JPH05151989A - Micro-storage battery and manufacture thereof - Google Patents
Micro-storage battery and manufacture thereofInfo
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- JPH05151989A JPH05151989A JP3339865A JP33986591A JPH05151989A JP H05151989 A JPH05151989 A JP H05151989A JP 3339865 A JP3339865 A JP 3339865A JP 33986591 A JP33986591 A JP 33986591A JP H05151989 A JPH05151989 A JP H05151989A
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は水素吸蔵金属（水素吸蔵
合金を含む。以下同じ）からなる電極を有するマイクロ
蓄電池およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro storage battery having an electrode made of a hydrogen storage metal (including a hydrogen storage alloy; the same applies hereinafter) and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロマシンの基本要素デバイスは、
マイクロエネルギ、マイクロアクチュエータ、マイクロ
センサ、マイクロストラクチュアに大別される。シリコ
ン材料をベースとするマイクロアクチュエータやマイク
ロセンサについては、精力的に研究がなされていてその
要素技術は着実に進歩している。しかし、マイクロエネ
ルギ源については、研究がほとんどなされていないのが
現状である。狭所作業用の自走ロボットの開発では、マ
イクロエネルギ源の開発がキーポイントであり、信頼性
の高いマイクロエネルギ源の開発が必要である。このエ
ネルギ源としては、電池式、エンジン式、発電式等が考
えられるが、マイクロ化が容易で出力も比較的大きく、
しかも、長時間使用することができ、信頼性、安全性の
高い電池方式、特に、構造的に簡便で電気容量の大きい
金属／水素二次電池を用いたマイクロ蓄電池が最適と考
えられる。2. Description of the Related Art The basic element device of a micromachine is
It is roughly divided into microenergy, microactuators, microsensors, and microstructures. Microactuators and microsensors based on silicon materials are being actively researched, and their elemental technologies are steadily advancing. However, the present situation is that little research has been done on micro energy sources. In the development of self-propelled robots for work in narrow spaces, the key point is the development of a micro energy source, and it is necessary to develop a highly reliable micro energy source. The energy source may be a battery type, an engine type, a power generation type, etc.
In addition, a battery system that can be used for a long time and has high reliability and safety, in particular, a micro storage battery using a metal / hydrogen secondary battery that is structurally simple and has a large electric capacity is considered to be optimal.
【０００３】従来、この種の金属／水素二次電池として
は、ニッケル・水素蓄電池が知られている。この蓄電池
にあっては、ニッケルの正極板、水素吸蔵合金からなる
負極板、および、これらの間に挟まれるセパレータを渦
巻状に巻き付けて円柱体形状とし、これを円筒形のケー
スの内部に封入している。また、電解質はこのケース内
部に同時に封入されている。Conventionally, nickel-hydrogen storage batteries have been known as this type of metal / hydrogen secondary battery. In this storage battery, the positive electrode plate made of nickel, the negative electrode plate made of a hydrogen storage alloy, and the separator sandwiched between them are spirally wound into a columnar shape, which is enclosed in a cylindrical case. is doing. In addition, the electrolyte is simultaneously enclosed inside the case.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構造の金属／水素二次電池では、上記マイク
ロ化が不可能であるという課題があった。However, in the metal / hydrogen secondary battery having such a conventional structure as described above, there is a problem that the above-mentioned micro-fabrication is impossible.
【０００５】そこで、本発明者は、まず、最適な電極材
料を選択した後、これらの電極と電解質保持用の多孔質
薄膜を形成し、積層化することにより、マイクロ蓄電池
を製造することが可能であるとの知見を得た。Therefore, the present inventor can manufacture a micro storage battery by first selecting an optimum electrode material, forming these electrodes and a porous thin film for holding an electrolyte, and stacking them. We obtained the knowledge that
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るマイクロ蓄電池は、絶縁性の基板と、この基板上に
積層された水素吸蔵金属の薄膜電極と、この水素吸蔵金
属の薄膜電極上に積層された薄膜電解質層と、この薄膜
電解質層上に積層された金属の薄膜電極と、を有してい
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a micro storage battery comprising an insulating substrate, a hydrogen storage metal thin film electrode laminated on the substrate, and the hydrogen storage metal thin film electrode. It has a thin film electrolyte layer laminated on it, and a metal thin film electrode laminated on this thin film electrolyte layer.
