KR20090009598A - 무선 충전용 선형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 전지에 무선 충전용 코일을 부가하여 구성된 무선 충전용 선형 전지에 관한 것으로, 무선으로 충전할 수 있는 선형 전지를 제공함으로써 기존의 유선 충전 방식에 비해 매우 편리하게 전지의 충전을 수행할 수 있으며, 전지의 형상으로부터 예상되는 충전시의 문제점을 해결함으로써 충전효율을 향상시킬 수 있게 한다.

무선충전, 선형전지, 코일

Description

무선 충전용 선형 전지 {Wire type batteries for wireless charge}

본 발명은 무선 충전방식을 적용한 선형 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 선형 전지에 코일을 삽입하여 무선 충전이 가능하도록 한 전지에 관한 것이다.

휴대용 전자기기는 나노기술과 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술의 개발에 힘입어 점차 소형화됨과 동시에 다기능성을 갖는 형태로 진보되고 있다. 이에, 선형 전지는 전자기기의 수납공간의 활용과 전지 자체의 작은 체적을 통하여 전자기기의 변천에 호응할 수 있으므로 이들의 주전원 혹은 보조전원으로써 주목을 받고 있다. 특히 소형의 선형 전지는 몸에 착용이 가능한 형태로 제작함으로써 미래의 입는 컴퓨터에 대응할 수 있는 전원 시스템으로써 그 역할이 기대되고 있다.

선형 전지는 단면 직경에 대하여 길이의 비가 매우 큰 전지를 지칭하며, 통상의 상용전지의 형태(각형, 코인형 또는 원통형 전지)와는 크기와 외형에서 구별 되며, 구성 요소들(전극, 전해질, 집전체)의 단면 형상에 따라 구분될 수 있다(도 1a 및 1b 참조).

이러한 선형 전지는 전지의 체적에 비해 표면적이 매우 큰 전극 및 집전체 소자로 구성됨으로 인해 전자의 원활한 흐름이 기존의 상용전지에 비해 상대적으로 어렵게 된다.

단면적 대비 길이의 비율이 매우 큰 전지에 있어서 기존의 유선 충전방식을 그대로 적용할 경우, 전지 내부에 있는 전극 전반에 걸쳐 충전이 되기보다는, 상기 현상으로 인해 외부 도선과 집전체(혹은 전극)의 접촉부위에 국한되어 충전이 일어날 수 있다. 또한, 전류 밀도가 높은 고속 충전 시에는 저항의 영향이 상대적으로 크게 작용함으로 그 충전효율은 더욱 낮아지게 된다.

한편, 종래 전지의 충전 방식으로 사용되어 왔던 유선 충전 방식에 대응하여, 최근 무선 충전이 가능한 시스템이 소개되었으며, 여기에는 마이크로파를 이용하는 방법과 전자기 유도 방법이 있다.

마이크로파를 이용하는 방법은 공중선으로 전파되어온 마이크로파 전력을 안테나를 통해 수신하여 다이오드 및 필터로 구성된 정류 회로를 통해 직류 전류로 변환시킴으로써 전지를 충전시키는 방법이며, 전자기 유도방법은 전류가 흐르면 자기장이 생기고, 이 자기장이 다시 새로운 전류를 발생시키는 원리를 이용한 방법이다. 패드의 전원을 켜면 패드 내부의 1차 코일에서 자기장이 발생하며, 이 자기장은 휴대폰 등 전자기기의 전력수신부에 있는 2차 코일에 유도 전류를 발생시키고, 이 전류가 전자기기 내부 혹은 외부의 배터리를 충전시키는 것이다.

이와 같은 무선 충전 방식은 전지의 길이가 무한히 길어도 공명 및 전자기를 유도할 수 있는 매체(코일)를 전지의 내부에 삽입함으로써 충전을 가능케 할 뿐만 아니라, 특히 전자기 유도의 방식에 있어서는 기존의 상용전지에 비해 체적이 감소됨으로써 상대적으로 낮은 외부 자장으로부터 전지내부에 전류를 유도할 수 있는 장점을 갖게 된다.

또한, 선형 전지를 응용함에 있어, 2개 이상의 선형전지를 복합적으로 이용할 수 있는 장점을 가지고 있어, 이러한 선형 전지에 무선 충전방식의 도입함으로써 전지 각각을 개별적으로 유선 충전시키는 방식에 비해 매우 편리하고 간단하게 전지를 충전할 수 있게 된다. 현재까지 이러한 무선 충전방식을 적용하여 선형 전지를 제조하고, 이를 활용한 사례는 보고 된 바 없는 실정이다.

