JP2003223873A - 薄く平らで柔軟性の金属ハウジングを備えたガルヴァーニ電池 - Google Patents

薄く平らで柔軟性の金属ハウジングを備えたガルヴァーニ電池

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Fatima Birke-Salam
ビルケ−サラム ファティマ
Thomas Woehrle
ヴェルレ トーマス
Peter Birke
ビルケ ペーター
Konrad Dr Holl
ホル コンラート
Stefan Fuerst
フュルスト シュテファン
Heinrich Stelzig
シュテルツィヒ ハインリヒ
Irikku Dejan
イリック デヤン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブチップカード上に使用した際に曲
げ抵抗性および捩り応力について要求が為された、殊に
この要求が強制されるガルヴァーニ電池を記載する。 【解決手段】 ハウジングが少なくとも95質量%の銅
含量を有する銅材料および一次群からの軽金属合金添加
剤から二次加工された箔からなり、銅と軽金属合金とが
原子番号の点で少なくとも15異なるが、しかし26以
上は異ならず、また少なくとも400℃異なるが、しか
し950℃以上は異ならない融点を有し、合金金属が化
合物中で1価ないし3価であり、この合金金属により銅
の面心立法剛体球充填体の8.94g/cmの質量密
度が少なくとも0.03g/cm変化する程度に合金
化の間に銅の面心立法剛体球充填体が変性されており、
箔がハウジングの内部に面する側で接着剤被覆を有して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄く平らで柔軟性
の金属ハウジングを備えたガルヴァーニ電池に関する。
【0002】
【従来の技術】0.5mm未満の全厚を有する極めて薄
く柔軟性のガルヴァーニ電池は、例えば”アクティブス
マートカード(active smart cards)”上のエネルギー
蓄積デバイスとして必要とされている。このように薄い
電子チップカード上に使用される、平らなエネルギー蓄
積デバイスは、ICチップまたは他の構成成分、例えば
内蔵の小型センサーのための出力供給装置として役立つ
ように意図されている。
【0003】0.5mm未満の厚さを有する特に薄いエ
ネルギー蓄積デバイスの場合には、このエネルギー蓄積
デバイスのハウジングの設計およびこのハウジングの二
次加工に使用される材料は、問題を有している。固体の
金属箔またはプラスチック−金属−プラスチック複合フ
ィルムは、カップとして役立つことができ、プレートを
被っている。このような材料の公知の例は、被覆され積
層されたアルミニウム箔である。しかし、このアルミニ
ウム箔は、通常、不適当である。それというのも、この
型の複合フィルムは、80μm〜120μmの範囲内の
厚さでのみ十分な耐久性を有しているからである。この
ような厚手の厚さは、望ましくない”死(dead)”材料
の添加を必要とする。それというのも、このような厚手
の厚さは、完全にアセンブルされた電池のエネルギー密
度に対して主に不利な効果を有しているからである。上
記型の用途の場合には、15μm〜35μm、好ましく
は16μm〜25μmの典型的な厚さにも拘わらず、シ
ーリング箔および電極として使用した場合に卓越した接
着性と結び付いた高い機械的柔軟性および耐久性を有
し、また、たとえ変形した場合でも場合によるプラスチ
ックの側板に損傷を与えない固体の金属箔から二次加工
されたハウジングを開発する努力が為された。
【0004】ボタン電池の固体の金属ハウジングは、典
型的には、ステンレス鋼、二層金属(ニッケルステンレ
ス鋼)の張り合わせ品または三層金属(ニッケルステン
レス鋼銅)の張り合わせ品からなる。この金属ハウジン
グの外側ニッケル層は、消費者との接触を生じさせるの
に有利であり;内側の銅層は、電池内部との接触と電気
化学的アースとの接触の双方に有利であることができ
る。
【0005】しかし、20μm〜25μmの厚さへ減少
された圧延ステンレス鋼は、困難であり、極めて高価で
ある。上記問題について、二層金属または三層金属の張
り合わせ品の上記利点を意図的に利用するかどうかはよ
りいっそう深刻な問題を引き起こす。更に、圧延材料
は、内部接触電極およびカップと被覆板との間に挿入さ
れる絶縁シーリング箔ならびに外部接触ドレインの設置
をよりいっそう困難にする極めて平滑な表面を有してい
る。殊に、薄くステンレス鋼箔の表面が粗面化されるこ
とは、大量生産規模では困難であり、実際に存在する問
題の解決は、全くない。
【0006】多数の金属箔、例えばニッケル箔は、電気
