KR20230072301A - 이온 배리어층을 포함하는 배터리 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따르면, 음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극; 상기 음극과 대면 배치된 양극으로서, 양극 기재층; 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층; 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역을 포함하고, 상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다. 이외에 다양한 실시 예들이 가능할 수 있다.
Description
본 개시의 다양한 실시예들은 이온 배리어층을 포함하는 배터리 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술과 반도체 기술의 발전으로 인하여 각종 전자 장치들의 보급과 이용이 급속도로 증가하고 있다. 특히 최근의 전자 장치들은 휴대하고 다니며 통신할 수 있도록 개발되고 있다. 또한, 전자 장치들은 저장된 정보를 음향이나 영상으로 출력할 수 있다. 전자 장치의 집적도가 높아지고, 초고속, 대용량 무선통신이 보편화되면서, 최근에는, 이동통신 단말기와 같은 하나의 전자 장치에 다양한 기능이 탑재될 수 있다. 예를 들면, 통신 기능뿐만 아니라, 게임과 같은 엔터테인먼트 기능, 음악/동영상 재생과 같은 멀티미디어 기능, 모바일 뱅킹 등을 위한 통신 및 보안 기능, 일정 관리 및 전자 지갑의 기능이 하나의 전자 장치에 집약되고 있다. 이러한 전자 장치는 사용자가 편리하게 휴대할 수 있도록 소형화되고 있다. 전자 장치의 사용이 일상화되면서, 전자 장치의 휴대성과 사용성에 대한 사용자의 요구가 증가할 수 있다. 이러한 사용자 요구에 따라, 예를 들어, 전자 장치 등의 전원으로 충전, 방전이 가능한 2차 전지가 활용되고 있다.
2차 전지로 사용되는 리튬이온 전지는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체의 조합으로 이루어지고, 양극 및 음극은 전극 기재 및 전극 기재에 코팅되고, 활물질을 포함하는 합제를 포함할 수 있다. 리튬이온 배터리는 양극과 음극의 산화환원 반응을 이용하여 화학에너지를 전기에너지로 변환하고, 양극과 연결된 양극 탭 및 음극과 연결된 음극 탭을 이용하여 전기에너지를 전달할 수 있다. 배터리의 용량은 기본적으로 양극과 음극이 대면하는 면적의 크기에 비례한다. 따라서 양극과 음극의 크기를 동일하게 맞추는 것이 설계적으로 또는 공정적으로 가장 효율적이나, 이러한 구조에서는 양극 가장자리(코팅 측면부 포함)에서 나오는 Li 이온이 음극 가장자리에 쌓여 배터리의 신뢰성 및 안전성을 저해(Li dendrite 형성 등)할 수 있다. 따라서 종래의 기술로는 음극을 더 크게 해야 함으로서 배터리 용량을 극대화하기 어렵고 많은 설계에 제한이 될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 양이온을 저장하는 양극 활물질층의 면적을 증가시키면서도 음극에서 발생되는 이온 석출(dendrite)을 억제하여, 용량이 증가된 배터리가 제공될 수 있다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극; 상기 음극과 대면 배치된 양극으로서, 양극 기재층; 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층; 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역을 포함하고, 상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극; 상기 음극과 대면 배치된 양극으로서, 양극 기재층; 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층; 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 을 포함하는 양극, 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 양이온을 저장하고, 상기 음극으로 양이온을 전달하기 위한 전달 영역을 포함하는 메인 영역; 및 상기 메인 영역으로부터 연장되고, 양이온을 추가로 저장하기 위한 추가 영역을 포함하며, 상기 배리어층은, 상기 추가 영역에 저장된 양이온의 직접적인 음극으로의 전달을 억제하기 위하여 상기 추가 영역을 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 양극 합제에 배치되어 양이온의 음극으로의 전달경로를 조절할 수 있는 이온 배리어층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 양극 활물질의 용량은 증가되면서도, 이온 석출과 같은 부작용이 방지 또는 감소되는 배터리가 제공될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 전면 사시도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 후면 사시도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 전극 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 정면도이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 상면도이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 전극 조립체의 개략도이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조에서의 이온 움직임을 나타낸 도면이다.
도 12은 다양한 실시예에 따른 절연층이 포함된 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 제1 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 14는 제2 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 15는 제3 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 16은 제4 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 전면 사시도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 후면 사시도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 전극 구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 정면도이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 상면도이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 전극 조립체의 개략도이다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조에서의 이온 움직임을 나타낸 도면이다.
도 12은 다양한 실시예에 따른 절연층이 포함된 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 제1 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 14는 제2 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 15는 제3 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 16은 제4 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 공정을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다. 프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)이 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(178)은, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102, 104 또는 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일실시예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 전면 사시도이다. 도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 후면 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(200)는, 전면(210A), 후면(210B), 및 전면(210A) 및 후면(210B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(210C)을 포함하는 하우징(210)을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 상기 하우징(210)은, 도 2의 전면(210A), 도 3의 후면(210B) 및 측면(210C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전면(210A)의 적어도 일부분은 실질적으로 투명한 전면 플레이트(202)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다. 후면(210B)은 후면 플레이트(211)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 후면 플레이트(211)는, 예를 들어, 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 측면(210C)은, 전면 플레이트(202) 및 후면 플레이트(211)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조 (또는 "측면 부재")(218)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(211) 및 측면 베젤 구조(218)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 유리, 알루미늄과 같은 금속 물질 또는 세라믹)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 전면(210A) 및/또는 상기 전면 플레이트(202)는 디스플레이(220)의 일부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(200)는, 디스플레이(220), 오디오 모듈(203, 207, 214)(예: 도 1의 오디오 모듈(170)), 센서 모듈(예: 도 1의 센서 모듈(176)), 카메라 모듈(205, 206)(예: 도 1의 카메라 모듈(180)), 키 입력 장치(217)(예: 도 1의 입력 모듈(150)), 및 커넥터 홀(208, 209)(예: 도 1의 연결 단자(178)) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(200)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 커넥터 홀(209))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이(220)는, 예를 들어, 전면 플레이트(202)의 상당 부분을 통하여 시각적으로 노출될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징(210)의 표면(또는 전면 플레이트(202))은 디스플레이(220)가 시각적으로 노출됨에 따라 형성되는 화면 표시 영역을 포함할 수 있다. 일례로, 화면 표시 영역은 전면(210A)을 포함할 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서는, 전자 장치(200)는 디스플레이(220)의 화면 표시 영역(예: 전면(210A))의 일부에 형성된 리세스 또는 개구부(opening)를 포함하고, 상기 리세스 또는 개구부와 정렬된 오디오 모듈(214), 센서 모듈(미도시), 발광 소자(미도시), 및 카메라 모듈(205) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(220)의 화면 표시 영역의 배면에, 오디오 모듈(214), 센서 모듈(미도시), 카메라 모듈(205), 지문 센서(미도시), 및 발광 소자(미도시) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
다른 실시예(미도시)에서는, 디스플레이(220)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 자기장 방식의 스타일러스 펜을 검출하는 디지타이저와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.
어떤 실시예에서는, 상기 키 입력 장치(217)의 적어도 일부가, 상기 측면 베젤 구조(218)에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(203, 207, 214)은, 예를 들면, 마이크 홀(203) 및 스피커 홀(207, 214)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(203)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(207, 214)은, 외부 스피커 홀(207) 및 통화용 리시버 홀(214)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(207, 214)과 마이크 홀(203)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(207, 214) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).
