WO2013183866A1 - 적층 박막 전지 - Google Patents

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WO2013183866A1
WO2013183866A1 PCT/KR2013/004258 KR2013004258W WO2013183866A1 WO 2013183866 A1 WO2013183866 A1 WO 2013183866A1 KR 2013004258 W KR2013004258 W KR 2013004258W WO 2013183866 A1 WO2013183866 A1 WO 2013183866A1
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thin film
film battery
current collector
positive electrode
electrode current
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노대성
고재환
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지에스나노텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a thin film battery, and more particularly, to a high capacity, an external terminal can be easily implemented, and a laminated thin film battery which can omit a separate surface barrier after lamination.
  • a thin film battery is a battery made thin by thinning the components of a basic battery.
  • the thickness of several microns ( ⁇ m) on a thin substrate is deposited through a deposition method such as chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). Is manufactured.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • Thin film battery has many advantages such as low explosion risk by using solid electrolyte like LiPON, excellent stability at high temperature, low self-discharge rate, and excellent life characteristics.
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2009-0113106 discloses a high capacity thin film battery module in which unit thin film batteries are stacked.
  • the first thin film battery and the second thin film battery are formed such that the first surface (current collector forming surface) of the first thin film battery and the second surface (lower substrate surface) of the second thin film battery face each other. Are stacked.
  • An object of the present invention is to provide a laminated thin film battery that can exhibit a high capacity, and can also omit the formation of a thick barrier after lamination and can easily implement external terminals.
  • the first thin film battery and the second thin film battery each of which has a positive current collector and a negative current collector formed on a first surface thereof, face each other. Stacked in the shape of a view, the positive current collectors of the first thin film battery and the second thin film battery are electrically connected to the positive electrode terminal, and the negative current collectors of the first thin film battery and the second thin film battery are connected to the negative electrode terminal. It is characterized by being electrically connected.
  • a sealing layer is formed between the first thin film battery and the second thin film battery.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal may be electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the first thin film battery or the second thin film battery with a conductive tape, a metal paste, and a conductive adhesive.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal may be electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the first thin film battery or the second thin film battery by a thermal bonding method or an ultrasonic bonding method.
  • the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is fixed to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the first thin film battery or the second thin film battery with a tape, an adhesive or a paste, the first thin film battery or the first by a wire bonding method It may be electrically connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the two thin film battery.
  • a cathode current collector is formed on the first side of the first surface, a cathode current collector is formed on the second side, and the second thin film battery is formed on the second side of the first surface.
  • a positive current collector may be formed, and a negative current collector may be formed on the first side.
  • a cathode current collector is formed on the first side of the first surface
  • a cathode current collector is formed on the second side
  • the second thin film battery is formed on the first side of the first surface.
  • a positive current collector is formed
  • a negative current collector is formed on the second side
  • each positive current collector is electrically connected to the positive terminal
  • each negative current collector is electrically connected to the negative terminal.
  • the double-side conductive structure having an insulating portion for separating the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be disposed between the first thin film battery and the second thin film battery.
  • the second thin film battery may be stacked with the first thin film battery rotated 180 ° in the horizontal direction.
  • the second thin film battery may be stacked with the first thin film battery by being rotated 360 ° in a horizontal direction, and wiring portions having a shape intersecting with each other may be provided in the double-side current-carrying structure.
  • the first thin film battery and the second thin film battery may include a positive electrode current collector and a negative electrode current collector formed on a substrate, a positive electrode formed on the positive electrode current collector, and a negative electrode formed on the negative electrode current collector; It may include an electrolyte formed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the first thin film battery and the second thin film battery may further include a barrier covering a remaining portion except for a portion of the cathode current collector and the cathode current collector.
  • the first thin film battery and the second thin film battery can be connected in parallel through battery stacking, thereby exhibiting high capacity.
  • the laminated thin film battery according to the present invention has a structure in which the first thin film battery and the second thin film battery are stacked in a form in which the surfaces on which the current collectors are formed face each other, so that a separate thick barrier does not have to be formed after the lamination.
  • the multilayer thin film battery according to the present invention forms a surface in which a current collector is formed to face each other, an external terminal may be easily implemented between the first thin film battery and the second thin film battery.
  • Figure 1 shows an example of a thin film battery that can be applied to the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate a laminated thin film battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and 5 illustrate a laminated thin film battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 and 7 illustrate a laminated thin film battery according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 8 schematically shows a double-sided energizing structure that can be applied to the third embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows an example of a thin film battery that can be applied to the present invention.
