JPH1095187A - 平板形バッテリ及び接点手段を含む薄型カード - Google Patents

平板形バッテリ及び接点手段を含む薄型カード

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JPH1095187A
JPH1095187A JP9158453A JP15845397A JPH1095187A JP H1095187 A JPH1095187 A JP H1095187A JP 9158453 A JP9158453 A JP 9158453A JP 15845397 A JP15845397 A JP 15845397A JP H1095187 A JPH1095187 A JP H1095187A
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thin
thin card
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Lerberghe Steven Van
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    • HELECTRICITY
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電気バッテリを含み、無線装置内
に簡単に収容できる頑丈さがあり、自由な電気接点ゾー
ンを有する薄型カードの提供を目的とする。 【解決手段】 平板形バッテリ及び接点手段を含む本発
明の薄型カードは、第1及び第2のカバー薄片と、カバ
ー薄片の周辺に封止され、中心空洞を有するサンドイッ
チ形フレームと、中心空洞に設けられ、反対極性の電極
を有する平板形バッテリとからなる。第1及び第2のカ
バー薄片は絶縁性合成材料から作られ、サンドイッチ形
フレームは導電性材料から作られた部品からなり、その
部品は反対極性の電極に封止され、その部品が封止され
た上記サンドイッチ形フレームの絶縁性材料の部品によ
り相互に絶縁されている。バッテリ素子は、例えば、再
充電可能な鉛−酸タイプである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平板形バッテリ及
び接点手段を含む薄型カードに係る。本発明は、携帯装
置、特に、電話機端末に使用される。
【0002】
【従来の技術】電気バッテリ素子を含むフレキシブル薄
型カードは、1985年 1月14日に公開されたアオキ トモ
フミによる日本国特許出願第60-705号公報(1983年 6月
25日に出願された日本国特許出願第58-114925 号)によ
り公知である。このカードは、平板形バッテリの上方及
び下方にある第1及び第2の矩形状、平板形、かつ、フ
レキシブルなカバー薄片により構成される。上記の第1
及び第2の薄片は対向して配置され、薄片と薄片との間
で薄片のエッジに設けられたシール材からなる接合によ
って互いに封止される。バッテリは、このシール接合に
より形成された空洞に配置され、導電性薄片の形をなす
第1及び第2の電極からなる。一方の電極は延ばされ、
矩形の端にあるシール接合と第1のカバー薄片との間に
外部接点突起部を形成する。もう一方の電極は延ばさ
れ、シール接合と第2のカバー薄片との間に別の外部接
点を形成する。接合によるシール作業は、紫外線照射を
用いる接着又は融解により、或いは、封止が透過性にな
らないように遊離した粒子を放出する高周波電界中で行
われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、電気バッテリを含み、無線装置内に簡単に収容でき
るように十分に頑丈であり、かつ、拘束のない電気接点
ゾーンを有する上記の薄型カードが必要とされているこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の本発明の課題は、
平板形電気バッテリ及び接点手段を含む薄型カードであ
って、第1及び第2のカバー薄片と、上記カバー薄片の
周辺部で上記カバー薄片に封止され、中心空洞を有する
サンドイッチ形フレームと、上記フレームの中心空洞に
設けられ反対極性の電極を有する平板形バッテリ素子と
からなり、上記第1及び第2のカバー薄片は絶縁性合成
