KR20110072501A - Electric energy storage device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 저장장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전체 장비의 두께를 박형화함과 동시에 용량을 증대할 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an energy storage device and a method of manufacturing the same, and to a technology capable of increasing the capacity while reducing the thickness of the entire equipment.
특정 디바이스에 에너지를 저장하는 장치, 특히 전지는 다양한 전기, 전자제품의 개발과 더불어 고출력화, 경량화, 소형화 및 신뢰성 향상을 꾀하는 방향으로 발전하고 있다.Devices that store energy in particular devices, especially batteries, are developing in the direction of high output, light weight, small size, and improved reliability with the development of various electric and electronic products.
특히 화학전지로 구별되는 에너지 저장장치의 기본 원리는 화학반응에 수반된 전자의 흐름을 이용하는 것이다. 즉, 이온화 경향이 상이한 두 금속 간 산화-환원 반응 및 이 과정에서 물질 간 이동하는 전자의 흐름을 이용하여 기전력을 형성할 수 있도록 하는 것이다. 이 경우 산화-환원반응은 이온화 경향이 큰 금속은 이온화 경향이 작은 금속 이온에 전자를 주고 자신은 산화된다. 반대로 이온화 경향이 작은 금속이온은 금속으로 환원된다. 이러한 화학반응에 수반된 전자의 이동이 전지의 기전력이 된다.In particular, the basic principle of energy storage devices, which are classified as chemical cells, is to use the flow of electrons involved in chemical reactions. That is, the electromotive force can be formed by using a redox reaction between two metals having different ionization tendencies and a flow of electrons moving between materials in the process. In this case, the oxidation-reduction reaction causes metals with a high ionization tendency to give electrons to metal ions having a low tendency to ionize and oxidize themselves. On the contrary, metal ions having a small tendency to ionize are reduced to metals. The movement of electrons accompanying this chemical reaction becomes the electromotive force of the battery.
따라서, 전지의 기본적인 구성은 서로 다른 이온화 경향을 가진 두 가지 물 질이 전극이 되며 이온 이동을 도와주는 전해질로 구성되어 있다. 두 물질 간의 산화 환원 반응이 충분히 이루어지거나 전해액이 이온 수송을 할 수 없는 상태가 되면 더 이상의 반응이 발생하지 않게 되고 기전력 발생이 중단되게 된다.Therefore, the basic configuration of the battery is composed of two kinds of materials having different ionization tendencies as the electrode and the electrolyte to help the ion migration. When the redox reaction between the two materials is sufficient or the electrolyte is in a state where ion transport is not possible, no further reaction occurs and generation of electromotive force is stopped.
이러한 에너지 저장장치로서의 화학전지의 일례를 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.An example of a chemical cell as such an energy storage device will be described with reference to FIG. 1.
도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 화학전지(1)는 고분자필름 등으로 형성되는 베이스 기재(12, 22)상에 집전체 역할을 하는 전도층(14, 24)이 배치되며, 상기 전도층의 일면에 양극층(16)과 음극층(24)으로 구별되는 이온화경향이 다른 전극이 형성된다. 그리고 각 양극층(16)과 음극층(24)의 사이에는 이온의 이동경로를 제공하는 고분자전해질층(30)이 배치되게 된다. 아울러 도시되지는 않았지만, 상기 화학전지의 테두리에는 열융착 또는 접착제로 밀폐되게 된다. As shown in FIG. 1, in the conventional chemical cell 1,
아울러, 고분자전해질층의 사용시에는 밀폐를 위한 실링 공정 시 전극 간의 접촉으로 인한 문제를 우려하여 분리막(미도시)이 사용되기도 한다.In addition, when the polymer electrolyte layer is used, a separator (not shown) may be used because of a concern caused by contact between electrodes in a sealing process for sealing.
이러한 종래의 에너지 저장장치로서의 화학전지의 용량 등의 특성은 각각의 적층구조를 형성하는 재료나 조성, 접착성 등의 특성에만 크게 의존하는 경향이 있어왔다.Such characteristics, such as the capacity of a chemical cell as a conventional energy storage device, tend to depend largely on the characteristics of the material, composition, adhesiveness, etc., which form each layered structure.
