KR20220096937A - 전고체 전지 및 그 실장 기판 - Google Patents

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KR20220096937A
KR20220096937A KR1020200189799A KR20200189799A KR20220096937A KR 20220096937 A KR20220096937 A KR 20220096937A KR 1020200189799 A KR1020200189799 A KR 1020200189799A KR 20200189799 A KR20200189799 A KR 20200189799A KR 20220096937 A KR20220096937 A KR 20220096937A
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Abstract

본 발명은, 제1 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면을 포함하고, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 상기 제1 방향으로 적층된 복수의 양극층 및 음극층을 포함하는 전지 바디; 상기 복수의 양극층과 접속하는 양극 단자; 및 상기 복수의 음극층과 접속하는 음극 단자; 를 포함하고, 상기 전지 바디의 제3 또는 제4 면 중 적어도 하나가 상기 제5 및 제6 면을 경사지게 연결하는, 전고체 전지 및 그 실장 기판을 제공한다.

Description

전고체 전지 및 그 실장 기판 {ALL SOLID STATE BATTERY BOARD FOR MOUNTING THE SAME}
본 발명은 전고체 전지 및 그 실장 기판에 관한 것이다.
최근 전기를 에너지원으로 사용하는 장치가 늘어나고 있다. 스마트폰, 캠코더, 노트북 PC 및 전기 자동차 등 전기를 사용하는 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자를 이용한 전기 저장 소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 전기 화학 소자 중에서도 충·방전이 가능하고, 작동 전압이 높으며, 에너지 밀도가 월등히 큰 리튬 이차 전지가 각광을 받고 있다.
리튬 이차 전지는 이온을 이동시키는 매체로서 액체의 전해질(전해액)이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 리튬 이차 전지에 액체의 전해질을 사용하는 경우 전해액 누출, 화재 및 폭발의 위험성이 높다.
또한, 일반적으로 전해액으로 이용되는 유기용매 등은 가연성 물질로서 안전상 근본적인 문제가 있다. 이 때문에 전해액을 대신하고 고체 전해질을 이용하는 것이 제안되고 있고, 또한 전해질로서 고체 전해질을 이용함과 동시에, 기타 구성요소들도 고체로 구성된 고체 이차전지 개발이 진행되고 있다.
이러한 고체 이차전지는 칩 형태로 제작하여 SMT 실장이 가능하여 전자기기의 회로설계 자유도를 높일 수 있고, 기존의 리튬이온전지 사용시 세트와의 연결을 이해 별도로 필요하던 연결단 공간을 필요하지 않아 세트의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다
본 발명의 여러 목적 중 하나는 플렉시블 기판에 복수 개의 전고체 전지를 탑재시 플렉시블 기판이 링 형태로 구부려지더라도 인접한 고체 전지끼리 간섭 또는 접촉이 발생하는 것을 방지하여 전고체 전지 간의 간격을 줄일 수 있어서 세트 상의 공간활용도를 높일 수 있는 전고체 전지 및 그 실장 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지는, 제1 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면을 포함하고, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 상기 제1 방향으로 적층된 복수의 양극층 및 음극층을 포함하는 전지 바디; 상기 복수의 양극층과 접속하는 양극 단자; 및 상기 복수의 음극층과 접속하는 음극 단자; 를 포함하고, 상기 전지 바디의 제3 또는 제4 면 중 적어도 하나가 상기 제5 및 제6 면을 경사지게 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 하나는 전고체 전지의 양 측면이 경사지게 형성되고 양극층 및 음극층이 전고체 전지의 양 측면에 대해 수직인 방향으로 배치됨으로써, 플렉시블 기판에 복수 개를 탑재시 플렉시블 기판이 링 형태로 구부려지더라도 인접한 전고체 전지끼리 간섭 또는 접촉이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 전지 바디의 구조를 개략적으로 나타내는 투명사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 전고체 전치에서 양극층과 양극 단자의 연결구조 및 음극층과 음극 단자의 연결구조를 각각 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1에서 양극 단자와 음극 단자의 변형 예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지가 실장되는 플렉시블 기판을 개략적으로 나타내는 것이다.