材料から作られ、上記サンドイッチ形フレームは導電性
材料からなる部品により構成され、その部品は、上記反
対極性の電極に封止され、その部品が封止されたサンド
イッチ形フレームの絶縁性材料の部品により相互に絶縁
されている、薄型カードを用いることにより解決され
る。
【0005】上記のサンドイッチ形フレームの金属部品
は、自由な電気接続を与える低い電気抵抗と十分な機械
的抵抗力とを有するバッテリのカソード及びアノード電
流コレクタである電気接点を形成する。
【0006】
【発明の実施の形態】図1、図3の(A)及び(B)に
示される如く、少なくとも1個の電気化学素子を含む薄
型カードは、下方面壁と称される第1のカバー薄片1
と、上方面壁と称される第2のカバー薄片8と、上記上
方面壁及び下方面壁の周縁部で上記上方面壁及び下方面
壁に封止され、内部空洞9Aを有するサンドイッチ形フ
レーム9と、上記サンドイッチ形フレーム9の中心空洞
9Aに設けられた平板形バッテリ素子100とにより構
成され、上記サンドイッチ形フレーム9の中心空洞9A
は反対極性の電極26及び28を有する電気化学セルに
より構成された上記素子100を収容するため適当な寸
法を有する。
【0007】第1及び第2の面壁は、成形又は薄板化さ
れた多層の構造をなすポリビニル塩素(PVC)、アク
リロニトリル ブタジエン スチレン(ABS)である
準剛性絶縁性材料により作ることができる。上記の第1
及び第2の面壁のため使用される材料は以下のような幾
つかの特性を有する必要がある。上記材料は、金属材料
又は他の合成材料に封止可能でなければならない。上記
材料は、バッテリ素子を構成する材料に対し不活性でな
ければならない。上記材料は、バッテリ素子を構成する
材料、並びに、その近傍にある材料に対し不浸透性であ
ることが必要である。
【0008】一般的に言うと、サンドイッチ形フレーム
9の一部は、カバー薄片の一方又は両方の周縁を越えて
延在しても構わない。サンドイッチ形フレーム9は、バ
ッテリ素子の各電極26及び28に連結された導電性材
料の部品2A、2B及び4A、4Bにより構成される。
図1の(A)及び(B)において、導電性材料のサンド
イッチ形フレームの部品2A、2B及び4A、4Bは、
好ましくは、実質的に上方壁及び下方壁の縦又は幅の全
体に亘って上方壁及び下方壁のエッジに設けられてい
る。
【0009】図1の(A)及び(C)において、絶縁部
品3A、3B及び5A、5Bは、次に、上記壁のもう一
方のエッジに沿って設けられている。上記導電性材料の
サンドイッチ形フレームの部品2A、2B及び4A、4
Bの少なくとも一部は、薄型カードの外部接点ゾーンを
実現する。この目的のため、外面9Bは、寸法Dに亘る
カバー薄片1、8の周縁を越えて延在する点が有利であ
る。
【0010】上記の寸法Dは、上記サンドイッチ形フレ
ームの上記部分により構成された電気接点の品質を高め
るため適当な任意の値を取り得る。更に、上記寸法D
は、上記カバー薄片の周縁を越えて延在する上記サンド
イッチ形フレームの一部分が、薄型カードの溝を滑る摺
動手段を形成するため、或いは、薄型カードを筐体内で
安定させるはめ込み手段を形成するため突起部を構成す
るように定められる。
【0011】同様に、サンドイッチ形フレームの絶縁部
品3A、3B及び5A、5Bの部分の外面9Cは、直径
D’を有し、カバー薄片の周縁を越えて延在する突起部
を構成しても構わない。図1の(A)、(B)及び
(C)において、サンドイッチ形フレームは2個の部品
からなる。このサンドイッチ形フレームの第1の部品2
A、3A、4A、5Aは、薄型カードの下方部を構成す
る下方壁1に封止され、サンドイッチ形フレームの第2
の部品2B、3B、4B、5Bは、薄型カードの上方部
を構成する上方壁8に封止される。
【0012】薄型カードの説明のため、電気化学セル1
00は、薄型カードの下方部の空洞9A内に設けられ
る。上記電気化学セル100の電気化学セル100の電
極26及び28は、導電性部品4A,2A及び電極2
6、28のため用いられる材料と両立する任意のシール
方法を用いて、サンドイッチ形フレームの第1の部品の
夫々の導電性部品4A、2A上に固定される。薄型カー
ドの上方部は、サンドイッチ形フレームの第2の部品2
