셀(740)의 제2활물질층(736a)이 상술한 제1도전성 패턴(731)에 형성된다. 여기서, 제1활물질층(733)은 분리막(737)으로 감싸여질 수 있다.
또한, 제1도전성 패턴(731)에 대응하여 상호간 이격된 제2도전성 패턴(734) 및 제3도전성 패턴(735)이 제2기판(720)에 형성된다. 제2도전성 패턴(734)에 제2활물질층(736)이 형성되며, 이러한 제2활물질층(736)은 분리막(737) 및 제1활물질층(733)에 중첩됨으로써, 제1유닛 셀(730)을 완성한다. 더불어, 제1활물질층(733a)이 제3도전성 패턴(735)에 형성되며, 이는 제2활물질층(736a)과 중첩되고, 또한 제1활물질층(733a)은 분리막(737a)으로 덮여 제2유닛 셀(740)을 완성한다.
즉, 제1유닛 셀(730)은 제1도전성 패턴(731), 제1활물질층(733), 분리막(737), 제2활물질층(736) 및 제2도전성 패턴(734)을 포함하고, 제2유닛 셀(740)은 제1도전성 패턴(731), 제2활물질층(736a), 분리막(737a), 제1활물질층(733a) 및 제3도전성 패턴(735)을 포함한다.
더불어, 제1유닛 셀(730)과 제2유닛 셀(740)은 실링부(751)에 의해 상호간 물리적으로 분리됨으로써 제1,2유닛 셀(730,740)이 전해액을 공유하지 않게 되고, 더욱이 제1기판(710)과 제2기판(720)의 둘레에도 실링부(751)가 형성됨으로써 전해액이 외부로 누액되지 않게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명은 제1유닛 셀(730)과 제2유닛 셀(740)이 제1도전성 패턴(731)을 공유함으로써, 별도의 초음파 용접 공정이나 별도의 도전성 접착층도 필요없게 된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(800)를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(800)는 제1유닛 셀(830)의 제2도전성 패턴(834)이 실링부(851)를 따라 절곡된 후 제2유닛 셀(840)의 제1도전성 패턴(831)에 전기적으로 접속된 구성을 제공한다. 여기서, 제2도전성 패턴(834)의 절곡된 영역은 절곡부(834a)로 정의될 수 있다.
따라서, 제1유닛 셀(830) 및 제2유닛 셀(840)은 제2도전성 패턴(834)의 절곡부(834a) 및 실링부(851)에 의해 물리적으로 격리됨으로써, 전해액을 공유하지 않게 되고, 이에 따라 전류 누설 현상이 방지된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(900)를 도시한 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 전지(900)는 상호간 이격된 제1도전성 패턴(931) 및 제2도전성 패턴(934)이 형성된 제1기판(910)과, 도전성 패턴이 형성되지 않은 제2기판(920)을 포함한다. 더욱이, 제1도전성 패턴(931)에 제1활물질층(933)이 형성되고 이와 이격된 제2도전성 패턴(934)에 제2활물질층(936)이 형성된다. 더불어, 제1활물질층(933)과 제2활물질층(936)을 분리막(937)이 덮는다. 더욱이, 이와 같이 수평 방향으로 배열된 제1활물질층(933) 및 제2활물질층(936)은 실링부(951)에 의해 실링됨으로써, 하나의 제1유닛 셀(930)이 완성된다. 여기서, 실링부(951)를 통과하여 연장된 제2도전성 패턴(934)에 다시 제1활물질층(933)이 형성되고, 이와 이격된 제1도전성 패턴(931)에 제2활물질층(936)이 형성됨으로써 제2유닛 셀(940)이 완성된다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 제1기판(910)에만 다수의 제1도전성 패턴(931) 및 제2도전성 패턴(934)이 형성되며, 제2기판(920)에는 도전성 패턴이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 더욱 박형화된 플렉시블 전지(900)를 제공하게 된다.
도 10은 본 발명에 따른 플렉시블 전지(100~900)에 이용될 수 있는 기판의 일례를 도시한 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 제1기판(110) 및/또는 제2기판(120)은 금속 박막(101)과, 금속 박막(101)의 상면 및 하면에 형성된 제1절연층(102) 및 제2절연층(103)을 포함할 수 있다. 금속 박막(101)은, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 구리, 구리 합금, 철, 철 합금 등일 수 있으나, 이로서 본 발명에 한정되지 않는다. 또한, 제1,2절연층(102,103)은, 예를 들면, PC, PET, PEN, PES, PEI, PAR, PPS, LCP, PEEK, PTFE, PI 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다. 물론, 본 발명에서 제1기판(110) 및/또는 제2기판(120)은 상술한 바와 같이 금속 박막없이 절연층만을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1,2기판(110,120)이 금속 박막(101) 및 제1,2절연층(102,103)을 포함함으로써, 제1,2기판(110,120)이 이루는 내부 공간으로의 수분 침투 현상을 더욱 적극적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 외부 충격에 대한 기계적 강도가 더욱 향상된 플렉시블 전지(100~900)가 제공된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 플렉시블 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100~900; 본 발명에 따른 플렉시블 전지
110; 제1기판 120; 제2기판
130; 제1유닛 셀 140; 제2유니 셀
151, 152; 실링부

Claims (10)

  1. 제1기판;
    제2기판; 및
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 상기 제1기판 및 상기 제2기판의 길이 방향으로 배열된 제1유닛 셀 및 제2유닛 셀을 포함하고,
    상기 제1,2유닛 셀은 상호간 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이의 둘레를 따라 형성된 실링부를 더 포함함을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 제1,2유닛 셀 사이에도 형성된 것을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2유닛 셀은 직접 전기적으로 연결되거나 또는 도전성 접착층을 통하여 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2유닛 셀 각각은
    상기 제1기판에 형성된 제1도전성 패턴;
    상기 제1도전성 패턴에 코팅된 제1활물질층;
    상기 제2기판에 형성된 제2도전성 패턴;
    상기 제2도전성 패턴에 코팅된 제2활물질층; 및
    상기 제1활물질층과 상기 제2활물질층 사이에 개재된 분리막을 포함하고,
    상기 제1,2활물질층은 상호간 마주함을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴과 상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴을 상호간 전기적으로 접속하는 전기적 접속부를 더 포함함을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기적 접속부의 외측에 형성된 실링부를 더 포함함을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기적 접속부는 제1도전성 패턴 또는 제2도전성 패턴에 형성된 돌기, 또는 제1도전성 패턴과 제2도전성 패턴 사이에 개재된 도전성 접착층을 포함함을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴이 제1변을 포함하고,
    상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴이 제2변을 포함하며,
    상기 제1변과 상기 제2변의 전체가 상호간 전기적으로 접속됨을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1유닛 셀의 제1도전성 패턴이 제1변을 포함하고,
    상기 제2유닛 셀의 제2도전성 패턴이 제2변을 포함하며,
    상기 제1변과 상기 제2변 중 일부 영역이 포인트 형태로 상호간 전기적으로 접속됨을 특징으로 하는 플렉시블 전지.
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