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KR20040040467A - 가요성 박막 배터리 및 그 제조 방법 - Google Patents

가요성 박막 배터리 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20040040467A
KR20040040467A KR10-2004-7004048A KR20047004048A KR20040040467A KR 20040040467 A KR20040040467 A KR 20040040467A KR 20047004048 A KR20047004048 A KR 20047004048A KR 20040040467 A KR20040040467 A KR 20040040467A
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conductive material
sealing
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랭간리차드
페드릭스프랑크
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에버레디 배터리 컴퍼니, 인크.
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Abstract

밀봉된 패키지 내에 수용되는 탭이 없는 배터리가 제공된다. 배터리용 패키징 재료는 전도성 재료와 밀봉 재료를 포함한다. 전도성 재료의 내부 표면의 적어도 일부가 적어도 하나의 전극과 전도성 재료 간에 내부 접점을 형성하도록 노출된다. 또한, 전도성 재료의 외부 표면의 적어도 일부가 전극과 장치 간에 외부 접점을 형성하도록 노출된다.

Description

가요성 박막 배터리 및 그 제조 방법{FLEXIBLE THIN BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}
가요성 박막 배터리는 통상 배터리의 전극과, 이 배터리에 의해 전기가 공급되는 장치 사이에 전류를 전달하는 접점을 구비하고 있다. 이들 접점은 일반적으로 탭 형태로서, 전극 활성 재료 또는 전극 기재의 일단부에 연결되어 배터리 내부에서부터 배터리 외부로 연장하는 1개 이상의 별도의 구조체로 되어 있다. 가요성 박막 배터리는 일반적으로 전극, 전해질, 그리고 격리판 요소들을 둘러싸도록 배터리 주변부 둘레에 봉해진 하우징 또는 패키지를 더 포함한다. 이러한 패키지의 밀봉은 통상 패키지 재료의 대향하는 표면들이 함께 접합되도록 밀봉 재료에 열 또는 압력 혹은 이들 두 가지 모두를 가함으로써 이루어지다.
상기 탭은 다수의 이유로 인해 상기 형태의 구조에서 문제점을 갖고 있다. 탭이 전극 구조체와 일체로 형성되지 않은 경우, 그 탭은 전류가 흐를 수 있도록 하기 위해 전극 구조체에 탭을 용접 또는 접착제로 접합함으로써 상기 전극 구조체에 접합되어야 한다. 이는 복잡한 과정이다. 또한, 탭은 전극 구조체와 접촉해야할 뿐만 아니라, 배터리에 의해 전기가 공급될 장치와의 접점을 제공하도록 패키지 또는 하우징을 지나 배터리의 외부로 연장해야만 한다. 탭을 배터리의 내부에서 외부로 연장시키면, 그 탭이 지나가는 영역에서 패키지 밀봉의 효과를 손상시킬 수 있다.
따라서, 탭이 배터리 패키지의 밀봉 영역을 지나갈 필요 없이 전극에서부터 배터리식 장치로의 접속이 제공되는 가요성 박막 배터리가 필요하다.
본 발명은 가요성 박막 배터리 및 이러한 배터리의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전극 접점이 배터리용 하우징과 일체로 된 가요성 박막 배터리에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리의 단면도이다.
도 2는 도 1의 배터리의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 패키지 또는 하우징을 제조하는 데에 사용하는 재료의 웹의 단면도이다.
도 4a는 도 3의 웹의 평면도이다.
도 4b는 도 3의 웹의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 배터리의 대안적 실시예의 단면도이다.
도 6은 도 5의 배터리의 평면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 패키지 또는 하우징을 제조하는 데에 사용하는 재료의 웹의 단면도이다.
도 8은 도 7의 웹의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 배터리의 하나의 실시예의 평면도이다.
도 10은 도 9의 배터리의 단면도이다.
도 11a는 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같은 본 발명에 따는 배터리 패키지 또는 하우징을 제조하는 데에 사용하는 재료의 웹의 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 재료의 웹의 저면도이다.