  • a thin film battery includes a cathode current collector (CCC) 120, an anode 130, and an anode current collector (ACC) 140 on a substrate 110.
  • the electrolyte 150 and the negative electrode 160 each have a structure in which a thin film is sequentially stacked.
  • Such a thin film battery has all elements formed of a solid thin film, and is manufactured to have a very thin thickness of several micrometers to several tens of micrometers except for the substrate 110.
  • the thin film battery used in the present invention is not limited to this type and may have various shapes.
  • the thin film battery is not large in itself, two or more thin film batteries can be electrically connected to exhibit high capacity, and structurally, two or more thin film batteries are required to be stacked. Do.
  • two thin film batteries are stacked, but unlike the related art, a thin film battery having a structure in which a current collector is formed facing each other is provided.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate a laminated thin film battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the laminated thin film battery according to the present invention basically includes a first thin film battery 210a, a second thin film battery 210b, a negative electrode terminal 220a, and a positive electrode terminal 220b. .
  • positive current collectors 211 and 213 and negative current collectors 212 and 214 are formed on a first surface thereof.
  • the first thin film battery 210a and the second thin film battery 210b are stacked in such a manner that their first surfaces face each other.
  • the positive electrode current collectors 211 and 213 of the first thin film battery 210a and the second thin film battery 210b are electrically connected to the positive electrode terminal 220b in common
  • the first thin film battery 210a Cathode current collectors 212 and 214 of the second thin film battery 210b are electrically connected to the negative electrode terminal 220a in common.
  • the stacked structure in which the first surfaces of the first thin film battery 210a and the second thin film battery 210b face each other is the first thin film because the first surfaces of the thin film battery vulnerable to moisture immersion face each other.
  • the second surface of the battery 210a is not exposed upward or the second surface of the second thin film battery 210b is not exposed downward. That is, in the laminated structure of the thin film battery applied to the present invention, the second surface corresponding to the back surface of the substrate, which is relatively resistant to moisture penetration, is exposed to the upper part or the lower part. Therefore, in order to prevent moisture from penetrating through the thin film battery surface after lamination, a process of forming a separate barrier having a thickness of about several tens of micrometers may be omitted on the first surface of the top thin film battery.
  • the stacked structure in which the first surfaces of the first thin film battery 210a and the second thin film battery 210b face each other may include the negative electrode terminal 220a and the positive electrode terminal 220b connected to the outside. And 210b), the external terminal can be easily formed.
  • a sealing layer 230 of FIG. 3 may be further formed between the first surface of the first thin film battery and the first surface of the second thin film battery.
  • the sealing layer 230 may be formed on the front surface or a portion between the first surface of the first thin film battery and the first surface of the second thin film battery, and may be formed at an edge as shown in FIG. 3.
  • the sealing layer 230 may be formed of epoxy, CPP (Casted Polypropylene), Surlyn, glass, or the like.
  • epoxy it may be formed by a heat curing method, an ultraviolet curing method, and the like, and CPP, serine, glass, or the like may be formed by a heat fusion method.
  • the negative electrode terminal 220a and the positive electrode terminal 220b may be fixed to the first thin film battery 210a or the second thin film battery 210a by using a conductive tape, metal paste, heat, ultrasonic waves, wire, or the like.
  • the positive electrode current collector 213 adhered to the positive electrode current collector 211 and the negative electrode current collector 212 on the first surface of the first thin film battery 210a or on the first surface of the second thin film battery 210b.
  • a cathode current collector 214 a cathode current collector 214.
  • the cathode terminal 220a and the anode terminal 220b are cathode current collectors 211 and 213 of the first thin film battery 210a or the second thin film battery 210b using a conductive tape, a metal paste, or a conductive adhesive. And fixed to the cathode current collectors 212 and 214 and electrically connected thereto.
  • the cathode terminal 220a and the anode terminal 220b may be the cathode current collectors 211 and 213 and the cathode of the first thin film battery 210a or the second thin film battery 210b also by a thermal bonding method or an ultrasonic bonding method.
  • the current collectors 212 and 214 may be electrically connected to each other while being fixed.
  • the cathode terminal 220a and the anode terminal 220b may be a cathode current collector 211 and 213 and a cathode current collector of the first thin film battery 210a or the second thin film battery 210b by wire bonding. 212, 214 may be electrically connected.
  • 213 and the cathode current collectors 212 and 214 are preferably fixed to the cathode terminal 220a and the anode terminal 220b.
  • the first thin film battery 210a and the second thin film battery 210b are inverted.