따라서, 기본적으로 형성되는 2개의 전극과 집전체층, 전해질층의 적층구조를 변경하기는 매우 어려우며, 이는 전체적인 전지의 두께를 두껍게 하며, 전기 용량을 늘리기 위해서는 이러한 전체 두께는 더욱 커질 수밖에 없어 박형화를 지향하는 최근의 전자제품의 발전방향에 역행하는 문제를 초래하게 되었다.Therefore, it is very difficult to change the stacked structure of the two electrodes, the current collector layer, and the electrolyte layer, which are basically formed, which increases the thickness of the overall battery, and in order to increase the electric capacity, the overall thickness is inevitably larger. It has led to a problem that is contrary to the recent development direction of electronic products.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 적층구조의 에너지 저장장치에서 전극의 패턴을 동일평면상의 층에 이격되도록 패터닝 하여 형성함으로써, 전체 장비를 박형화하는 한편, 전극의 표면적을 넓혀 저장 전기 용량을 극대화할 수 있는 에너지저장장치의 구조 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to form a pattern of electrodes in a laminated energy storage device by patterning them to be spaced apart from the same plane layer, thereby making the entire apparatus thin, and It is to provide a structure and a manufacturing method of the energy storage device to maximize the storage capacity by increasing the surface area of the.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 구성은, 베이스기재상에 형성되는 이온화 경향이 다른 2개의 전극층; 과 상기 전극층과 인접하는 고분자전해질층; 을 포함하되, 상기 전극층은 동일층에 패턴화된 구조로 적층되는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치를 제공할 수 있도록 한다.The configuration according to the present invention for solving the above problems is two electrode layers different in ionization tendency formed on the base substrate; A polymer electrolyte layer adjacent to the electrode layer; Including, but the electrode layer is to provide an energy storage device, characterized in that laminated on the same layer in a patterned structure.
또한, 상술한 본 발명에 따른 에너지 저장장치에 있어서, 상기 전극층은 상호 이격되는 상기 제1전극 및 제2전극으로 형성되되, 각각의 전극 패턴의 양 말단은 상호 연결되지 않는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the above-described energy storage device according to the present invention, the electrode layer is formed of the first electrode and the second electrode spaced apart from each other, both ends of each electrode pattern is characterized in that the structure is not connected to each other. It is done.
특히, 상술한 에너지 저장장치에서의 상기 전극층 하부에는 상기 제1전극 및 제2전극과 동일한 패턴으로 형성되는 도전성집전체층을 더 포함할 수 있다.In particular, the lower portion of the electrode layer in the above-described energy storage device may further include a conductive current collector layer formed in the same pattern as the first electrode and the second electrode.
상술한 구조에서 상기 고분자전해질층은, 상기 전극층과 도전성집전체층의 패턴 간의 이격공간에 삽입되며, 상기 전극층의 상부 면을 덮는 구조로 형성되도록 하여, 전극 간의 절연은 물론, 전체적인 장치의 두께를 박형화할 수 있도록 한다.In the above-described structure, the polymer electrolyte layer is inserted into the spaced space between the pattern of the electrode layer and the conductive current collector layer, and is formed to cover the upper surface of the electrode layer, so that the thickness of the overall device as well as the insulation between the electrodes. Make it thinner.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장장치는 전극패턴의 두께와 이격간격, 그리고 패턴의 폭을 조절하여 전극의 표면적을 극대화하며, 나아가 전기 용량을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 이를 위해 상기 제1전극의 패턴 폭(d1)과 제2전극의 패턴 폭(d2)은 1~50㎛의 범위에서 조절될 수 있으며, 상기 제1전극과 제2전극의 패턴 간 간격(t1)은 1~50㎛의 범위에서 조절될 수 있다. 특히 상기 제1전극의 패턴 폭(d1)과 제2전극의 패턴 폭(d2)과 각 전극패턴의 높이(t2)의 비율은, (d1, d2):t2=1:(1.5~5)의 범위로 형성할 수 있다.In addition, the energy storage device according to the present invention can maximize the surface area of the electrode by adjusting the thickness and spacing interval of the electrode pattern, and the width of the pattern, and further improve the electrical capacity, for this purpose, The pattern width d1 and the pattern width d 2 of the second electrode may be adjusted in the range of 1 to 50 μm, and the interval t 1 between the patterns of the first and second electrodes is 1 to 50 μm. It can be adjusted in the range of. In particular, the ratio of the pattern width d 1 of the first electrode, the pattern width d 2 of the second electrode, and the height t 2 of each electrode pattern is (d 1 , d 2 ): t 2 = 1: It can be formed in the range of (1.5-5).