B、3B、4B、5Bがこのサンドイッチ形フレームの
第1の部品2A、3A、4A、5Aと対向するように、
上方壁8と共に上部に置かれる。かかる配置において、
サンドイッチ形フレームの第1及び第2の部品の導電性
材料の部分は互いに対向するように置かれるので、サン
ドイッチ形フレームの二つの部品の絶縁性材料の部分は
互いに対向する。従って、サンドイッチ形フレームの二
つの部品は互いに不浸透性な形で固定される。
【0013】サンドイッチ形フレームの導電性材料は、
電気化学素子の電極の金属と融和すべきである。ここ
で、融和とは、上記材料が電極の材料に電気的に接続さ
れたとき、2次化学反応を誘発してはならないというこ
とを意味する。上記のサンドイッチ形フレームの導電性
材料の部品は、アノード及びカソード電流コレクタを構
成する可能性がある。フレームの導電性材料が電極の材
料と異なる場合に、電極の金属と融和しない問題は、電
気化学セルを収容する空洞と反対側のフレームの導電性
部品2A、2B、4A、4B上の位置10に絶縁性合成
クラッディングを設けることにより防止される。
【0014】フレームの導電性材料は、例えば、内面1
0に合成クラッディング、又は、電気化学セルを収容す
る空洞の壁10上の合成絶縁導体が設けられた鋼のよう
な金属でも良い。フレームの部品3A、3B、5A、5
Bの絶縁材料は、熱はんだ付け可能、又は、熱硬化性の
合成材料でも構わない。上記の合成材料は、他の合成材
料及び金属に封止できるような特性を有する。他の選択
された絶縁材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、エチレン共重合体、アクリル酸、メタアクリル酸
である。フレームの絶縁材料は、ポリシロキサン接合
(シリコン)により構成される。
【0015】合成材料の相互又は金属への封止は、刊行
物“プラスチックエンジニアリングハンドブック”、プ
ラスチック工業会編、第3版、レインホールド ブック
コーポレイション、ニューヨーク、米国( “Plastic
Engineering Handbook", Society of Plastics Industr
y Inc., 3rd edition, Reinhold Book Corporation,New
York, USA)により当業者に周知である。
【0016】ある種の合成材料は、接着剤を使用するこ
となく、或いは、クリーニング操作以外の他の前処理を
全く必要とすることなく、金属面に高温封止可能な特性
を有する。ある種の場合に、金属の前処理が必要であ
る。サンドイッチ形フレームを実現する他の絶縁材料
は、合成材料を金属に封止するための接着剤を必要とす
る。エポキシ樹脂又はアクリル接着剤は、合成材料を相
互に又は金属に封止するための接着剤として適当であ
る。この場合に、エポキシ樹脂は、フレームの導電性材
料と、電気化学セルを収容する空洞との間の絶縁性層と
しても機能する。
【0017】合成材料は、次に積層される薄膜を形成す
るため成形される。サンドイッチ形フレームの部品は、
バッテリ素子に望ましい形状に依存した形状を有する穿
孔機を用いて合成材料薄片から打ち抜かれる。フレーム
の金属部品は、平板状の細長い片の形をなす種々の厚さ
で得ることが可能であり、合成材料薄膜と同じ方法で切
り分けられる。金属の細長い片は、薄型カードのサンド
イッチ形フレームを取り付けるため使用される前に、ク
リーニング及び脱脂を行う必要がある。サンドイッチ形
フレームの素子の厚さは、サンドイッチ形フレームの空
洞に配置されたバッテリ素子の厚さに略依存する。
【0018】図1の(A)、(B)、(C)、(D)及
び図3の(B)に示される如く、サンドイッチ形フレー
ム9は、導電性材料の部品2A,4Aと、下方壁1に封
止された絶縁材料の部品3A、5Aとにより形成された
1個だけの部品である。サンドイッチ形フレームは、平
板形バッテリ素子100を収容するため適当な空洞9A
を形成するため適当な高さを有する。平板形バッテリ素
子100が、サンドイッチ形フレームの導電性部品に固
定された電極26、28と共に空洞9A内に置かれたと
き、図1の(D)に示されるような単一の上方壁8は、
上記の如く形成された薄型カードを封止する。サンドイ
ッチ形フレーム9の導電性部品2A、4Aは、図3の
