KR20190142265A - 플렉서블 배터리 및 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법 - Google Patents

플렉서블 배터리 및 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

플렉서블 배터리가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리는 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들;을 포함하고, 밴딩시 상기 복수 개의 패턴들을 통해 휘어지는 최대밴딩곡률은 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)를 통하여 조정된다.

Description

플렉서블 배터리 및 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법{Flexible battery and a method for forming patterns of flexible battery}
본 발명은 플렉서블 배터리 및 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법에 관한 것이다.
최근, 두루마리형 디스플레이, 무선 헤드폰 등과 같은 전자제품에 적용할 수 있는 플렉서블 배터리에 대한 관심이 높아지고 있다.
플렉서블 배터리는 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리, 니켈-아연 배터리 등 다른 배터리와 비교할 때 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 가벼운 무게로 구현될 수 있으며 급속 충전이 가능하기 때문에 활용도가 우수하다.
그 일환으로, 음극, 양극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체와 전해질을 외장재에 함께 봉지하는 파우치형 배터리가 개발되고 있다.
이러한 파우치형 배터리는 가요성(flexible)을 갖는 소재로 외장재가 제작되어 다양한 형태로 제조가 가능하며, 높은 질량당 에너지밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 종래의 파우치형 배터리는 반복적인 밴딩이 발생하면 외장재 및 전극조립체가 수축 및 이완에 의해 파손되거나 밴딩된 상태에서의 성능이 최초 설계치에 비하여 상당한 수준으로 저하되기 때문에 배터리로서의 기능을 발휘하는데 한계가 있다.
이에 대한 방안으로 외장재에 패턴을 형성함으로써 밴딩시 파손을 방지하고 성능 저하를 감소시키는 방안이 개시된 바 있다. 그러나 외장재에만 패턴을 형성하면, 극히 제한된 범위에서만 밴딩이 가능하며, 밴딩이 허용되는 곡률범위를 초과하면 파손이 발생하여 배터리로서 기능하지 못하는 문제가 있다.
이에 따라, 헤드셋, VR기기의 고정띠 등과 같이 소정의 곡률로 휘어진 부분을 포함하는 제품에서 플렉서블 배터리가 소정의 곡률로 휘어진 부분에 적용되는 경우 상기 플렉서블 배터리는 허용가능한 곡률 범위내에서만 적용될 수 있으므로 실제 제품에 적용하는데 한계가 있다.
또한, 헤드셋, VR기기의 고정띠 등과 같이 소정의 곡률로 휘어진 부분을 포함하는 제품은 플렉서블 배터리가 장착되는 휘어진 부분이 서로 다르고 허용가능한 곡률 범위가 서로 다르기 때문에 각각의 제품에 적합한 곡률범위를 갖도록 설계할 필요가 있다.
KR 10-2012-0023491 A
본 발명자들은 예의 연구 및 실험을 반복한 결과, 플렉서블 배터리가 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 포함하는 경우 밴딩시 허용가능한 플렉서블 배터리의 최대밴딩곡률은 패턴 사이의 간격 및 패턴의 깊이와 연관된다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴을 포함하는 플렉서블 배터리는 전체두께 및 폭과 상관없이 패턴 사이의 간격과 패턴의 깊이가 동일한 값을 갖도록 설정되면 전체두께가 두꺼워지거나 폭이 넓어지더라도 동일한 최대밴딩곡률을 가지는 것을 반복적인 연구 및 실험을 통하여 지득하였다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전체두께 및 폭과 상관없이 항상 동일한 최대밴딩곡률을 구현할 수 있는 플렉서블 배터리 및 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들;을 포함하고, 밴딩시 상기 복수 개의 패턴들을 통해 휘어지는 최대밴딩곡률은 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)를 통하여 조정되는 플렉서블 배터리를 제공한다.
또한, 상기 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L)은 서로 이웃하는 두 개의 산부와 산부 사이의 간격 또는 서로 이웃하는 두 개의 골부와 골부 사이의 간격일 수 있고, 상기 패턴의 깊이(d)는 동일면에 형성되는 산부 및 골부의 높이차일 수 있다.
