WO2000008699A1

WO2000008699A1 - Ultraminiaturized reserve battery cell

Info

Publication number: WO2000008699A1
Application number: PCT/KR1999/000437
Authority: WO
Inventors: Won-Bae Lee; Han Chung; Ho-Jun Lee
Original assignee: Seju Engineering Co., Ltd.
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2000-02-17
Also published as: AU5070099A; KR100307311B1; EP1104038A4; KR20000013301A; US6844108B1; EP1104038A1

Description

明細書超小型リザ一ブ-バッテリ一セル技術分野本発明はバッテリ一関連技術に関し、特に使用者が意図する行為をする場合にのみ活性化されて電気エネルギーを発生させるリザ一ブ-バッテリ一セル (Reserve-Battery Cel l)に関するものである。背景技術一般に、バッテリ一は陽極/陰極の活物質及びこれらと化学的に反応して電気工ネルギーを発生させる電解液等で構成されている。リザーブ-バッテリ一セルは平常時に電解液が陽極/陰極の活物質に接触されている一次/二次電池とは違レ、、電解液を別途の密閉された容器に保管したが電気工ネルギ一を使用しようとする場合にその容器を機械的に破壊する行為により電解液が活物質と反応しながらバッテリーとしての役割を開^する。このようなリザ一ブ-バッテリ一セルは電解液が活物質と完全に分離されているために一般バッテリーとは異なり内部漏洩電流などが根本的に存在しなくて保管期間が非常に長いだけでなく、使用開始時点の活物質と電解液が非常に新鮮な状態であるため電圧遅延現象がないという長所がある。このような理由によりリザーブ-バッテリーセルは非常用の電源または長時間の保管期間が要求されるエネルギー源としてのバッテリー市場での主要部を占有している。

従来のリザ一ブ-バッテリ一セルは主に電解液をガラスで製作されたアンプル (Ampule)に保管する方式を使用することが一般的である。しかし、ガラスアンプルはセンチメートル級以上の大きさと数百ミクロン以上の厚さで製作できるしかなレ、だけでなくその形状もほとんど円筒形であるために、従来のリザ一ブ-バッテリーセルはセンチメートル級以上の大型大きさで製作できるしかないだけでなくアンプルを機械的に破壊するのにあっても相対的に大きい力を必要としている。したがって、従来のリザーブ-バッテリーセルは大きさが小さくて、小さな力でバッテリ一を活性化させなければならない小型電子システムでの活用はほとんど不可能だという短所がある。 . 発明の開示

本発明の目的は、その大きさが小さくて、小さな力でバッテリーを活性化させることができるので小型電子システムで活用可能なリザ一ブ-バッテリ一セルを提供することにある。課題を解決するための手段 ·

上記の技術的課題を達成するための本発明の特徴的なリザーブ -バッテリ一セルは、電解液を貯蔵するための電解液貯蔵容器（11)と、上記電解液貯蔵容器と連結されて、外部の衝撃が加えられる時上記電解液貯蔵容器から提供された電解液から起電力を発生する反応容器 (29)を含んで、上記反応容器 (29)と上記電解液貯蔵容器 αυとの分離管は相対的に薄い厚さの第 1 メンブレインでなされた領域を持つていて、上記外部から衝撃が加えられる時上記第 1 メンブレインが容易に破壊されて上記電解液が上記反応容器に流入されることを特徴とする。小型電子システムでの活用がほとんど不可能な既存の大型リザーブバッテリ一セルの短所を補完するために本発明では機械構造を超小型に加工するマイクロマシニング（micro— machining)技術を利用して数// m大きさの小さなバッテリ一構成品を含みながら全大きさが数匪に過ぎない超小型リザーブ-バッテリーセルを具現した。すなわち、本発明はシリコン、ュッケル、銅、アルミニウムなどの材質を使用して電解液の容器及びその他バッテリ一構成品らを具現して、バッテリーセルと接した電解液の貯蔵容器にその周辺に比べてその厚さが薄いメンブレイン構造を形成して活性化時のみにこれを破壊することによつて普段には充分な耐衝撃特性を確保する同時に小さな力でバッテリーを活性化させることができる。図面の簡単な説明