(A)を参照して説明される如く、バッテリ素子10を
収容する空洞9Aとは反対側にある場所10で絶縁層を
用いて被覆しても構わない。
【0019】バッテリ素子を製造するための製品は、刊
行物“バッテリハンドブック”、第2版、デビッド リ
ンドン編( “Handbook of Batteries", 2nd edition, D
avidLindon)により当業者に周知である。鉛−酸バッテ
リは、高品質の電力及び再充電性を有し、即ち、このタ
イプのバッテリは再充電可能であり、かつ、充電はかな
り長い時間の間隔に亘って安定であることが上記刊行物
に記載されている。
【0020】図2の(A)を参照するに、平板形バッテ
リ素子を実現することが可能な鉛−酸タイプの電気化学
セルは、一般的に、鉛又はニッケルである電気化学的活
性金属の超薄膜18と、上記活性金属薄膜の片面又は両
面上の電気化学的に活性のある化合物20からなるクラ
ッディングと、電気化学セルを閉じこめる薄型カードを
構成する封止されたシステムに含有された電解質を吸収
する分離材料とにより構成される。
【0021】活性薄膜18の活性化合物クラッディング
20との連合は、分離材料12により相互に分離された
負又は正の極性の極板を形成する。薄膜19の突起部2
6及び28は、電気接点を実現するよう活性化合物20
で被覆されない。分離帯12は、正及び負の各極板の化
合物−金属被覆物(クラッド)部を越えて延在する。正
及び負極板は、接点を形成するため被覆されていない部
分が相互に互い違いになるように配置される。
【0022】図2の(A)には、金属層18と接点ゾー
ン26とにより形成され、片面が化合物20で被覆され
た正極板が示される。第1の負の電極は分離帯12によ
り正の電極から分離される。正の電極は、薄膜金属18
と接点28とからなり、その両面が化合物20で被覆さ
れている。正の電極は、接点28と共に、分離帯12に
よって次の負の電極から分離される。次の負の電極は、
接点26を伴う金属薄膜18と、分離帯12と対向する
化合物クラッディング20とにより構成される。かかる
セル100は、2個の負極板と1個の共通の正極板とか
らなるので、実質的に平行に配置され、かつ、共通電極
を有する2個の基本セルを形成する。
【0023】図2の(B)に示される如く、電気化学セ
ル200は、電気化学セルの内面に対向する側面が活性
化合物20で被覆された上方負極板と、分離帯12と、
両面が化合物で被覆された正極板と、分離帯と、両面が
化合物で被覆された負極板と、分離帯と、片面が化合物
で被覆された正極板とにより構成され、実質的に平行に
配置され、かつ、同一極性の2倍の共通電極を有する3
個の基本セルを構成する。
【0024】鉛−酸系の場合に、薄膜18は、好ましく
は、99.99%の鉛を含有する。鉛−酸電気化学セル
に対し、従来より公知の多数の活性化合物が存在する。
例えば、PbO及びPb3 4 化合物は、正極板として
使用され、PbO化合物は負極板として使用される。分
離帯は非常に吸収性のグラスファイバーから作成しても
良い。電解質は硫酸である。セル内の電解質濃度は、過
剰な電解質を添加することにより設定される。内圧が所
定のレベルを超えたとき、余分な気体を除去するため排
気系がセル内に設けられる。鉛−酸電気化学セルの場合
に、電解質は実質的に飽和状態にあり、雰囲気圧よりも
高い所定の内圧がセルの通常の動作状態で維持される必
要がある。薄型カードの場合に、図2の(A)及び
(B)に示されたタイプの電気化学セルは、圧縮された
分離帯と活性材料との間の容積が実質的に満たされ、か
つ、遊離した電解質が存在しないような態様で維持され
る。
【0025】上記の電気化学セルの利点は非常に多数の
充電及び放電サイクルを有することである。これらのセ
ルは他の従来のセルよりも高いレートで再充電される。
【0026】
【実施例】図3の(A)は、サンドイッチ形フレームが
二つの部品からなる薄型カードに実装された図2の
(A)に示された電気化学セル100の断面図である。
図3の(B)には、図2の(A)に示される如く、サン
ドイッチ形フレーム2A、4Aが単一の部品からなる薄
型カードに実装されたセル100が示される。
【0027】電気化学セルの実施例において、電極の活
性ゾーンは、約44mm×57mmの寸法を有し、正の