본 발명자들은 전자기기의 수납공간의 활용과 전지 자체의 작은 체적을 통하여 전자기기의 변천에 호응할 수 있는 선형 전지의 장점을 극대화시키는 한편, 유선 충전시 발생할 수 있는 단점을 극복하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 무선 충전 방식이 가능하도록 구성된 선형 전지를 제공하는 데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 선형 전지 내부에 매체(코일)를 삽입하여 무선 충전이 가능하도록 하여 상용전지에 비해 체적을 감소시킴과 동시에 상대적으로 낮은 외부 자장으로부터 전지내부에 전류를 유도할 수 있도록 함으로써 달성되었다.

본 발명은 내부 집전체, 음극 또는 양극의 내부전극, 전해질, 양극 또는 음극의 외부전극, 외부 집전체 및 피복재로 구성된 선형 전지에 있어서, 선형 내부 집전체를 중심으로 상기 요소들이 순차적으로 코팅되어 구성되며, 상기 외부 집전체와 피복재 사이에 무선 충전용 코일이 추가로 권선되어 이루어진 단일 심지형 무선 충전용 선형 전지를 제공한다.

또한, 본 발명은 선형 집전체 상에 개별적으로 코팅되어 형성된 다수개의 선형 음극 및 양극이 전해질 내부에 삽입되고, 무선 충전용 코일이 전해질 외부에 코팅되어 형성된 다중 심지형 무선 충전용 선형 전지를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 다중 심지형 선형 전지에 있어서, 무선 충전용 코일이 전해질 외각에 삽입되어 형성된 다중 심지형 무선 충전용 선형 전지를 제공한다.

또한, 본 발명은 내부 집전체, 음극, 전해질, 양극, 외부 집전체 및 무선 충전용 코일이 순서대로 적층되고, 외부를 피복재로 피복하여 형성된 무선 충전용 선형 전지를 제공한다.

본 발명은 무선 충전방식을 선형 전지의 충전에 이용함으로써 기존 의 유선 충전 방식에 비해 매우 편리하게 전지의 충전을 수행할 수 있으며, 선형 전지의 형상으로부터 야기되는 국부적인 충전 문제점을 전지내부에 유도 코일이 삽입되는 전지구조를 제공함으로써 해결할 수 있다. 또한 이러한 선형 전지는 소형 전자기기 및 입는 컴퓨터등의 미래 전자사업의 전원부로 그 응용 가능성이 높기 때문에, 전지 산업상 매우 유용한 발명이다.

이하에서 본 발명의 무선 충전용 선형 전지의 세부적인 구조를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 무선 충전용 선형 전지는 단면 모양에 따라 원형 단면(도 1a) 및 각형 단면(도 1b)의 형태로 이루어질 수 있다.

원형 단면 형태를 갖는 전지는 다시 세부적으로 단일 심지형(도 2a)과 다중 심지형(도 2b)으로 분류할 수 있다.

도 2a에 도시한 바와 같은 단일 심지형 선형 전지 (10)은 내부 집전체 (11)를 중심으로 음극 또는 양극 내부 전극 (12), 전해질 (13), 양극 또는 음극 외부 전극 (14) 및 외부 집전체 (15)가 차례로 피복 또는 코팅되어 구성될 수 있다.

이렇게 구성된 단일 심지형 선형 전지 (10)를 무선 충전이 가능하도록 하기 위하여, 최외각에 피복제 (17)를 피복하기 전에, 외부에서 인가되는 전자기장 및 마이크로파의 공명을 유도하여 각각의 환경에서 전력을 생산할 수 있는 기능을 하 는 코일 (16)을 권선한다.

이러한 전지의 구성은 전지의 용도 혹은 특성을 고려하여 양극 및 음극의 위치를 바꾸어 구성할 수 있다.

내부 또는 외부 전극(음극 또는 양극)으로는 활물질을 분말형태로 제조하여 바인더와 함께 집전체에 접착시켜 제조된 것을 사용하거나, 물리?화학적 박막제조공정을 통하여 제작된 박막으로 제조된 전극 박막을 사용할 수 있다.

코일의 재료는 전기전도도가 높은 물질을 이용하는 것이 바람직하며, Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Au(금), Pt(백금), Ag(은) 혹은 이들의 합금, 또는 초전도체물질, 예를 들어, MgB₂, REBa₂Cu₃O_{7 -δ}(여기서, RE=Y, Nd, Gd 또는 SM과 같은 희토류 원소임)로 구성된 군으로부터 선택되는 것들이 대표적으로 사용될 수 있다. 또한, 전지의 외각에 삽입되는 코일의 형상은 단순 선형타입, 솔레노이드형 타입, 판상형 타입이 가능하다.

도 2b에 도시한 바와 같은 다중 심지형 선형 전지 (20)은, 각각 선형 집전체 (21) 상에 음극 (22) 및 양극 (24)을 피복 또는 코팅하여 선형태로 2개 이상 개별 전극을 제조하여, 이들을 전지내부의 전해질 (24)에 삽입한 형태로 구성될 수 있다.