상술한 구조의 에너지 저장장치는 다음과 같은 제조공정을 통해 제조될 수 있다.The energy storage device having the above-described structure can be manufactured through the following manufacturing process.
구체적으로, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 제조공정은 베이스기재상에 특정패턴을 구비하는 도전성집전체층을 형성하는 1단계; 상기 도전성집전체층과 대응되는 제1전극패턴 및 제2전극패턴을 형성하는 2단계; 상기 제1 및 제2전극패턴 상에 고분자전해질층을 적층 하는 3단계; 를 포함하는 공정으로 구현될 수 있다.Specifically, the manufacturing process of the energy storage device according to the present invention comprises the steps of forming a conductive current collector layer having a specific pattern on the base substrate; Forming a first electrode pattern and a second electrode pattern corresponding to the conductive current collector layer; Stacking a polymer electrolyte layer on the first and second electrode patterns; It may be implemented in a process comprising a.
특히, 상기 1단계는, 베이스 기재상에 접착력 확보를 위한 표면처리 하는 단계가 선행될 수 있다.In particular, the first step may be preceded by a surface treatment for securing adhesion on the base substrate.
또한, 상기 1단계 및 2단계는, 상기 도전성집전체층의 패턴과 제1및 제2전극의 패턴을 동일하게 형성할 수 있다.In addition, in the first and second steps, the pattern of the conductive current collector layer and the patterns of the first and second electrodes may be formed in the same manner.
또한, 본 제조단계에서 상기 3단계는, 상기 고분자전해질층을 액상 또는 겔상의 물질로 적층 하여, 상기 제1전극 및 제2전극의 이격공간 내로 상기 고분자전 해질층의 일부가 삽입되도록 형성하는 단계로 형성할 수 있다. 이 경우 상기 고분자전해질층의 형성은, 고체 고분자전해질을 적층하고 가열하여 용융상태의 고체고분자전해질이 상기 제1 및 제2전극의 이격 공간 사이로 삽입되어 밀착시키는 단계; 가열 후 상기 고체 고분자전해질을 열건조 후 서랭이나 급랭하여 경화시키는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.In the manufacturing step, the third step may include forming the polymer electrolyte layer by inserting the polymer electrolyte layer into a liquid or gel material so that a part of the polymer electrolyte layer is inserted into the spaced space between the first electrode and the second electrode. It can be formed as. In this case, the formation of the polymer electrolyte layer may include stacking and heating a solid polymer electrolyte so that a solid polymer electrolyte in a molten state is inserted into and spaced apart from the spaced space between the first and second electrodes; Heat-drying the solid polymer electrolyte after heating and curing by slow cooling or quenching; . ≪ / RTI >
아울러, 본 발명에 따른 제조공정에서 상기 제1 및 제2전극패턴의 형성은, 각각의 전극패턴의 일단과 타단이 상호 연결되지 않는 기하학적 구조를 구비하도록 형성할 수 있다.In addition, in the manufacturing process according to the present invention, the first and second electrode patterns may be formed to have a geometric structure in which one end and the other end of each electrode pattern are not connected to each other.
본 발명에 따르면, 적층구조의 에너지 저장장치에서 전극의 패턴을 동일평면상의 층에 이격되도록 패터닝하여 형성함으로써, 전체 장비를 박형화하는 한편, 전극의 표면적을 넓혀 저장 전기 용량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by forming the pattern of the electrode in the energy storage device of the laminated structure by patterning to be spaced apart on the same plane layer, it is possible to reduce the overall equipment, while maximizing the storage capacitance by increasing the surface area of the electrode have.
특히, 상기 패터닝된 제1 및 제2전극의 이격공간에 고분자전해질층이 일부 삽입되도록 하여 전극 간 접촉에서 발생하는 불량을 제거함과 동시에 전체 에너지 저장장치의 두께를 박형화할 수 있는 장점도 있다.In particular, the polymer electrolyte layer is partially inserted into the spaced spaces of the patterned first and second electrodes, thereby eliminating defects caused by contact between the electrodes and reducing the thickness of the entire energy storage device.
또한, 상기 제1및 제2전극의 패턴 형상과 동일한 패턴의 도전성집전체층을 하부에 적층 하는 경우, 이격공간에 삽입되는 고분자전해질층의 두께를 더욱 박형화할 수 있는 효과도 있다.In addition, when the conductive current collector layers having the same pattern as the pattern shape of the first and second electrodes are stacked below, the thickness of the polymer electrolyte layer inserted into the space is further reduced.