이때, 상기 플렉서블 배터리의 전체두께는 가상의 중심선을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출되는 산부와 산부의 거리일 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 패턴들은 상기 전극조립체에 형성되는 제1패턴과, 상기 제1패턴과 일치하도록 상기 외장재에 형성되는 제2패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 패턴들은 상기 플렉서블 배터리의 전체길이에 대하여 형성될 수도 있고, 상기 플렉서블 배터리의 전체길이 중 일부 길이에 대하여 부분적으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 최대밴딩곡률에서의 곡률반경은 R20 내지 R95일 수 있다.
또한, 상기 최대밴딩곡률은 상기 플렉서블 배터리의 전체길이 중 상기 복수 개의 패턴들이 형성된 부분이 밴딩에 의해 최대로 휘어지는 곡률일 수 있다.
한편, 본 발명은 밴딩시 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들을 통해 소정의 곡률로 휘어질 수 있도록 플렉서블 배터리에 상기 복수 개의 패턴들을 형성하는 방법으로서, 상기 복수 개의 패턴들은 밴딩시 상기 복수 개의 패턴들을 통해 휘어지는 플렉서블 배터리의 최대밴딩곡률을 조정할 수 있도록 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)가 조정되는 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격과 패턴의 형성깊이를 조절함으로써 전체두께 및 폭과 상관없이 항상 동일한 최대밴딩곡률을 가지는 플렉서블 배터리를 반복적으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 의하면 전체 사이즈에 상관없이 요구되는 설계조건에 맞게 다양한 형태로 플렉서블 배터리를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리를 나타낸 전체개략도,
도 2는 도 1에서 전극조립체가 외장재의 내부에 수용된 상태를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리의 세부구성을 나타낸 확대도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 패턴이 형성되는 방식을 나타낸 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리의 밴딩 전과 밴딩 후의 상태를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전극조립체(110) 및 외장재(120)를 포함할 수 있으며, 소정의 면적을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극조립체(110)는 전해액과 함께 외장재(120)의 내부에 봉지될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들(119,124)이 형성될 수 있다.
이와 같은 복수 개의 패턴들(119,124)은 상기 플렉서블 배터리(100)의 밴딩시 길이방향에 대한 수축 및 이완을 위한 패턴일 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 패턴들(119,124)은 각각이 상기 전극조립체(110)에 형성되는 제1패턴(119)과 상기 외장재(120)에 형성되는 제2패턴(124)을 포함할 수 있으며, 상기 제1패턴(119)과 제2패턴(124)은 서로 일치하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1패턴(119)은 상기 전극조립체(110)의 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성될 수 있으며, 상기 제2패턴(124)은 상기 외장재(120)의 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성될 수 있다.
더불어, 상기 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)은 산부는 산부끼리, 골부는 골부끼리 서로 동일한 위치에 위치하도록 형성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 상기 제1패턴(119)과 제2패턴(124)을 통해 상기 전극조립체(110) 및 외장재(120)가 항상 동일하게 거동될 수 있으며, 상기 복수 개의 패턴들(119,124)을 통해 소정의 곡률로 용이하게 휘어질 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 밴딩되거나 소정의 곡률로 휘어진 상태에서 원상태로 복귀된다 하더라도 서로 일치하도록 형성된 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)을 통해 길이변화량이 상쇄될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 반복적인 밴딩이 발생하거나 소정의 곡률을 갖는 휘어진 상태로 장착되더라도 상기 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)을 통해 상기 전극조립체(110) 및 외장재(120)를 구성하는 기재 자체의 변형량이 방지되거나 최소화될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 반복적인 밴딩이 일어나거나 소정의 곡률을 갖는 휘어진 상태로 장착되더라도 휘어지는 부분에서 국부적으로 일어날 수 있는 기재 자체의 변형량이 최소화됨으로써 전극조립체(110) 및 외장재(120)가 휘어지는 부분에서 국부적으로 파손되거나 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
