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KR20160089105A - 플렉서블 배터리 - Google Patents

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KR20160089105A
KR20160089105A KR1020150008596A KR20150008596A KR20160089105A KR 20160089105 A KR20160089105 A KR 20160089105A KR 1020150008596 A KR1020150008596 A KR 1020150008596A KR 20150008596 A KR20150008596 A KR 20150008596A KR 20160089105 A KR20160089105 A KR 20160089105A
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장주희
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Abstract

플렉서블 배터리가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 플렉서블 배터리는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고, 상기 한 쌍의 전극단자는 상기 외장재에 형성된 한 쌍의 노출공을 통해 적어도 일부가 외부로 직접 노출되는 것을 특징으로 한다.

Description

플렉서블 배터리{Flexible battery}
본 발명은 플렉서블 배터리에 관한 것이다.
전자제품의 디지털화와 고성능화 등으로 소비자의 요구가 바뀜에 따라 시장 요구도 박형 및 경량화와 고에너지 밀도에 의한 고용량을 지니는 전원 공급 장치의 개발로 흐름이 바뀌고 있는 상황이다.
이러한 소비자의 요구를 충족시키기 위해 고에너지 밀도 및 대용량의 리튬이온 이차전지, 리튬이온 고분자전지, 슈퍼커패시터(전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor) 및 수도 커패시터(Pseudo capacitor)) 등과 같은 전원 공급 장치가 개발되고 있다.
최근, 휴대용 전화기, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 전자기기의 수요가 지속적으로 증가하고 있고, 특히 두루마리형 디스플레이, 플렉서블 전자종이(flexible e-paper), 플렉서블 액정표시장치(flexible liquid crystal display, flexible-LCD), 플렉서블 유기발광다이오드(flexible organic light-emitting diode, flexible-OLED) 등이 적용된 플렉서블 모바일 전자기기에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라, 플렉서블 모바일 전자기기를 위한 전원 공급 장치 역시 플렉서블한 특성을 갖는 것이 요구되고 있다.
이와 같은 특성을 반영할 수 있는 전원 공급 장치 중 하나로 플랙서블 배터리가 개발되고 있다.
플랙서블 배터리는 플랙서블한 성질을 지닌 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-메탈 하이드라이드 배터리, 니켈-수소 배터리, 리튬이온 배터리 등을 들 수 있다. 특히, 리튬이온 배터리는 납 축전지와, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리, 니켈-아연 배터리 등 다른 배터리와 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 높은 활용도를 갖는다.
상기 리튬이온 배터리는 액체 전해질을 사용하는데, 주로 금속캔을 용기로 하여 용접한 형태로 사용되고 있다. 하지만, 금속캔을 용기로 사용하는 원통형 리튬이온 배터리는 형태가 고정되므로 전기 제품의 디자인을 제한하는 단점이 있고 부피를 줄이는데 어려움이 있다.
특히, 앞서 언급했듯이 모바일 전자기기는 발전되어 박막화되고 소형화될 뿐만 아니라 플렉서블하여, 기존의 금속캔을 사용한 리튬이온 배터리나, 각형 구조의 배터리는 상기와 같은 모바일 전자기기에 적용하기 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 구조적인 문제를 해결하기 위해 최근, 전해질을 두 전극과 세퍼레이터를 포함하는 파우치에 넣고 실링하여 사용하는 파우치형 배터리가 개발되고 있다.
이러한 파우치형 배터리는 가요성(flexible)을 갖는 소재로 제작되어 다양한 형태로 제조가 가능하며, 높은 질량당 에너지밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 배터리(1)는 외장재(10)의 내부에 전극조립체(20)가 봉지된 형태로 구비되며, 상기 전극조립체(20)의 양극 및 음극에 구비된 한 쌍의 전극단자(21,22)가 별도의 연결단자(31,32)를 통해 외장재(10)의 외부로 일정길이 돌출된다.