또한, 패턴화되는 제1및 제2전극 간의 이격간격을 조절하거나, 패턴 전극의 두께 및 두께를 조절하여 표면적 및 전기용량을 현저하게 높일 수 있는 효과도 있 다.In addition, it is also effective to significantly increase the surface area and capacitance by adjusting the separation interval between the first and second electrodes to be patterned, or by controlling the thickness and thickness of the pattern electrode.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation according to the present invention. In the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
도 2a는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 일 실시예를 도시한 것이며, 도 2b는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 분해 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 2a shows an embodiment of the energy storage device according to the present invention, Figure 2b schematically shows an exploded perspective view of the energy storage device according to the present invention.
본 발명에 따른 에너지 저장장치는 베이스기재(110)상에 형성되는 이온화 경향이 다른 2개의 전극층(120, 130)이 형성되며, 상기 전극층(120, 130)의 상부에는 상기 전극층과 인접하는 고분자전해질층(140)이 적층되는 구조로 형성될 수 있다. 특히 상기 베이스기재(110)와 전극층(120,130)의 사이에는 도전성집전체층(150)이 더 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 도전성집전체층(150)은 상기 전극층의 패턴과 동일한 형상으로 형성됨이 바람직하다.In the energy storage device according to the present invention, two
상기 베이스기재(110)는 고분자필름기재가 사용되어 플렉서블(flexible)한 특성을 나타나게 할 수 있으며, 일례로는 폴리에스테르계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 나일론, 폴리이미드로 형성되거나, 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 상술한 단일 또는 둘이상의 조합으로 단층 또는 다층 구 조로 형성할 수 있음은 물론이다.The
상기 전극층(120, 130)은, 에너지 저장장치에서 이온화 경향이 서로 다른 물질로 이루어짐이 바람직하며, 구체적으로는 제1전극(120)과 제2전극(130)은 서로 이격되도록 배치되되, 동일한 층에 형성됨이 바람직하다. 이러한 상기 전극층의 패턴 구조는 도시된 것처럼, 제1전극(120)이 일단과 타단은 서로 연결되지 않는 기하학적인 형상의 패턴을 구현하며, 제2전극은 상기 제1전극과 간격을 최소화하는 배치로 대응되는 쌍을 이루며 배치됨과 동시에 역시 제2전극의 일단과 타단은 서로 연결되지 않는 구조의 패턴을 형성하고 있다. 물론 본 전극층의 전극 패턴의 구성을 극히 일 실시예로서 예시한 것이며, 이와는 상이한 다양한 기하학적 형상이나 도형, 규칙 또는 불규칙한 패턴의 조합으로 형성될 수 있다.The
어느 경우이던 상기 제1전극과 제2전극은 동일층에 일정한 이격공간을 가지며 배치되며, 이 경우 상기 제1전극은 양극 활물질로 제2전극은 음극 활물질로 형성될 수 있다(물론 이와 반대로 형성하는 것도 가능하다). 특히 양극 활물질로는 망간옥사이드, EMD (electrolytic manganese dioxide), 니켈옥사이드, 산화납, 이산화납, 실버옥사이드, 황화철, 염화은, 황화구리, 오산화바나듐, 전도성 고분자 입자 및 활성탄 등을 사용할 수 있으며, 음극 활물질로는 리튬, 나트륨, 망간, 아연, 알루미늄, 철, 납, 마그네슘 입자 및 활성탄 등을 사용할 수 있다.In any case, the first electrode and the second electrode may be disposed to have a predetermined spaced distance in the same layer. In this case, the first electrode may be formed of a cathode active material, and the second electrode may be formed of an anode active material. It is also possible). In particular, as the cathode active material, manganese oxide, electrolytic manganese dioxide (EMD), nickel oxide, lead oxide, lead dioxide, silver oxide, iron sulfide, silver chloride, copper sulfide, vanadium pentoxide, conductive polymer particles and activated carbon may be used. As the furnace, lithium, sodium, manganese, zinc, aluminum, iron, lead, magnesium particles and activated carbon may be used.