일 실시예에 따르면, 센서 모듈(미도시)은, 예를 들면, 전자 장치(200)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(미도시)은, 예를 들어, 하우징(210)의 전면(210A)에 배치된 제1 센서 모듈(미도시)(예: 근접 센서) 및/또는 제2 센서 모듈(미도시)(예: 지문 센서)을 포함할 수 있다. 센서 모듈(미도시)은 상기 하우징(210)의 후면(210B)에 배치된 제3 센서 모듈(미도시)(예: HRM 센서) 및/또는 제4 센서 모듈(미도시)(예: 지문 센서)을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서(미도시), 상기 지문 센서는 하우징(210)의 전면(210A)(예: 디스플레이(220))뿐만 아니라 후면(210B)에 배치될 수 있다. 전자 장치(200)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서(미도시) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(205, 206)은, 예를 들면, 전자 장치(200)의 전면(210A)에 배치된 전면 카메라 모듈(205), 및 후면(210B)에 배치된 후면 카메라 모듈(206), 및/또는 플래시(204)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(205, 206)은, 하나 또는 복수의 렌즈들, 이미지 센서, 및/또는 이미지 시그널 프로세서를 포함할 수 있다. 플래시(204)는, 예를 들어, 발광 다이오드 또는 제논 램프(xenon lamp)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 2개 이상의 렌즈들 (적외선 카메라, 광각 및 망원 렌즈) 및 이미지 센서들이 전자 장치(200)의 한 면에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 키 입력 장치(217)는, 하우징(210)의 측면(210C)에 배치될 수 있다. 다른 실시 예에서는, 전자 장치(200)는 상기 언급된 키 입력 장치(217) 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(217)는 디스플레이(220) 상에 소프트 키와 같은 다른 형태로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광 소자(미도시)는, 예를 들어, 하우징(210)의 전면(210A)에 배치될 수 있다. 발광 소자(미도시)는, 예를 들어, 전자 장치(200)의 상태 정보를 광 형태로 제공할 수 있다. 다른 실시 예에서, 발광 소자(미도시)는, 예를 들어, 전면 카메라 모듈(205)의 동작과 연동되는 광원을 제공할 수 있다. 발광 소자(미도시)는, 예를 들어, LED, IR LED 및/또는 제논 램프를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 커넥터 홀(208, 209)은, 예를 들면, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, USB 커넥터) 또는 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, 이어폰 잭)를 수용할 수 있는 제1 커넥터 홀(208), 및/또는 저장 장치(예: 심(subscriber identification module, SIM) 카드)를 수용할 수 있는 제2 커넥터 홀(209)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 커넥터 홀(208) 및/또는 제2 커넥터 홀(209)은 생략될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른, 전자 장치의 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 전자 장치(200)(예: 도 2 내지 도 3의 전자 장치(200))는, 전면 플레이트(220)(예: 도 2의 전면 플레이트(202)), 디스플레이(230)(예: 도 2의 디스플레이(201)), 제1 지지 부재(232)(예: 브라켓), 인쇄회로기판(240), 배터리(250), 제2 지지 부재(260)(예: 리어 케이스), 안테나(270) 및 후면 플레이트(280)(예: 도 3의 후면 플레이트(211)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(200)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 제1 지지 부재(232), 또는 제2 지지 부재(260))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다. 전자 장치(200)의 구성요소들 중 적어도 하나는, 도 2 또는 도 3의 전자 장치(200)의 구성요소들 중 적어도 하나와 동일 또는 유사할 수 있으며, 중복되는 설명은 이하 생략한다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지 부재(232)는, 전자 장치(200) 내부에 배치되어 측면 베젤 구조(231)와 연결될 수 있거나, 측면 베젤 구조(231)와 일체로 형성될 수 있다. 제1 지지 부재(232)는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속 (예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 제1 지지 부재(232)는, 일면에 디스플레이(230)가 결합되고 타면에 인쇄회로기판(240)이 결합될 수 있다. 인쇄회로기판(240)에는, 프로세서, 메모리, 및/또는 인터페이스가 장착될 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(200)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(250)(예: 도 1의 배터리(189))는 전자 장치(200)의 적어도 하나의 구성 요소(예: 카메라 모듈(212))에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 또는 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리(250)의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄회로기판(240)과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리(250)는 전자 장치(200) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(200)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 지지 부재(260)(예: 리어 케이스)는, 인쇄회로기판(240)과 안테나(270) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 지지 부재(260)는, 인쇄회로기판(240) 또는 배터리(250) 중 적어도 하나가 결합된 일면, 및 안테나(270)가 결합된 타면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나(270)는, 후면 플레이트(280)와 배터리(250) 사이에 배치될 수 있다. 안테나(270)는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나(270)는, 예를 들어, 외부 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있다. 예를 들어, 안테나(270)는 무선 충전을 위한 코일을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 측면 베젤 구조(231) 및/또는 상기 제1 지지 부재(232)의 일부 또는 그 조합에 의하여 안테나 구조가 형성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치(200)는 하우징(예: 도 2의 하우징(210)) 내에 배치된 카메라 모듈(예: 도 3의 카메라 모듈(206))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 카메라 모듈(206)은 제1 지지 부재(232) 상에 배치되고, 전자 장치(200)의 후방(예: +Z 방향)에 위치한 피사체의 이미지를 획득할 수 있는 후면 카메라 모듈(예: 도 3의 카메라 모듈(212))일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(212)의 적어도 일부는 후면 플레이트(280)에 형성된 개구(282)를 통하여 전자 장치(200)의 외부로 노출될 수 있다.