도 7은 종래의 전고체 전지가 실장되는 플렉시블 기판을 개략적으로 나타내는 것이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상"은, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 전지 바디(110), 양극 단자(131) 및 음극 단자(132)를 포함한다.
전지 바디(110)는 고체 전해질층(111), 양극층(121) 및 음극층(122)을 포함한다.
또한, 전지 바디(110)는 X 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면(S1, S2), Y 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면(S3, S4), Z 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면(S5, S6)을 포함한다.
이때, 전지 바디(110)는 제3 또는 제4 면(S3, S4) 중 적어도 하나가 제5 및 제6 면(S5, S6)을 경사지게 연결한다.
본 실시예의 경우, 전지 바디(110)의 제3 면(S3)이 Y 방향으로 제5 면(S5)의 일측 선단과 제6 면(S6)의 일측 선단을 경사지게 연결하고, 전지 바디(110)의 제4 면(S4)이 Y 방향으로 제5 면(S5)의 타측 선단과 제6 면(S6)의 타측 선단을 경사지게 연결한다. 본 명세서에서 어떤 면과 다른 면이 경사지게 연결한다는 것은 90° 및/또는 0°가 아닌 각도를 가지도록 연결된 것을 의미할 수 있다.
즉, 전지 바디(110)의 제1 및 제2 면은 사다리꼴 형상으로 이루어질 수 있다.
이러한 구조를 위해, Y 방향으로 전지 바디(110)의 제5 면(S5)의 길이는 제6 면(S6)의 길이 보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 전지 바디(110)의 제6 면(S6)과 제3 면(S6) 사이의 제1 경사각은 90° 미만일 수 있다. 또한, 전지 바디(110)의 제6 면(S6)과 제4 면(S4)의 제2 경사각은 90°미만일 수 있다. 이때, 상기 제1 경사각과 제2 경사각은 같을 수도 있고, 필요한 경우 다를 수도 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 또는 제4 면(S3, S4) 중에 한 면은 수직 면이고 다른 한 면만 경사지게 형성될 수도 있다.
그리고, 전지 바디(110)는, 고체 전해질층(111)을 사이에 두고 X 방향으로 복수의 양극층(121) 및 음극층(122)이 적층된다.
이때, 양극층(121) 및 음극층(122)은 전지 바디(110)의 형상에 대응하여 적어도 한쪽 면이 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서와 같이, 전지 바디(110)의 제3 및 제4 면(S3, S4)이 모두 경사면인 경우, 양극층(121) 및 음극층(122)도 Y방향으로 양측 선단이 모두 경사지게 형성될 수 있다. 즉, Y-Z면에서, 양극층(121) 및 음극층(122)이 사다리꼴 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질층(111)은 가넷계(Garnet-type), 나시콘계(Nasicon-type), 리시콘계(LISICON-type), 페로브스카이트계(perovskite-type) 및 리폰계(LiPON-type)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 가넷계 고체 전해질은 Li7La3Zr2O12 등 LiaLabZrcO12로 표시되는 리튬-란타늄-지르코늄-산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO)을 의미할 수 있으며, 상기 나시콘계 고체 전해질은 Li1+xAlxM2-x(PO4)3(LAMP) (0<x<2, M=Zr, Ti, Ge) 형 화합물에 Ti가 도입된 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (0<x<1)의 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP), 과량의 리튬이 도입된 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 등 Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 (0<x<1)로 표시되는 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염 (LAGP) 및/또는 LiZr2(PO4)3의 리튬-지르코늄-인산염 (LZP)을 의미할 수 있다.
또한, 상기 리시콘계 고체 전해질은 또는 xLi3AO4-(1-x)Li4BO4 (A: P, As, V 등, B: Si, Ge, Ti 등)로 표시되며 Li4Zn(GeO4)4, Li10GeP2O12(LGPO), Li3.5Si0.5P0.5O4, Li10.42Si(Ge)1.5P1.5Cl0.08O11.92 등을 포함하는 고용체 산화물 및 Li4-xM1-yM'y'S4 (M= Si, Ge and M' = P, Al, Zn, Ga)로 표시되는 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2 등을 포함하는 고용체 황화물을 의미할 수 있다.