이에 따라, 상기 외장재(10)의 내부에는 상기 한 쌍의 전극단자(21,22)와 연결단자(31,32)를 상호 연결하기 위한 공간이 요구된다. 이로 인해, 상기 외장재(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(20)는 전체적인 크기 또는 면적이 상기 공간을 제외한 영역으로 제한된다.
이와 같은 데드스페이스(D)로 인하여 외장재(10)의 내부에 수용되는 전극조립체(20)의 전체용량이 줄어들 수밖에 없어 배터리의 용량을 늘리는 데 제약이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전극조립체에 구비되는 한 쌍의 전극단자가 외장재의 밀봉부를 통하여 적어도 일부가 외부로 직접 노출되도록 함으로써 데드스페이스를 줄여 더 많은 용량을 갖는 플렉서블 배터리를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 플렉서블 배터리는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고, 상기 한 쌍의 전극단자는 상기 외장재에 형성된 한 쌍의 노출공을 통해 적어도 일부가 외부로 직접 노출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외장재는 상기 전극조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 테두리를 따라 상기 전극조립체 및 전해액을 밀봉하는 밀봉부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 노출공은 상기 밀봉부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 노출공은 상기 외장재의 동일면 상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 노출공 중 어느 하나는 상기 외장재의 일면에 구비되고 다른 하나는 상기 외장재의 타면에 구비될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 전극단자는 상기 노출공과 대응되는 위치에 일정높이 돌출된 돌출부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴이 구비되고, 상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 서로 일치하는 패턴을 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질층이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재의 패턴과 동일한 패턴이 구비될 수 있다.
또한, 상기 분리막은 부직포층; 및 상기 부직포층의 일면 또는 양면에 적층된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노 섬유를 함유한 나노섬유웹층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 플렉서블 배터리는, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 전해액과 함께 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 테두리를 따라 배치되어 상기 전극조립체 및 전해액을 밀봉하는 밀봉부를 포함하는 외장재; 및 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되고, 상기 외장재의 외측으로 일정길이 돌출되는 한 쌍의 전극단자;를 포함하고, 상기 한 쌍의 전극단자는 상기 밀봉부의 표면으로부터 일정깊이 각각 관통형성되는 한 쌍의 노출공을 통해 적어도 일부가 외부로 직접 노출된다.
본 발명의 플렉서블 배터리에 의하면, 전극조립체에 구비되는 한 쌍의 전극단자가 외장재의 밀봉부를 통하여 적어도 일부가 외부로 직접 노출되도록 함으로써 데드스페이스를 없애 보다 많은 용량을 갖는 배터리를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 배터리를 나타낸 전체개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리를 나타낸 전체사시도이다.
도 3은 도 2에서 외장재의 내부에 플렉서블 배터리가 내장된 상태를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 A-A단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 노출공의 다양한 형성위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 배터리를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 외장재 및 전극조립체에 형성되는 패턴의 다양한 형태를 나타낸 개략도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 패턴의 다양한 형상을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 세부구성을 나타낸 확대단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리에서 하우징이 적용된 상태를 나타낸 전체개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극조립체(110), 외장재(120) 및 한 쌍의 전극단자(131,132)를 포함한다.
상기 전극조립체(110)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 외장재(120)의 내부에 전해액과 함께 봉지되는 것으로, 양극(112)과 음극(116) 사이에 분리막(114)이 배치되어 양극(112) 및 음극(116)이 분리막(114)에 의해 분리된 형태일 수 있다.
이때, 상기 양극(112)은 양극집전체(112a) 및 양극 활물질(112b)을 포함하고, 상기 음극(116)은 음극집전체(116a) 및 음극 활물질(116b)을 포함하며, 상기 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 상기 분리막(114)과 일체화될 수 있다.