図 la及び図 lbは、本発明の一実施例にかかる超小型リザ一ブ-バッテリ一セルの断面構造図である。

図 2a及び図 2bは、本発明の他の実施例にかかるリザーブ-バッテリ一セルの断面構造図である。

図 3a及び図 3bは、本発明のまた別の実施例にかかるリザーブ-バッテリーセルの断面構造図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が本発明をより容易に実施できるようにするために本発明の望ましい実施例を説明する。

(実施例 1)

添付された図面の図 la及び図 lbは本発明の一実施例にかかる超小型リザ一ブ- バッテリーセルの断面構造を図示したことで、特に図 la はリザーブ-バッテリーセルが活性化される前の状態を、図 lbは活性化された状態を各々表している。まず、図 laを参照すれば、電解液（10)を貯蔵している電解液容器（11)は全体的にシリコン、ニッケノレ、銅、 'ァノレミニゥム、ステンレススチ一ノレ（stainless stee 1)などの導電体で成されていて、電解液容器（ 11 )の上部板には電解液の注入口（12)が形成されていて電解液容器（11)の下部、即ち、電解液から起電力を発生する反応容器 (29)の中央にはメンブレイン構造（11a)が形成されている。一方、かかるメンブレイン構造（11a)はマイクロマシニング技術を使用して電解液容器（11)の下部板の一部を削ってその周辺の下部板に比べて薄く形成され、したがってメンブレイン構造（11a)は下部板と同じ材質で形成されることができることである。電解液（10)を長期間保存するために電解液（10)を注入した後注入口（12)を密封材 (13)でかたく密封して、密封材（13)では電解液（10)と化学的に反応しないェポキシ樹脂（epoxy resin) , プラスチック樹脂、インジウムなどの物質を使用する。メンブレイン構造 (11a)を除外した電解液容器（11)の下部板の下には陽極物質（14)が付着されて電気的に電解液容器（11)の下部板と接触されている。陽極物質（14)の下にはガラス繊維不織布（non_woven glass fiber) , 紙などのように電解液（10)の吸収が可能な不導体でなされた隔離板（separator) (16)を間に置いて陰極物質（15) が配置されていて、バッテリーセルの最下部にはその中央に薄いメンブレイン構造（17a)を含んで、陰極物質（15)と電気的に連結した下部板（17)が配置される。一方、上下部のメンブレイン構造（l la、 17a)間には空き空間が存在するようになる。下部板（Π)はシリコン、ニッケル、銅、アルミニウム、ステンレススチールのうちいずれかの一つで構成できる。そして、陽極と陰極を電気的に分離する同時に陽極物質（14)、陰極物質（15)及び隔離板（16)を外気から保護するためにバッテリ一セルの周辺はエポキシ樹脂などの密封材（18)を使用して密封されている。図 la に図示されたバッテリ一セルは電解液（10)が電極物質（14、 15)と分離されているので活性化されない状態である。

しかし、図 lbに図示された通り使用者の必要によってバッテリーセルの下段の中央部分をとがつていた針（19)で刺すと針（19)が下部板（17)のメンブレイン構造 (18a)を破壊しながらバッテリ一セル内に進入するようになって、続けて電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（1 la)を破壊して電解液（10)が電極物質（14、 15)間の隔離板（16)に吸収されてバッテリーセルが活性化される。この時、バッテリーセルが活性化されて使用中の間には針（19)がささった状態が持続されるので、二電極間の短絡を防止するためには針（19)はその外部が不導体でなされたことが要求される。また、バッテリーセルの外部に電解液（10)が漏れなることを防止するために針（19)に 0-リング (20)を付着でき、針またはバッテリーセルの下段部に 0-リング (20)の以外の他の電解液の漏れ防止装置を装着して使用することができる。