상기의 개별 전극은 음극 (22) 및 양극 (24)을 집전체 (21) 상에 상기 전극 제조방법을 이용하여 형성시킬 수 있으며, 전해질 (23) 기지 내에 각각 심지의 형태로 삽입된다.

이어서, 무선 충전을 위해 추가되는 코일 (25)은 도면에 도시한 바와 같이 전해질 (24) 기지의 외각에 삽입된다.

도 3은 본 발명 각형 단면을 갖는 무선 충전용 선형 전지 (30)의 일 실시형태를 나타낸 것으로, 내부에는 집전체 (31), 음극 (32), 전해질 (33), 양극 (34), 집전체 (31), 무선 충전용 코일 (35)이 순서대로 적층되어 있고 외부를 피복재 (36)로 피복한 형태로 구성되어 있다. 또한, 양극 및 음극의 배열은 전지의 특성에 따라 바뀔 수 있다.

전극은 상기에서 예시한 제조 방법과 동일하게 제조할 수 있으나, 전극의 지지대로 단면이 판상형인 지지대를 이용하여 제작할 수도 있다. 각형 단면을 갖는 전지의 경우 코일은 전극의 상부 혹은 하부에 삽입되는 것이 바람직하며, 경우에 따라 전지의 최외각을 감싸는 구조로 제조될 수 있다.

상기에서 제시한 형태는 단위 선형 전지의 구조에 관한 것이며, 용도에 따라 이들을 2개 이상으로 조합하여 사용할 수도 있다.

선형 전지를 자장이 변하는 패드 위에 일직선 또는 나선형으로 놓으면 충전용 코일에 유기 전압이 발생한다. 이 전압을 다이오드 정류기 등의 충전회로를 통해 선형 전지의 음극과 양극에 연결하면 전류가 흘러 충전하게 된다. 따라서 일정 시간동안 선형전지를 자장이 변하는 패드 위에 놓아두면 전지는 만 충전된다.

도 1은 본 발명에 따른 무선 충전용 선형 전지의 형상을 개략적으로 나타낸 도로서, a)와 b)는 단면의 형상에 따라 원형 단면과 각형 단면을 예시한 도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 무선 충전용 선형 전지로서 단일 심지형 선형 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.

도 2b는 본 발명에 따른 무선 충전용 선형 전지로서 다중 심지형 선형 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.

도 3은 본 발명에 따른 단면이 각형인 선형 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.

<도면 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 단일 심지형 선형 전지

11, 21, 31 내부 집전체

12, 22, 32 음극 또는 양극 내부 전극

13, 23, 33 전해질

14, 24, 34 양극 또는 음극 외부 전극

15, 21, 31 외부 집전체

16, 25,35 코일

17, 36 피복재

20 다중 심지형 선형 전지

30 각형 단면을 갖는 무선충전용 선형 전지

Claims (5)

1. 내부 집전체, 음극 또는 양극의 내부전극, 전해질, 양극 또는 음극의 외부전극, 외부 집전체 및 피복재로 구성된 선형 전지에 있어서, 선형 내부 집전체를 중심으로 상기 요소들이 순차적으로 코팅되어 구성되며, 상기 외부 집전체와 피복재 사이에 무선 충전용 코일이 추가로 권선되어 이루어진 단일 심지형 무선 충전용 선형 전지.
2. 내부 집전체, 양극, 전해질, 음극, 외부 집전체 및 피복재로 구성된 선형 전지에 있어서, 선형 집전체 상에 개별적으로 코팅되어 형성된 다수개의 선형 음극 및 양극이 전해질 내부에 삽입되고, 무선 충전용 코일이 전해질 외부에 코팅되어 형성된 다중 심지형 무선 충전용 선형 전지.
3. 제2항에 있어서, 상기 무선 충전용 코일이 전해질 외각에 삽입되어 형성된 것임을 특징으로 하는 무선 충전용 선형 전지.
4. 내부 집전체, 음극, 전해질, 양극, 외부 집전체 및 코일이 순서대로 적층되고, 외부를 피복재로 피복하여 형성된 것임을 특징으로 하는 무선 충전용 선형 전지.
5. 제1항 내지 제5항 주 어느 한 항에 있어서, 상기 코일이 Cu, Al, Ti, Au, Pt, Ag 또는 이들의 합금, 또는 MgB₂, REBa₂Cu₃O_{7 -δ}(여기서, RE=Y, Nd, Gd 또는 SM과 같은 희토류 원소임)로 구성된 군으로부터 선택되는 재료로 제조된 것임을 특징으로 하는 무선 충전용 선형 전지.

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