2層極板は0.254mmの厚さを有し、1層の負又は
正極板は0.152mmの厚さを有し、圧力55g/m
2 の分離帯は0.191mmの厚さを有する。これによ
り、約1mmの厚さを有するセル100と、約1.3m
mの厚さを有するセル200とが得られる。上記の各鉛
−酸セルは、2Vの電圧で動作可能である。
【0028】例えば、6Vの動作を得るため、上記の薄
型カードの構造上に構築された幾つかの構造体を直列に
接続しても良い。図3の(C)に示されたかかるシステ
ムは、上記の下方壁及び上方壁と同一タイプの壁1、
6、7及び8と、上記壁の間に設けられ、各電気化学セ
ル100A、100B、100Cを収容する空洞9Aを
備えたサンドイッチ形フレーム9とからなる。上記の構
造体は、一体的に連結され、上記の方法で封止される。
中間壁6及び7は、下方壁1及び上方壁8よりも薄くて
も良く、異なるタイプの絶縁材料から作られていても良
い。上記の幾つかのセルの構造体を構築するための本質
的な条件は、電気化学セルの間の不浸透性である。
【0029】図3の(C)に示された実施例において、
第2又は中間の構造体100Bの正出力が、第1の構造
体100A及び第3の構造体100Cの負出力と対向す
るように三つの構造体を重ね合わせることにより6Vの
バッテリが得られる。その結果として、第2の構造体1
00Bの負出力は、第1の構造体100A及び第3の構
造体100Cの正出力と対向する。従って、例えば、第
1の構造体100Aの+端子を第2の構造体100Bの
−端子に接続し、次に、第2の構造体100Bの+端子
を第3の構造体100Cの−端子に接続することによ
り、当業者に公知の方法で上記3個の構造体を電気的に
直列接続することが容易である。
【0030】上記の構造体の間の他の接続が、想定され
た目的に依存して、例えば、並列接続を実現するため行
われる。図3の(D)に示される如く、中間薄片6及び
7は、異なる構造体のサンドイッチ形フレーム9の金属
部分の間に接点を確立するため、サンドイッチ形フレー
ムと同じ高さにあるアパーチャ6A及び7Aを有し、こ
のアパーチャは、金属又は合成導電性材料により埋めら
れ、下方のサンドイッチ形フレームと上方のサンドイッ
チ形フレームとの間に小さい導電性ピン6B及び7Bを
構成する。この導電性ピン6B、7Bの配置は、アパー
チャ6A、7Aが予め薄片6及び7に設けられたとき、
構造体の積み重ねの間に行われる。この配置はカードの
電気化学セルに対する不浸透性を劣化させない。
【0031】図示されない一実施例の場合に、電気接続
は、電気的に接続されるべきサンドイッチ形フレームの
外部部品9Bを接続する外部導電性層又は外部導体によ
り形成される。他の部品は、絶縁又は合成材料被覆によ
り保護しても良い。薄型カードが鉛−酸バッテリ素子を
含む実施例を表わす図4を参照するに、電気化学素子
は、通常、雰囲気圧よりも高い圧力下にあるので、安全
手段を設ける必要がある。安全手段は、偶発的な爆発の
可能性を防止する。一実施例によれば、安全手段は、薄
型カードの上方壁8又は下方壁1内の1又は数個の溝1
A,8Aにより構成される。カードに過大な圧力が加え
られたとき、カードは膨張する可能性があり、たとえ、
カードの下方壁及び上方壁が準剛性であるよう十分に厚
い場合であっても、爆発することなくかかる溝を広げる
可能性がある。
【0032】安全システムの他の実施例において、排気
は、薄型カードの二つの部品の間のシール位置にある非
常に小さい寸法のアパーチャを用いて行われる。
【0033】
【発明の効果】本発明の薄型カードによれば、サンドイ
ッチ形フレームの金属材料部品の存在に起因して薄型カ
ードが頑強であるという利点が得られる。かかる薄型カ
ードは、無線装置内に容易に挿入することが可能であ
り、その準剛性により、上記薄型カードを装置内に滑り
込ませ、容易に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は薄型カードの一部分の平面図であり、
(B)は(A)のラインAAによる断面図であり、
(C)は(A)のラインBBによる断面図であり、
(D)は薄型カードの他の部分の断面図である。
【図2】(A)は電気化学素子の分解図であり、(B)
は他の電気化学素子の分解図である。
【図3】(A)は、第1の薄型カードタイプに取り付け