【０００７】また、請求項２に記載の発明は、上記絶縁
性の基板は半導体基板で形成したマイクロ蓄電池であ
る。The invention according to claim 2 is a micro-storage battery in which the insulating substrate is a semiconductor substrate.
【０００８】請求項３に記載の発明は、絶縁性の基板上
に水素吸蔵金属の薄膜を被着する工程と、この水素吸蔵
金属の薄膜上に多孔質薄膜を被着する工程と、この多孔
質薄膜に電解質を保持させる工程と、上記水素吸蔵金属
薄膜から絶縁した状態でこの多孔質薄膜上に金属薄膜を
被着する工程と、を備えたマイクロ蓄電池の製造方法で
ある。According to a third aspect of the present invention, a step of depositing a thin film of hydrogen storage metal on an insulating substrate, a step of depositing a porous thin film on the thin film of hydrogen storage metal, A method of manufacturing a micro storage battery, comprising: a step of holding an electrolyte in a porous thin film; and a step of depositing a metal thin film on the porous thin film while being insulated from the hydrogen storage metal thin film.
【０００９】[0009]
【作用】請求項１に記載のマイクロ蓄電池によれば、正
負両電極を薄膜で形成し、さらに、これらの間に挟まれ
る電解質層をも薄膜で形成しているため、電池全体とし
ての厚さ、大きさを微小化することができる。例えば、
基板を含んでもその厚さを２ｍｍ以下とすることができ
る。この場合、正電極をＮｉＯ，ＣｕＯ，ＡｇＯ、負電
極を水素吸蔵合金、例えばＬａＮｉ5，ＬｍＮｉ5（Ｌ
ｍ：ミッシュメタル）で形成する。According to the micro storage battery of the first aspect, both the positive and negative electrodes are formed of thin films, and the electrolyte layer sandwiched between them is also formed of a thin film. , The size can be miniaturized. For example,
Even if the substrate is included, the thickness can be set to 2 mm or less. In this case, the positive electrode is NiO, CuO, AgO, and the negative electrode is a hydrogen storage alloy, such as LaNi 5 , LmNi 5 (L
m: misch metal).
【００１０】また、薄膜電極を搭載する基板を半導体基
板で構成することにより、集積化が容易になり、デバイ
スとの混在化もできる。例えばＤＲＡＭのバックアップ
電源としても使用することができる。Further, by constructing the substrate on which the thin film electrodes are mounted with a semiconductor substrate, integration is facilitated and it is possible to mix with devices. For example, it can be used as a backup power source for DRAM.
【００１１】さらに、薄膜電極はプラズマイオン蒸着等
の手法により形成することができ、多孔質薄膜は、有機
材料のスピンコーティング、この有機薄膜へのエッチン
グ等の微細加工により形成することができる。そして、
多孔質薄膜に、例えばアルカリ溶液（ＫＯＨ）を保持さ
せる。Further, the thin film electrode can be formed by a technique such as plasma ion deposition, and the porous thin film can be formed by fine processing such as spin coating of an organic material and etching of the organic thin film. And
For example, an alkaline solution (KOH) is held in the porous thin film.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例に係るマイクロ蓄電池の
断面図、図２〜図４はこのマイクロ蓄電池の製造工程を
示すその断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a micro storage battery according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are sectional views showing manufacturing steps of the micro storage battery.
【００１３】図１に示すように、マイクロ蓄電池は、チ
タンＴｉ製のカプセル１１Ａ，１１Ｂに封入されてい
る。これらのカプセル１１Ａ，１１Ｂは絶縁性シール１
２を介して接続されている。カプセル１１Ａ，１１Ｂを
チタン製としたため、生体に用いられる機能部材の電源
としても使用することができる。カプセル１１Ａ，１１
Ｂの内部には例えば０．５ｍｍの厚さのガラス基板１３
が保持されており、このガラス基板１３上に５μｍ程度
の厚さのニッケルＮｉの電極用膜１４が被着、積層され
ている。さらに、この電極用膜１４の上にはＭＨ合金、
例えばＬａＮｉ5，ＬｍＮｉ5（Ｌｍ：ミッシュメタル）
１５が負極として数十μｍの厚さに形成されている。As shown in FIG. 1, the micro storage battery is enclosed in titanium Ti capsules 11A and 11B. These capsules 11A and 11B are insulating seals 1.
