(57)【要約】      （修正有）【課題】厚さが低減され、加工および回路設計を簡略化できる論理電池の提供。【解決手段】第１の集電層２２および第１の集電層２２に電気的に接続するレイアウト層２４を有する複合基板１２と、第２の集電層１４と、第１の集電層２２と第２の集電層１４との間に、第１の集電層２２及び第２の集電層１４とともに密封された空間２８を画成する密封フレーム１６と、密封空２８間の内部に配置され、第１の集電層２２と第２の集電層１４と密封フレーム１６とともに電池ユニット１９を形成し、第１の集電層２２及び第２の集電層１４とは夫々の正射影範囲の少なくとも一方よりも狭い正射影範囲を有する関係をなす電気化学層１８とを備えた、論理電池１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
論理電池であって、
第１の集電層、および、当該第１の集電層に電気的に接続する少なくとも１つのレイアウト層を有する複合基板と、
第２の集電層と、
前記第１の集電層と前記第２の集電層との間に配置され、当該第１の集電層が密着する一方の端面と当該第２の集電層が密着する他方の端面との２つの端面を有し、少なくとも一部分が当該第１の集電層および当該第２の集電層のそれぞれと正射影で重なり合う関係をなし、当該第１の集電層および当該第２の集電層とともに密封空間を画成する密封フレームと、
前記密封空間の内部に配置され、前記第１の集電層と前記第２の集電層と前記密封フレームとともに電池ユニットを形成し、当該第１の集電層および当該第２の集電層とはそれぞれの正射影範囲の少なくとも一方よりも狭い正射影範囲を有する関係をなし、当該第１の集電層に対し電気的に接触する第１の活物質層と当該第２の集電層に対し電気的に接触する第２の活物質層と当該第１の活物質層および当該第２の活物質層の間に配置された絶縁層とを有する電気化学層と、
を備えたことを特徴とする論理電池。
【請求項２】
前記複合基板は、前記レイアウト層から前記第１の集電層を部分的に絶縁する絶縁材料層をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項３】
前記レイアウト層および前記電気化学層は、前記複合基板の同一面上にあることを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項４】
前記レイアウト層および前記電気化学層は、前記複合基板の相互に反対側の面上にそれぞれあり、少なくとも部分的に相互に重なり合っている、または相互に重なり合っていないことを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項５】
前記レイアウト層に電気的に接続する、回路、電子モジュール、またはそれらの組合せから選択される少なくとも１つをさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項６】
前記複合基板は回路基板であることを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項７】
絶縁被覆層が、前記第２の集電層の面上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項８】
パターン形成された金属層が、回路レイアウト、集電、またはそれらの組合せのために前記第２の集電層と接触しない前記絶縁被覆層の面上にさらに配置されることを特徴とする、請求項７に記載の論理電池。
【請求項９】
前記第１の活物質層と前記第１の集電層とは、当該第１の活物質層の正射影範囲が当該第１の集電層の前記正射影範囲よりも狭い関係をなすことを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【請求項１０】
前記第２の活物質層と前記第２の集電層とは、当該第２の活物質層の正射影範囲が当該第２の集電層の前記正射影範囲よりも狭い関係をなすことを特徴とする、請求項１に記載の論理電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池に関し、詳細には回路および電子モジュールと一体化する論理電池（ｌｏｇｉｃａｌ  ｂａｔｔｅｒｙ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器はより軽量で、より薄くなってきている。しかしながら、機能がより多様になるにつれ、性能要件が高くなった。そのために、容量、安全性などの電池の仕様が比較的厳しくなっている。最新のスマートホンでは、モニタ、プロセッサ、スピーカ、およびアンテナなどの電子モジュールのための電気を供給するために、電池が内部に存在する。電子モジュールおよび電池は、回路基板によって電気的に接続され、その結果、電池から電子モジュールに電力を伝送することが可能である。