도 2 내지 도 4에서 개시되는 전자 장치(200)는 바형(bar type) 또는 평판형(plate type)의 외관을 가지고 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도시된 전자 장치는 롤러블 전자 장치나 폴더블 전자 장치일 수 있다. "롤러블 전자 장치(rollable electronic device)"라 함은, 디스플레이(예: 도 4의 디스플레이(230))의 굽힘 변형이 가능해, 적어도 일부분이 말아지거나(wound or rolled) 하우징(예: 도 2의 하우징(210))의 내부로 수납될 수 있는 전자 장치를 의미할 수 있다. 사용자의 필요에 따라, 롤러블 전자 장치는 디스플레이를 펼침으로써 또는 디스플레이의 더 넓은 면적을 외부로 노출시킴으로써 화면 표시 영역을 확장하여 사용할 수 있다. "폴더블 전자 장치(foldable electronic device)"는 디스플레이의 서로 다른 두 영역을 마주보게 또는 서로 반대 방향을 향하는(opposite to) 방향으로 접힐 수 있는 전자 장치를 의미할 수 있다. 일반적으로 휴대 상태에서 폴더블 전자 장치에서 디스플레이는 서로 다른 두 영역이 마주보는 상태로 또는 대향하는 방향으로 접히고, 실제 사용 상태에서 사용자는 디스플레이를 펼쳐 서로 다른 두 영역이 실질적으로 평판 형태를 이루게 할 수 있다. 어떤 실시예에서, 본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 전자 장치(200)는, 스마트 폰과 같은 휴대용 전자 장치뿐만 아니라, 노트북 컴퓨터나 카메라와 같은 다른 다양한 전자 장치를 포함할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 일 구현예를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 전극 구성을 나타낸 사시도이다. 도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 정면도이다. 도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 배터리의 상면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 배터리(300)는 케이스(301) 및 케이스(301) 내에 배치된 전극 조립체(310)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 배터리(300)는 다양한 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 모바일 디바이스(예: 스마트폰), 웨어러블 디바이스, 노트북 및/또는 휴대용 무선충전기를 포함할 수 있다. 이 외에도, 전력 공급이 필요한 다양한 전자 장치에 배터리(300)는 장착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(300)는 재충전 가능한 2차 전지일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(300)는 전자 장치(예: 모바일 폰) 내에 배치될 수 있는 젤리 롤(jelly roll) 배터리일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 케이스(301)는 배터리(300)의 외관을 형성하고, 전극 조립체(310)를 수용하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 케이스(301)는 전극 조립체(310)를 봉지(encapsulating)하는 파우치 또는 캔 구조물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 케이스(301)는 휘어질 수 있다. 예를 들어, 케이스(301)는 플렉서블한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 케이스(301)는 외부의 전자 장치와 전기적으로 연결되기 위한 적어도 하나의 단자(302)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배터리(300)는 전극 조립체(310), 전극 탭(320), 및/또는 보호 부재(330)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극 조립체(310)는, 양극(311), 음극 (313), 및 분리막(315)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(310)는 양극(311), 음극(313) 및 양극(311)과 음극(313)의 접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 분리막(315)을 포함하는 적어도 하나의 단위 셀일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 조립체(310)는 케이스(301) 내에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전극 조립체(310)는 감긴 롤 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(310)는 젤리 롤(jelly roll) 배터리일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 조립체(310)는 제1 방향(예: +Z 방향)을 향하는 제1 면(310a) 및 제2 방향(예: -Z 방향)을 향하는 제2 면(310b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(310)는 제1 면(310a), 제2 면(310b), 및 제1 면(310a)에서 제2 면(310b)까지 연장된 제3 면(310c)을 포함할 수 있다. 상기 제2 면(310b)은 제1 면(310a)의 반대일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 면(310a), 제2 면(310b) 및 제3 면(310c)은 양극(311), 음극(313) 또는 분리막(315) 중 하나에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예(미도시)에 따르면, 전극 조립체(310)는 적층형 배터리(stack type battery)일 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(310)는 교대로 적층된 복수의 양극(311)들, 복수의 음극(313)들, 및 복수의 분리막(315)들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극 탭(320)은, 전극 조립체(310)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(320)은 전극 조립체(310)의 양극(311) 또는 음극(313)과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 탭(320)은 전극 조립체(310)에 저장된 전력을 전극 조립체(310)의 외부로 전달하기 위한 경로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 탭(320)의 적어도 일부는 전극 조립체(310)의 외부로 돌출되어, 전자 장치(예: 도 2의 전자 장치(200))의 부품에 전력을 공급할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극 탭(320)은 양극(311)과 전기적으로 연결된 양극 탭(321) 및 음극(313)과 전기적으로 연결된 음극 탭(323)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양극 탭(321)은 양극(311)의 양극 기재(예: 도 7의 양극 기재(311a))와 연결되고, 음극 탭(323)은 음극(313)의 음극 기재(예: 도 7의 음극 기재(313a))와 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 양극 탭(321)은 복수의 지점에서 상기 양극 기재(311a)와 연결되고, 음극 탭(323)은 복수의 지점에서 상기 음극 기재(313a)와 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극 탭(320)은 전극 조립체(310)의 외부로 노출된 돌출 영역(325a, 325b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 돌출 영역(325a, 325b)은 전극 탭(320)이 전극 조립체(310)와 용접(welding)되어 결합된 접합 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극 탭(321)은 양극 돌출 영역(325a)을 이용하여 양극(311)과 연결되고, 음극 탭(323)은 음극 돌출 영역(325b)을 이용하여 음극(313)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 양극 돌출 영역(325a)은 전극 조립체(310)의 내부에서 양극(311)과 전기적으로 연결된 접합부에서 연장된 양극 탭(321)의 일 부분이고, 음극 돌출 영역(325b)은 전극 조립체(310)의 내부에서 음극(313)과 전기적으로 연결된 접합부에서 연장된 음극 탭(323)의 일 부분일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 탭(320)은 실질적으로 전극 조립체(310)의 중심에 위치할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극 탭(320)은 전극 조립체(310)의 제1 면(310a) 또는 제2 면(310b)과 실질적으로 평행한 전극 탭 면(321a, 321b, 323a, 323b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 탭(320)은 제1 면(310a)과 같은 방향(예: 제1 방향(+Z 방향))을 향하는 상면(320a)(예: 제1 양극 탭 면(321a) 및 제1 음극 탭 면(323a)) 및 제2 면(310b)과 같은 방향(예: 제2 방향(-Z 방향))을 향하는 하면(320b)(예: 제2 양극 탭 면(321b) 및 제2 음극 탭 면(323b))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양극 탭(321)은 제1 양극 탭 면(321a), 제1 양극 탭 면(321a)의 반대인 제2 양극 탭 면(321b), 및 상기 제1 양극 탭 면(321a)과 상기 제2 양극 탭 면(321b) 사이의 적어도 일부를 둘러싸는 제3 양극 탭 면(321c)을 포함할 수 있다. 음극 탭(323)은 제1 음극 탭 면(323a), 제1 음극 탭 면(323a)의 반대인 제2 음극 탭 면(323b), 및 상기 제1 음극 탭 면(323a)과 상기 제2 음극 탭 면(323b) 사이의 적어도 일부를 둘러싸는 제3 음극 탭 면(323c)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 보호 부재(330)는 배터리(300)의 단락(short)을 감소 또는 방지할 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(330)는 양극 탭(321)과 음극(313)의 접촉 및/또는 음극 탭(323)과 양극(311)의 접촉을 감소 또는 방지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)의 적어도 일부는 전극 탭(320)의 돌출 영역(325a, 325b) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(330)는 전극 탭(320)이 전극 조립체(310)에서 돌출된 부분을 감싸도록 부착될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 보호 부재(330)는 전극 조립체(310)의 변형을 감소 또는 방지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 전극 조립체(310)에서 스웰링(swelling)이 발생한 경우, 전극 조립체(310)의 팽창을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 전극 조립체(310)의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 부착될 수 있다. 