여기서, 상기 음극집전체(116a) 및 양극집전체(112a)는 몸체로부터 각각 연장되는 음극단자(132) 및 양극단자(131)가 각각 형성된다. 이와 같은 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 전극조립체(110)를 외부의 기기와 전기적으로 연결하기 위한 것이며, 상기 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a) 각각의 몸체로부터 일정길이 연장된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 의한 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 단부가 상기 외장재(120)의 밀봉부(123)의 길이중간에 위치하도록 배치됨으로써 상기 외장재(120)의 외측으로 돌출되지 않도록 구비된다.
즉, 본 발명에서는 외부와의 전기적인 연결을 위하여 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)를 밀봉부(123) 측에 위치시킴으로써 별도의 연결단자를 사용하지 않고 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)가 직접 연결될 수 있도록 한다.
이를 위해, 상기 밀봉부(123) 측에는 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)를 외부로 노출하기 위한 별도의 노출공(126)이 각각 형성된다. 이에 따라, 상기 양극단자(131) 및 음극단자(132)는 상기 노출공(126)과 대응되는 영역을 제외한 나머지 부분은 상기 외장재(120)를 통해 밀봉됨으로써 외부로 노출되지 않게 된다.
상기 노출공(126) 및 밀봉부(123)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 상기 분리막(114)은 부직포층(114a)과 이 부직포층의 일면 또는 양면에 적층된 나노섬유웹층(114b)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 나노섬유웹층(114b)은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유일 수 있다.
바람직하게는 상기 나노섬유웹층(114b)의 형성시 방사성 및 균일한 기공형성을 확보하기 위해 폴리아크릴니트릴 나노섬유만으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 나노섬유웹층(114b)의 상기 폴리아크릴로니트릴 나노섬유는 평균직경 0.1 ~ 2㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 1.0㎛일 수 있다.
이는, 상기 나노섬유의 평균직경이 0.1㎛미만 이면 분리막이 충분한 내열성을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 2㎛를 초과하면 분리막의 기계적 강도는 우수하나 분리막의 탄성력이 오히려 감소할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 부직포층(114a)을 구성하는 부직포는 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐알코올(PVA, polyvinyl alcohol), 폴리설폰(polysulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아마이드(polyamide), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP,polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly methylmethacrylate) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 부직포층은 무기첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 무기첨가제는 SiO, SnO, SnO2, PbO2, ZnO, P2O5, CuO, MoO, V2O5, B2O3, Si3N4, CeO2, Mn3O4, Sn2P2O7, Sn2B2O5, Sn2BPO6, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SiO2, Al2O3 및 PTFE 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 무기첨가제인 무기물 입자는 평균입경이 10 ~ 50 nm일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 30 nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 nm일 수 있다.
더불어, 상기 분리막의 평균두께는 10 ~ 100㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있다.
이는, 분리막의 평균두께가 10㎛ 미만이면 분리막이 너무 얇아서 배터리의 반복적인 구부러짐 및/또는 펴짐에 의한 분리막의 장기적인 내구성을 확보할 수 없을 수 있고, 100㎛를 초과하면 플렉서블 배터리의 박육화에 불리하므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
그리고, 상기 부직포층은 평균두께 10 ~ 30㎛으로, 바람직하게는 15~ 30㎛로 형성시키고, 상기 나노섬유웹층은 평균두께 1 ~ 5㎛를 갖는 것이 좋다.
상기 양극 집전체 및/또는 음극 집전체는 박형의 금속 호일로 이루어질 수 있고, 일정 길이를 갖는 띠 형상으로 형성되며 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄,크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금 및 이들의 조합에 의하여 제조되는 금속 호일로 이루어질 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCoxMyO2(0 ≤ x ≤1, 0 ≤y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속)와 같은 리튬-전이금속산화물을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다.
그리고, 상기 음극 활물질(116b)은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질(116b)로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 섬유, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 그러나 본 발명은 상기 음극 활물질로 종류가 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 양극 활물질(112b) 및 음극 활물질(116b)은 양극집전체(112a) 또는 음극집전체(116a)로부터 박리를 방지하고, 양극 활물질층 및 음극 활물질충의 크랙을 방지하기 위하여 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 성분을 함유할 수 있다.