일례로, 상기 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)은 각각의 산부 및 골부가 상기 외장재(120) 및 전극조립체(110)의 폭방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)은 각각의 길이방향을 따라 산부 및 골부가 교대로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 산부 및 골부는 반원을 포함하는 호형단면, 삼각이나 사각을 포함하는 다각단면 및 호형단면과 다각단면이 상호 조합된 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1패턴(119) 및 제2패턴(124)은 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 상기 플렉서블 배터리(100)의 전체 길이에 대하여 형성될 수도 있고, 상기 플렉서블 배터리(100)의 전체길이 중 일부 길이에 대하여 부분적으로 형성될 수도 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 밴딩시 상기 복수 개의 패턴들(119,124)을 통해 휘어지는 부분의 최대밴딩곡률이 설계조건에 맞게 조정될 수 있다.
일례로, 상기 복수 개의 패턴들(119,124)을 통해 최대로 휘어지는 부분의 최대밴딩곡률은 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)를 통해 조정될 수 있다.
본 발명에서, 서로 이웃하는 두 개의 패턴 사이의 간격(L)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 두 개의 산부와 산부 사이의 간격 또는 서로 이웃하는 두 개의 골부와 골부 사이의 간격일 수 있다. 또한, 상기 패턴의 깊이(d)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 동일면에 형성되는 산부와 골부의 높이차일 수 있다. 더불어, 상기 플렉서블 배터리(100)의 전체두께(t)는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 서로 반대면인 두 면에서 서로 반대방향으로 각각 돌출되는 산부와 산부의 높이차일 수 있다.
비제한적인 일례로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 밴딩시 상기 패턴들(119,124)이 형성된 부분의 최대밴딩곡률에서의 곡률반경(R)이 R20 내지 R95의 범위를 만족할 수 있다.
즉, 상기 복수 개의 패턴들(119,124)은 곡률반경(R)이 R20 내지 R95의 범위를 만족할 수 있도록 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)가 조정될 수 있다.
본 발명에서, 상기 R20 내지 R95의 의미는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 플렉서블 배터리(100)가 파손되지 않으면서 상기 복수 개의 패턴들(119,124)을 통해 최대로 휘어진 상태인 최대밴딩곡률 상태에서의 곡률반경(R)일 수 있다. 일례로, R60은 상기 플렉서블 배터리(100)가 파손되지 않으면서 상기 복수 개의 패턴들(119,124)을 통해 최대로 휘어진 최대밴딩곡률 상태에서의 곡률반경(R)이 60mm임을 의미할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전체두께(t) 및 폭(W)의 크기와 상관없이 밴딩시 항상 동일한 최대밴딩곡률을 가지는 플렉서블 배터리로 구현될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전체두께(t) 및 폭(W)과 상관없이 복수 개의 패턴들 사이의 간격(L)과 패턴의 깊이(d)가 동일한 값을 갖도록 복수 개의 패턴들(119,124)이 형성되는 경우 전체두께(t)가 두꺼워지거나 폭(W)이 넓어지더라도 항상 동일한 최대밴딩곡률을 가질 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 배터리로서의 성능저하나 파손 없이 상기 복수 개의 패턴들(119,124)이 형성된 부분을 통해 목적하는 최대 곡률까지 원활하게 휘어질 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 적용되는 제품의 종류나 사용처에 적합한 최대밴딩곡률을 가지는 배터리를 반복적으로 구현할 수 있음으로써 플렉서블 배터리의 설계자유도를 높일 수 있다.
이는, 하기 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있다.