상기 제1전극과 제2전극의 하부에 형성되는 도전성집전체층(150)은 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2전극의 패턴의 형상과 동일한 구조로 패터닝되어 형성될 수 있다. 구체적으로는, 상기 도전성집전체층은 전도성 카본 페이스트, 나노금속입 자 (수 내지 수십 나노미터의 입경(粒徑) 크기를 가지는 금속입자) 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO (indium tin oxide) 페이스트를 이용하여 패터닝함으로써 구현할 수 있다.The conductive
상기 고분자전해질층(140)은 상기 제1 및 제2전극(120, 130)의 상부에 적층되는 구조로 형성되며, 특히 상기 제1 및 제2전극(120, 130)이 형성하는 이격공간에 삽입되는 구조로 형성되어, 각각의 전극의 쇼트를 방지하며, 전체적으로 고분자전해질층(140)의 두께를 얇게 형성할 수 있게 된다. 나아가 상기 도전성집전체층(150)이 상기 전극층의 전극들과 동일한 패턴으로 형성되는 경우, 상기 이격공간은 제1 및 제2전극(120, 130)과 도전성집전체층(150)의 적층구조에 공통적으로 형성되게 되며, 가장 아랫면의 베이스기재(110)의 표면이 상기 이격공간의 하면에 노출되게 된다(도 2c 참조). 이 경우에는 상기 고분자전해질층(140)이 상기 베이스 기재(110)와 접하는 위치까지 삽입되도록 형성함이 더욱 바람직하다.The
상기 고분자전해질층은 고체 또는 액상의 고분자전해질을 경화시켜 형성시킬 수 있으며, 구체적인 일례로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체,비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체,폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크 릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 전분, 한천, 및 나피온으로 이루어지는 군에서 선택되는어느 하나, 또는 이들의 공중합체, 또는 이들의 블랜드를 이용할 수 있다. 물론 여기에 무기첨가제(실리카, 탈크, 알루미나, 클레이, TiO2, 제올라이트 등)나 수계 전해액(이를 테면, 증류수, 수산화칼륨, 브롬화칼륨, 염화칼룸, 염화아연, 염화암모늄, 황산 등)을 포함시킬 수 있다.The polymer electrolyte layer may be formed by curing a solid or liquid polymer electrolyte, and specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, polyimide, polysulfone, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, Polybutadiene, cellulose, carboxymethylcellulose, nylon, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, copolymers of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, vinylidene fluoride and trifluoroethylene Copolymer of, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate , Polyvinylacetate, polyvinyl Any one selected from the group consisting of alcohol, starch, agar, and nafion, or a copolymer thereof, or a blend thereof can be used. Of course, this can include inorganic additives (silica, talc, alumina, clay, TiO 2 , zeolites, etc.) or aqueous electrolytes (such as distilled water, potassium hydroxide, potassium bromide, gallium chloride, zinc chloride, ammonium chloride, sulfuric acid, etc.). Can be.
도 2c는 상술한 에너지 저장장치에서 고분자전해질층(140)을 제거한 상태에서의 본 에너지 저장장치를 위에서 바라본 평면도를 도시한 것이다.Figure 2c shows a plan view from above of the present energy storage device with the
즉, 베이스 기재(110) 상에 도전성집전체층(150)을 패터닝하여 인쇄하되 전극층의 전극의 패턴구조와 동일하게 형성하여 이격공간이 제1전극(120)과 제2전극 (130)및 도전성집전체층(150)에 공통적으로 형성되고, 따라서 이격공간의 하부에 베이스기재(110)가 노출되는 구조를 도시한 것이다. 특히 이러한 상기 전극층의 패턴 구조는 도시된 것처럼, 제1전극(120)이 일단(A)과 타단(B)은 서로 연결되지 않는 기하학적인 형상의 패턴을 구현하며, 제2전극은 상기 제1전극과 간격을 최소화하는 배치로 대응되는 쌍을 이루며 배치됨과 동시에 역시 제2전극의 일단(C)과 타단(D)은 서로 연결되지 않는 구조의 패턴을 형성하고 있다. That is, the conductive
이러한 배치구조에서 상기 제1전극 및 제2전극의 전극패턴의 두께와 이격 간격, 그리고 패턴의 폭을 조절하여 전극의 표면적을 극대화하며, 나아가 전기 용량을 현저하게 향상시킬 수 있도록 형성할 수 있다. 바람직한 일실시예로서는 이를 위해 상기 제1전극의 패턴 폭(d1)과 제2전극의 패턴 폭(d2)은 1~50㎛의 범위에서 조절될 수 있으며, 상기 제1전극과 제2전극의 패턴 간 간격(t1)은 1~50㎛의 범위에서 조절될 수 있다. 특히 상기 제1전극의 패턴 폭(d1) 및 제2전극의 패턴 폭(d2)과 각 전극패턴의 높이(t2)의 비율은, (d1, d2):t2=1:(1.5~5)의 범위로 형성할 수 있다.In such an arrangement structure, the surface area of the electrode may be maximized by adjusting the thickness, the distance between the electrode patterns of the first electrode and the second electrode, and the width of the pattern, and further, the capacitance may be significantly improved. As a preferred embodiment for this purpose the pattern width (d 1 ) of the first electrode and the pattern width (d 2 ) of the second electrode can be adjusted in the range of 1 ~ 50㎛, the first electrode and the second electrode of The interval t 1 between patterns may be adjusted in the range of 1 to 50 μm. In particular, the ratio of the pattern width d 1 of the first electrode and the pattern width d 2 of the second electrode to the height t 2 of each electrode pattern is (d 1 , d 2 ): t 2 = 1: It can be formed in the range of (1.5-5).