  • a cathode current collector 211 is formed on a first side of the first surface, and a cathode current collector (2) is spaced apart from the second side. 212) is formed.
  • the cathode current collector 213 is formed on the second side of the first surface, and the cathode current collector 214 is formed on the first side.
  • FIG. 4 and 5 illustrate a laminated thin film battery according to a second embodiment of the present invention.
  • the first surface on which the positive electrode current collector 414 and the negative electrode current collector 413 are formed are stacked to face each other.
  • the positive electrode current collector 412 of the first thin film battery 410a and the positive electrode current collector 414 of the second thin film battery 410b are commonly connected to the positive electrode terminal 421a, and the first thin film battery 410a.
  • the first thin film battery and the second thin film battery have the same shape instead of the inverted shape.
  • the positive electrode current collector 412 is formed on the first side of the first surface
  • the negative electrode current collector 411 is formed on the second side spaced apart from the first thin film battery 410a.
  • a cathode current collector 414 is formed on the first side of the first surface
  • a cathode current collector 413 is formed on the second side.
  • the double-sided conductive structure 420 has respective negative current collectors 411 and 413 electrically connected to the negative terminal 421a, and each positive current collector 412 and 414 is connected to the positive terminal 421b. It is electrically connected, and has an insulating portion 425 for electrically separating the cathode current collectors 411 and 413 and the anode current collectors 412 and 414.
  • the double-sided conductive structure 420 may be disposed between the first thin film battery 410a and the second thin film battery 410b.
  • the first thin film battery 410 a is stacked in a horizontally rotated direction by 180 ° with respect to the second thin film battery 410 b.
  • each of the positive electrode current collectors 412 and 414 may be located at one side, and each of the negative electrode current collectors 411 and 413 may be located at the other side. Can be simplified.
  • the positive electrode terminal 421a and the negative electrode terminal 421b may be integrally formed on the double-sided electricity supply structure 420.
  • the terminals 421a and 421b may be adhered to the double-side conductive structure 420 with a metal paste or a conductive tape.
  • these terminals 421a and 421b may be formed of a metal paste, a conductive tape, or the like for the positive current collector 412 or 414 and the negative current collector 411 of the first thin film battery 410a or the second thin film battery 410b.
  • the double-side conductive structure 420 may be electrically connected to the terminals 421a and 421b.
  • FIG. 6 and 7 illustrate a laminated thin film battery according to a third embodiment of the present invention.
  • the first surface on which the positive electrode current collector 613 and the negative electrode current collector 614 are formed are stacked to face each other.
  • the positive electrode current collector 611 of the first thin film battery 610a and the positive electrode current collector 613 of the second thin film battery 610b are commonly connected to the positive electrode terminal 621b, and the first thin film battery 610a. ) Is connected to the negative electrode terminal 621a in common with the negative electrode current collector 612 and the negative electrode current collector 614 of the second thin film battery 610b.
  • first thin film battery and the second thin film battery are not formed to be opposite to each other, but are formed in the same shape.
  • the first thin film battery 610a is stacked with the second thin film battery 610b rotated by 0 ° or 360 ° in the horizontal direction.
  • the anode current collector 611 of the first thin film battery 610a and the cathode current collector 614 of the second thin film battery 610b face each other, and the cathode current collector of the first thin film battery 610a is facing each other.
  • the whole 612 and the positive electrode current collector 613 of the second thin film battery 610b face each other.
  • Figure 8 schematically shows a double-sided energizing structure that can be applied to the third embodiment of the present invention.
  • wiring portions 810a and 810b intersecting with each other are provided inside the double-side conductive structure, and the remaining portion is an insulating portion 820. It can be formed into).
  • the positive electrode terminal 621b and the negative electrode terminal 621a are integrally formed on the double-sided electricity conducting structure 620, like the multilayer thin film battery illustrated in FIGS. 4 and 5. It may be bonded to the double-sided conductive structure 620, or may be bonded to the positive electrode current collector (611 or 613) and the negative electrode current collector (612 or 614) of the first thin film battery (610a) or the second thin film battery (610b). have.
  • the first thin film battery and the second thin film battery as shown in Figure 1, the positive electrode current collector 120 and the negative electrode current collector 140 formed on the substrate 110, and the positive electrode current collector ( A cathode 130 formed on the anode 130 and the cathode current collector 140, and an electrolyte 150 formed between the anode 130 and the cathode 160. .
  • the substrate 110 may be formed of metal, glass, mica, polymer, or the like.