박막이며 바람직하게는 가요성을 갖는 배터리로서, 애노드, 캐소드, 밀봉된 하우징 또는 패키지 내에 수용되는 전해질, 그리고 배터리에서부터 배터리식 장치에 전류를 제공하는 접점을 포함하는 배터리가 제공된다. 상기 접점은 배터리 패키지 또는 하우징을 형성하는 재료와 일체로 형성되며, 이에 의해 배터리 패키지 또는 하우징을 의 밀봉 영역을 지나가는 탭에 대한 필요성을 피할 수 있다.
본 발명에 따른 가요성 박막 배터리(1)의 구성 요소로는, 애노드(3), 캐소드(5), 격리판(7), 그리고 가요성 박막 배터리의 패키지, 하우징, 또는 밀봉체(9) 내에 수용된 전해질이 있다. 애노드(3)는 바인더 및 기타 첨가제와 조합될 수 있는 전기 화학적 활성 재료를 포함한다. 이러한 재료는 천공되거나 천공되지 않은 포일, 포옴(foam), 스크린, 매쉬, 또는 당업계에 공지된 다른 재료와 같은 기재에 부착될 수 있다. 마찬가지로, 캐소드(5)는 바인더 및 기타 첨가제와 조합될 수 있는 전기 화학적 활성 재료를 포함한다. 이러한 재료도 또한 천공되거나 천공되지 않은 포일, 포옴(foam), 스크린, 매쉬, 또는 당업계에 공지된 다른 재료와 같은 기재에 부착될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예가 평면 애노드 및 캐소드를 사용하고 있지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 말린 전극(wound electrode)과 같은 다른 전극 형태가 사용될 수 있는 것은 이해할 것이다.
본 발명의 박막 배터리 패키지 또는 하우징(9)의 재료는 몇 가지 기능을 한다. 이 재료는 배터리 구성 요소를 효율적으로 둘러싸도록 그 주변부 둘레에서 밀봉될 수 있다. 또한, 상기 재료는 전해질의 증기가 배터리를 빠져나가는 것을 방지하고, 외부 가스의 유입과 습기의 유입 및 유출을 방지하는 장벽을 제공하며, 중요하게는 전도성 표면을 제공한다. 상기 재료는 또한 주위 환경에 대한 노출에 견딜 수 있기에 충분한 내구성을 갖는다. 이들 특성들은 단일 재료로 갖춰질 수 있거나, 소정 재료의 집합체의 사용을 통해 얻어질 수 있다.
박막 배터리 패키징에 적절한 한 가지 재료로는 다수의 개별 층의 적층물이 있다. 이 적층물은 내부의 가열 또는 압력 밀봉성 폴리머 층(11)과 외부의 보호 폴리머 층(15) 사이에 끼워진 전도성 층(13)을 포함한다. 개개의 층을 서로 접합하는 접착제 또는 결합 층이 또한 적층물 내에 존재할 수 있다. 한쪽에서는 보호 폴리머로, 반대쪽에서는 가열 또는 압력 밀봉성 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 둘러싸인 금속 포일로 구성된 적층물이 통상 사용될 수 있다. 이러한 적층물로는, 예를 들면 미국 켄터키주 쉘비빌 소재의 Pharma Center Shelbyville, Inc로부터 97031라는 명칭의 제품을, 일본 도쿄 소재의 Dai Nippon printing Co., Ltd.로부터 D-EL40E라는 명칭의 제품을, 또한 일본 도쿄 소재의 Sumitomo Electric Industries, Ltd.로부터 L-NY-A1-TRPP-L라는 명칭의 제품을 입수할 수 있다. 에틸렌 아크릴산(EAA)의 가열 밀봉성 층을 갖는 적층물로는 Pharma CenterShelbyville, Inc로부터 95014라는 명칭의 제품을 입수할 수 있다. 대안적으로, 메타크릴산 에틸렌 또는 메타크릴산 폴리에틸렌의 가열 밀봉성 층을 갖는 적층물은, 미국 루이지애나주 호머 소재의 Ludlow Coated Products에 의해 제조되고 있다. 