2 are connected. Since the capsules 11A and 11B are made of titanium, they can be used as a power source for functional members used in the living body. Capsules 11A, 11
Inside the B, for example, a glass substrate 13 having a thickness of 0.5 mm
Is held, and an electrode film 14 of nickel Ni having a thickness of about 5 μm is deposited and laminated on the glass substrate 13. Further, on the electrode film 14, MH alloy,
For example, LaNi 5 , LmNi 5 (Lm: misch metal)
Negative electrode 15 is formed to a thickness of several tens of μm.
【００１４】この負極１５の上には多孔質膜１６が形成
されている。この多孔質膜１６はポリプロピレン等の有
機材料を多孔質化してさらに電解質であるアルカリ溶
液、例えばＫＯＨを含ませたものである。すなわち、多
孔質膜１６は電解質を保持する層である。また、この電
解質溶液を保持するために多孔質膜１６の図中左右両端
側にはポリプロピレンの絶縁体１７が配設されている。
多孔質膜１６の厚さは２００μｍ程度に形成してある。A porous film 16 is formed on the negative electrode 15. The porous film 16 is made of an organic material such as polypropylene made porous and further contains an alkaline solution as an electrolyte, for example, KOH. That is, the porous membrane 16 is a layer that holds the electrolyte. In addition, in order to hold this electrolyte solution, polypropylene insulators 17 are provided on the left and right ends of the porous membrane 16 in the figure.
The thickness of the porous film 16 is formed to about 200 μm.
【００１５】さらに、この多孔質膜１６を挟んでその上
には正極薄膜であるＣｕＯの薄膜１８が数十μｍの厚さ
に積層されている。このＣｕＯ薄膜１８の上には５μｍ
程度の厚さにニッケルの電極用膜１９が、さらに、この
上には有機材料からなる絶縁体膜２０が例えば１０μｍ
の厚さに被着されている。Further, a thin film 18 of CuO, which is a positive electrode thin film, is laminated on the porous film 16 with a thickness of several tens of μm interposed therebetween. 5 μm on the CuO thin film 18
A nickel electrode film 19 having a thickness of about 10 μm and an insulating film 20 made of an organic material on the nickel film 19 are formed to a thickness of, for example, 10 μm.
It is applied to the thickness of.
【００１６】以上の構成に係るマイクロ蓄電池の製造方
法を図２〜図４を参照して説明する。まず、図２の
（Ａ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのガラス基板１３
を準備する。次に、このガラス基板１３の上に蒸着法に
より５μｍ程度の厚さにニッケルの電極用薄膜１４を被
着する（図２（Ｂ））。さらに、プラズマイオン蒸着に
よりこの電極用薄膜１４の上に水素吸蔵合金１５、例え
ばＬａＮｉ5、ＬｍＮｉ5（Ｌｍ：ミッシュメタル）を数
十μｍの厚さに被着する（同（Ｃ））。この場合、電極
用薄膜１４の一部は露出している。そして、この水素吸
蔵合金薄膜１５および上記電極用薄膜１４の上にポリプ
ロピレン１６をスピンコーティング法または蒸着法によ
り所要の厚さに、例えば４００μｍ程度の厚さに被着す
る（同（Ｄ））。A method of manufacturing the micro storage battery having the above structure will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2A, a glass substrate 13 having a thickness of 0.5 mm is used.
To prepare. Next, a nickel electrode thin film 14 having a thickness of about 5 μm is deposited on the glass substrate 13 by vapor deposition (FIG. 2B). Further, a hydrogen storage alloy 15, for example, LaNi 5 , LmNi 5 (Lm: misch metal) is deposited on the electrode thin film 14 by plasma ion deposition to a thickness of several tens of μm (the same (C)). In this case, a part of the electrode thin film 14 is exposed. Then, polypropylene 16 is deposited on the hydrogen storage alloy thin film 15 and the electrode thin film 14 by a spin coating method or an evaporation method to a required thickness, for example, about 400 μm (the same (D)).