化学的非相容性のために考慮から外されていてよい。
【0007】こうしてあまねく述べた全ての要件には、
銅が最も適合している。それというのも、銅は、10μ
m以下に及ぶ厚さを有する箔に直ちに圧延されることが
でき、ステンレス鋼よりも簡単に外部ドレイン付近に接
触させることができ、この銅の硬さまたは柔軟さは、圧
延または焼鈍によって変えることができる。全ての前記
方法は、費用を掛けずに穿孔され、銅は、ガルヴァーニ
電池の多数の型にとって十分に幅広い、電気化学的に耐
久性を有するウィンドウを有している。
【0008】種々のカード軸線について繰り返される曲
げ(ISO曲げ試験)は、薄いガルヴァーニ電池が主に
アクティブスマートカード上に使用される場合に重要で
あり、この場合には、このアクティブスマートカードの
外側ハウジング(プラスチックカードの場合)およびガ
ルヴァーニ電池に対してしわ、亀裂または損傷は、発生
すべきではなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明によって課され
た問題は、アクティブチップカード上に使用した際に曲
げ抵抗性および捩り応力について要求が為された、殊に
この要求が強制されるガルヴァーニ電池を記載すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記問
題は、請求項1に記載された特徴を有する前記型のガル
ヴァーニ電池により解決される。本発明の好ましい実施
形式は、請求項2から5までのいずれか1項に記載され
ている。
【0011】少なくとも1つの合金添加剤を有する銅
は、最も良好に前記要件に適合している。本発明によれ
ば、電池のハウジングは、DIN ISO 7816−
1に定義されたISO曲げ試験およびDIN ISO/
IEC 10373に定義された試験方法に適合するよ
うに、前記方法で二次加工された電池が”アクティブス
マートカード”への結合の基準となるISO標準に従う
程度に、体積弾性率が第1の群からの少なくとも1つの
軽金属との合金化によって変性されている、少なくとも
95質量%の銅含量を有する銅材料から二次加工された
箔から構成されている。
【0012】銅の原子番号と合金金属の原子番号とは、
少なくとも15異なるが、しかし26以上は異ならず、
また融点は、少なくとも400℃異なるが、しかし95
0℃以上は異ならず、この場合原子番号の大きな差は、
著しく小さなイオン半径/著しく小さなイオン円弧を有
する合金による介在格子位置の占有率に基づく最も大き
な剛体球充填体の密度によって拡大されており、この場
合この原子番号の大きな差は、合金の柔軟性および延性
に対して有利な効果を有する。同時に、融点における大
きな差は、前記結合が銅格子の厳格な歪みに貢献しない
ことを意味する。低い融点は、合金イオンがもたらす格
子結合エネルギーが低いことを意味する。本発明による
合金軽金属は、好ましくは2価結合を生じ、このましく
は、六角形の最も緻密な剛体球充填体の形に結晶化し、
8.94g/cmの質量密度が少なくとも0.03g
/cm変化する程度に合金化の間に銅の面心立法剛体
球充填体が変性される。
【0013】好ましい合金金属として適しているのは、
リチウム、マグネシウムおよびアルミニウムであり、こ
の場合この目的のために使用されるマグネシウムは、特
に有利である。
【0014】合金添加剤の百分率での含量は、0.01
質量%〜0.2質量%の範囲内にあり、好ましくは、
0.05質量%〜0.15質量%の範囲内にある。
【0015】電池の厚さは、好ましくは0.5mm未満
であり、電池は、50mAh未満の定格電気容量を有し
ている。
【0016】また、電極およびシーリング箔のために接
着力を備えさせるために、金属合金箔の片側、即ち電池
がその後にハウジングを有する場合に内向きに面する側
で表面を粗面化する銅微結晶の層を電気化学的に析出す
ることは、有利である。このような層を析出する方法
は、ドイツ連邦共和国特許出願第10108695.4
号に開示されている。
【0017】
【実施例】実施例:360℃で熱的に活性化された褐マ
ンガン鉱77質量%(電解MnO)、黒鉛6質量%
(Timrex KS 6)、導電性カーボンブラック2質量%(E
rachem SuperP)、ポリビニリデンフルオリド−ヘキサ
フルオロプロピレン7質量%(Elf Atochem Kynar Flex
2801)およびアセトン中のプロピレンカーボネート8
質量%(Merck)を十分に混合することによってペース
トを製造し、生じたペーストをポリオレフィン(Calgar
d 2500 ポリプロピレン)セパレーター上に塗布した。
溶剤は蒸発し、生じるストリップは、110℃で48時