적절한 적층물 및 관련된 밀봉층은 다른 요인들 중에서 당업계에 공지된 바와 같이 사용되는 전해질의 형태를 기준으로 선택할 수 있다. 불침투성 금속 포일 층은, 예를 들면 알루미늄, 니켈, 구리, 및 스테인레스강과 같은 임의의 각종 금속일 수 있다. 보호 폴리머 층으로는 폴리에스테르 또는 나일론이 바람직하지만, 이 층에 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 다른 폴리머 재료 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 배터리에 있어서의 애노드-캐소드용 전극 활성 재료는, 아연-이산화망간, 리튬-황화철(iron pyrite), 리튬-이산화망간, 리튬-황, 그리고 당업계에 공지된 기타 재료의 쌍과 같은 공지된 각종 적절한 전기 화학적 재료의 쌍 중 임의의 것일 수 있다. 공지된 바와 같이, 바인더 및 전도체를 비롯한 적절한 첨가제가 본 발명의 범위에 벗어남이 없이 활성 재료의 배합에 포함될 수 있다. 전해질 및 격리판은 당업계에서 통상적으로 실시되는 바와 같이 전극 형상 인자, 셀 케미스트리(cell chemistry), 및 재료의 안정성과 같은 각종 인자들을 기초로 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 애노드(3)의 전부 또는 적어도 일부는 패키징 또는 하우징(9)의 제1 전도성 층(13) 중 적어도 하나의 표면과 전기적으로 접촉하고 있다. 캐소드(5)의 전부 또는 적어도 일부는 패키징 또는 하우징(9)의 제2 전도성 층(13) 중 적어도 하나의 표면과 전기적으로 접촉하고 있다. 전도성층(13)은, 당업자들에게는 명백한 바와 같이 화학적 및 다른 셀 특성에 의존하여, 애노드와 캐소드에 대해 동일한 재료이거나, 애노드와 캐소드에 대해 상이한 재료의 전도성 층(13)이 사용될 수 있다. 이러한 용례를 위해, 애노드는 전류가 애노드와 패키징의 전도성 층 사이에서 흐를 수 있을 때, 상기 패키징의 전도성 층의 하나의 표면과 전기적으로 접촉하게 되며, 캐소드는 전류가 캐소드와 패키징의 전도성 층 사이에서 흐를 수 있을 때, 상기 패키징의 전도성 층의 하나의 표면과 전기적으로 접촉하게 된다. 이러한 전기적 접촉은 전극과 패키징(9)의 전도성 층(13) 간의 친밀한 물리적 접촉에 의해 제공될 수 있거나, 전극과 패키징(9)의 전도성 층(13)의 노출된 내부 표면 사이에 연장하는 전도성 매개 재료의 사용(소정 재료의 내부 탭 또는 내부 층)을 통해 제공될 수 있다. 전도성 매개 재료는 다양한 셀 구성 요소간에 부식 반응 또는 기타 바람직하지 않은 반응을 피하는 데에 바람직할 수 있다.
전극은 당업계에 공지된 바와 같이 전극 간의 전기적 연결 및 이로 인한 배터리에서의 내부 단락을 방지하기 위해 격리판(7)이 통상 내부에 개재되는 계면 영역을 공유한다. 격리판 재료로는 겔, 종이, 폴리머, 다공성 필름, 직물, 그리고 부직포을 포함할 수 있으며, 공지된 바와 같이 셀 케미스트리, 구조 및 작동 변수에 근거하여 선택될 수 있다. 또한, 전극 사이의 계면 영역이 하나의 전극에서 다른 하나의 전극으로의 전자의 흐름을 방지하기에 충분한 간격을 갖게 되는 동일 평면상의 전극 배치가 본 명세서에 기재된 발명과 함께 채용되어, 별도의 격리판 요소에 대한 필요성을 배제시킬 수 있다는 것은 당업자들은 이해할 것이다.
배터리 구성 요소(애노드, 캐소드, 격리판, 전해질)는 부분적으로 밀봉된 패키지 내에 도입된다. 적어도 하나의 전극과 내부 접점 표면 간의 전기적 접촉은 주변 밀봉 영역(17)을 형성하도록 패키징 재료(9)의 두 층의 미리 정해진 주변부 둘레에서 패키지의 잔여 밀봉 작업을 하기 전에 혹은 그 후에 달성된다.