상기 보호 부재(330)는 제1 면(310a)에서 돌출 영역(325a, 325b)을 지나 제2 면(310b) 까지 연장되어, 전극 조립체(310)의 형상 변형을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 양극(311), 음극(313), 및 분리막(315)의 일부를 덮을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 변형방지 테이프를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 폴리에틸렌(polyethylene terephthalate, PET) 또는 폴리이미드(polyimide)를 포함할 수 있다. 일 예로, 보호 부재(330)는 보호 테이프일 수 있다. 다른 예로, 보호 부재(330)는 액상, 고상, 또는 반고상의 재질로 형성될 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 보호 부재(330)는 양극 탭(321) 및 음극 탭(323) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 양극 탭(321)의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 보호 부재(331) 및 음극 탭(323)의 적어도 일부를 둘러싸는 제2 보호 부재(333)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 보호 부재(331)는 제1 면(310a)상에 부착된 제1 부분(331-1) 및 제2 면(310b) 상에 부착된 제2 부분(331-2)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 보호 부재(331)는 제1 양극 탭 면(321a) 상에 배치된 제1 커버 영역(331a), 및 제2 양극 탭 면(321b) 상에 배치된 제2 커버 영역(331b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 보호 부재(333)는 제1 면(310a)상에 부착된 제3 부분(333-1) 및 제2 면(310b) 상에 부착된 제4 부분(333-2)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 보호 부재(333)는 제1 음극 탭 면(323a) 상에 배치된 제3 커버 영역(333a), 및 제2 음극 탭 면(323b) 상에 배치된 제4 커버 영역(333b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 탭(320)의 측면(예: 제3 양극 탭 면(321c) 및 제3 음극 탭 면(323c))은 보호 부재(330)에 의해 덮이지 않고, 전극 조립체(310)의 외부로 노출될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 보호 부재(330)의 적어도 일부는 전극 조립체 면(310a, 310b)에서 돌출 영역(325a, 325b)을 지나 전극 탭 면(321a, 321b, 323a, 323b)까지 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)의 제1 영역(334)은 제1 면(310a)에서 돌출 영역(325a, 325b)을 지나 상면(320a)까지 연장되고, 보호 부재(330)의 제2 영역(336)은 제2 면(310b)에서 돌출 영역(325a, 325b)을 지나 하면(320b)까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호 부재(331)의 제1 영역(334)은 제1 면(310a)에서 양극 돌출 영역(325a)을 지나 제1 양극 탭 면(321a)까지 연장되고, 제1 보호 부재(331)의 제2 영역(336)은 제2 면(310b)에서 양극 돌출 영역(325a)을 지나 제2 양극 탭 면(321b)까지 연장될 수 있다. 제2 보호 부재(333)의 일부는 제1 면(310a)에서 음극 돌출 영역(325b)을 지나 제1 음극 탭 면(323a)까지 연장되고, 제2 보호 부재(333)의 다른 일부는 제2 면(310b)에서 음극 돌출 영역(325b)을 지나 제2 음극 탭 면(323b)까지 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보호 부재(330)는 양극(311), 음극(313), 및 분리막(315)을 지나서 전극 조립체(310)의 제1 면(310a)에서 제2 면(310b)으로 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하나의 전극 탭(예: 양극 탭(321) 또는 음극 탭(323))은 하나의 보호 부재(330)의 일부(예: 제1 보호 부재(331) 또는 제2 보호 부재(333))를 관통할 수 있다. 예를 들어, 양극 탭(321)은 제1 보호 부재(331)를 관통하고, 음극 탭(323)은 제2 보호 부재(333)를 관통할 수 있다. 일 실시예(미도시)에 따르면, 복수(예: 두 개)의 전극 탭(320)(예: 양극 탭(321) 및 음극 탭(323))은 하나의 보호 부재(330)의 일부를 관통할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 보호 부재(331) 및 제2 보호 부재(333)는 각각 하나의 테이프일 수 있다. 일 시시예(미도시)에 따르면, 제1 보호 부재(331) 및/또는 제2 보호 부재(333)는 복수의 테이프들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 보호 부재(331)의 제1 영역(334), 제2 영역(336), 제1 커버 영역(331a) 및 제2 커버 영역(331b)은 각각 별도의 테이프이고, 제2 보호 부재(333)의 제1 영역(334-1), 제2 영역(336-1), 제3 커버 영역(333a) 및 제4 커버 영역(333b)은 각각 별도의 테이프일 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전극 조립체의 개략도이다.
도 9를 참조하면, 전극 조립체(310)는, 양극(311), 음극(313), 및 분리막(315)을 포함할 수 있다. 도 9의 양극(311), 음극(313), 및 분리막(315)의 구성은 도 5 내지 도 8의 양극(311), 음극(313), 및 분리막(315)의 구성과 전부 또는 일부가 동일할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 양극(311)은 양극 기재(311a) 및 양극 기재(311a) 상에 배치된 양극 합제(311b)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양극 기재(311a)는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양극 합제(311b)는 전이 금속(transition metal)(예: 코발트(Co), 망간(Mn) 또는 철(Fe) 중 적어도 하나)을 포함하는 리튬(Li) 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양극 합제(311b)는 양극 기재(311a)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 양극 기재(311a)는 한 쌍의 양극 합제(311b) 사이에 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 음극(313)은 음극 기재(313a) 및 음극 합제(313b)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 음극 기재(313a)는 니켈(Ni) 및/또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 음극 합제(313b)는 흑연(graphite) 및/또는 리튬(Li) 타이타늄(Ti) 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 음극 합제(313b)는 음극 기재(313a)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 음극 기재(313a)는 한 쌍의 양극 합제(313b) 사이에 배치될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 분리막(315)은 양극(311)과 음극(313)을 물리적으로 분리하고, 지정된 물질(예: 리튬(Li) 이온)을 이동시킬 수 있는 공극(pore)을 가진 비도전성 다공체일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분리막(315)은 합성 수지(예: 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리프로필렌(polypropylene))일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전극 조립체(310)는 복수의 분리막(315)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 분리막(315)들 중 일부는 양극(311)과 음극(313) 사이에 배치되고, 다른 일부는 양극(311) 또는 음극(313) 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따른, 전극 구조체(310)는 이온 배리어 구조(예: 도 10의 이온 배리어 구조(400))를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조(예: 도 10의 이온 배리어 구조(400))는 양극(311), 음극(313), 분리막(315), 이온 배리어(예: 도 10의 이온 배리어(430)) 및/또는 절연층(예: 도 12의 절연층(440))을 포함하고, 이들의 배치 관계 또는 조합에 의해 제공될 수 있다. 이온 배리어 구조(예: 도 10의 이온 배리어 구조(400))는, 양극(311)에서 음극(313)으로 전달되는 양이온의 전달 경로를 조절하고, 배터리(300)의 용량 증가에 기여할 수 있다.
이하의 설명에서, 이온 배리어 구조를 설명하기 위하여, 전극 구조체(310)의 일부 영역(399)을 확대하여 관찰한 다양한 도면(예: 도 10 내지 도 16)들 참조하여 설명하기로 한다.
도 10은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다. 도 11은 다양한 실시예에 따른 이온 배리어 구조에서의 이온 움직임을 나타낸 도면이다. 도 12은 다양한 실시예에 따른 절연층이 포함된 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 이온 배리어 구조(400)는 분리막(415), 분리막(415)을 사이에 두고 대면 배치된 양극(411) 및 음극(413)을 포함할 수 있고, 양극(411)은 이온 배리어(430)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 양극(411)은 양극 기재(411a) 및 양극 기재(411a)에 배치된 양극 합제(411b)를 포함할 수 있다. 또한, 음극(413)은 음극 기재(413a) 및 음극 기재(413a)에 배치된 음극 합제(413b)를 포함할 수 있다. 분리막(415)는 양극 합제(411b)와 음극 합제(413b) 사이에 배치될 수 있다.