도 2d는 본 발명에 따른 전극패턴의 형성의 다른 실시예(원형타입)를 도시한 것이다. 도시된 것은 도 2c에서처럼, 상부에 형성되는 고분자전해질층을 제거한 평면도를 도시한 것으로, 전극패턴의 배치형상을 제1전극(120)과 제2전극(130)을 이격배치하되, 원형타입으로 하나의 층을 형성하도록 맞물려 배치하고, 이 전극들 사이에는 이격공간을 배치하여 하부에 베이스 기재(110)나 노출되는 구조의 평면도를 도시한 것이다.Figure 2d shows another embodiment (circular type) of the formation of the electrode pattern according to the present invention. 2c is a plan view showing the polymer electrolyte layer formed on the upper portion as shown in FIG. 2c. The arrangement of the electrode pattern is spaced apart from the
이처럼, 본 발명에 따른 전극패턴은 전체적으로 직사각형 타입, 정사각형 타입, 삼각형 타입, 원형 타입의 형상으로 구현될 수 있다. 상기 도형들에서 일부분은 단락되는 구조로 형성함이 바람직하다 할 것이다. 이러한 규칙적인 형상 이외에도 다른 불규칙한 패턴의 조합으로 이루어진 기하학적인 형상으로도 전극패턴의 변형이 가능함은 자명하며, 이 역시 본 발명의 요지에 포함된다고 할 것이다.As such, the electrode pattern according to the present invention may be implemented in the shape of a rectangular type, a square type, a triangle type, a circular type as a whole. In the above figures it will be preferable to form a portion of the short circuit structure. In addition to the regular shape, it is obvious that the electrode pattern can be modified even in a geometric shape made of a combination of other irregular patterns, which will also be included in the gist of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 상술한 구조의 에너지 저장장치의 제조공정을 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing process of the energy storage device having the above-described structure according to the present invention will be described.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 제조공정 순서를 도시한 순서도이 다. 본 순서도를 참조하여 개략적인 제조공정을 설명하고, 이에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 구조를 설명하기로 한다.3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of the energy storage device according to the present invention. A schematic manufacturing process will be described with reference to the flowchart, and thus the structure of the energy storage device according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 제조공정은 크게 베이스기재상에 특정패턴을 구비하는 도전성집전체층을 형성하는 1단계와 상기 도전성집전체층과 대응되는 제1전극패턴 및 제2전극패턴을 형성하는 2단계, 그리고 상기 제1 및 제2전극패턴 상에 고분자전해질층을 적층 하는 3단계를 포함하여 이루어진다.In the manufacturing process of the energy storage device according to the present invention, a first step of forming a conductive current collector layer having a specific pattern on a base substrate and a first electrode pattern and a second electrode pattern corresponding to the conductive current collector layer are formed. And two steps of laminating a polymer electrolyte layer on the first and second electrode patterns.
특히, 상기 1단계는, 베이스기재에 도전성집전체층을 형성하기 전에 베이스 기재를 표면처리를 통해 베이스 기재와 도전성집전체, 전극 간의 접착성을 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다. 이 경우 표면처리는 베이스 기재에 산이나 알칼리 등의 화학약품을 이용한 표면처리나 플라즈마 처리 등을 활용한 방법에 의해 수행될 수 있다.In particular, the first step, it is preferable to improve the adhesion between the base substrate, the conductive current collector, the electrode through the surface treatment of the base substrate before forming the conductive current collector layer on the base substrate. In this case, the surface treatment may be performed by a method using surface treatment or plasma treatment using a chemical such as acid or alkali on the base substrate.