間真空乾燥され、プロピレンカーボネート87体積%/
エチルメチルカーボネート13体積%中のLiClO
0.96Mの組成を有するオルガノリチウム電解液で
含浸した。電極セパレーターアセンブリを打ち抜き、
1.6cm×2.3cmの寸法を有する抜板を生じ、こ
れを銅箔ハウジング中に挿入し、このハウジング上でカ
バー側リチウムは、先に圧縮され、カップ側は、必要に
応じて銅微結晶の層以外に黒鉛を基礎とする導電性強化
剤で被覆された。絶縁層(シーリング層)を、銅が銅と
接触しかつ次にカップと被覆板とが超音波溶接される全
ての位置でカップと被覆板との間に備えさせる。本発明
によれば、銅ハウジングをマグネシウム0.11質量%
で合金化する。
【0018】前記方法で二次加工されたガルヴァーニ電
池は、DIN ISO 7816−1に定義されたIS
O曲げ試験およびDIN ISO/IEC 10373
に定義された試験方法に適合するように、”アクティブ
スマートカード”への結合の基準となるISO標準に従
っている。動的曲げ試験で、このカードは、毎分30回
の曲げ操作の頻度(0.5Hzの曲げ頻度)で2cmに
亘って長手方向にアーチ形に曲げられ、1cmに亘って
横方向にアーチ形に曲げられる。この試験で、確認され
る損傷なしに、それぞれ4つの可能な方向で少なくとも
250回の曲げ操作、即ち合計で1000回の曲げ操作
に耐えなければならない。動的捩れ試験で、カードは、
毎分30回の捩れ操作の頻度(0.5Hzの捩れ頻度)
で長手方向の軸線を中心に±15゜捩られる。標準で
は、カードチップの機能の任意の欠陥またはカードに対
する可視的損傷なしに、カードが1000回の捩れ操作
に耐えることが要求されている。
フロントページの続き (72)発明者 トーマス ヴェルレ ドイツ連邦共和国 エルヴァンゲン ヴォ ルフガングスクリンゲ 55 (72)発明者 ペーター ビルケ ドイツ連邦共和国 エルヴァンゲン バー ンホフシュトラーセ 8 (72)発明者 コンラート ホル ドイツ連邦共和国 アーレン−デヴァンゲ ン シュピッツアッカーリング 23 (72)発明者 シュテファン フュルスト ドイツ連邦共和国 シュヴァープスベルク クリンゲンガッセ 4 (72)発明者 ハインリヒ シュテルツィヒ ドイツ連邦共和国 ローゼンベルク ブー ヘンシュトラーセ 18 (72)発明者 デヤン イリック ドイツ連邦共和国 エルヴァンゲン ウー ラントシュトラーセ 8 Fターム(参考) 5H011 AA01 CC06 DD10 DD18 KK00 KK01 KK02 KK04 5H024 AA03 AA12 BB11 CC04 DD01 EE01 FF11 FF15 HH01 HH08 HH11 HH13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄く平らで柔軟性の金属ハウジングを備
    えたガルヴァーニ電池において、このハウジングが少な
    くとも95質量%の銅含量を有する銅材料および一次群
    からの軽金属合金添加剤から二次加工された箔からな
    り、銅と軽金属合金とは原子番号の点で少なくとも15
    異なるが、しかし26以上は異ならず、これらの融点が
    少なくとも400℃異なるが、しかし950℃以上は異
    ならず、合金金属が化合物中で1価ないし3価であり、
    この合金金属により銅の面心立法剛体球充填体の8.9
    4g/cmの質量密度が少なくとも0.03g/cm
    変化する程度に合金化の間に銅の面心立法剛体球充填
    体が変性されており、箔がハウジングの内部に面する側
    で接着剤被覆を有していることを特徴とする、薄く平ら
    で柔軟性の金属ハウジングを備えたガルヴァーニ電池。
  2. 【請求項2】 荒さを発生させる接着剤被覆が電気化学
    的に析出された銅微結晶から構成されている、請求項1
    記載のガルヴァーニ電池。
  3. 【請求項3】 合金添加剤の百分率での含量が0.01
    〜0.2質量%の範囲内にあり、好ましくは、0.15
    質量%に達している、請求項1または2記載のガルヴァ
    ーニ電池。
  4. 【請求項4】 合金添加剤がマグネシウムであり、六角
    形の最も緻密な剛体球充填体の形に結晶化する、請求項
    1から3までのいずれか1項に記載のガルヴァーニ電
    池。
  5. 【請求項5】 電池の厚さが0.5mm未満であり、定
    格電気容量が50mAh未満である、請求項1から4ま
    でのいずれか1項に記載のガルヴァーニ電池。
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