그리고 상기 페로브스카이트계 고체 전해질은 Li1/8La5/8TiO3 등 Li3xLa2/3-x□1/3-2xTiO3 (0<x<0.16, □ 공공)으로 표시되는 리튬-란타늄-티타늄-산화물(lithium lanthanum titanate, LLTO)을 의미할 수 있으며, 상기 리폰계 고체 전해질은 Li2.8PO3.3N0.46 등의 리튬-포스포러스-옥시나이트라이드(lithium phosphorous oxynitride)와 같은 질화물을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(121)은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(121)은 양극 집전체의 제3 방향(Z 방향)의 양면에 양극 활물질이 배치된 구조를 가질 수 있다.
상기 양극 활물질은 예를 들어 하기 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있다: LiaAl-bMbD2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5); LiaEl-bMbO2-cDc (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiE2-bMbO4-cDc (식중 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaNi1-b-cCobMcDα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cCobMcO2-αXα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cCobMcO2-αX2 (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcDα (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αXα (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αX2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNibEcGdO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); LiaNibCocMndGeO2 (식중,0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); LiaNiGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaCoGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMnGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn2GbO4 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O2; LiRO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3 (0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3 (식중, 0≤f≤2); 및 LiFePO4, 상기 화학식에서 A 는 Ni, Co, or Mn; M은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 또는 희토류원소(rare-earth element); D는 O, F, S, or P; E 는 Co 또는 Mn; X 는 F, S, 또는 P; G 는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, or V; Q는 Ti, Mo 또는 Mn; R 은 Cr, V, Fe, Sc, 또는 Y; J 는 V, Cr, Mn, Co, Ni, 또는 Cu이다.
상기 양극 활물질은 또한, LiCoO2, LiMnxO2x (식중, x =1 또는 2), LiNi1-xMnxO2x (식중, 0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (식중, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4, TiS2, FeS2, TiS3, 또는 FeS3일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체로는 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 양극 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(121)은 도전제 및 바인더를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전제로는 본 발명의 전고체 전지(100)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는, 상기 활물질과 도전제 등의 결합력을 향상시키기 위해 사용할 수 있다. 상기 바인더는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 및 다양한 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 전고체 전지(100)에 적용되는 양극층(121)은, 양극 활물질을 포함하는 조성물이 구리 등의 금속을 포함하는 양극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 제조할 수 있다. 또는, 양극 활물질 조성물이 별도의 지지체 상에 캐스팅된 다음, 이를 경화하여 양극층(121)이 제조될 수 있으며, 이 경우 별도의 양극 집전체를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극층(122)은 음극 집전체 및 음극 활물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극층(122)은 음극 집전체의 제3 방향(Z 방향)의 양면에 음극 활물질이 배치된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)에 포함되는 음극은 통상적으로 사용되는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용할 수 있으며, 리튬 금속 및/또는 리튬 금속 합금을 포함할 수 있다.
상기 리튬 금속 합금은 리튬과, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 포함하지 않는다), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 리튬티타늄옥사이드(Li4Ti5O12) 등의 전이금속 산화물, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 포함하지 않는다) 및 MnOx (0 < x ≤ 2) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 내지 16족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있다. 또한, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 함유 금속 합금은 예를 들어 실리콘과, Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극 집전체는 양극 집전체와 동일한 구성을 사용할 수 있다. 상기 음극 집전체는 예를 들어 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 음극 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
음극층(122)은 상술한 양극 제조과정에서 양극 활물질 대신 음극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 제조할 수 있다.
또한, 상기 실시 예에서, 전고체 전지(100)의 양극 단자(131)는 전지 바디(110)의 제3 면(S3) 상에 배치되고, 음극 단자(132)는 전지 바디(110)의 제4 면(S4) 상에 양극 단자(131)와 제2 방향(Y 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 양극 단자(131) 및 음극 단자(132)는 소결이 완료된 전지 바디(110) 상에 단자 전극용 페이스트 또는 파우더를 도포하고 유도 가열 등의 방식으로 이를 소성하여 형성할 수 있다.