  • first thin film battery and the second thin film battery cover the remaining portions except for a part of the positive electrode current collector 120 and the negative electrode current collector 140, and the negative electrode 160 of each thin film battery reacts.
  • a barrier 170 for preventing moisture from penetrating into each of the thin film cells and preventing the negative electrode of the first thin film battery and the negative electrode of the second thin film battery from contacting each other. can do.
  • the barrier 170 may be formed in a film form or a thin film form.
  • the thickness of the barrier 170 is not particularly limited, but it is more preferable to form a minimum thickness capable of suppressing the reaction of the cathode, and the thickness of the barrier 170 is preferably about 1 to 10 ⁇ m. This corresponds to a significantly thinner thickness than a barrier of several tens of micrometers or more formed on a conventional thin film battery.
  • the multilayer thin film battery according to the present invention has a structure in which the first thin film battery and the second thin film battery are stacked in a form in which the first surfaces on which the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are formed face each other. It is not necessary to form a separate thick barrier after lamination.
  • the multilayer thin film battery according to the present invention forms a surface in which a current collector is formed to face each other, an external terminal may be easily implemented between the first thin film battery and the second thin film battery.

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Abstract

고용량을 발휘할 수 있으며, 적층 후 표면에 별도의 배리어를 형성하지 않아도 되는 적층 박막 전지에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 적층 박막 전지는 제1면에 양극전류집전체 및 음극전류집전체가 형성된 제1박막전지 및 제2박막전지가 각각의 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층되어 있으며, 상기 제1박막전지와 제2박막전지의 양극전류집전체들이 양극단자에 전기적으로 접속되고, 상기 제1박막전지와 제2박막전지의 음극전류집전체들이 음극단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

적층 박막 전지
본 발명은 박막전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고용량을 발휘할 수 있으며, 외부 단자 구현이 용이하고, 적층 후 별도의 표면 배리어 생략이 가능한 적층 박막 전지에 관한 것이다.
박막전지는 기본적인 전지의 구성 요소들을 박막화하여 두께를 얇게 만든 전지이다.
박막전지는 양극/전해질/음극의 모든 구성요소가 고체상태로 이루어져 있으며, CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 등의 증착 방법을 통하여 얇은 기판 상에 수 마이크론(㎛) 내외의 두께로 제조된다.
박막전지는 LiPON과 같은 고체전해질 사용으로 폭발위험이 적으며, 고온에서도 안정성이 우수하며, 자가방전율이 낮고, 수명 특성이 우수한 점 등 여러가지 장점이 있다.
한편, 박막전지는 그 자체로는 용량이 작기 때문에, 용량을 높이기 위해서 단위 박막전지들을 적층하여, 2개 이상의 박막전지를 전기적으로 접속하는 기술이 제시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0113106호(2009.10.29. 공개)에는 단위 박막전지들을 적층한 형태의 고용량 박막전지 모듈이 개시되어 있다.
상기 문헌에 의하면, 제1박막전지의 제1면(집전체 형성면)과, 제2박막전지의 제2면(기판 하부면)이 서로 마주보는 형태로, 제1박막전지와 제2박막전지가 적층되어 있다.
그러나 이러한 형태의 박막전지 적층 구조의 경우, 적층 후 최상부에 위치하는 박막전지 상에 수분 침투 방지를 위한 두꺼운 배리어를 형성하여야 하고, 또한, 외부 단자 구현이 어렵다.
본 발명의 목적은 고용량을 발휘할 수 있으며, 아울러 적층 후 두꺼운 배리어 형성을 생략할 수 있으며, 외부 단자 구현이 용이한 적층 박막 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 적층 박막 전지는 제1면에 양극전류집전체 및 음극전류집전체가 형성된 제1박막전지 및 제2박막전지가 각각의 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층되어 있으며, 상기 제1박막전지와 제2박막전지의 양극전류집전체들이 양극단자에 전기적으로 접속되고, 상기 제1박막전지와 제2박막전지의 음극전류집전체들이 음극단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1박막전지 및 제2박막전지 사이에는 실링층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극단자 및 음극단자는 전도성 테이프, 금속 페이스트, 전도성 접착제로 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되면서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 양극단자 및 음극단자는 열 접합 방식 또는 초음파 접합 방식에 의해서도 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되면서 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 양극단자 및 음극단자는 테이프, 접착제 또는 페이스트로 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되고, 와이어 본딩 방식에 의해 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 전기적으로 연결될 수도 있다.