구분
실시예 1
실시예 2
실시예 3

폭(W)
26mm

전체두께(t)
2.1mm
2.7mm
3.3mm

패턴의 깊이(d)
0.7mm

최대밴딩곡률에서의 곡률반경(R)
35R(=35mm)

구분
실시예 4
실시예 5
실시예 6
실시예 7

폭(W)
26mm
40mm
50mm
60mm

전체두께(t)
2.8mm

패턴의 깊이(d)
0.7mm

최대밴딩곡률에서의 곡률반경(R)
35R(=35mm)
실시예 1 내지 실시예 7은 동일한 기어를 사용하여 상기 전극조립체(110) 및 외장재(120)에 서로 일치하는 복수 개의 패턴들(119,124)을 형성하였다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 7에 각각 형성된 복수 개의 패턴들(119,124)은 동일한 기어를 통하여 패턴들 사이의 간격(L)과 각각의 패턴(119,124)의 깊이(d)가 서로 동일한 크기를 갖도록 형성하였다.동일한 조건에서 실시예 1 내지 실시예 3은 플렉서블 배터리(100)의 폭을 26mm로 동일하게 하고 전체두께(t)를 변경한 경우이며, 실시예 4 내지 실시예 7은 플렉서블 배터리(100)의 전체두께(t)를 2.8mm로 동일하게 하고 전체 폭을 변경한 경우이다.
위의 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 플렉서블 배터리(100)의 전체 폭을 변경하거나 전체두께를 변경하더라도 서로 이웃하게 형성되는 두 개의 패턴 사이의 간격(L)과 패턴의 깊이(d)가 동일한 값을 가지는 경우 전체두께(t)가 두꺼워지거나 폭(W)이 넓어지더라도 밴딩시 휘어지는 플렉서블 배터리(100)의 최대밴딩곡률에서의 곡률반경(R)은 동일한 수준임을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전극조립체(110)를 구성하는 양극(112) 및 음극(116)의 적층수를 달리하여 전체두께(t)를 변경하거나 전극조립체(110)의 폭(W)을 다르게 하여 서로 다른 사이즈 및 다양한 축전용량을 가지더라도 서로 다른 사이즈 및 다양한 축전용량을 가지는 플렉서블 배터리들이 밴딩시 동일한 최대밴딩곡률에서의 곡률반경(R)을 가질 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 패턴 사이의 간격(L)이 동일하고 각각의 패턴의 깊이(d)가 동일한 깊이를 갖도록 형성하여 동일한 최대밴딩곡률 또는 곡률반경(R)을 만족하면서도 전극조립체(110)를 구성하는 양극(112) 및 음극(116)의 적층수를 증가시켜 전체두께(t)를 두껍게 하거나 전극조립체(110)의 폭(W)을 넓혀 대용량의 축전용량을 가지는 배터리를 용이하게 구현할 수 있다.
달리 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 제품의 사용처에 따라 고용량의 축전용량을 요구하면서도 최대밴딩곡률이 제한되더라도 허용되는 최대밴딩곡률과 요구하는 고용량의 축전용량을 모두 만족시킬 수 있는 플렉서블 배터리를 용이하게 설계할 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 동일한 최대밴딩곡률을 가지면서도 두께나 폭 등과 같은 사이즈 변경을 통하여 다양한 축전용량을 가질 수 있음으로써 설계자유도를 높일 수 있다.
상기 전극조립체(110)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 양극(112), 음극(116) 및 분리막(114)을 포함할 수 있으며, 상기 외장재(120)의 내부에 전해액과 함께 봉지될 수 있다.
이때, 상기 양극(112)은 양극집전체(112a) 및 양극 활물질(112b)을 포함할 수 있고, 상기 음극(116)은 음극집전체(116a) 및 음극 활물질(116b)을 포함할 수 있으며, 상기 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a)는 소정의 면적을 갖는 판상의 시트형태로 구현될 수 있다.
일례로, 상기 양극(112) 및 음극(116)은 각각의 집전체(112a,116a)의 일면 또는 양면에 활물질(112b,116b)이 압착 또는 증착되거나 도포될 수 있다. 이때, 상기 활물질(112b,116b)은 집전체(112a,116a)의 전체면적에 대하여 구비될 수도 있고 일부 면적에 대하여 부분적으로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a)는 각각의 몸체로부터 외부기기와의 전기적인 연결을 위한 음극단자(118a) 및 양극단자(118b)가 각각 형성될 수 있다.
상기 분리막(114)은 상기 양극(112) 및 음극(116) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 양극(112)과 음극(116)의 단락을 방지할 수 있도록 비전자 전도성 격막일 수 있다.
일례로, 상기 분리막(114)은 부직포층(114a)의 일면 또는 양면에 나노섬유웹층(114b)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 나노섬유웹층(114b)은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유일 수 있다.
또한, 상기 분리막(114)은 전해액으로 겔 폴리머 전해액이 사용되는 경우 상기 겔 폴리머 전해액의 함침성을 최적화시킬 수 있도록 복합 다공성 분리막이 사용될 수 있다.
즉, 상기 복합 다공성 분리막은 지지체(matrix)로서 사용되며 미세 기공을 갖는 다공성 부직포와, 방사 가능한 고분자 물질로 형성되어 전해액을 함침하고 있는 다공성 나노섬유 웹을 포함할 수 있다.