상기 외장재(120)는 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 내부에 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 수용함으로써 외력으로부터 상기 전극조립체(110)를 보호하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 외장재(120)는 한 쌍의 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b)로 구비되고, 테두리를 따라 접착제를 통해 밀봉됨으로써 내부에 수용된 상기 전해액 및 전극조립체(110)가 외부로 노출되는 것을 방지하고 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지한다.
즉, 상기 외장재(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전극조립체(110) 및 전해액을 내부에 수용하기 위한 수용부(122)와, 상기 수용부(122)의 테두리를 따라 상기 전극조립체(110) 및 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 밀봉되는 밀봉부(123)를 포함한다.
이러한 외장재(120)는 상기 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b)가 두 개의 부재로 이루어진 후 서로 맞접하는 밀봉부(123)가 접착제를 통해 밀봉될 수도 있고, 하나의 부재로 이루어지고 폭방향 또는 길이방향을 따라 반으로 접혀진 후 맞접하는 나머지 밀봉부(123)가 접착제를 통해 밀봉될 수도 있음을 밝혀둔다.
이때, 상기 외장재(120)에는 상기 전극조립체(110)의 양극(112) 및 음극(116)과 각각 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극단자(131,132)의 일부를 외부로 노출하기 위한 노출공(126)이 구비된다.
여기서, 상기 노출공(126)은 상기 외장재(120) 중 밀봉부(123) 측에 형성됨으로써 상기 수용부(122)에 수용된 전해액이 상기 노출공(126)을 통해 외부로 누설되는 것을 방지하도록 한다.
여기서, 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)는 상술한 바와 같이 양극집전체(112a) 및 음극집전체(116a)의 몸체로부터 각각 연장되는 양극단자 및 음극단자를 지칭한다.
이러한 노출공(126)은 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)와 대응되는 위치에 상기 외장재(120)의 외부면으로부터 관통형성되어 상기 밀봉부(123)에 위치한 전극단자(131,132)가 외부로 직접 노출될 수 있도록 한다.
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전극조립체(110)에 구비된 한 쌍의 전극단자(131,132)가 상기 노출공(126)을 통해 외부로 직접 노출됨으로써 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)와 각각 연결되는 별도의 연결단자를 사용할 필요가 없게 된다.
더불어, 상기 연결단자를 사용할 필요가 없게 되므로 상기 수용부(122)의 크기 및 면적과 동일한 크기 및 면적을 갖는 전극조립체(110)를 사용할 수 있어 연결단자의 사용시 발생되는 데드스페이스를 없앨 수 있게 되므로 종래와 동일한 크기의 플렉서블 배터리를 제조하더라도 종래대비 전극조립체(110)의 면적 및 크기의 증가를 통해 보다 많은 용량을 갖는 플렉서블 배터리의 제조가 가능하게 된다.
이와 같은 한 쌍의 노출공(126)은 상기 제1외장재(120a) 및 제2외장재(120b) 중 적어도 어느 하나에 각각 형성될 수 있다.
즉, 도 5a, 도 5c 및 도 5e에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 노출공(126)은 상기 제1외장재(120a) 또는 제2외장재(120b)측에만 구비될 수도 있고, 도 5b, 도 5d 및 도 5f에 도시된 바와 같이 하나는 제1외장재(120a)에 형성되고 나머지는 제2외장재(120b)에 각각 형성될 수도 있다.
더불어, 상기 한 쌍의 노출공(126)은 상기 외장재(120)의 폭방향을 따라 일정간격 이격되도록 배치될 수도 있고(도 5a, 도 5b), 상기 외장재(120)의 길이방향을 따라 간격을 두고 이격되도록 배치될 수도 있으며(도 5c, 도 5d), 외장재의 길이방향 또는 폭방향을 이등분하는 가상의 중심선을 기준으로 대각방향에 위치하도록 형성될 수도 있다(도 5e, 도 5f).