도 10 및 도 11의 양극(411), 양극 기재(411a), 양극 합제(411b), 음극(413), 음극 기재(411a), 음극 합제(411b) 및 분리막(415)에 대한 설명은, 상술한 실시예들의 양극(311), 양극 기재(311a), 양극 합제(311b), 음극(313), 음극 기재(313a), 음극 합제(313b) 및 분리막(315)에 대한 설명이 준용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 양극 합제(411b)는 배리어 수용 영역(420)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배리어 수용 영역(420)은 양극 합제(411b)의 일부가 식각되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 배리어 수용 영역(420)은 양극 합제(411b)의 가장자리 부근에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배리어 수용 영역(420)은 제1 수용 영역(420a) 및 제2 수용 영역(420b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수용 영역(420a)은 양극 합제(411b)의 전면(예컨대, 분리막(415)를 향하는 면) 가장자리 일부가 식각된 영역을 의미할 수 있고, 제2 수용 영역(420b)은 양극 합제(411b)의 측면 가장자리 일부가 식각된 영역을 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 양극 합제(411b)의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 배리어 수용 영역(420)에 위치될 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(430)는 원자층 증착 공법(atomic layer deposition), 화학적 증착 공법(chemical layer deposition) 및/또는 물리적 기상 증착법(physics vapor deposition)을 이용하여 증착될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 제1 배리어 영역(430a) 및 제2 배리어 영역(430b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 배리어 영역(430a)은 제1 수용 영역(420a)에 배치되는 이온 배리어(430)의 일부를 의미할 수 있고, 제2 배리어 영역(430b)은 제2 수용 영역(420b)에 배치되는 이온 배리어(430)의 일부를 의미할 수 있다. 다른 예로, 제1 배리어 영역(430a)은 양극 합제(411b)의 상부(예: +Z축 방향)에 배치되는 이온 배리어(430)의 일부 영역을 의미할 수 있고, 제2 배리어 영역(430b)은 양극 합제(411b)의 측면(예: -x축 방향)을 향하도록 배치되는 이온 배리어(430)의 일부를 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 이온의 투과를 방지하기 위한 재질로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 금속 질화물 일 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(430)는 TiN, TiAlN, CrN, ZrN, 또는 TiCrN를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면(도 11을 참조하면), 이온 배리어(430)는, 양극 합제(411b)의 정해진 영역을 통해 양이온들(429a, 429b)이 음극(413)으로 전달되도록 유도할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는, 양극 합제(411b)의 측면 영역(A2)에 저장된 양이온들(429a)이 양극 합제(411b)의 중앙 영역(A1)에 형성된 전달면(423)을 통해 음극(413)으로 전달되도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 측면 영역(A2)에 저장된 양이온들(429a)은 이온 배리어(430)에 의해 제1 배리어 영역(430a) 및 제2 배리어 영역(430b)가 위치하는 영역을 통하여 음극(413)으로 전달되는 것이 방지되고, 중앙 영역(A1)을 경유하여 전달면(423)을 통해 음극(413)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 상기 정해진 영역은 전달면(423)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)를 포함하는 이온 배리어 구조(400)는 추가적인 이온 저장 영역(예: 측면영역(A2))를 가질 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(430)가 없는 경우, 양극 합제(411b)는 음극(413)에서의 이온 석출(dendrite)을 방지하기 위하여, 음극 합제(413b)의 길이보다 짧게 형성(예를 들어, 제1 길이(l1)를 가지는 양극 합제(411b) 영역)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 추가적인 저장 영역(A2)에 저장된 이온들(429a)의 제1 배리어 영역(430a) 및 제2 배리어 영역(430b)이 위치하는 영역을 통한 음극(413)으로의 이동을 방지함으로써, 제1 길이(l1)를 가지는 중앙 영역(A1)에 더해 제2 길이(l2)만큼의 저장 영역(A2)이 양극 합제(411b)에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(430)는 양극 합제(411b)의 일측에만 형성될 수도 있고, 또는 양측 모두에 형성될 수 있다. 이로써, 양극 합제(411b)는 중앙 영역(A2)에 상응하는 제1 길이(l1) 및 양측에 형성된 저장 영역(A2)에 상응하는 제2 길이(l2)가 합산된 제3 길이(l3) 만큼의 폭을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제3 길이(l3)은 음극 합제(예: 도 9의 음극 합제(413b))의 폭과 대응될 수 있다. 예를 들어, 제3 길이(l3)은 음극 합제(예: 도 9의 음극 합제(413b)의 폭과 실질적으로 동일하거나, 더 길게 형성될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 길이(l1)와 제2 길이(l2)는 소정의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 길이(l2)는 제1 길이(l1)의 약 5% ~ 약 10%에 해당할 수 있다.
도 12는 절연층을 포함하는 이온 배리어 구조를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 이온 배리어 구조(400)는 절연층(440)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 절연층(440)은 양극(411)의 전기 저항을 증가시키며, 양극(411)으로부터 음극(413)까지의 전자의 이동을 억제할 수 있다. 예를 들어, 절연층(440)은 양극(411) 가장자리 영역의 절연성을 향상시키고, 외부 충격이나 내부 이물질에 의한 단락 발생을 방지할 수 있다. 도 12의 이온 배리어 구조(400)에 대한 설명은, 도 10 및 도 11의 이온 배리어 구조(400)와 전부 또는 일부가 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 절연층(440)은 이온 배리어(430)와 인접 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(440)은 이온 배리어(430)의 적어도 일부를 둘러 싸도록 배치되거나, 이온 배리어(430)와 양극 합제(411b) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 절연층(440)은 제1 절연 부분(440a) 및 제2 절연 부분(440b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부분(440a)은 제1 배리어 영역(430a)와 대응하는 절연층(440)의 일 부분을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부분(440a)는 제1 배리어 영역(430a)의 상부(예: +Z축 방향)에 배치된 절연층(440)의 일 부분을 의미할 수 있다. 또는, 분리막(415)을 향하는 절연층(440)의 일부를 의미한다고 표현할 수도 있다. 제2 절연 부분(440b)은 제2 배리어 영역(430b)와 대응하는 절연층(440)의 일 부분을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제2 절연 부분(440b)는 제2 배리어 영역(430b)의 측면(예: -X축 방향)에 배치된 절연층(440)의 일 부분을 의미할 수 있다. 또는, 측면(예: -X축 방향)을 향하는 절연층(440)의 일부를 의미할 수도 있다. 절연층(440)은 이온 배리어 구조(400)의 추가적인 절연 기능을 수행할 수 있다. 도 12에는 이온 배리어(430)의 적어도 일부를 둘러 싸도록 절연층(440)이 배치된 것으로 도시되었으나, 이는 필수적인 것은 아니며, 후술할 실시예들과 같이 절연층(440)은 이온 배리어(430)와 양극 합제(411b) 사이에 배치되는 것도 가능할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 배리어 수용 영역(420)은 이온 배리어(430) 및/또는 절연층(440)의 두께를 고려하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수용 영역(420a)의 두께는, 제1 수용 영역(420a)에 배치된 이온 제1 배리어 영역(420a) 및/또는 제1 절연 부분(440a)이 전달면(423)과 상응하도록 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 수용 영역(420b)의 두께는, 제2 수용 영역(420b)에 배치된 제2 배리어 영역(420b) 및/또는 제2 절연 부분(440b)이 분리막(415) 보다 돌출되지 않도록 형성될 수 있다. 다만, 이는 필수적인 것은 아니며, 이온 배리어(430) 및/또는 절연층(440)의 적어도 일부는 전달면(423) 보다 돌출(예: +Z축 방향으로 돌출)되도록 배치될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 길이(l1)와 제2 길이(l2)는 소정의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 길이(l2)는 제1 길이(l1)의 5% ~ 10%에 해당할 수 있다.
도 13 내지 도 16은 다양한 실시예들에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 13은 제1 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 14는 제2 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 15는 제3 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 도 16은 제4 실시예에 따른 이온 배리어 구조의 공정을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 이온 배리어(540) 및/또는 절연층(550)은 양극 합제(511b)의 가장자리 영역(516)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 양극 합제(511b)는 별도의 배리어 수용 영역(예: 도 10 및 도 11의 배리어 수용 영역(430))을 포함하지 않을 수 있고, 이온 배리어(540) 및/또는 절연층(550)은 양극 합제(511b)의 가장자리 영역(516)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 13의 양극(511)은, 상술한 실시예들의 양극(411)에 관한 설명이 준용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면(b-1를 참조하면), 이온 배리어(540)는 양극 합제(511b)의 상면(+Z축 방향 면) 가장자리 영역(515a) 및 상면 가장자리 영역(515a)와 연결된 측면(-X축 방향 면) 가장자리 영역(515b)을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(540)의 제1 배리어 영역(540a)은 상면 가장자리 영역(515a)을 커버하고, 제2 배리어 영역(540b)은 측면 가장자리 영역(515b)를 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(540)는 양극 기재(511a)의 일부를 커버하도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 제2 배리어 영역(540b)은 양극 기재(511a)의 측면(516, -X축 방향 면) 전부 또는 일부를 커버하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면(b-2를 참조하면), 절연층(550)은 이온 배리어(540)의 적어도 일부를 둘러 싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(550)의 제1 절연 부분(550a)은 제1 배리어 영역(540a)의 상부(예: +Z축 방향)에 배치되고, 제2 절연 부분(550b)은 제2 배리어 영역(540b) 상부(예: -X축 방향)에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, (b-1) 및 (b-2)에 관해 설명한 바와 유사하게, 절연층(550)이 먼저 양극 합제(511b)의 가장자리 영역(516) 및/또는 양극 기재(511a)의 측면(예: -X축 방향 면)을 커버하도록 배치되고, 절연층(550)의 상부(예: +Z축 방향)에 이온 배리어(540)이 배치될 수도 있다((c-1) 및 (c-2)).