이와 같은 양극(112), 음극(116) 및 분리막(114)은 공지의 내용이므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 배터리에서 통상적으로 채용되는 일반적인 내용이 모두 적용될 수 있다.
상기 외장재(120)는 일정면적을 갖는 판상의 부재일 수 있으며, 내부에 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 수용할 수 있다. 이를 통해, 상기 외장재(120)는 외력으로부터 상기 전극조립체(110)를 보호할 수 있다.
일례로, 상기 외장재(120)는 한 쌍의 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)를 포함할 수 있으며, 상기 제1외장재(121)는 상기 전극조립체(110)의 상면을 덮을 수 있고 상기 제2외장재(122)는 상기 전극조립체(110)의 하면을 덮을 수 있다.
또한, 상기 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)는 서로 맞접하는 테두리 측이 접착제를 통해 밀봉됨으로써 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 수용하기 위한 내부공간을 형성할 수 있다.
즉, 상기 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)는 전체면적 중 테두리 측이 밀봉부(126)를 형성할 수 있으며, 상기 테두리를 제외한 나머지 면적이 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 수용하는 수용부(125)를 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 외장재(120)는 상기 밀봉부(126)가 상기 수용부(125)를 둘러싸도록 배치됨으로써 상기 내부공간으로부터 전해액이 외부로 누설되는 것이 차단될 수 있다.
이러한 외장재(120)는 상기 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)가 두 개의 부재로 이루어진 후 상기 밀봉부를 구성하는 테두리측이 모두 접착제를 통해 밀봉될 수도 있고, 하나의 부재로 이루어지고 폭방향 또는 길이방향을 따라 반으로 접혀진 후 맞접하는 나머지 부분이 접착제를 통해 밀봉될 수도 있다.
한편, 상기 외장재(120)는 내부수지층(121a,122a)과 외부수지층(121c,122c)의 사이에 방습층(121b,122b)이 개재되는 형태일 수 있다.
일례로, 상기 외장재(120)는 내부수지층(121a,122a), 방습층(121b,122b) 및 외부수지층(121c,122c)이 순차적으로 적층된 형태일 수 있으며, 상기 외부수지층(121c,122c)이 외부로 노출되는 노출면일 수 있다.
즉, 상기 내부수지층(121a,122a)은 테두리 측이 서로 대면하도록 배치된 상태에서 접착층을 매개로 서로 접합됨으로써 배터리 내부에 구비되는 전해액이 외부로 누액되지 않도록 밀봉하는 접합부재의 역할일 수 있다.
이와 같은 내부수지층(121a,122a)은 통상적으로 배터리용 외장재에 구비되는 접합부재의 재질일 수 있으나, 바람직하게는 폴리올레핀계 화합물일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌일 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌일 수 있다. 또한, 상기 폴리프로필렌은 미변성된 폴리프로필렌 및 산 변성된 폴리프로필렌일 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로 내부수지층은 미변성된 폴리프로필렌과 산 변성된 폴리프로필렌이 적층된 구조일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 방습층(121b,122b)은 내부수지층(121a,122a)과 외부수지층(121c,122c) 사이에 개재되어 외부로부터 배터리 내부로 습기가 침투되는 것을 방지하고 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 상기 방습층(121b,122b)은 습기 및 전해액이 통과하지 못하도록 밀도가 조밀한 금속층이나 고분자 필름 등이 사용될 수 있다.
일례로, 상기 방습층(121b,122b)이 금속층일 경우 포일(foil)류의 금속박판이나 상기 외부수지층(121c,122c)의 일면에 형성된 금속증착막일 수 있다. 바람직하게는 상기 방습층(121b,122b)은 금속박판일 수 있다. 구체적인 일례로써, 상기 금속층은 알루미늄, 구리, 인청동(phosphorbronze, PB), 알루미늄청동(aluminium bronze), 백동, 베릴륨-구리(Berylium-copper), 크롬-구리, 티탄-구리, 철-구리, 코르손 합금 및 크롬-지르코늄 구리 합금 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방습층(121b,122b)은 평균두께가 5㎛ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ ~ 100㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30㎛ ~ 50㎛일 수 있다.
이는, 방습층(121b,122b)의 평균두께가 5㎛ 미만이면 배터리 내부로 습기가 침투되거나 배터리 내부의 전해액이 외부로 누액될 우려가 있고, 특히 외장재(120)에 외력을 가해 복수 개의 패턴들(119,124)을 형성하는 경우 습기가 침투하거나 전해액의 누액될 우려가 증가되기 때문이다.