이때, 상기 제1박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며, 상기 제2박막전지는 제1면의 제2측에 양극전류집전체가 형성되고, 제1측에 음극전류집전체가 형성될 수 있다.
반대로, 상기 제1박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며, 상기 제2박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며, 각각의 양극전류집전체들이 상기 양극 단자에 전기적으로 접속되고, 각각의 음극전류집전체들이 상기 음극 단자에 전기적으로 접속되며, 상기 양극전류집전체와 음극전류집전체를 분리하기 위한 절연부를 갖는 양면 통전 구조물이 상기 제1박막전지와 제2박막전지 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2박막전지가 상기 제1박막전지에 대하여, 수평 방향으로 180° 회전한 형태로 적층될 수 있다. 또한, 상기 제2박막전지가 상기 제1박막전지에 대하여, 수평 방향으로 360° 회전한 형태로 적층되며, 상기 양면 통전 구조물 내부에는 서로 교차하는 형태의 배선부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1박막전지와 제2박막전지는 기판 상에 형성된 양극전류집전체 및 음극전류집전체와, 상기 양극전류집전체 상에 형성되는 양극 및 상기 음극전류집전체 상에 형성되는 음극과, 상기 양극 및 음극 사이에 형성되는 전해질을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1박막전지와 제2박막전지는 상기 양극전류집전체 및 음극전류집전체의 일부를 제외하고, 나머지 부분을 덮는 배리어(barrier)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 적층 박막 전지는 전지 적층을 통하여 제1박막전지와 제2박막전지를 병렬로 연결할 수 있어서, 고용량을 발휘할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 적층 박막 전지는 집전체가 형성된 면들이 서로 마주보는 형태로 제1박막전지와 제2박막전지가 적층되는 구조를 가짐으로써, 적층 후 별도의 두꺼운 배리어를 형성하지 않아도 된다.
또한, 본 발명에 따른 적층 박막 전지는 집전체가 형성된 면들이 서로 마주보는 형태이므로, 제1박막전지와 제2박막전지 사이에 외부 단자를 쉽게 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 박막전지의 예를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 적용될 수 있는 양면 통전 구조물을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 적층 박막 전지에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 박막전지의 예를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 박막전지는 기판(110) 상에 양극전류집전체(Cathode Current Collector; CCC)(120), 양극(130), 음극전류집전체(Andoe Current Collector; ACC)(140), 전해질(150) 및 음극(160)이 각각 박막 형태로 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 이러한 박막 전지는 모든 요소가 고상 박막으로 형성되고, 기판(110)을 제외한 전체 두께가 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 정도로 매우 얇은 두께로 제조된다.
도 1에는 박막전지 형태의 하나의 예를 제시하였으나, 본 발명에 이용되는 박막 전지는 이러한 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 박막전지는 그 자체로는 용량이 크지 않기 때문에 고용량을 발휘하기 위해서 2개 이상의 박막전지를 전기적으로 접속하여 사용할 수 있으며, 이를 위하여 구조적으로는 2개 이상의 박막전지의 적층이 필요하다.
본 발명에서는 2개의 박막전지가 적층되어 있되, 종래와는 달리 집전체가 형성되어 있는 면이 서로 마주보는 구조의 적층 박막 전지를 제공한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 적층 박막 전지는, 기본적으로 제1박막전지(210a), 제2박막전지(210b), 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)를 포함한다.
제1박막전지(210a)와 제2박막전지(201b) 각각은 제1면에 양극전류집전체(211, 213) 및 음극전류집전체(212, 214)가 형성되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서는 제1박막전지(210a) 및 제2박막전지(210b)가 각각의 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층된다. 그리고, 제1박막전지(210a)와 제2박막전지(210b)의 양극전류집전체들(211, 213)이 양극단자(220b)에 전기적으로 공통 접속되고, 또한 제1박막전지(210a)와 제2박막전지(210b)의 음극전류집전체들(212, 214)이 음극단자(220a)에 전기적으로 공통 접속된다.
이와 같이, 제1박막전지(210a)와 제2박막전지(210b)의 제1면이 서로 마주보는 적층 구조는, 수분 침부에 취약한 박막전지의 제1면들이 서로 마주보는 형태이므로, 제1박막전지(210a)의 제2면이 상부로 노출되거나 제2박막전지(210b)의 제2면이 하부로 노출되지 않는다. 즉, 본 발명에 적용되는 박막전지의 적층 구조는, 상대적으로 수분 침투에 강한 기판의 배면에 해당하는 제2면이 상부 혹은 하부로 노출된다. 따라서, 적층 후에 박막전지 표면을 통하여 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해 최상부 박막전지의 제1면에 수십㎛ 정도의 두께로 형성되는 별도의 배리어를 형성하는 과정을 생략할 수 있다.