도 14를 참조하면, 양극 합제(611b)는 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리 영역에 형성된 배리어 수용 영역(615a)을 포함할 수 있다. 도 14의 양극(611)에 관한 내용은 상술한 실시예들의 양극(311, 411, 511)에 대한 내용이 준용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 양극 합제(611b)는 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리 일부 영역이 식각될 수 있다. 예를 들어, 식각되는 양극 합제(611b)의 전면 가장자리 일부 영역은 식각 영역(619)이라고 표현할 수 있다. 예를 들어, 식각 영역(619)이 식각되어 배리어 수용 영역(615a)이 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(640) 및/또는 절연층(650)은 배리어 수용 영역(615a)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(640) 및/또는 절연층(650)의 적어도 일부는 배리어 수용 영역(615a) 배치되고, 다른 일부는 양극 합제(611b)의 측면 영역(615b) 및 양극 기재(611a)의 측면(예: -X축 방향) 전부 또는 일부를 커버하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면(b-1을 참조하면), 이온 배리어(640)의 제1 배리어 영역(640a)은 배리어 수용 영역(615a)에 배치될 수 있고, 제2 배리어 영역(640b)은 측면 가장자리 영역(615b)을 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 배리어 영역(640b)은 양극 기재(611a)의 측면(616) 전부 또는 일부를 커버하도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 제1 배리어 영역(640a)의 두께는 배리어 수용 영역(615a)의 깊이와 대응될 수 있다.
일 실시예에 따르면(b-2를 참조하면), 이온 배리어(640)가 배치된 이후, 절연층(650)은 이온 배리어(640)의 적어도 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(650)의 제1 절연 부분(650a)은 제1 배리어 영역(640a)의 상부(예: +Z축 방향)에 배치되고, 제2 절연 부분(650b)은 제2 배리어 영역(640b) 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면(b-3를 참조하면), 이온 배리어(640)가 배치된 이후, 절연층(650)은 이온 배리어(640)의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(650b)은 제2 배리어 영역(640b) 상에만 배치되거나, 또는 도시되지 않았으나 제1 배리어 영역(640a) 상에만 배치될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 절연층(650)이 먼저 배치되고 절연층(650) 상부에 이온 배리어(640)이 배치될 수 있다((c-1), (c-2) 및 (c-3)). 이 경우, (b-1), (b-2) 및 (b-3)에 관해 설명한 내용이 적용될 수 있다. 예를 들어, 절연층(650)이 양극 합제(611b)의 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리 영역에 형성된 배리어 수용 영역(615a), 측면 가장자리 영역(615b) 및/또는 양극 기재(511a)의 측면(예: -X축 방향 면)을 커버하도록 배치되고, 절연층(650)의 상부에 이온 배리어(640)가 배치될 수도 있다((c-1) 및 (c-2)).
도 15를 참조하면, 양극 합제(711b)는 측면(예: -X축 방향 면) 가장자리 영역에 형성된 배리어 수용 영역(715b)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 양극 합제(711b)의 측면 식각 영역(719)이 식각되어, 배리어 수용 영역(715b)이 형성될 수 있다. 도 15의 양극(711)에 관한 내용은 상술한 실시예들의 양극(311, 411, 511, 611)에 대한 내용이 준용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(740) 및/또는 절연층(750)의 적어도 일부는 배리어 수용 영역(715b)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(740) 및/또는 절연층(750)의 적어도 일부는 배리어 수용 영역(715b)과 양극 기재(711a)의 상면(예: +Z축 방향 면) 전부 또는 일부를 커버하도록 배치되고, 다른 일부는 양극 합제(711b)의 상면 가장자리 영역(715a)을 커버하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면(b-1를 참조하면), 먼저, 이온 배리어(740)의 제1 배리어 영역(740a)은 상면 가장자리 영역(715a)를 커버하고, 제2 배리어 영역(740b)은 배리어 수용 영역(715b)을 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 배리어 영역(740b)은 양극 기재(711a)의 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리 영역(716a)을 커버하도록 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따르면(b-2를 참조하면), 이온 배리어(740)가 배치된 이후, 절연층(750)은 이온 배리어(740)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(750)의 제1 절연 부분(750a)은 제1 배리어 영역(740a)의 상(예: +Z축 방향)에 배치되고, 제2 절연 부분(750b)은 제2 배리어 영역(740b) 상(예: -X축 방향)에 배치될 수 있다. 또한, 제2 절연 부분(750b)은 양극 기재(711a)의 측면(예: -X축 방향) 가장자리 영역(716b)를 커버하도록 배치될 수도 있다.
일 실시예에 따르면(b-3을 참조하면), 이온 배리어(740)가 배치된 이후, 절연층(750)은 이온 배리어(740)의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(750b)은 제2 배리어 영역(740b) 상에만 배치될 수 있다. 이때, 절연층(750b)은 양극 기재(711a)의 측면 가장자리 영역(716a)을 커버하도록 배치될 수도 있다. 또 다른 예로, 절연층(750b)는 제1 배리어 영역(740a) 상(예: +Z축 방향)에만 배치될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(740)와 양극 합제(711b) 사이에 절연층(750)의 적어도 일부가 배치될 수 있다((c-1), (c-2) 및 (c-3)). 이 경우, (b-1), (b-2) 및 (b-3)에 관해 설명한 내용이 적용될 수 있다. 예를 들어, 절연층(750)이 먼저 양극 합제(711b)의 상면 가장자리 영역(715a), 상면 가장자리 영역(715a)과 연결된 배리어 수용 영역(715b) 및/또는 양극 기재(711a)의 측면 가장자리 영역(716b)을 커버하도록 배치되고, 절연층(750)의 상부에 이온 배리어(740)가 배치될 수도 있다((c-1), (c-2) 및 (c-3)).