상기 외부수지층(121c,122c)은 상기 방습층(121b,122b)의 일면에 배치됨으로써 상기 외장재(120)의 노출면을 형성할 수 있다.
이때, 상기 외부수지층(121c,122c)은 상기 외장재(120)가 유연성 및 연신성을 확보할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 외부수지층(121c,122c)은 폴리아마이드계 고분자 화합물로 형성된 것일 수 있으며, 상기 폴리아마이드계 고분자 화합물은 비제한적인 일례로써 나일론6, 나일론66, 나일론12로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
더불어, 상기 외부수지층(121c,122c)은 종래의 파우치형 배터리에서 강도를 보강하고 물리적인 접촉에 의한 손상을 방지하기 위하여 외장재로 사용되던 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하지 않을 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 외장재(120)를 구성하는 외부수지층(121c,122c)의 재질로서 수축성이나 연신성이 떨어지는 PET를 사용하지 않고 유연성 및 연신성을 갖는 폴리아마이드계 고분자 화합물을 사용함으로써 유연성 및 연신성을 확보할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 상기 전극조립체(110)가 두꺼운 두께를 갖더라도 상기 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)가 연신성이 우수한 폴리아마이드계 고분자 화합물로 형성된 외부수지층(121c,122c)을 구비하므로 상기 제1외장재(121) 및 제2외장재(122)의 테두리를 접합하는 과정에서 테두리측이 과도하게 절곡되더라도 파손이나 크랙이 발생하지 않은 상태로 서로 접합될 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 상기 전극조립체(110)를 구성하는 양극(112) 및 음극(116)의 적층수를 충분히 늘리더라도, 충분한 깊이를 가지는 패턴을 형성할 수 있기 때문에 대용량의 플렉서블 배터리를 구현할 수 있다. 일례로, 상기 플렉서블 배터리(100)는 최대두께가 4.5mm 이상의 두께를 가질 수 있음으로써 폭이 33mm, 길이가 69mm인 작은 크기에서도 700mAh 이상의 대용량의 축전용량을 가질 수 있다.
그러나 상기 외부수지층(121c,122c)의 재질을 이에 한정하는 것은 아니며, 통상적으로 배터리용 외장재로 사용될 수 있는 공지의 재질이 모두 채용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 상기 방습층(121b,122b)과 내부수지층(121a,122a) 사이에 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 접착층은 방습층(121b,122b)과 내부수지층(121a,122a)의 접착력을 높여주는 역할과 함께, 외장재의 내부에 수용되는 전해액이 외장재의 방습층(121b,122b)에 도달하는 것을 방지하여 산성의 전해액으로 방습층(121b,122b)이 부식되거나 내부수지층(121a,122a)과 방습층(121b,122b)이 박리되는 것을 예방할 수 있다.
또한, 플렉서블 배터리(100)의 사용과정 중에 이상 과열 등과 같은 문제가 발생하여 플렉서블 배터리가 팽창하는 경우에도 전해액이 누출되는 것을 방지함으로써 안전성에 대한 신뢰성을 부여할 수 있다.
이와 같은 상기 접착층은 상기 내부수지층(121a,122a)과 유사한 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 접착층은 실리콘, 폴리프탈레이트, 산 변성 폴리프로필렌(PPa, acid modified polypropylene) 및 산 변성 폴리에틸렌(Pea, acid modified polyethylene) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 상기 방습층(121b,122b)과 외부수지층(121c,122c) 사이에 드라이 라미네이트층(dry lamination layer)이 배치될 수 있다.
상기 드라이 라미네이트층은 상기 방습층(121b,122b)과 외부수지층(121c,122c)을 접착시키는 역할을 담당하며, 공지의 수성 및/또는 유성의 유기용제형 접착제를 건조시켜 형성시킬 수 있다.
한편, 상기 전극조립체(110)와 함께 수용부에 봉지되는 전해액은 통상적으로 사용되는 액상의 전해액이 사용될 수 있다.
일례로, 상기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질이 포함된 유기 전해액을 사용할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 플렉서블 배터리(100,100')에 사용되는 전해액은 액상의 전해액이 사용될 수도 있지만, 바람직하게는 겔 폴리머 전해액이 사용될 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 플렉서블 배터리(100,100')는 전해액으로서 겔 상태의 폴리머 전해액을 사용함으로써 플렉서블 배터리의 전해액으로 액상을 사용하는 경우 밴딩시 발생할 수 있는 누액 및 누출의 발생을 방지할 수 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.
100 : 플렉서블 배터리 110 : 전극조립체
112 : 양극 114 : 분리막
116 : 음극 119 : 제1패턴
120 : 외장재 121 : 제1외장재
122 : 제2외장재 124 : 제1패턴
125 : 수용부 126 : 밀봉부