前述した本発明の一実施例で望ましくは電解液（10)として S0C1₂溶液、陽極物質（14)として 0. 05隱厚さの Li 膜、陰極物質 Q5)として 0, 2 mm厚さの炭素（材料名：アセチレンブラック）膜、そして隔離板（16)としてガラス繊維でなされた 0. 1 mm厚さの不織布を使用する。また電解液容器（11)は 0. 1 誦厚さのニッケル (Ni)で構成したし、その全大きさは横は 5. 0 匪、縦は 5, 0 mm, 高さは 1. 0 咖で、電解液の注入口（12)は直径が 0. 5 mmになるようにした。電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（11a)は直径は 1. 0 讓、厚さは 5. 0 /z mに設計した。全体的にニッケルで構成された下部板（Π)は 0. 1 mm厚さに構成したし、下部板（17)のメンブレイン構造（17a)は直径は 1. 0醒、厚さが 5. 0 / mに設計した。メンブレイン構造（l la、 l"7a)を破壊するための針（19)はシリコン、セラミック、ガラス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを使用して構成して、その直径がメンブレイン構造（l la、 17a) の直径より少ないことになるように設計する。この時、針（19)の材質でニッケル、アルミニウム、銅などを導電体として使用する場合、不導体をコーティングして使用して二電極間の短絡を防止する。このようにメンブレイン構造（l la、 17a)の微細構造の電解液容器（11)及び下部板（17)はマイクロマシニング技術を使用して製作できる。

(実施例 2)

添付された図面の図 2a及び図 2bは本発明の他の実施例にかかるリザ一ブ-バッテリーセルの断面構造を図示したことで、上記図 la及び図 lbで使われた図面符号が示す部分と同じ部分に対しては同じ図面符号を使用したし、図 2aはリザーブ -バッテリーセルが活性化される前の状態を、図 2b は活性化された状態を各々表している。

まず、図 2aを参照すれば、全般的なバッテリーセルの構造は上記図 laに図示されたバッテリ一セルの構造と似ている。ただし下部板（17)にはメンブレイン構造が形成されていないし、電解液容器（11)の上部板が 50 /z m以下の厚さで薄く形成してフレキシブル（flexible)し、電解液容器（11)の上部板の中央部に針（19)が装着されているという点が違う。ノッテリ一セルが活性化されない状態で針（19) は電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（1 la)からは若干離隔されていて、やはりその直径がメンブレイン構造（11a)の直径より少ないことになるように設計する。

図 2bに図示された通り使用者の必要によつて電解液容器（11)の上部板の中央部分を棒（21)などを使用して加圧すれば針（19)が電液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（11a)を破壊させてバッテリ一セルが活性化されることである。この時、電解液容器（11)の上部板がフレキシブルであるため僅かの力でも容易に曲がり針 (19)が電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（11a)を破壊できる。また、このような構造のバッテリ一セルは棒（21)のような別途の機械的な力を加えないで加速度を利用して活性化されるようにすることができる。すなわち、加速度と針 (19)の重さにより発生された力によつて電解液容器（11)の上部板が曲がつて、これに伴い針（19)が電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（11a)を破壊することによつてバッテリ一セルが活性化されることである。

(実施例 3)

添付された図面図 3a及び図 3bは本発明の又別の実施例にかかるリザ一ブ -バッテリーセルの断面構造を図示したことで、上記図 la及び図 lbで使われた図面符号が示す部分と同じ部分に対しては同じ図面符号を使用したし、図 3aはリザーブ —バッテリーセルが活性化される前の状態を、図 ₃b は活性化された状態を各々表している。

まず、図 3aを参照すれば、全般的なバッテリ一セルの構造はやはり上記図 laに図示されたバッテリーセルの構造と似ている。ただし、下部板（17)のフレキシブルなメンブレイン構造（17a)上に針（19)が付着されている構造として、図 3b に図示された通り下部板（17)の中央部分を棒 (21)などを使用して加圧すれば針（19)が電解液容器（11)の下部板のメンブレイン構造（11a)を破壊してバッテリ一セルが活性化される。また、このような構造のバッテリーセルもやはり棒（21)のような別途の機械的な力を加えないで加速度と針（19)の重さを利用して活性化されるようにすることができる。

特に、前述した本発明の他の実施例及び又別の実施例にかかるリザ一ブ-バッテリ一セルはバッテリ一セルの外部を破壊させないながらバッテリ一動作が開始されるのでバッテリ一の外部への電解液の漏れが発生しなくて別途の電解液の漏れ防止装置を設置しなくてもいいという長所がある。

以上で説明した本発明は前述した実施例及び添付された図面により限定されることがなくて、本発明の技術的思想を抜け出さない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能だということが本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者にあって明白なことである。 .

