KR20020042644A - 평면 리튬 배터리 - Google Patents

Abstract

본발명은 제1 얇은 층 전극을 수용하는 제1 하우징 부분과 제2 얇은 층 전극을 수용하는 제2 하우징 부분 및 전극 사이에 놓이는 세퍼레이터로 이루어지는 리튬 평면 배터리에 있어서, 배터리의 하우징 부분은 전기적으로 전도성을 가지도록 형성되고, 세퍼레이터는 양 하우징 부분이 서로 접촉하는 영역에서 전기적으로 절연된 밀봉 및 접합 물질을 제공하며, 하우징 부분은 세퍼레이터 상의 밀봉 및 접합 물질에 의해서 결합되어 폐쇄된 하우징을 형성하는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Description

평면 리튬 배터리{FLAT LITHIUM CELL}

미국특허 5.558.957은 특별 프레임 및 다층 전기 커넥터 탭(electrical connector tabs)을 갖는 복합 하우징 안에 전극 및 세퍼레이터가 위치한 배터리에 대해서 기술하고 있다.

유럽특허 862.227은 디자인은 보다 간단하나 전극의 전기 커넥터 탭이 완전 하우징을 감싸는 필름을 통과하여 유출되는 문제를 발생하는 상기 언급한 셀에 대해서 기술하고 있다.

DE 3122 2658은 컵 사이에 추가적인 밀봉을 갖고 하우징 컵과 배터리의 하우징 뚜껑 사이의 지역까지 세퍼레이터가 뻗은 배터리에 대해서 기술하고 있다. 상기에서 컵은 덮개 위에 컵 테두리의 플랜징(flanging) 동안 일을 흡수하기 위한 매우 안정하고 딱딱한 부분이다. 세퍼레이터에 해로운 이러한 플랜징 힘은 컵의 가장자리에 힘을 줌으로써 흡수된다. 이러한 이유 때문에 상기 배터리는 매우 많은 물질과 복잡한 디자인을 갖고 있고 딱딱하고 상대적으로 무겁다.

미국특허 5.714.283은 세퍼레이터가 하우징 버튼과 하우징 커버 사이의 부위까지 뻗어 있으나 접합 또는 밀봉 기능을 갖지 않는 팬케익 모양의 다층 배터리에 대해서 기술하고 있다. 반면에 밀봉 화합물 및 고정 링이 분리되어 상기 기능을 하고, 따라서 복잡한 디자인을 갖는다.

미국특허 5.809.994는 플랜징 과정동안 이곳에 끼어들게 하기 위하여 세퍼레이터가 하우징 컵과 하우징 뚜껑 사이의 위치까지 연장된 버튼 또는 동전 셀 배터리에 대해서 기술하고 있다. 상기 목적을 위하여 세퍼레이터의 주변 가장자리가 여러번 겹쳐지고 구부러져 플랜징 동안 세퍼레이터의 여러 주변 부위가 필요 고 플랜징 힘 및 가능한 손상에 노출되어 있다. 또한 셀의 접합구조는 필수 고형 몸체가 된다. 플랜징 동안 손상의 위험은 전지의 플랜징 주변에 위치한 밀봉 물질에 의해서 감소된다. 대체적으로 특히 플랜징 과정에 의해 야기되는 누전을 포함하는 복합 디자인이다.

본 발명은 제1 얇은 층 전극을 수용하는 제1 하우징 부분과 제2 얇은 층 전극을 수용하는 제2 하우징 부분 및 전극사이에 위치한 세퍼레이터(separator)로 구성되는 리듐 평면 배터리에 관한 것이다. 이런 타입의 배터리는 특히 미국특허 5.558.957 및 유럽특허 862.227에서 알려져 있다.

본 발명의 목적은 세퍼레이터 자체가 중앙 지지기능을 가지고, 구성요소의 수가 최소한이어서 단순한 조립체로 조립되고, 전기 커넥터 탭의 최적 효율을 가지면서 누출문제가 없고, 예를 들면 스마트카드와 같은 전자 카드에 쓰일 수 있는 평면 배터리를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배터리의 하우징 부분이 전기적 전도성이 있게 형성되고, 세퍼레이터가 두 하우징 부분이 서로 접촉하는 영역에서 전기절연성 밀봉 및 접합 물질를 가지고, 하우징 부분이 세퍼레이터 위에서 밀봉 및 접합 물질에 의해 합쳐져 폐쇄 하우징을 형성하는 것을 제공한다.