또한, 제1박막전지(210a)와 제2박막전지(210b)의 제1면이 서로 마주보는 적층 구조는, 외부에 연결되는 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)를 박막전지들(210a, 210b) 사이에 삽입할 수 있으므로, 쉽게 외부 단자를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 제1박막전지와 제2박막전지의 제1면이 서로 마주보는 적층 구조를 가지므로, 제1박막전지 및 제2박막전지의 제1면에 수분이 침투할 수 있고, 또한 먼지 등의 이물질이 들어갈 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 제1박막전지의 제1면과 제2박막전지의 제1면 사이에 실링층(도 3의 230)이 더 형성되어 있을 수 있다. 실링층(230)은 제1박막전지의 제1면과 제2박막전지의 제1면 사이의 전면에 혹은 일부에 형성될 수 있고, 도 3에 도시된 예와 같이 가장자리에 형성될 수 있다.
이러한 실링층(230)은 에폭시, CPP(Casted Polypropylene), 서린(surlyn), 글래스 등으로 형성될 수 있다. 에폭시의 경우, 열 경화 방식, 자외선 경화 방식 등으로 형성될 수 있고, CPP, 서린, 글래스 등은 열 융착 방식 등으로 형성될 수 있다.
한편, 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)는 제1박막전지(210a) 또는 제2박막전지(210a)에 고정될 수 있도록, 전도성 테이프, 금속 페이스트, 열, 초음파, 와이어 등을 이용하여 제1박막전지(210a)의 제1면의 양극전류집전체(211) 및 음극전류집전체(212)에 접착되거나 또는 제2박막전지(210b)의 제1면의 양극전류집전체(213) 및 음극전류집전체(214)에 접착될 수 있다.
보다 구체적으로, 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)는 전도성 테이프, 금속 페이스트, 전도성 접착제로 제1박막전지(210a) 또는 제2박막전지(210b)의 양극전류집전체(211, 213) 및 음극전류집전체(212, 214)에 고정되면서 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)는 열 접합 방식 또는 초음파 접합 방식에 의해서도 제1박막전지(210a) 또는 제2박막전지(210b)의 양극전류집전체(211, 213) 및 음극전류집전체(212, 214)에 고정되면서 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)는 와이어 본딩 방식에 의해 제1박막전지(210a) 또는 제2박막전지(210b)의 양극전류집전체(211, 213) 및 음극전류집전체(212, 214)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 다만, 이 경우, 음 극단자(220a) 및 양극단자(220b)의 고정을 위하여, 테이프, 접착제 또는 페이스트로 제1박막전지(210a) 또는 제2박막전지(210b)의 양극전류집전체(211, 213) 및 음극전류집전체(212, 214)에 음극단자(220a) 및 양극단자(220b)를 고정하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시된 적층 박막 전지는 제1박막전지(210a)와 제2박막전지(210b)가 반전된 형태를 갖는다.
즉, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제1박막전지(210a)는 제1면의 제1측에 양극전류집전체(211)가 형성되고, 이와 이격된 제2측에 음극전류집전체(212)가 형성되어 있다. 이에 반하여, 제2박막전지(210b)는 제1면의 제2측에 양극전류집전체(213)가 형성되고, 제1측에 음극전류집전체(214)가 형성된다.
이 경우, 별도의 양면 통전 구조물(도 4의 420, 도 6의 620)을 사용하지 않고도 바로 양극단자(220b) 및 음극단자(220a)에 접속 가능한 장점이 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5에 도시된 적층 박막 전지의 경우에도 제1박막전지(410a)의 양극전류집전체(412) 및 음극전류집전체(411)가 형성된 제1면과 제2박막전지(410b)의 양극전류집전체(414)와 음극전류집전체(413)가 형성된 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층된다. 또한, 제1박막전지(410a)의 양극전류집전체(412)와 제2박막전지(410b)의 양극전류집전체(414)가 양극단자(421a)에 공통 접속되며, 제1박막전지(410a)의 음극전류집전체(411)와 제2박막전지(410b)의 음극전류집전체(413)가 음극단자(421b)에 공통 접속된다.
다만, 도 4 및 도 5에서는 제1박막전지와 제2박막전지가 반전된 형태가 아닌 동일한 형태를 갖는다.