도 1 및 도 2에 도시한 하나의 실시예에서, 가요성 배터리의 적어도 하나 접점은 전도성 층(13)에 있어서의 전극이 전기적으로 접촉하게 되는 표면의 반대쪽 표면의 일부를 외부 환경에 노출시키게 되는 패키지(9)의 개구(19)로 형성된다. 외부 환경에 일부가 노출된 전도성 층(13)의 그러한 표면을 본 명세서에서는 외부 접점 표면(13a)으로 지칭할 것이다. 이 실시예에서, 개구(19) 또는 포트는 밀봉 주변부 내측에서 배터리의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 둥근 개구로 도시되어 있지만, 당업자들에게는 명백한 바와 같이 다른 형상도 생각할 수 있다. 이러한 구성 방법을 사용하여 애노드 및 캐소드 모두를 위한 접점이 형성될 수 있다.
외부 접점 표면(13a)의 반대쪽에 있는 전도성 층(13)의 표면이 본 발명의 가요성 배터리의 전극과 전기적으로 접촉하게 된다. 전극과 전기적으로 접촉하게 되는 이러한 전도성 층(13)의 표면을 본 명세서에서는 내부 접점 표면(13b)으로 지칭한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전도성 층(13)의 내부 접점 표면(13b) 상에 바로 전극 활성 재료를 부착함으로써 전극과 내부 접점 표면(13b) 간의 전기적 접촉이 달성된다. 이러한 부착은 각종 프린팅 기법, 롤 코팅 방법, 분말 코팅 방법, 기상 증착법, 또는 전극과 전도성 층(13)의 내부 접점 표면 간에 친밀하면서도 직접적인 물리적 접촉을 달성하는 기타 수단에 의해 이루어질 수 있다. 전기적 접촉은 또한 전극과 내부 접점 표면(13b) 사이에 전도성 재료의 하나 이상의 섹션을 부착하여 내부 탭 또는 내부 전도성 층을 형성함으로써 달성될 수 있다. 이러한 것은, 예를 들면 전극 재료가 전도성 층(13)과 직접 접촉하게 될 때 바람직하지 못한 반응이 발생하는 경우에 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 본 발명에 따른 배터리 패키징 재료를 연속적으로 제조하는 방법이 실시될 수 있다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 전도성 층(13)의 연속적인 웹은 그 전도성 층(13)의 연속적인 웹의 하나의 표면이 보호 폴리머(15)의 층으로 선택적으로 코팅되며, 그 전도성 층(13)의 연속적인 웹의 반대쪽 표면이 가열 또는 감압 접착제(11)의 층으로 선택적으로 코팅된다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같이, 선택적 코팅은 전술한 바와 같은 각종 프린팅 기법, 롤 코팅 방법, 분말 코팅 방법, 기상 증착법을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 당업자에게 공지된 각종 방법 중 임의의 방법에 의해 미리 정해진 패턴의 재료가 표면 상에 부착되는 것을 의미한다. 도 4a에서, 원형으로서 도시된 포트(19)는 전도성 층(13)의 하나의 표면 상에 보호 폴리머(15)를 선택적으로 코팅함으로써 형성된다. 도 4b에는 전도성 층(13)의 반대 표면이 도시되어 있는 데, 도 4b에서 영역 B로 표기된 전극 재료를 위해 적절한 영역이 직사각형 형상으로 도시되어 있으며, 전도성 층의 웹의 해당 표면에 가열 또는 감압 접착제 물질(11)을 선택적으로 코팅함으로써 형성된다. 웹의 추가적인 처리 과정은 그러한 용도를 위해 형성된 영역 상에 전극 활성 재료를 부착하는 것뿐만 아니라, 격리판 또는 셀의 조립 또는 그 일부를 위해 원하거나 요구되는 다른 중간 매개 층과 같은 기타의 층을 도입하는것을 포함한다.