이러한 간단한 디자인으로, 하우징 부분은 전기적 탭으로서 구현되고, 세퍼레이터는 두 하우징 부분을 연결하기 위한 밀봉제 물질을 가지고 동시에 지지 및 연결 요소이다. 따라서 본 발명에 따른 배터리는 특히 플라스틱 카드의 두께를 갖는 데이터-보유 시스템(data-carrying system)에서 설치하는게 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 배터리 하우징을 형성하는 필름은 금속 필름이다. 이 구현은 유럽특허 862.227와 같은 분리된 필름에 대한 필요 및 관련 유출 문제를 제거한다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 본 발명의 평면 배터리의 단면도,

도 2는 본 발명의 평면 배터리의 다른 실시예의 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 보다 자세히 설명한다.

개략적으로 도시되고 있는 바와 같은 본 발명에 따른 평면 배터리는 베터리의 사이즈에 의해 결정되는 크기의 제1하우징부분(1)을 포함하며, 이 제1하우징부분(1)은 적절한 또는 요구되는 형상을 가질 수 있다. 이 제1하우징 부분(1)의 내측면에는 전이금속산화물(마그네슘 산화물, 리튬코발트 산화물 등)과 같이 리튬이온이 삽입되어 있는 활성물질로 이루어지는 제1 전극(3)(음극)을 수용한다. 베터리의 제2하우징부분(2)은 예를 들어 리튬포일 또는 흑연과 같은 전기화학적 활성물질로이루어지는 제2 전극(4)(양극)을 수용하며, 이는 하우징 커버에 대향하여 위치되며, 세퍼레이터(5)는 전극들 사이에 위치한다. 제2하우징부분(2)의 외주 림은 바람직하게는 제1하우징부분(1)의 외주 림 보다 작다. 전해질을 포함하는 포일로 이루어진 세퍼레이터(5)는 그 에지를 따라, 특히 제1 및 제2하우징부분(1,2) 사이의 접촉 영역에 전기절연성 접합 및 밀봉 물질(5₁)을 포함한다.

접합 특성을 향상시키고 그리고 경계저항을 감소시키기 위하여, 제1 및 제2 하우징부분(1,2)의 적어도 하나의 내부는 전극(4,5)이 지지되는 영역에 전기 전도성 접합물질로 코팅되어 있다.

본 발명에 따르면, 제1 및 제2하우징부분(1,2)을 형성하는 포일은 구리, 알루미늄, 티타늄, 또는 고급강(high grade steel)로 이루어지는 금속 포일이며, 이는 12㎛에서 50㎛ 사이의, 바람직하게는 15㎛에서 25㎛사이의 두께를 가지는 것이 유리하다.

상기 제1 및 제2하우징부분(1,2)의 연결 및 밀봉을 확실히 하는 세퍼레이터상의 밀봉 물질(5₁)은 80°C에서 130°C 사이의 온도에서 상기 두 하우징부분(1,2)을 밀봉하는 폴리머 포일을 포함한다. 이 밀봉물질(5₁)는 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 또는 테레프탈레이트와 같은 변형된 폴리머의 다층구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 하우징부분(1,2)는 특히 90°C에서 145°C에서의 진공 및 5mbar에서 200mbar 바람직하게는 50mbar의 대기압 하에서 밀봉될 때 밀봉물질(5₁)에 의해 서로 잘 접합된다. 본 발명의 범위를 벗어남이없이, 상기 밀봉물질(5₁)에 의한 상기 제1 및 제2하우징 부분(1,2)의 밀봉은 또한 진공 하에서 그리고 초음파 시스템에 의해서 이루어질 수 있다.

단면도는 세퍼레이터(5) 및 그 접합 및 밀봉 물질(5₁)이 제2 하우징 부분(2)의 외주 림에 약간 걸쳐서 뻗어있어서, 전극으로서 작용하는 배터리 하우징 부분(1,2)의 적당한 절연을 보장한다. 세퍼레이터(5) 상의 밀봉 물질(5₁)의 오프셋은 특히 양 하우징 부분(1,2)의 전기 커넥터 탭(6,7)이 위치결정되는 위치에서 구비되어 있다.

본 발명에 따르면, 필수적으로 요구되는 것은 아니지만, 하우징 부분(1)은 하우징 부분(2)의 림 보다 큰 표면적을 가지며, 따라서 하우징 부분(1)의 외주 전체 둘레에 걸쳐 뻗어있다.

하우징 부분(1,2) 및 세퍼레이터(5)를 포함하는 배터리의 전체 두께는 1mm 보다 작고 바람직하게는 0.4mm 보다 작다. 결과적으로 본 발명에 따른 평면 배터리는 특히 전자카드와 잘 결합(intergrated)될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 본발명에 따른 평면 배터리는 데이터 캐리어 카드와 결합될 수 있으며, 이는 보호필름에 의해 그것을 덮거나 평면 배터리를 접합하도록 커버필름에 의해 보이지 않는다.