즉, 제1박막전지(410a)는 제1면의 제1측에 양극전류집전체(412)가 형성되고, 이와 이격된 제2측에 음극전류집전체(411)가 형성된다. 제2박막전지(410b)는 제1면의 제1측에 양극전류집전체(414)가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체(413)가 형성된다.
이 경우, 제1박막전지(410a)의 제1면과 제2박막전지(410b)의 제1면이 서로 마주보도록 적층하면서, 병렬 연결을 구현하기 위해서는 도 4에 도시된 예와 같은, 별도의 양면 통전 구조물(420)이 요구된다.
양면 통전 구조물(420)은 각각의 음극전류집전체들(411, 413)이 음극 단자(421a)에 전기적으로 접속되고, 각각의 양극전류집전체들(412, 414)이 양극 단자(421b)에 전기적으로 접속되도록 하며, 상기 음극전류집전체(411, 413)와 양극전류집전체(412, 414)를 전기적으로 분리하기 위한 절연부(425)를 갖는다.
이러한 양면 통전 구조물(420)은 제1박막전지(410a)와 제2박막전지(410b) 사이에 배치될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 적층 박막 전지의 경우, 제1박막전지(410a)가 제2박막전지(410b)에 대하여, 수평 방향으로 180° 회전한 형태로 적층된 형태를 갖는다. 이 경우, 각각의 양극전류집전체들(412, 414)이 일측에 위치하고, 각각의 음극전류집전체들(411, 413)이 다른 일측에 위치할 수 있어, 양면 통전 구조물(420)의 구조를 단순화할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 적층 박막 전지에서, 양극 단자(421a) 및 음극 단자(421b)는 양면 통전 구조물(420)에 일체형으로 형성될 수 있다. 또한 이들 단자들(421a, 421b)은 양면 통전 구조물(420)에 금속 페이스트, 도전성 테이프 등으로 접착될 수 있다. 또한, 이들 단자들(421a, 421b)은 금속 페이스트, 도전성 테이프 등으로 제1박막전지(410a) 혹은 제2박막전지(410b)의 양극전류집전체(412 또는 414) 및 음극전류집전체(411 또는 413)에 접착될 수 있으며, 이 경우 양면 통전 구조물(420)이 단자들(421a, 421b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 적층 박막 전지를 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 적층 박막 전지의 경우에도 제1박막전지(610a)의 양극전류집전체(611) 및 음극전류집전체(612)가 형성된 제1면과 제2박막전지(610b)의 양극전류집전체(613)와 음극전류집전체(614)가 형성된 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층된다. 또한, 제1박막전지(610a)의 양극전류집전체(611)와 제2박막전지(610b)의 양극전류집전체(613)가 양극단자(621b)에 공통 접속되며, 제1박막전지(610a)의 음극전류집전체(612)와 제2박막전지(610b)의 음극전류집전체(614)가 음극단자(621a)에 공통 접속된다.
또한, 제1박막전지와 제2박막전지가 서로 반대되는 형태로 형성된 것이 아닌, 동일한 형태로 형성된다.
다만, 도 6 및 도 7에 도시된 적층 박막 전지의 경우, 제1박막전지(610a)가 상기 제2박막전지(610b)에 대하여, 수평 방향으로 0° 혹은 360° 회전한 형태로 적층된다.
이 경우, 제1박막전지(610a)의 양극전류집전체(611)와 제2박막전지(610b)의 음극전류집전체(614)가 서로 마주보고, 제1박막전지(610a)의 음극전류집전체(612)와 제2박막전지(610b)의 양극전류집전체(613)가 서로 마주본다.
이러한 경우에도 별도의 양면 통전 구조물(620)이 요구된다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 적용될 수 있는 양면 통전 구조물을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 도 6 및 도 7에 도시된 적층 박막 전지를 형성하기 위하여, 양면 통전 구조물 내부에는 서로 교차하는 형태의 배선부(810a, 810b) 가 구비되고, 나머지 부분이 절연부(820)로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 적층 박막 전지에서, 양극단자(621b) 및 음극단자(621a)는 도 4 및 도 5에 도시된 적층 박막 전지와 마찬가지로, 양면 통전 구조물(620)에 일체형으로 형성되거나, 양면 통전 구조물(620)에 접착되거나, 제1박막전지(610a) 혹은 제2박막전지(610b)의 양극전류집전체(611 또는 613) 및 음극전류집전체(612 또는 614)에 접착될 수 있다.