본 발명에 따른 패턴화된 웹을 생성하는 대안적인 방법은 배터리 하우징 재료를 형성할 재료의 각종 층을 다이 커팅하고, 이어서 이들 층을 함께 적층함으로써 실시될 수 있다. 이러한 방식에서, 전도성 층(13)의 내부 및 외부 접점 표면은 셀 접점을 형성하기에 충분하게 노출될 수 있다. 이러한 방식으로 제조된 하우징 재료는, 예를 들면 그러한 용도로 형성된 영역에 전극 활성 재료를 부착하고, 격리판 또는 셀의 조립을 위해 원하거나 요구되는 기타의 층과 같은 다른 셀 구성 요소를 도입하는 등의 추가적인 처리를 받을 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시한 대안적인 실시예에서, 가요성 배터리의 적어도 하나의 외부 접점(21)이 밀봉 주변부(17)의 외측으로 전도성 층(13)의 일부를 연장시키고, 배터리의 밀봉 주변부(17)의 외측으로 연장하는 전도성 층(13)의 일부를 외부 환경에 노출시킴으로서 형성될 수 있다. 외부 접점(21)을 형성하는 전도성 층(13)의 노출된 부분은 전도성 층(13)의 단일 표면(13a)을 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 표면은 밀봉 주변부(17) 내측에서 전극과 전기적으로 접촉하는 전도성 층(13)의 표면(13b)일 수 있지만, 그럴 필요는 없다. 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서, 외부 접점(21)을 형성하도록 외부 환경에 노출된 표면(13a)은 또한 전극 재료와 전기적으로 접촉하는 표면(13b)이어서, 밀봉 주변부(17)를 지나 연장하는 패키징 재료의 하부층이 외부 접점(21)에 대한 지지체를 제공할 수 있게 한다. 대안적으로, 접점(21)은 전도성 층(13)의 반대쪽 표면(도시 생략)의 적어도 일부를 노출시키거나, 전도성 층(13)의 양쪽 두 표면 모두의 일부(도시 생략)를 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 애노드와 캐소드 모두를 위한 접점은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 전술한 구성 방법 중 어느 것을 사용하여 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 전술한 대안적인 실시예에 따라 배터리 패키징 재료를 연속적으로 제조하는 방법이 실시될 수 있다. 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 전도성 층(13)의 연속적인 웹은 그 전도성 층(13)의 연속적인 웹의 하나의 표면이 보호 폴리머(15)의 층으로 연속적으로 코팅되는 한편, 반대쪽 표면이 가열 또는 감압 접착제(11)의 층으로 선택적으로 코팅된다. 노출된 외부 및 내부 접점 표면(13a, 13b)은 전극 재료의 부착을 허용하는 영역(도 8에서 도면 부호 B로 표시)과 도 8에서 도면 부호 A로 표시한 외부 접점 표면으로 사용되는 영역을 형성하도록 가열 또는 감압 접착제(11)를 선택적으로 부착함으로써 형성된다. 이러한 방법은, 본 발명의 배터리 패키지가 나중에 2개의 웹 또는 동일한 웹에서 잘라낸 시트들을 적절히 접합함으로 형성될 수 있다는 점에서 패키징 재료의 단일 표면에 대한 선택적 코팅 공정만을 요구한다는 추가적인 이점을 갖는다. 웹의 추가적인 처리 과정은 그러한 용도를 위해 형성된 영역 상에 전극 재료를 부착하는 것뿐만 아니라, 격리판 또는 셀의 조립 또는 그 일부를 위해 원하거나 요구되는 다른 중간 매개 층과 같은 기타의 층을 도입하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 셀의 애노드 및 캐소드의 외부 접점 표면은 그 접점 표면들이 각각 동일한 방향을 향하도록 형성되어, 셀의 접점에 대응하는 장치의 접점의 구조 및 위치에 대한 대안 및 잠재적인 이점을 부여할 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 이러한 실시예에서, 배터리 하우징 또는 패키징 재료의 제1웹이 하나의 전극용 외부 접점(25)을 위해 제조되며, 제2 웹이 다른 전극용 외부 접점(27)을 위해 제조된다. 제1 웹은 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 될 수 있는 한편, 제2 웹은 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 웹에 있어서의 외부의 노출된 접점 표면(13b)은 도 7 및 도 8에서와 같은 내부 접점 표면(13a)과 동일한 표면이다. 그러나, 제2 웹에서, 노출된 외부 접점 표면(13b)은 그 웹의 내부 접점 표면(13b)의 반대이다. 바람직하게는, 보호 재료(29)가 전도성 층(13)에 있어서의 노출된 외부 접점 표면(13a)에 반대인 표면상에 부착된다.