도 16을 참조하면, 양극 합제(811b)는 상면(예: +Z축 방향) 가장자리 영역에 형성된 제1 배리어 수용 영역(815a) 및 측면(예: -X축 방향) 가장자리 영역에 형성된 제2 배리어 수용 영역(815b)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 양극 합제(811b)의 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리 영역인 제1 식각 영역(819a) 및 측면(예: -X축 방향 면) 가장자리 영역인 제2 식각 영역(819b)이 식각되어, 제1 배리어 수용 영역(815a) 및 제2 배리어 수용 영역(815b)이 형성될 수 있다. 도 16의 양극(811)에 관한 내용은 상술한 실시예들의 양극(311, 411, 511, 611, 711)에 대한 내용이 준용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 이온 배리어(840) 및/또는 절연층(850)은 제1 배리어 수용 영역(815a) 및 제2 배리어 수용 영역(815b)에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(840) 및/또는 절연층(850)의 적어도 일부는 제1 배리어 수용 영역(815a)을 커버하도록 배치되고, 다른 일부는 제2 배리어 수용 영역(815b)과 양극 기재(811a)의 상면(816a) 및/또는 측면(816b) 전부 또는 일부를 커버하도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면(b-1, 또는 b-2를 참조하면), 먼저, 이온 배리어(840)의 제1 배리어 영역(840a)은 제1 배리어 수용 영역(815a)를 커버하고, 제2 배리어 영역(840b)은 제2 배리어 수용 영역(815b)을 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(840)의 적층 이후, 절연층(850)이 이온 배리어(840) 상부에 적층될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 부분(850a)는 제1 배리어 영역(840a)에 배치되고, 제2 절연 부분(850b)은 제2 배리어 영역(840b) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 배리어 영역(840a)과 제1 절연 부분(850a)의 두께의 합은 제1 배리어 수용 영역(815a)의 깊이와 상응할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 배리어 영역(840b) 및 제2 절연 부분(850b)의 적층 두께는 제2 배리어 수용 영역(815b)의 깊이와 대응될 수 있고, 제2 배리어 영역(840b) 및 제2 절연 부분(850b)는 양극 기재(811a)의 상면(예: +Z축 방향 면) 가장자리(816a)의 전부 또는 일부를 커버하도록 배치될 수 있다. 또는, 제2 배리어 영역(840b)의 두께와 제2 배리어 수용 영역(815b)의 깊이가 서로 대응되어, 제2 배리어 영역(840b)의 적어도 일부는 양극 기재(811a)의 상면 가장자리(816a)를 커버하고, 제2 절연 부분(850b)은 양극 기재(811a)의 측면(예: -X축 방향 면) 가장자리(816b)를 커버하도록 배치될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면(b-3, 또는 b-4를 참조하면), 배리어 수용 영역(815)의 깊이와 이온 배리어(840)의 적층 두께는 서로 상응할 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(840)는 제1 및 제2 배리어 수용 영역(815a, 815b) 및 양극 기재(811a)의 상면 가장자리 영역(816a)을 커버하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(840)의 적층 이후, 절연층(850)은 양극 합제(811b)의 전면 일부 및/또는 측면에서 돌출되도록 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 절연층(850)은 이온 배리어(840)의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(850b)은 제2 배리어 영역(840b) 상에만 배치될 수 있다. 이때, 절연층(850b)는 양극 기재(811a)의 측면 가장자리(816b)를 커버하도록 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 절연층(850)은 이온 배리어(840)를 모두 커버하도록 배치됨과 동시에, 양극 기재(811a)의 측면 가장자리(816b)를 커버하도록 배치될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면(b-1, b-2, b-3 및 b-4를 참조하면), 이온 배리어(840) 및/또는 절연층(850)이 증착되는 두께는, 배리어 수용 영역(815)의 깊이를 고려하여 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이온 배리어(840) 및 절연층(850)이 적층되는 두께의 합은 배리어 수용 영역(815)의 깊이와 대응될 수 있다. 예를 들어, 제1 배리어 영역(840a) 및 제1 절연 부분(850a)의 두께의 합은 제1 식각 영역(819a)의 두께와 대응할 수 있고, 제2 배리어 영역(840b) 및 제2 절연 부분(850b)의 두께의 합은 제2 식각 영역(819b)의 두께와 대응할 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(840) 및/또는 절연층(850)이 증착되는 두께는, 양극 합제(811b)가 식각된 영역의 두께(예컨대, 제1 식각 영역(819a) 및 제2 식각 영역(819b))를 고려하여 결정될 수 있다고도 표현할 수 있다. 다른 예에 따르면, 이온 배리어(840) 또는 절연층(850) 중 하나의 적층 두께는 배리어 수용 영역(815)의 깊이와 대응될 수 있다. 예를 들어, 이온 배리어(840)의 두께가 식각 영역(819)의 두께와 대응할 수 있고, 이온 배리어(840)의 상부에 절연층(850)이 적층됨으로써, 절연층(850)은 이온 배리어(840)의 상부(예: +Z축 방향) 및/또는 측부(예: -X축 방향)에 돌출되도록 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 절연층(850)이 먼저 배치되고 절연층(850) 상부에 이온 배리어(840)가 배치될 수 있다. 다른 예로, 이온 배리어(840)와 양극 합제(811) 사이에 절연층(850)이 배치될 수 있다.((c-1), (c-2),(c-3) 및 (c-4)). 이 경우, (b-1), (b-2), (b-3) 및 (b-4))에 관해 설명한 내용이 적용될 수 있다.
이상의 실시예들에서, 양극 합제(411b, 511b, 611b, 711b, 811b)의 일부 영역이 식각되는 것에 대해 중점적으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이고, 본 개시의 사상이 이에 국한되어서는 안된다. 예시적으로, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 양극 합제(411b, 511b, 611b, 711b, 811b)의 식각과 관련된 실시예들은, 양극 합제(411b, 511b, 611b, 711b, 811b)의 코팅 두께를 조절하여 달성될 수도 있다. 일 예로, 양극 합제(예: 도 10의 양극 합제(411a))의 배리어 수용 영역(예: 도 10의 배리어 수용 영역(420))은, 양극 합제(예: 도 10의 양극 합제(411a))의 측면 영역(예: 도 11의 측면 영역(A2))에 해당하는 양극 활물질층이 중앙 영역(예: 도 11의 중앙 영역(A1))보다 얇게 코팅되어 제공될 수도 있다. 이와 유사하게, 본 개시의 식각과 관련된 모든 실시예들은, 양극 합제의 코팅 두께를 조절함으로서 달성될 수 있음이 이해될 것이다.