【００１７】さらに、図３の（Ａ）に示すように、この
ポリプロピレン膜１６をその表面から所定の深さだけエ
ッチングして、水素吸蔵合金薄膜１５の上に例えば２０
０μｍの厚さのポリプロピレン膜１６を残す。そして、
この水素吸蔵合金薄膜１５の直上のポリプロピレン膜１
６についてのみ、例えば微細放電加工技術等を用いて多
孔質化する（図３（Ｂ））。さらに、この多孔質化した
ポリプロピレン膜１６に電解質であるアルカリ溶液（Ｋ
ＯＨ）を注入する。この場合、上記ポリプロピレン１６
の内の多孔質化していない部分１７にはアルカリ溶液は
注入されず、絶縁体を構成するとともに、このアルカリ
溶液の漏れを阻止している。そして、この電解質が注入
された多孔質層１６の上に、プラズマイオン蒸着法等に
より、５０μｍ程度の厚さの正極薄膜１８が被着される
（図３（Ｃ））。正極薄膜１８は例えばＮｉＯ，Ｃｕ
Ｏ，ＡｇＯ等によって形成する。Further, as shown in FIG. 3 (A), the polypropylene film 16 is etched to a predetermined depth from the surface thereof to form, for example, 20 on the hydrogen storage alloy thin film 15.
The polypropylene film 16 having a thickness of 0 μm is left. And
The polypropylene film 1 directly on the hydrogen storage alloy thin film 15
Only No. 6 is made porous by using, for example, a fine electric discharge machining technique (FIG. 3B). Furthermore, an alkaline solution (K
OH). In this case, the polypropylene 16
The alkali solution is not injected into the non-porous portion 17 of the above, which constitutes an insulator and prevents the leak of this alkali solution. Then, a positive electrode thin film 18 having a thickness of about 50 μm is deposited on the porous layer 16 in which the electrolyte is injected by plasma ion deposition or the like (FIG. 3C). The positive electrode thin film 18 is, for example, NiO, Cu.
It is formed of O, AgO or the like.
【００１８】次に、図４（Ａ）に示すように、正極薄膜
１８の上に例えば５μｍの厚さにニッケルの電極用薄膜
１９を被着する。例えば蒸着法により形成する。そし
て、この電極用薄膜１９の上に１０μｍの厚さに有機層
２０を蒸着する。すなわち、有機層により絶縁層２０が
形成されるものである（図４（Ｃ））。このようにして
正極を金属薄膜１９（ＣｕＯ）で、負極を水素吸蔵合金
薄膜１５で形成し、電解質層１６として多孔質化したポ
リプロピレンにアルカリ溶液を注入したものを有する積
層体を形成する。さらに、この積層体をチタン製のカプ
セル１１Ａ，１１Ｂに実装することにより、水素吸蔵合
金を用いた金属／水素マイクロ蓄電池を製造することが
できる（図４（Ｃ））。このチタンカプセルへの封入に
際しては例えば０．２ｍｍの厚さのチタン薄板をレーザ
溶接等により接合して行い、電解質の液漏れを完全に防
止する。Next, as shown in FIG. 4A, a nickel electrode thin film 19 having a thickness of, for example, 5 μm is deposited on the positive electrode thin film 18. For example, it is formed by a vapor deposition method. Then, the organic layer 20 is vapor-deposited on the electrode thin film 19 to a thickness of 10 μm. That is, the insulating layer 20 is formed of the organic layer (FIG. 4C). In this way, the positive electrode is formed of the metal thin film 19 (CuO), the negative electrode is formed of the hydrogen storage alloy thin film 15, and the electrolyte layer 16 is formed into a laminate having a porous polypropylene in which an alkaline solution is injected. Further, by mounting this laminated body on the titanium capsules 11A and 11B, a metal / hydrogen micro storage battery using a hydrogen storage alloy can be manufactured (FIG. 4 (C)). When enclosing the titanium capsule, for example, a titanium thin plate having a thickness of 0.2 mm is joined by laser welding or the like to completely prevent electrolyte leakage.