본 발명의 셀 또는 배터리의 애노드 또는 캐소드 전극은 배터리 하우징 또는 패키징 재료로서도 기능을 하는 전도성 층의 노출된 표면에 바로 전극 활성 재료를 부착함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 전극 활성 재료는 미리 정해진 지점으로부터 덧층 재료를 제거하거나 전도성 재료의 표면 또는 표면들에 덧층 재료를 선택적으로 코팅함으로써 그 덧층에서의 불연속 부분을 형성하고 있는 노출된 전도성 표면에 부착된다. 전극 활성 재료는 노출된 전도성 표면상에 프린팅될 수 있는 프리트 가능한 잉크 형태일 수 있다. 대안적으로, 전극 활성 재료는 선택적으로 노출된 전도성 표면상에 롤 코팅되는 슬러리 형태일 수 있다. 대안적으로, 전극 활성 재료는 전도성 표면상에 적절히 분배되는 용융물 형태일 수 있다. 대안적으로, 전극 활성 재료는 전도성 표면상에 도포되는 페이스트 형태일 수 있다. 대안적으로, 전극 활성 재료는 냉간 용접(cold welding), 초음파 용접, 전도성 접착제 등에 의해 전도성 표면에 부착되는 고체 포일 형태일 수 있다. 전술한 바와 같이 전도성 층(13)의 내부 전도성 표면상에 전극 활성 재료를 부착한 후에, 전도성 표면에 대한 전극 활성 재료의 부착을 촉진시키거나, 그 전극 활성 재료의 밀도를 증가시키거나, 또는 다른 유익한 특성을 얻기 위해 압착 단계가 이어질 수 있다. 당업자라면, 전극 활성 재료와 선택적으로 노출된 전도성 표면 간에 전기 전도성 접점을 형성하기 하는 데에 각종 방법 및 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예 1
캐소드, 애노드, 그리고 격리판으로 이루어진 전극 조립체를 제조하였다. 캐소드는 슬러리 상태로 혼합되어, 37㎜ ×39.5㎜ ×0.17㎜의 평판 시트를 형성하도록 알루미늄 포일의 양쪽에 간헐적으로 롤 코팅된 황화철, 전도체 및 바인더로 이루어졌다. 애노드는 38㎜ ×38㎜ ×0.152㎜의 리튬 포일 시트로 이루어졌다. 풀림 처리된 니켈 탭을 리튬 포일의 단부에 냉간 용접하였다. Celgard 2400 격리판을 조합된 리튬 포일 및 니켈 탭 조립체 둘레에 열로 밀봉하였다. 내부 애노드 접점은 Pharma Center Shelbyville, Inc로부터 95014라는 제품명으로 입수할 수 있는 적층물 시트를 사용하고, 알루미늄 층의 내부 표면을 노출시키도록 열 밀봉층의 일부를 선택적으로 제거함으로써 형성하였다. 니켈 탭의 돌출 단부는 내부 아노도 접점을 형성하도록 노출된 알루미늄 표면과 직접 접촉하도록 배치되었다. 내부 캐소드 접점은 전술한 적층물의 제2 시트를 사용하고, 알루미늄 층의 내부 표면을 노출시키도록 열 밀봉층의 일부를 선택적으로 제거함으로써 형성되었다. 전술한 캐소드 스트립은 내부 캐소드 접점을 형성하도록 노출된 알루미늄 표면과 직접 접촉하도록 배치되었다. 외부의 애노드 및 캐소드 접점은 각 시트에서의 보호 층의 일부를 선택적으로 제거하여, 외부 접점 포트가 얻어지도록 알루미늄 층의 반대쪽 외부 표면을 노출시킴으로써 형성되었다.