한편, 제1박막전지와 제2박막전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 형성된 양극전류집전체(120) 및 음극전류집전체(140)와, 상기 양극전류집전체(120) 상에 형성되는 양극(130) 및 상기 음극전류집전체(140) 상에 형성되는 음극(160)과, 상기 양극(130) 및 음극(160) 사이에 형성되는 전해질(150)을 포함한다.
이때, 기판(110)은 금속, 글래스, 운모(mica), 고분자 등으로 형성될 수 있다.
또한, 제1박막전지와 제2박막전지는 양극전류집전체(120) 및 음극전류집전체(140)의 일부를 제외하고, 나머지 부분을 덮어, 각각의 박막전지의 음극(160)이 반응하는 것을 방지하고, 또한 각각의 박막전지 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하고, 제1박막전지의 음극과 제2박막전지의 음극이 서로 접촉하는 것을 방지하기 위한 배리어(barrier)(170)를 더 포함할 수 있다.
이때, 배리어(170)는 필름 형태 또는 박막 형태로 형성될 수 있다. 배리어(170)의 두께는 큰 제한은 없으나, 음극의 반응을 억제할 수 있는 최소한의 두께로 형성하는 것이 사이즈 및 제조비용 측면에서 보다 바람직하며, 대략 1~10㎛ 정도의 두께가 바람직하다. 이는 통상의 박막전지 상부에 형성되는 수십 ㎛ 이상의 배리어에 비하여 현저히 얇은 두께에 해당한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 적층 박막 전지는 양극전류집전체 및 음극전류집전체가 형성된 제1면이 서로 마주보는 형태로 제1박막전지와 제2박막전지가 적층되는 구조를 가짐으로써, 적층 후 별도의 두꺼운 배리어를 형성하지 않아도 된다.
또한, 본 발명에 따른 적층 박막 전지는 집전체가 형성된 면들이 서로 마주보는 형태이므로, 제1박막전지와 제2박막전지 사이에 외부 단자를 쉽게 구현할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 제1면에 양극전류집전체 및 음극전류집전체가 형성된 제1박막전지 및 제2박막전지가 각각의 제1면이 서로 마주보는 형태로 적층되어 있으며,
    상기 제1박막전지와 제2박막전지의 양극전류집전체들이 양극단자에 전기적으로 접속되고, 상기 제1박막전지와 제2박막전지의 음극전류집전체들이 음극단자에 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1박막전지의 제1면 및 제2박막전지의 제1면 사이에 실링층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실링층은
    에폭시, CPP(Casted Polypropylene), 서린(surlyn) 및 글래스 중에서 선택되는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극단자 및 음극단자는
    전도성 테이프, 금속 페이스트, 전도성 접착제로 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되면서 전기적으로 연결되거나,
    열 접합 방식 또는 초음파 접합 방식으로 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되면서 전기적으로 연결되거나,
    테이프, 접착제 또는 페이스트로 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 고정되고, 와이어 본딩 방식에 의해 상기 제1박막전지 또는 제2박막전지의 양극전류집전체 및 음극전류집전체에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며,
    상기 제2박막전지는 제1면의 제2측에 양극전류집전체가 형성되고, 제1측에 음극전류집전체가 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며,
    상기 제2박막전지는 제1면의 제1측에 양극전류집전체가 형성되고, 제2측에 음극전류집전체가 형성되며,
    각각의 양극전류집전체들이 상기 양극 단자에 전기적으로 접속되고, 각각의 음극전류집전체들이 상기 음극 단자에 전기적으로 접속되며, 상기 양극전류집전체와 음극전류집전체를 분리하기 위한 절연부를 갖는 양면 통전 구조물이 상기 제1박막전지와 제2박막전지 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1박막전지가 상기 제2박막전지에 대하여, 수평 방향으로 180° 회전한 형태로 적층되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1박막전지가 상기 제2박막전지에 대하여, 수평 방향으로 360° 회전한 형태로 적층되고,
    상기 양면 통전 구조물 내부에는 서로 교차하는 형태의 배선부가 구비되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1박막전지와 제2박막전지는
    기판 상에 형성된 양극전류집전체 및 음극전류집전체와,
    상기 양극전류집전체 상에 형성되는 양극 및 상기 음극전류집전체 상에 형성되는 음극과,
    상기 양극 및 음극 사이에 형성되는 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1박막전지와 제2박막전지는
    상기 양극전류집전체 및 음극전류집전체의 일부를 제외하고, 나머지 부분을 덮는 배리어(barrier)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 박막전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배리어는
    필름 형태 또는 박막 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 박막전지.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기판은
    금속, 글래스, 운모(mica) 및 고분자 중에서 선택되는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 박막 전지.
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