【００１９】図５は本発明の他の実施例を示している。
この実施例では、ガラス基板に代えてＰ形の半導体基板
５１を使用し、この半導体基板５１にＮ形の埋め込み層
５２を形成したものの上に上記と同様の積層体を形成し
たものである。５３は配線、５４は絶縁層とする。この
ように半導体基板５１上にこのマイクロ蓄電池を製造す
ることにより、デバイス、例えばＤＲＡＭと同一基板に
おいて、そのデバイス用の電源として蓄電池を使用する
ことが可能となる。なお、この場合の絶縁はきわめて容
易である。さらに、この他にも半導体基板にトレンチを
形成し、これにマイクロ蓄電池を形成することにより、
デバイス用の電源としての適用が広められる。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
In this embodiment, a P-type semiconductor substrate 51 is used in place of the glass substrate, and an N-type buried layer 52 is formed on the semiconductor substrate 51, and a laminated body similar to the above is formed. 53 is a wiring and 54 is an insulating layer. By manufacturing this micro storage battery on the semiconductor substrate 51 in this manner, it becomes possible to use the storage battery as a power source for the device, for example, on the same substrate as the DRAM, on the same substrate. The insulation in this case is extremely easy. Furthermore, in addition to this, by forming a trench in the semiconductor substrate and forming a micro storage battery in this,
Widespread application as a power source for devices.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、高い電気容量を有する
マイクロ蓄電池を得ることができる。According to the present invention, a micro storage battery having a high electric capacity can be obtained.
【図１】本発明の一実施例に係るマイクロ蓄電池の断面
図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a micro storage battery according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例に係るマイクロ蓄電池の製造
工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a micro storage battery according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施例に係るマイクロ蓄電池の製造
工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a micro storage battery according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例に係るマイクロ蓄電池の製造
工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a micro storage battery according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の他の実施例に係るマイクロ蓄電池を示
す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a micro storage battery according to another embodiment of the present invention.
１３ 基板 １５ 水素吸蔵合金薄膜 １６ 電解質層薄膜 １８ 金属電極薄膜 13 Substrate 15 Hydrogen Storage Alloy Thin Film 16 Electrolyte Layer Thin Film 18 Metal Electrode Thin Film
Claims (3)
層と、 この薄膜電解質層上に積層された金属の薄膜電極と、を
有することを特徴とするマイクロ蓄電池。1. An insulating substrate, a hydrogen storage metal thin film electrode laminated on the substrate, a thin film electrolyte layer laminated on the hydrogen storage metal thin film electrode, and a thin film electrolyte layer laminated on the thin film electrolyte layer. And a metal thin film electrode formed thereon.
た請求項１に記載のマイクロ蓄電池。2. The micro storage battery according to claim 1, wherein the insulating substrate is a semiconductor substrate.
被着する工程と、 この水素吸蔵金属の薄膜上に多孔質薄膜を被着する工程
と、 この多孔質薄膜に電解質を保持させる工程と、 上記水素吸蔵金属薄膜から絶縁した状態でこの多孔質薄
膜上に金属薄膜を被着する工程と、を備えたことを特徴
とするマイクロ蓄電池の製造方法。3. A step of depositing a thin film of a hydrogen storage metal on an insulating substrate, a step of depositing a porous thin film on the thin film of hydrogen storage metal, and making the porous thin film retain an electrolyte. A method of manufacturing a micro storage battery, comprising: a step; and a step of depositing a metal thin film on the porous thin film while being insulated from the hydrogen storage metal thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339865A JPH05151989A (en) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | Micro-storage battery and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339865A JPH05151989A (en) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | Micro-storage battery and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05151989A true JPH05151989A (en) | 1993-06-18 |
Family
ID=18331561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3339865A Pending JPH05151989A (en) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | Micro-storage battery and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05151989A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019519070A (en) * | 2016-05-09 | 2019-07-04 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Simplified hermetic packaging of microbattery |
-
1991
- 1991-11-28 JP JP3339865A patent/JPH05151989A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019519070A (en) * | 2016-05-09 | 2019-07-04 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Simplified hermetic packaging of microbattery |
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