한편, 상기 한 쌍의 전극단자(131,132)에는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 노출공(126)과 대응되는 위치에 일정높이 돌출되는 돌출부(133)가 구비될 수 있다.
이러한 돌출부(133)는 플렉서블 배터리를 보조배터리나 시계줄 등과 같은 제품의 적용시 상기 제품과의 전기적인 연결구조를 형성함에 있어 상기 노출공(126)을 통한 전극단자(131,132)와의 접속이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 돌출부(133)는 일정높이를 갖는 별도의 부재가 부착되는 형태로 구비될 수도 있고, 상기 전극단자가 상부로 절곡되는 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
상기 외장재(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 적어도 일면에 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴(124)이 구비될 수 있다.
이러한 패턴(124)은 상기 외장재(120)의 길이방향을 따라 산부와 골부가 반복적으로 배열되도록 형성되도록 구비된다.
구체적으로 설명하면, 상기 패턴(124)의 산부 및 골부는 상기 외장재(120)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하거나 상기 외장재(120)의 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성될 수 있다.
더불어, 상기 패턴(124)의 산부 및 골부는 서로 이웃하는 산부 및 골부가 동일한 간격을 갖도록 구비될 수도 있고, 서로 이웃하는 산부 또는 골부의 간격이 서로 다른 간격을 갖도록 구비될 수도 있으며, 동일한 간격과 서로 다른 간격이 조합된 형태로 구비될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 밴딩시 길이방향에 대한 수축 및 이완이 상기 패턴(124)을 통해 용이하게 이루어진다.
이로 인해, 상기 외장재(120)의 반복적인 밴딩 작업시 반복적인 하중이 가해지더라도 외장재(120) 자체에 가해지는 피로도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 외장재(120)의 내부에 배치된 전극조립체(110) 역시 밴딩 작업시 발생되는 하중으로부터 보호받을 수 있게 된다.
이와 같은 패턴(124)은 상기 외장재(120) 표면 전체에 형성될 수도 있고 부분적으로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 전극조립체(110)의 테두리 측에 배치되는 외장재(120)의 밀봉부(123) 중 상기 노출공(126)이 형성된 밀봉부(123)측에는 상기 패턴이 형성되지 않을 수도 있다.
한편, 상기 전극조립체(110)는 플랙서블한 판상의 형태로 구비될 수도 있지만, 상기 외장재(120)와 마찬가지로 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 동일한 패턴이 구비될 수 있다.
즉, 상기 전극조립체(110)를 구성하는 양극(112), 음극(116) 및 분리막(114)이 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 동일한 패턴(118)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 전극조립체(110)에 형성되는 패턴(118)은 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 마찬가지로 폭방향과 평행한 직선에 대하여 평행하게 형성되거나, 폭방향과 평행한 직선에 대하여 일정각도 경사지게 형성될 수 있다(도 7 참조). 다만, 상기 외장재(120)에 형성되는 패턴(124)과 상기 전극조립체(110)에 형성되는 패턴(118)이 서로 일치하기만 하면 무방함을 밝혀둔다.
더불어, 상기 패턴(119,124)은 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 산부와 골부가 연속적이거나 비연속적으로 이루어질 수 있으며, 산부와 골부의 단면 형상이 직선 패턴, 프리즘 패턴, 반원 패턴, 물결무늬 패턴, 다각형 패턴 및 이들이 혼합된 패턴 중에서 선택된 1종 이상의 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 외장재(120)의 표면을 덮는 하우징(140)을 포함하고, 상기 하우징(140)은 외부기기와의 전기적인 연결을 위한 적어도 하나의 단자부(142)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 단자부(142)는 상기 노출공(126)을 통해 노출되는 한 쌍의 전극단자(131,132)와 직접 연결될 수도 있고 별도의 연결단자를 통해 연결될 수도 있다.