다양한 실시예에 따르면, 음극 기재층(예: 도 9의 음극 기재층(313a)) 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층(예: 도 9의 음극 합제(313b))을 포함하는 음극(예: 도 9의 음극(313)); 상기 음극과 대면 배치된 양극(예: 도 9의 양극(311))으로서, 양극 기재층(예: 도 9의 양극 기재(311a)); 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층(예: 도 9의 양극 합제(311b)); 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층(예: 도 10의 이온 배리어(430))을 포함하는 양극; 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막(예: 도 9의 분리막(415))을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역(예: 도 11의 중앙 영역(A1)) 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역(예: 도 11의 측면 가장자리 영역(A2))을 포함하고, 상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층의 상면 가장자리 영역으로부터 상기 가장자리 영역과 이어진 측면 적어도 일부 영역을 포함하는 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층 상면 가장자리의 적어도 일부가 식각되어 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층 측면의 적어도 일부가 식각되어 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층의 상면 일부 및 상기 양극 합제층의 측면 적어도 일부가 식각되어 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은, 상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자의 이동을 억제하기 위한 절연층(예: 도 12의 절연층(440));을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 배리어층의 적어도 일부와 상응하고, 상기 배리어층의 내측 또는 외측에 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층은, 상기 양극 기재층의 적어도 일부까지를 더 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은 금속 질화물 또는 폴리머 재질 중 적어도 하나의 재질로 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은 원자층 증착 공정(atomic layer deposition)을 이용하여 증착된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 음극 합제층의 폭과 상기 양극 합제층의 폭은 서로 대응되는 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배터리는, 젤리롤(jelly-roll) 타입 또는 스택(stack) 타입을 포함하는 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역의 두께는, 상기 제1 영역의 두께보다 작게 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층의 상면 가장자리의 적어도 일부가 식각되어 형성되거나, 상기 양극 합제층의 중앙 영역보다 얇게 코팅되어 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역의 길이는, 상기 제1 영역의 길이의 5% ~ 10%로 형성된 배터리가 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 음극 기재층(예: 도 9의 음극 기재(313a)) 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층(예: 도 9의 음극 합제(313b))을 포함하는 음극(예: 도 9의 음극(313)); 상기 음극과 대면 배치된 양극(예: 도 9의 양극(311))으로서, 양극 기재층(예: 도 9의 양극 기재(311a)); 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층(예: 도 9의 양극 합제(311b)); 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층(예: 도 11의 이온 배리어(430))을 포함하는 양극; 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막(예: 도 9의 분리막(415))을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 양이온을 저장하고, 상기 음극으로 양이온을 전달하기 위한 전달 영역을 포함하는 메인 영역(예: 도 11의 중앙 영역(A1)); 및 상기 메인 영역으로부터 연장되고, 양이온을 추가로 저장하기 위한 추가 영역(예: 도 11의 추가 영역(A2))을 포함하며, 상기 배리어층은, 상기 추가 영역에 저장된 양이온의 직접적인 음극으로의 전달을 억제하기 위하여 상기 추가 영역을 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 추가 영역의 적어도 일부가 식각되어 형성된 배리어 수용 영역(예: 도 10의 배리어 수용 영역(420))을 포함하고, 상기 배리어층은 상기 배리어 수용 영역에 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은 상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자의 이동을 억제하기 위한 절연층(예: 도 12의 절연층(440));을 더 포함하고, 상기 절연층은 상기 배리어층의 내측 또는 외측 적어도 일부와 상응하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 절연층은 상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은 금속 질화물 또는 폴리머 재질을 포함하는 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배리어층은, 원자층 증착 공정(atomic layer deposition) 공법에 의해 증착된 배터리가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 양극 합제층 및 상기 음극 합제층의 폭은 서로 대응되는 배터리가 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 프로세서; 및 상기 프로세서에 전원을 공급하기 위한 배터리(예: 도 6의 배터리(300));를 포함하고, 상기 배터리는, 음극 기재층(예: 도 10의 음극 기재(413a)) 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층(예: 도 10의 음극 합제(413b))을 포함하는 음극(예: 도 10의 음극(413)); 상기 음극과 대면 배치된 양극(예: 도 10의 양극(411))으로서, 양극 기재층(예: 도 10의 양극 기재(411a)); 상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층(예: 도 10의 양극 합제(411b)); 및 상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층(예: 도 10의 이온 배리어(430))을 포함하는 양극(예: 도 10의 양극(411)); 및 상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막(예: 도 10의 분리막(415))을 포함하고, 상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역(예: 도 11의 중앙 영역(A1)) 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역(예: 도 11의 측면 가장자리 영역(A2))을 포함하고, 상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리가 제공될 수 있다.
이상, 본 문서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 전자 장치
300: 배터리
411: 양극 413: 음극
415: 분리막 430: 이온 배리어
300: 배터리
411: 양극 413: 음극
415: 분리막 430: 이온 배리어
Claims (20)
- 배터리에 있어서,
음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극;
상기 음극과 대면 배치된 양극으로서,
양극 기재층;
상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층; 및
상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 및
상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고,
상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역을 포함하고,
상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층의 상면 가장자리 영역으로부터 상기 가장자리 영역과 이어진 측면의 적어도 일부 영역을 포함하는 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 영역의 두께는, 상기 제1 영역의 두께보다 작게 형성된 배터리.
- 제3 항에 있어서,
상기 제2 영역은, 상기 양극 합제층의 상면 가장자리의 적어도 일부가 식각되어 형성되거나, 상기 양극 합제층의 중앙 영역보다 얇게 코팅되어 형성된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 영역의 길이는, 상기 제1 영역의 길이의 5% ~ 10%로 형성된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 배리어층은,
상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
전자의 이동을 억제하기 위한 절연층;을 더 포함하고,
상기 절연층은 상기 배리어층의 적어도 일부의 내측 또는 외측에 배치된 배터리.
- 제7 항에 있어서,
상기 절연층은, 상기 양극 기재층의 적어도 일부까지를 더 커버하도록 배치된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 배리어층은 금속 질화물 또는 폴리머 재질 중 적어도 하나의 재질로 형성된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 배리어층은 화학적 증착 공정(Chemical layer deposition), 물리적 기상 증착법(physics vapor deposition), 또는 원자층 증착 공정(atomic layer deposition)중 어느 하나를 이용하여 증착된 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 음극 합제층의 폭과 상기 양극 합제층의 폭은 서로 대응되는 배터리.
- 제1 항에 있어서,
상기 배터리는, 젤리롤(jelly-roll) 타입 또는 스택(stack) 타입을 포함하는 배터리.
- 음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극;
상기 음극과 대면 배치된 양극으로서,
양극 기재층;
상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층; 및
상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 및
상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고,
상기 양극 합제층은,
양이온을 저장하고, 상기 음극으로 양이온을 전달하기 위한 전달 영역을 포함하는 메인 영역; 및
상기 메인 영역으로부터 연장되고, 양이온을 추가로 저장하기 위한 추가 영역을 포함하며,
상기 배리어층은, 상기 추가 영역에 저장된 양이온의 직접적인 음극으로의 전달을 억제하기 위하여 상기 추가 영역을 커버하도록 배치된 배터리.
- 제13 항에 있어서,
상기 추가 영역은, 상기 메인 영역보다 두께가 적게 형성된 배리어 수용 영역을 포함하고,
상기 배리어층은 상기 배리어 수용 영역에 배치된 배터리.
- 제13 항에 있어서,
상기 배리어층은 상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리.
- 제13 항에 있어서,
전자의 이동을 억제하기 위한 절연층;을 더 포함하고,
상기 절연층은 상기 배리어층의 적어도 일부의 내측 또는 외측에 배치된 배터리.
- 제16항에 있어서,
상기 절연층은 상기 양극 기재층의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 배터리.
- 제13 항에 있어서,
상기 배리어층은 금속 질화물 또는 폴리머 재질을 포함하는 배터리.
- 제13 항에 있어서,
상기 배리어층은, 화학적 증착 공정(Chemical layer deposition), 물리적 기상 증착법(physics vapor deposition), 또는 원자층 증착 공정(atomic layer deposition)중 어느 하나를 이용하여 증착된 배터리.
- 전자 장치에 있어서,
프로세서; 및
상기 프로세서에 전원을 공급하기 위한 배터리;를 포함하고,
상기 배터리는,
음극 기재층 및 상기 음극 기재층 상에 음극 활물질이 코팅된 음극 합제층을 포함하는 음극;
상기 음극과 대면 배치된 양극으로서,
양극 기재층;
상기 양극 기재층 상에 양극 활물질이 코팅된 양극 합제층;
상기 양극 합제층으로부터 이온 전달을 억제하기 위한 배리어층을 포함하는 양극; 및
상기 음극 및 상기 양극 사이에 배치된 분리막을 포함하고,
상기 양극 합제층은, 상기 양극 합제층의 중앙 영역에 위치한 제1 영역 및 상기 양극 활물질층의 가장자리에 위치한 제2 영역을 포함하고,
상기 배리어층은, 상기 이온의 상기 제1 영역으로부터 상기 음극까지의 상기 이온의 직접적인 전달을 제한하기 위하여, 상기 제2 영역의 적어도 일부를 커버하도록 배치된 전자 장치.
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