본발명에 따른 평면 배터리는 실시예에 나타내진 크기와 비율에 제한되지 않는다. 이는 단지 본발명의 보다 나은 이해를 위한 것이다. 본발명에 따른 평면 배터리는 상기된 종래기술의 배터리에 비하여 디자인의 간단함, 전기 탭의 기계적인견고함, 및 기계적인 안정성에 대한 유해함 및 특히 밀봉영역에서 방해(disturbing) 통로 없이 하우징의 효율높은 밀봉성이라는 장점을 가진다. 그러므로, 본발명에 따른 평면 배터리는 전체적으로 높은 기계적인 안정성과 고효율의 전기연결성(connectivity)에서 보다 뛰어나다. 본발명에 따른 디자인은 전기 탭((6,7)의 꼬임성(kink property) 및 매우 좋은 플렉스(flex)를 가진 배터리를 허용한다. 그러므로, 이 배터리는 그 전체적인 효율의 보상없는 기계적으로 요구되는 환경에서의 사용이 매우 적합하다. 배터리의 하우징 부분의 연결을 위한 밀봉물질용의 캐리어로서의 세퍼레이터의 구현은 배터리 디자인을 매우 단순화한다.

도 2는 본발명에 따른 배터리구조의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 단면으로 보여진 세퍼레이터(5')는 뼈(bone)형상을 가져서 세퍼레이터(5')는 주변 림 및 그 양 측상에서 전극(3,4)을 수용하는 리세스를 포함하는 와플(waffle)의 형상을 가진다. 세퍼레이터(5')의 림은 밀봉 및 접합 물질(5₁')을 가진다. 이 물질은 분리된 필름이나 세퍼레이터 림의 결합된(interal) 부분일 수 있다. 하우징 부분(1',2')는 그 외주 림(5₁') 각각에서, 세퍼레이터(5') 상의 평면에 위치결정된다. 이 디자인은 커넥터 탭(6')이 서로로부터 명확히 거리를 두고 있는 곳에서 기하학적으로 간단한 배터리를 제공하며, 동시에 그 외주의 림을 가진 세퍼레이터(5')는 배터리의 기계적인 안정성을 위한 훌륭한 기초 구조을 제공한다. 이 와플 구조를 통해서 세퍼레이터(5')는 특히 배터리 구조용의 중앙 캐리어로서 매우 적합하다. 이 견지에서, 세퍼레이터 및 하우징 부분에 의해 형성되는 배터리의 몸체가 보호 및 절연 코팅에 의해 덮혀진다면(jacketed), 유용하다.

Claims (8)

1. 제1 얇은 층 전극을 수용하는 제1 하우징 부분과 제2 얇은 층 전극을 수용하는 제2 하우징 부분 및 전극 사이에 놓이는 세퍼레이터로 이루어지는 리튬 평면 배터리에 있어서,

   배터리의 하우징 부분(1,2)은 전기적으로 전도성을 가지도록 형성되고, 세퍼레이터(5)는 양 하우징 부분(1,2)이 서로 접촉하는 영역에서 전기적으로 절연된 밀봉 및 접합 물질(51)을 제공하며, 하우징 부분(1,2)은 세퍼레이터(5) 상의 밀봉 및 접합 물질(5₁)에 의해서 결합되어 폐쇄된 하우징을 형성하는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
2. 제 1항에 있어서, 하우징 부분(1,2)을 형성하는 필름은 금속 필름인 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 두개의 배터리 부분(1,2) 중 적어도 하나의 내부는 전기적으로 전도성을 띄는 접합 물질로 얇은 층 전극(3,4)을 수용하는 영역에서 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징 부분(1)의 접촉 영역은대응하는 하우징 부분(2)의 접촉 영역 보다 크며, 그리고 세퍼레이터(5) 상의 밀봉물질은 더 큰 접촉 영역을 덮는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 배터리 부분(1,2)을 형성하는 필름은, 적어도 한측에서, 전기분해에 의해서 부착되는 구리 입자층을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 세퍼레이터(5)의 밀봉제는, 적어도 전기 커넥터 탭(6,7)이 위치되는 영역에서, 배터리(1,2)를 형성하는 필름 에지를 넘어 뻗어있는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 세퍼레이터(5')는 외주림(5₁') 및 전극(2', 3')을 수용하는 오목부를 포함하는 와플 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.
8. 제 7항에 있어서, 하우징 부위(1', 2') 및 세퍼레이터(5')에 의하여 형성되지만 전기 커넥터 탭을 포함하지 않는 배터리 몸체는 전기절연 보호 코팅으로 덮혀있는 것을 특징으로 하는 리튬 평면 배터리.