양극 단자 및 음극 단자는, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금 중 하나 이상의 도전성 금속을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 양극 단자(131) 및 음극 단자(132)는 그 표면에 각각 배치되는 도금층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 도금층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도금층은 단수 층 또는 복수 층형성될 수 있으며, 스퍼터 또는 전해 도금(Electric Deposition)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 5에서와 같이, 양극 단자(131')의 일부는 전지 바디(110)의 제3 면(S3) 상에 배치되고, 양극 단자(131')의 나머지 일부는 전지 바디(110)의 제5 면 및 제6 면(S5, S6) 상으로 각각 연장되어 배치될 수 있다.
음극 단자(132')는, 일부가 전지 바디(110)의 제4 면(S4) 상에 배치되고, 음극 단자(132')의 나머지 일부는 전지 바디(110)의 제5 면 및 제6 면(S5, S6) 상으로 각각 연장되어 배치될 수 있다.
이에 양극 단자(131') 및 음극 단자(132')의 결합 강도를 높일 수 있어 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 기계적 신뢰성을 개선할 수 있다. 또한, 양극 단자(131') 및 음극 단자(132')에서 전지 바디(110)의 제6 면(S6)으로 연장된 부분을 이용하여 전고체 전지(100)를 후술하는 기판 위에 실장할 수 있다.
본 실시 예에 따른 전고체 전지의 제조 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 종래의 직육면체 칩 타입 전고체 전지를 제조하는 공정 중에서 인쇄 공정과 절단 공정을 일부 변형하여 제작할 수 있다.
예를 들어, 고체 전해질 시트 위에 양극 활물질과 음극 활물질을 각각 인쇄한 후, 양극 활물질이 인쇄된 시트와 음극 활물질이 인쇄된 시트를 X 방향으로 번갈아 적층하고 압착하여 적층체를 마련한다.
이때, 양극 활물질과 음극 활물질은 시트 내에 형성되는 부분이 서로 다르게 한다. 예를 들어, 양극 활물질의 경우 시트의 제3 면을 통해서는 노출되지만 시트의 제4, 제5 및 제6 면과는 이격되도록 인쇄하고, 음극 활물질의 경우 시트의 제4 면을 통해서는 노출되지만 시트의 제3, 제5 및 제6 면과는 이격되도록 인쇄한다. 또한, 양극 활물질과 음극활물질은 인쇄시 사다리꼴 형상으로 인쇄할 수 있다.
다음으로, 상기 적층체를 사선 절단기를 이용하여 사선 절단하면 본 실시 예에서와 같이, 6개의 면 중 Y 방향의 제3 및 제4 면이 경사를 가지고, X방향의 제1 및 제2 면은 사다리꼴 형상을 가지는 전지 바디를 제조할 수 있다.
도 7은 종래의 실장 기판(20)을 나타낸 것이다. 최근 들어 플렉시블 기판(FPC, 22)이 많이 사용되는데, 도 7에서와 같이, 이러한 플렉시블 기판(22)의 경우, 칩 타입의 전고체 전지(200) 복수 개를 소정 간격으로 실장하고 링 형태로 구부려 사용하게 된다.
종래의 칩 타입의 전고체 전지(200)는 대체로 직사각형 형상으로 제작되므로, 이와 같이 플렉시블 기판(22)을 링 형태로 구부리면, 전고체 전지(200) 중 플렉시블 기판(22)의 내측 면과 마주보는 면에서 특히 코너 부분이 연이어 배치된 다른 전고체 전지(200)의 코너 부분과 서로 접촉하게 되는 간섭 문제가 발생한다.
따라서, 전고체 전지(200)를 기판(22)에 실장시 전고체 전지(200) 간의 간격을 최대한 확보할 필요가 있으므로, 세트의 공간 활용도가 저하되는 문제가 발생한다. 도 7에서 도면부호 21은 기판(22)을 커버하는 케이스이다.