아울러 상기 1단계에서의 도전성집전체층의 형성은 도전성집전체층의 상부에 형성되는 전극층의 패턴과 동일한 형상으로 패터닝하여 인쇄할 수 있도록 함이 바람직하다.In addition, the formation of the conductive current collector layer in the first step is preferably to be printed by patterning the same shape as the pattern of the electrode layer formed on the conductive current collector layer.
상기 2단계의 제1전극과 제2전극의 패턴을 형성하는 단계는, 인쇄공정을 통해 형성된 도전성 집전체층 위에 패터닝된 양극층 및 음극층을 형성하는 단계로 구성된다. 이 경우 도전성집전체층의 패턴과 상기 양극층 및 음극층의 패턴은 동일하게 형성할 수 있다. 특히 상기 제1 및 제2전극은 서로 이격되는 구조로 배치되되, 하나의 층을 형성하도록 서로 맞물리는 구조로 배치됨이 바람직하다. 이는 종래와 비교하여 서로 다른 층에 형성되는 전극층을 하나의 층으로 형성하여 전체 디바이 스의 두께를 낮출 수 있는 동시에, 패턴 형성을 통해 전극의 표면적은 오히려 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 제1전극 및 제2전극의 전극패턴의 두께와 이격 간격, 그리고 패턴의 폭을 조절하여 전극의 표면적을 극대화하며, 나아가 전기 용량을 현저하게 향상시킬 수 있도록 형성할 수 있다. 이는 패턴화된 전극의 전면, 측면이 노출되는 구조이므로, 표면적이 넓어지며, 이렇게 넓어진 표면적으로 인해 에너지 저장장치의 용량을 증가시킬 수 있게 된다.Forming the patterns of the first electrode and the second electrode of the second step is to form a patterned positive electrode layer and a negative electrode layer on the conductive current collector layer formed through a printing process. In this case, the pattern of the conductive current collector layer and the pattern of the anode layer and the cathode layer may be formed in the same manner. In particular, the first and second electrodes are arranged in a structure that is spaced apart from each other, it is preferable to be arranged in a structure that is engaged with each other to form one layer. This has the advantage that the thickness of the entire device can be lowered by forming an electrode layer formed on different layers as a single layer as compared with the prior art, and the surface area of the electrode can be rather increased through pattern formation. In addition, the surface area of the electrode may be maximized by controlling the thickness, the distance between the electrode patterns of the first electrode and the second electrode, and the width of the pattern, and further, the capacitance may be remarkably improved. Since the front and side surfaces of the patterned electrode are exposed, the surface area is widened, and thus the surface area of the patterned electrode can increase the capacity of the energy storage device.
이후에는 상기 3단계로 고분자전해질층을 형성하게 되며, 이는 코팅공정을 통해 액상 또는 고상의 고분자전해질을 상기 전극층의 상부에 형성하거나, 전극이 형성된 상부에 틀을 만들어 일정 공간을 형성하고, 어느 한쪽의 개방된 일면에 고분자 전해질 물질을 주입하는 공정을 통해 형성할 수도 있다.Thereafter, the polymer electrolyte layer is formed in the third step, which forms a liquid or solid polymer electrolyte on the upper part of the electrode layer through a coating process or forms a frame on the upper part of the electrode to form a predetermined space. It may be formed through a process of injecting a polymer electrolyte material on the open side of the.