전극 및 격리판, 그리고 2개의 적층물 시트는 개방된 배터리 파우치(pouch)를 형성하도록 그 둘레의 일부에서 가열 밀봉에 의해 함께 접합되었다. 9.14중량%의 LiI(리튬 요드화물)와, 63.05중량%의 DIOX와, 27.63중량%의 DME와, 그리고 0.18중량%의 DMI를 포함하는 적절한 비수성 전해질 1그램이 상기 파우치에 넣어졌으며, 여기서 DIOX는 1,3-디옥솔렌(1,3-dioxolane)이며, DME는 1,2-디메톡시에탄이고, DMI는 3,5-디메틸이소옥사졸(3,5-dimethylisoxazole)이다. 개방된 파우치는 이어서 가열 밀봉되었다. 외부 애노드 및 캐소드 접점이 파우치의 밀봉 주변부 내측에 배치되었다. 모든 셀 구성 요소들 간에 양호한 접촉을 보장하도록 배터리 파우치의 주요면에 압력이 가해졌다. 이어서, 외부 접점이 부하(load)에 연결되었으며, 배터리는 0.9볼트로 7밀리암페어의 연속적인 드레인으로 방전되었다. 파우치의 내부에서 파우치의 외부로 밀봉 영역을 통과해 지나가는 전도성 재료를 필요로 하지 않고도 66%의 방전 효율이 달성되었다.
예 2
애노드, 캐소드, 격리판, 및 관련 내부 탭이 예 1에서와 같이 조립되었다. 애노드와 캐소드를 위한 내부 접점은 예 1에서와 같이 2개의 별도의 시트로 형성하였다. 배터리 구성 요소를 수용하는 개방된 파우치는 2개의 별도의 시트를 함께 가열 밀봉함으로써 형성되었으며, 예 1에서와 같이 개방된 파우치 내에 전해질이 넣어졌다. 이어서, 파우치에서의 개방된 부분을 가열 밀봉하였다. 외부 애노드및 캐소드 접점은 파우치의 밀봉 주변부를 지나 연장하는 각 적층물 시트의 일부에 형성하였다. 보호 폴리머 층 또는 가열 밀봉성 폴리머 층, 혹은 이들 두 층으로부터 재료를 선택적으로 제거하여, 적층물의 전도성 알루미늄 층의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면 모두를 노출시켰다. 모든 셀 구성 요소들 간에 양호한 접촉을 보장하도록 배터리 파우치의 주요면에 압력을 가하였다. 이어서, 외부 접점이 부하에 연결되었으며, 배터리는 0.9볼트로 7밀리암페어의 연속적인 드레인으로 방전되었다. 파우치의 내부에서 파우치의 외부로 밀봉 영역을 통과해 지나가는 전도성 재료를 필요로 하지 않고도 72%의 방전 효율이 달성되었다.
위에서 본 발명의 몇 가지 실시예만을 기재하였더라도, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 많은 변형례가 만들어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 예를 들면, 박막이면서 바람직하게는 가요성을 갖는 배터리에 대한 전술한 논의는 단일의 캐소드와 쌍을 이루는 단일의 애노드에 중점을 두고 있지만, 병렬이든 직렬이든 혹은 이들 두 방식 모두를 채용한 임의의 개수의 애노드와 캐소드의 쌍을 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 배터리 내에 채용할 수 있다는 것은 당업자들에게는 자명할 것이다.