例えば、前述した実施例でメンブレイン構造を 5. 0 /x m厚さに設定した場合を例で説明したが、その厚さが 20 m以下ならば本発明の技術的原理を適用できる。また、本発明の技術的原理は陽極物質及び陰極物質の位置を必要によって交替する場合にも適用できる。

本発明のリザーブ-バッテリ一セルは超小型であるためセンサのような小型電子システムのエネルギー源として使用することに非常に適合するだけでなく、耐衝撃特性が優秀で小さな力でも容易に活性化させることができる。

Claims

特許請求の範囲

1.電解液を貯蔵するための電解液貯蔵容器（11)と、

上記電解液貯蔵容器と連結されて、外部の衝撃が加えられる時上記電解液貯蔵容器から提供された電解液から起電力を発生する反応容器 (29)を含んで、

上記反応容器 (29)と上記電解液貯蔵容器（11)との分離管は相対的に薄い厚さの第 1 メンブレインでなされた領域を持っていて、上記外部から衝撃が加えられる時上記第 1 メンブレインが容易に破壊されて上記電解液が上記反応容器に流入されることを特徴とするリザーブ -バッテリーセル。

2.第 1項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記電解液貯蔵容器の上面に提供される電解液の注入口を密封するための密封部材をさらに含んでなるリザーブ-バッテリーセル。

3.第 1項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記電解液貯蔵容器の上面はフレキシブル (flexible)し、上記第 1 メンブレインを破壊するための部材は上記第 1 メンブレインに向けて上記電解液貯蔵容器の内壁で突出されていることを特徴とするリザーブ-バッテリ一セル。

4.第 1項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記反応容器は、

上記第 1 メンブレインと対向される地域の容器の厚さが相対的に薄い第 2 メンブレインをさらに含むことを特徴とするリザーブ-バッテリーセル。

5.第 4項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記第 2メンブレインがフレキシブルし、上記第 1 メンブレインを破壌するための部材は上記第 1 メンブレインに向けて上記第 2メンブレインの内壁で突出されていることを特徴とするリザーブ-バッテリーセル。

6.第 4項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記第 1 メンブレインを破壌するための部材は上記反応容器及び電解液貯蔵容器の外部に提供されていて、外部からの衝撃の祭上記第 1 メンブレイン及び上記第 2 メンブレインを破壊して上記バッテリーセルを活性化させることを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。

7·第 2項ないし第 6項のいずれかに記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、上記電解液貯蔵容器及び上記反応容器は、各々シリコン、ニッケル、銅、アルミユウム、ステンレススチールのうちいずれか一つでなされたことを特徴とするリザ一ブ―ノくッテリ—セノレ。

8·第 4項ないし第 6項のいずれかに記載のリザ一ブ -バッテリ一セルにおいて、上記第 1及び第 2メンブレインの厚さが各々 20 / m以下であることを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。

9.第 3項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記電解液貯蔵容器の上面の厚さが 50 μ m以下であるものを特徴とするリザーブーノッテリ一セル。

10. 第 1項ないし第 6項のいずれかに記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、上記第 1 メンブレインを破壊するための部材はシリコン、セラミック、ガラス、不導体がコ一ティングされた-ッケル、不導体がコーティングされた銅、不導体がコーティングされたアルミニウムのうちいずれかの一つでなることを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。

11·第 10項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記第 1 メンブレインを破壊するための部材は上記第 1 メンブレインより小さな直径を持つ針形状であることを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。

12.第 1項に記載のリザーブ-バッテリ一セルにおいて、

上記反応容器は、

上記反応容器の上部内側壁に形成された第 1電極と、

上記反応容器の下部内側壁に形成された第 2電極と、

上記第 1及び第 2電極間に形成されて上記電解液が流入されない時は上記二電極を電気的に絶縁させて、上記電解液が流入される時には二電極間で上記電解液から起電力を起こす隔離部材を含むことを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。

13.第 I²項に記載のリザ一ブ-バッテリ一セルにおいて、

上記隔離部材は、ガラス繊維不織布または紙でなることを特徴とするリザ一ブ-バッテリ一セル。