특히 상술한 도전성집전체층과 제1 및 제2전극의 패턴으로 인해 형성된 패턴 간의 이격공간내부로 상기 고분자전해질층의 삽입될 수 있도록 함이 바람직하다. 구체적으로는 상기 고분자전해질층을 액상 또는 겔상의 물질로 적층 하여, 상기 제1전극 및 제2전극의 이격공간 내로 상기 고분자전해질층의 일부가 삽입되도록 형성하되, 이는 고체 고분자전해질을 적층하고 가열하여 용융상태의 고체고분자전해질이 상기 제1 및 제2전극의 이격공간 사이로 삽입되어 밀착시킨 후, 상기 고체 고분자전해질을 열건조 후 서랭이나 급랭하여 경화시키는 공정으로 형성할 수 있다. 상술한 공정에 의해 고분자전해질이 제1 및 제2전극 간의 이격공간을 채워 전극 간 접촉으로 인한 불량을 막을 수 있는 동시에 전체적인 고분자전해질의 두께를 얇게 형성할 수 있는 장점이 구현되게 된다. 아울러 액상 및 고상의 전해질을 모두 사용할 수 있어 제조방식의 범용성이 확보되며, 특히 고상의 전해질을 사용하는 경우 액 누출의 염려를 줄일 수 있게 된다. 아울러 종래의 전극 간 쇼트를 방지하기 위해 형성되던 분리막의 존재를 제거할 수 있게 되어 생산비용의 절감 및 제조공정의 단순화를 꾀할 수 있게 된다. In particular, the polymer electrolyte layer may be inserted into the space between the conductive current collector layer and the pattern formed by the patterns of the first and second electrodes. Specifically, the polymer electrolyte layer is laminated with a liquid or gel material, and a part of the polymer electrolyte layer is formed to be inserted into a space between the first electrode and the second electrode, which is laminated and heated by the solid polymer electrolyte. After the molten solid polymer electrolyte is inserted into and closely contacted between the spaces of the first and second electrodes, the solid polymer electrolyte may be formed by a process of curing the solid polymer electrolyte by heat cooling or quenching. By the above-described process, the polymer electrolyte fills the separation space between the first and second electrodes to prevent defects due to contact between the electrodes, and at the same time, an advantage of forming a thin thickness of the entire polymer electrolyte is realized. In addition, since both liquid and solid electrolytes can be used, versatility of the manufacturing method is ensured, and in particular, when a solid electrolyte is used, the risk of liquid leakage can be reduced. In addition, it is possible to remove the existence of the separator formed in order to prevent the short between the electrodes, it is possible to reduce the production cost and simplify the manufacturing process.
이후에는 접착제 또는 실링재로 전체적인 에너지 저장장치를 밀폐하는 공정이 수행될 수 있다.Thereafter, a process of sealing the entire energy storage device with an adhesive or a sealing material may be performed.
상술한 제조공정에 의하면, 종래의 에너지 저장장치의 구조와 비교할 때, 전극층을 하나의 층에 패터닝된 형태로 형성하게 되는바, 전극의 표면적을 최대화하여 용량의 증가를 구현할 수 있게 됨과 동시에 전체적인 장치의 두께를 박형화할 수 있게 되며, 고분자전해질층을 상기 전극층 패턴의 이격공간에 삽입될 수 있도록 하여 쇼트불량을 배제함과 동시에 역시 장치의 박형화를 꾀할 수 있게 된다. 아울러 간단한 인쇄공정을 통해 가공의 용이성을 추구할 수 있게 된다.According to the above-described manufacturing process, compared with the structure of the conventional energy storage device, the electrode layer is formed in a patterned form on one layer, so that the surface area of the electrode can be maximized to increase the capacity and at the same time the overall device. It is possible to thin the thickness of the polymer electrolyte layer can be inserted into the spaced space of the electrode layer pattern to eliminate the short defects and at the same time it is possible to thin the device. In addition, it is possible to pursue the ease of processing through a simple printing process.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.
도 1은 종래의 에너지 저장장치의 구성을 도시한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional energy storage device.
도 2a는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 구성을 도시한 개략적인 구성도이며, 도 2b는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 분리사시도, 도 2c는 본 발명에 따른 에너지 저장장치에서 고분자전해질층을 제거한 후의 평면도, 도 2d는 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 전극의 패턴배치의 다른 구현예를 도시한 것이다.Figure 2a is a schematic configuration diagram showing the configuration of the energy storage device according to the present invention, Figure 2b is an exploded perspective view of the energy storage device according to the present invention, Figure 2c is a polymer electrolyte layer in the energy storage device according to the present invention Figure 2d shows a further embodiment of the pattern arrangement of the electrodes of the energy storage device according to the invention after removal.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 제조공정을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an energy storage device according to the present invention.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090129455A KR20110072501A (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Electric energy storage device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020090129455A KR20110072501A (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Electric energy storage device and method of manufacturing the same |
Publications (1)
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| KR20110072501A true KR20110072501A (en) | 2011-06-29 |
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| KR1020090129455A KR20110072501A (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Electric energy storage device and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20110072501A (en) |
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2009
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