Claims (23)

  1. 애노드 전극, 캐소드 전극, 전해질, 적어도 하나의 외부 전극 접점, 그리고 주변부의 적어도 일부에서 밀봉된 배터리 밀봉체를 포함하는 배터리로서, 상기 배터리 밀봉체는 전기 전도성 재료를 포함하며, 상기 외부 전극 접점은 상기 전기 전도성 재료로 형성되는 것인 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 밀봉체는 밀봉 재료를 더 포함하는 것인 배터리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배터리 밀봉체는 보호 폴리머 재료를 더 포함하는 것인 배터리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 밀봉 재료, 상기 전기 전도성 재료, 그리고 상기 보호 폴리머 재료는 별도의 재료인 것인 배터리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배터리 밀봉체는 적층물이며, 이 적층물은 상기 밀봉 재료의 제1 층과, 상기 보호 폴리머 재료의 제2 층과, 상기 제1 층과 제2 층 사이에 배치되는 전기 전도성 재료의 층을 포함하는 것인 배터리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 층과 상기 제2 층 중 적어도 하나의 층은 불연속적인 것인 배터리.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면이 노출되도록 상기 배터리의 밀봉 주변부 내측의 소정 위치에서 불연속적이며, 노출되는 제1 표면의 적어도 일부는 전극과 전기적으로 접촉하는 것인 배터리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면이 노출되도록 상기 배터리의 밀봉 주변부 내측의 소정 위치에서 불연속적이며, 노출되는 제2 표면의 적어도 일부는 외부 접점을 형성하는 것인 배터리.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 밀봉 주변부의 외측에도 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면이 노출되도록 상기 배터리의 밀봉 주변부 외측의 소정 위치에서도 불연속적이며, 상기 밀봉 주변부 외측에서 노출되는 제1 표면의 적어도 일부는 외부 접점을 형성하는 것인 배터리.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면이 노출되도록 상기 배터리의 밀봉 주변부 외측의 소정 위치에서 불연속적이며, 상기 밀봉 주변부 외측에서 노출되는 제2 표면의 적어도 일부는 외부 접점을 형성하는 것인 배터리.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면에서 밀봉 재료의 일부를 제거함으로써 형성되며, 상기 제2 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면에서 보호 폴리머 재료의 일부를 제거함으로써 형성되는 것인 배터리.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 선택적으로 부착함으로써 형성되며, 상기 제2 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면상에 보호 폴리머 재료를 선택적으로 부착함으로써 형성되는 것인 배터리.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면에서 밀봉 재료를 제거함으로써 형성되는 것인 배터리.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 선택적으로 부착함으로써 형성되는 것인 배터리.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면에서 밀봉 재료의 일부를 제거함으로써 형성되며, 상기 제2 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면에서 보호 폴리머 재료의 일부를제거함으로써 형성되는 것인 배터리.
  16. 제10항에 있어서, 상기 제1 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 선택적으로 부착함으로써 형성되며, 상기 제2 층에서의 불연속부는 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면상에 보호 폴리머 재료를 선택적으로 부착함으로써 형성되는 것인 배터리.
  17. 제12항에 있어서, 상기 밀봉 재료의 선택적 부착과 상기 보호 폴리머 재료의 선택적 부착은 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 프린팅하고, 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면상에 보호 폴리머 재료를 프린팅함으로써 이루어지는 것인 배터리.
  18. 제14항에 있어서, 상기 밀봉 재료의 선택적 부착은 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 프린팅함으로써 이루어지는 것인 배터리.
  19. 제16항에 있어서, 상기 밀봉 재료의 선택적 부착과 상기 보호 폴리머 재료의 선택적 부착은 상기 전기 전도성 재료 층의 제1 표면상에 밀봉 재료를 프린팅하고, 상기 전기 전도성 재료 층의 제2 표면상에 보호 폴리머 재료를 프린팅함으로써 이루어지는 것인 배터리.
  20. 제7항에 있어서, 상기 전극과 상기 전기 전도성 재료 층의 표면 간의 전기적 접촉은 상기 전기 전도성 재료 층의 노출된 표면상에 활성 전극 재료를 프린팅함으로써 이루어지는 것인 배터리.
  21. 배터리를 조립하는 방법으로서,
    전기 전도성 재료와 밀봉 재료를 포함하는 패키징 재료를 제공하는 단계와,
    상기 전기 전도성 재료의 제1 표면의 일부를 노출시키는 단계와,
    상기 전기 전도성 재료의 제2 표면의 일부를 노출시키는 단계와,
    상기 패키징 재료 내에 애노드, 캐소드 및 전해질을 봉입하는 단계와,
    전극과 상기 제1 표면 간에 전기적 접점을 제공하는 단계와,
    상기 제2 표면이 배터리에서 외부가 되도록 상기 패키징 재료를 주변부 둘레에서 밀봉하는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전기 전도성 재료의 제1 표면 및 제2 표면의 일부를 노출시키는 단계는 상기 전기 전도성 재료의 표면에서 덧층 재료를 제거하는 것을 포함하는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 전기 전도성 재료의 제1 표면 및 제2 표면의 일부를 노출시키는 단계는 상기 전기 전도성 재료의 표면상에 덧층 재료를 선택적으로 코팅하는 것을 포함하는 것인 방법.
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