られた図2の(A)に示された電気化学素子の断面図で
あり、(B)は第2のカードタイプに取り付けられた電
気化学素子の断面図であり、(C)は、第3の薄型カー
ドタイプを構成する幾つかの電気化学素子を直列に配置
する組立体の断面図であり、(D)は薄型カード構造体
を直列に接続するため開口のある中間カバー薄片を設け
る方法を説明する断面図である。
【図4】カバー薄片に設けられた爆発防止安全溝の断面
図である。
【符号の説明】
1 第1のカバー薄片 2A,2B,3A,3B,4A,4B、5A,5B
部品 8 第2のカバー薄片 9 サンドイッチ形フレーム 9A 中心空洞 9B 外面 9C 突起部外面 26,28 電極 100 電気化学素子

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板形バッテリ及び接点手段を含む薄型
    カードであって、第1及び第2のカバー薄片と、 上記カバー薄片の周辺で上記カバー薄片に封止され、中
    心空洞を有するサンドイッチ形フレームと、 上記フレームの中心空洞に設けられ、反対極性の電極を
    有する平板形バッテリ素子とにより構成され、 上記第1及び第2のカバー薄片は絶縁性合成材料から作
    られ、 上記サンドイッチ形フレームは導電性材料から作られた
    部品からなり、上記導電性材料から作られた部品は、反
    対極性の電極に封止され、その部品が封止された上記サ
    ンドイッチ形フレームの絶縁性材料の部品により相互に
    絶縁されている、薄型カード。
  2. 【請求項2】 上記サンドイッチ形フレームの中の1個
    又は数個の部品が、上記カバー薄片の一方又は両方のカ
    バー薄片の周縁を越えて突出している請求項1記載の薄
    型カード。
  3. 【請求項3】 上記サンドイッチ形フレームの導電性材
    料の部品は、上記カバー薄片の実質的に横全体又は実質
    的に縦全体に亘って配置されている請求項1又は2記載
    の薄型カード。
  4. 【請求項4】 上記サンドイッチ形フレームは、一体的
    に取り付けられた2個の薄いフレームからなる請求項3
    記載の薄型カード。
  5. 【請求項5】 上記薄いフレームの一方は上記第1のカ
    バー薄片に封止され、上記薄いフレームのもう一方は上
    記第2のカバー薄片に封止されている請求項4記載の薄
    型カード。
  6. 【請求項6】 電気的な上記バッテリは、2個の超薄型
    平板形電極を含む電気化学セルにより構成されている請
    求項1乃至5のうちいずれか1項記載の薄型カード。
  7. 【請求項7】 上記フレームの空洞に実質的に並列に配
    置され、同一極性の1個の共通電極を有する少なくとも
    2個の電気バッテリ素子を含む請求項1乃至5のうちい
    ずれか1項記載の薄型カード。
  8. 【請求項8】 上記平板形バッテリ素子は、対向した面
    上で各サンドイッチ形フレームに取り付けられた絶縁性
    薄片により不浸透性の形で分離され、対向したフレーム
    の導電性部品が絶縁されている請求項7記載の薄型カー
    ド。
  9. 【請求項9】 上記平板形バッテリ素子の反対極性の電
    極は、上記対向したサンドイッチ形フレームの導電性材
    料の部品に封止され、 2個の隣接したバッテリ素子に対応する上記サンドイッ
    チ形フレームの導電性材料の2個の対向した部品は、上
    記2個のバッテリを直列接続するため電気接続されてい
    る請求項8記載の薄型カード。
  10. 【請求項10】 上記バッテリ素子は再充電可能なタイ
    プである請求項1乃至9のうちいずれか1項記載の薄型
    カード。
  11. 【請求項11】 上記バッテリ素子は鉛−酸タイプであ
    る請求項10記載の薄型カード。
  12. 【請求項12】 上記カバー薄片の一方は、安全上の目
    的のため局部的に薄い部分を有する請求項11記載の薄
    型カード。
  13. 【請求項13】 2個の部品の間のシール箇所に排気装
    置を有する請求項11記載の薄型カード。
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