이때, 상기 하우징(140)은 플렉서블한 연질의 재료가 사용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 팔찌, 발찌와 같은 악세사리, 시계줄 등으로 적용되어 상기 외부기기의 충전이 불필요한 경우에는 패션용품으로 사용되고, 상기 외부기기의 충전이 필요한 경우에는 상기 단자부(142)를 통하여 외부기기와 연결됨으로써 장소에 구애받지 않고 간편하게 보조배터리로서 사용될 수 있다.
여기서, 상기 단자부(142)가 하우징(140)의 단부에 구비되는 것을 도시하였지만, 상기 단자부(142)의 형성위치는 특별히 한정하지 않음을 밝혀둔다.
일례로, 하우징(140)의 측부에 구비될 수도 있으며, 하우징의 상부면 또는 하부면에 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 배터리(100)는 전극단자(131,132)가 외장재(120)의 노출공(126)을 통해 외부로 직접 노출됨으로써 수용부(122) 측에서의 데드스페이스를 없애 보다 큰 용량을 갖는 플랙서블 배터리를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 플렉서블 배터리(100)는 리튬이온 이차전지뿐만 아니라 리튬이온 고분자전지, 전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor) 및 슈도 커패시터(Pseudo capacitor)를 포함하는 이차전지에도 적용될 수 있으며, 바람직하게는 소형 리튬이온 이차전지에도 적용될 수 있다.
더불어, 본 발명의 플렉서블 배터리는 플렉서블을 요하는 전기적 및/또는 전자적 디바이스의 배터리로 사용될 수 있으며, 스마트 워치의 시계줄, 플렉서블 디스플레이 디바이스 등과 같은 휴대용 전자 디바이스 등에 폭 넓게 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 플렉서블 배터리 110 : 전극조립체
112 : 양극 112a : 양극집전체
112b : 양극 활물질 114 : 분리막
114a : 부직포층 114b : 나노섬유웹층
116 : 음극 116a : 음극집전체
116b : 음극 활물질 118 : 패턴
120 : 외장재 120a : 제1외장재
120b : 제2외장재 122 : 수용부
123 : 밀봉부 124 : 패턴
126 : 노출공 131 : 양극단자
132 : 음극단자 133 : 돌출부
140 : 하우징 142 : 단자부

Claims (9)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체;
    상기 전극조립체를 전해액과 함께 봉지하는 외장재; 및
    상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결된 한 쌍의 전극단자;를 포함하고,
    상기 한 쌍의 전극단자는 상기 외장재에 형성된 한 쌍의 노출공을 통해 적어도 일부가 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재는 상기 전극조립체가 수용되는 수용부와 상기 수용부의 테두리를 따라 상기 전극조립체 및 전해액을 밀봉하는 밀봉부를 포함하는 플렉서블 배터리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 노출공은 상기 밀봉부에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 노출공은 상기 외장재의 동일면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 노출공 중 어느 하나는 상기 외장재의 일면에 구비되고 다른 하나는 상기 외장재의 타면에 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극단자는 상기 노출공과 대응되는 위치에서 일정 높이 돌출되는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재 및 전극조립체는 밴딩시 수축 및 이완을 위한 패턴이 구비되고,
    상기 외장재 및 전극조립체의 패턴은 서로 일치하는 패턴을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전극조립체는 양극집전체의 일면 또는 양면에 양극 활물질층이 배치되는 양극과, 음극집전체의 일면 또는 양면에 음극 활물질층이 배치되는 음극 및 분리막을 포함하며,
    상기 양극, 음극 및 분리막은 밴딩시 수축 및 이완을 위하여 상기 외장재의 패턴과 동일한 패턴이 구비되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 배터리.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 분리막은 부직포층; 및 상기 부직포층의 일면 또는 양면에 적층된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노 섬유를 함유한 나노섬유웹층을 포함하는 보조배터리.
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