Claims (13)

  1. 전극조립체;
    상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및
    길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들;을 포함하고,
    밴딩시 상기 복수 개의 패턴들을 통해 휘어지는 최대밴딩곡률은 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)를 통하여 조정되는 플렉서블 배터리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L)은 서로 이웃하는 두 개의 산부와 산부 사이의 간격 또는 서로 이웃하는 두 개의 골부와 골부 사이의 간격이고, 상기 패턴의 깊이(d)는 동일면에 형성되는 산부 및 골부의 높이차인 플렉서블 배터리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플렉서블 배터리의 전체두께는 가상의 중심선을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출되는 산부와 산부의 거리인 플렉서블 배터리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴들은 상기 전극조립체에 형성되는 제1패턴과, 상기 제1패턴과 일치하도록 상기 외장재에 형성되는 제2패턴을 포함하는 플렉서블 배터리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴들은 상기 플렉서블 배터리의 전체길이에 대하여 형성되거나, 상기 플렉서블 배터리의 전체길이 중 일부 길이에 대하여 부분적으로 형성되는 플렉서블 배터리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 최대밴딩곡률에서의 곡률반경은 R20 내지 R95인 플렉서블 배터리.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 최대밴딩곡률은 상기 플렉서블 배터리의 전체길이 중 상기 복수 개의 패턴들이 형성된 부분이 밴딩에 의해 최대로 휘어지는 곡률인 플렉서블 배터리.
  8. 밴딩시 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 형성되는 복수 개의 패턴들을 통해 소정의 곡률로 휘어질 수 있도록 플렉서블 배터리에 상기 복수 개의 패턴들을 형성하는 방법으로서,
    상기 복수 개의 패턴들은 밴딩시 상기 복수 개의 패턴들을 통해 휘어지는 플렉서블 배터리의 최대밴딩곡률을 조정할 수 있도록 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L) 및 패턴의 깊이(d)가 조정되는 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 서로 이웃하는 두 개의 패턴들 사이의 간격(L)은 서로 이웃하는 두 개의 산부와 산부 사이의 간격 또는 서로 이웃하는 두 개의 골부와 골부 사이의 간격이고, 상기 패턴의 깊이(d)는 동일면에 형성되는 산부 및 골부의 높이차인 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 플렉서블 배터리의 전체두께는 가상의 중심선을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출되는 산부와 산부의 거리인 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 플렉서블 배터리는,
    전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재;를 포함하고,
    상기 복수 개의 패턴들은 상기 전극조립체에 형성되는 제1패턴과, 상기 외장재에 형성되는 제2패턴을 포함하며,
    상기 제1패턴 및 제2패턴은 서로 일치하도록 형성되는 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 복수 개의 패턴들은 상기 최대밴딩곡률에서의 곡률반경이 R20 내지 R95의 범위를 만족하도록 형성되는 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 최대밴딩곡률은 상기 플렉서블 배터리의 전체길이 중 상기 복수 개의 패턴들이 형성된 부분이 밴딩에 의해 최대로 휘어지는 곡률인 플렉서블 배터리의 패턴 형성방법.
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