그러나, 도 6에서와 같이, 본 실시 예의 전고체 전지의 실장 기판(10)의 구조의 경우, 플렉시블 기판(12)에 전고체 전지(100) 복수 개를 소정 간격으로 실장하고 링 형태로 구부려 사용하더라도, 전지
바디의 경사지게 형성된 부분에 의해 전고체 전지(100) 중 플렉시블 기판(12)의 내측 면과 마주보는 면에서 코너 부분이 연이어 배치된 다른 전고체 전지(100)의 코너 부분과 서로 접촉하는 문제의 발생률이 현저히 낮아지게 된다.
따라서, 전고체 전지(100)를 기판(12)에 실장시 전고체 전지(100) 간의 간격을 도 7의 구조에 비해 줄일 수 있으므로, FPC에 실장하여 휘어진 공간을 손실 없이 재대로 활용할 수 있다. 도 6에서 도면부호 11은 기판(12)을 커버하는 케이스이다.
따라서, 소형 IoT, 웨어러블 기기에서 고온 안전성을 근본적으로 확보할 수 있고 설계 자유도 및 실장 공간 활용도를 획기적으로 높일 수 있으며, 다른 소자들과 동시 실장하여 공정 삭제 등 생산성을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 실장 기판
12: 기판
100: 전고체 전지
110: 전지 바디
111: 고체 전해질층
121, 221: 양극층
122, 222: 음극층
131, 131': 양극 단자
132, 132': 음극 단자

Claims (9)

  1. 제1 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면을 포함하고, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 상기 제1 방향으로 적층된 복수의 양극층 및 음극층을 포함하는 전지 바디;
    상기 복수의 양극층과 접속하는 양극 단자; 및
    상기 복수의 음극층과 접속하는 음극 단자; 를 포함하고,
    상기 전지 바디의 제3 또는 제4 면 중 적어도 하나가 상기 제5 및 제6 면을 경사지게 연결하는 전고체 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극층 및 상기 음극층은 상기 전지 바디의 형상에 대응하여 적어도 한쪽 면이 경사지게 형성되는 전고체 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 면이 상기 제2 방향으로 상기 제5 면의 일측 선단과 상기 제6 면의 일측 선단을 경사지게 연결하고, 상기 제4 면이 상기 제2 방향으로 상기 제5 면의 타측 선단과 상기 제6 면의 타측 선단을 경사지게 연결하는 전고체 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극층 및 상기 음극층은 상기 전지 바디의 형상에 대응하여 대향하는 양쪽 면이 경사지게 형성되는 전고체 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향으로 상기 제5 면의 길이가 상기 제6 면의 길이 보다 짧은 전고체 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지 바디의 상기 제1 및 제2 면이 사다리꼴 형상인 전고체 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극 단자는 상기 바디의 제3 면 상에 배치되고,
    상기 음극 단자는 상기 바디의 제4 면 상에 배치되는 전고체 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양극 단자의 일부는 상기 전지 바디의 제3 면 상에 배치되고, 상기 양극 단자의 나머지 일부는 상기 전지 바디의 제5 면 및 제6 면 상으로 각각 연장되어 배치되며,
    상기 음극 단자의 일부는 상기 전지 바디의 제4 면 상에 배치되고, 상기 음극 단자의 나머지 일부는 상기 전지 바디의 제5 면 및 제6 면 상으로 각각 연장되어 배치되는 전고체 전지.
  9. 링 형태로 형성되고, 복수의 전고체 전지가 소정 간격을 두고 배치되는 기판과; 상기 기판을 커버하도록 결합되는 케이스; 를 포함하고,
    상기 전고체 전지는, 제1 방향으로 대향하는 제1 및 제2 면, 제2 방향으로 대향하는 제3 및 제4 면, 제3 방향으로 대향하는 제5 및 제6 면을 포함하고, 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 상기 제1 방향으로 적층된 복수의 양극층 및 음극층을 포함하는 전지 바디; 상기 복수의 양극층과 접속하는 양극 단자; 및 상기 복수의 음극층과 접속하는 음극 단자; 를 포함하고, 상기 전지 바디의 제3 또는 제4 면 중 적어도 하나가 상기 제5 및 제6 면을 경사지게 연결하는 전고체 전지의 실장 기판.
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