最新のスマートホンは、通話、インターネットサーフィン、写真などの複数の機能を有し、モニタの解像度、およびデータ処理またはデータ伝送の速度もまた改善されている。しかしながら、スマートホンの内部空間は縮小しているので、電子モジュールの設計だけでなく電池の設計もより薄くなる。
【０００３】
残念ながら、電池の厚さおよび容量は完全に付随する。特に、巻取電池（ｗｉｎｄｉｎｇ  ｂａｔｔｅｒｙ）では、電池の厚さが低減すると、電極の長さが低減し、電池の容量が相対的に減少することになる。
【０００４】
したがって、上記の問題を克服するために論理電池が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
論理電池を提供することが本発明の目的である。論理電池の複合基板は、集電層、および電子モジュールに電気的に結合できるレイアウト層を備える。電池および電子モジュールは一体化され、論理電池全体の厚さが低減される。
【０００６】
論理電池を提供することが本発明の目的である。複合基板はまた、電池の集電層とすることが可能である。電気化学層は、外部接続部分を配置することなく複合基板に電気的に接続できる。加工および回路設計を簡略化できる。
【０００７】
論理電池を提供することが本発明のもう１つの目的である。複合基板は論理電池のパッケージの一部であり、外部環境から電気化学システムを絶縁し、外部の水およびガスを遮断する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複合基板、第２の集電層、密封フレーム、および電気化学システムを備える論理電池を提供する。複合基板は、第１の集電層、および第１の集電層の周囲上に配置されたレイアウト層、ならびに、第１の集電層と第２の集電層の間に配置された密封フレームを備える。密封フレーム、第１の集電層、および第２の集電層によって、密封された空間が形成される。密封された空間内に電気化学層が配置される。第１の集電層、第２の集電層、密封フレーム、および電気化学層によって、電池ユニットが形成される。電気化学層は、第１の活物質層、第２の活物質層、および第１の活物質層と第２の活物質層の間に配置された絶縁層、第１の集電層との第１の活物質層接点、第２の集電層との第２の活物質層接点を備える。
【０００９】
本明細書で以下に提示する詳細な説明から、本発明の適用可能な範囲がさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の論理電池の構造を示す。
【図２】本発明の論理電池の構造を示す。
【図３】本発明の論理電池の構造を示す。
【図４】本発明の論理電池の構造を示す。
【図５】本発明の論理電池の構造を示す。
【図６】本発明の論理電池の構造を示す。
【図７】本発明の論理電池の構造を示す。
【図８】図７の断面図である。
【図９】スマートカード内に適用されたアンテナユニットを有する論理電池を示す。
【図１０Ａ】スマートカード内に適用された論理電池の正および負の面の図である。
【図１０Ｂ】スマートカード内に適用された論理電池の正および負の面の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は論理電池を提供し、その全体の厚さは低減されている。電子モジュールおよび集電層は、論理電池の複合基板内に一体化される。電子モジュールは、回路基板なしに電池に直接接続できる。
【００１２】
本発明の技術的特徴をより明確に例示するために、いくつかの実施形態について以下で説明する。
【００１３】
図１を参照する。図１は本発明の一実施形態を示す。図示するように、論理電池１０は、複合基板１２、第２の集電層１４、密封フレーム１６、電気化学層１８、および電気モジュール２０を備える。複合層１２は、第１の集電層２２、レイアウト層２４、および絶縁材層２６を備える。絶縁材層２６はレイアウト層２４により覆われない、第１の集電層２２の面を覆う。レイアウト層２４はパターン形成された金属層である。パターン形成された金属層は、電気モジュール２０に電気的に接続できる。
第１の集電層２２、第２の集電層１４、密封フレーム１６、および電気化学層は電池ユニット１９を形成する。電気モジュール２０は、回路、電気モジュール、およびそれらの組合せから選択される。複合基板１２は可撓性のあるプリント回路とすることが可能である。複合基板１２は、電池ユニット１９の集電層、およびレイアウト層を提供し、電池ユニットおよび電子モジュールを組み合わせるので、電子モジュール全体の厚さが低減される。
本論理電池のモジュール化設計により、アンテナユニット、電池ユニット、および他の電子モジュールを一体化でき、開発する電子機器（たとえば、スマートカード）の複雑さを低減できる。
【００１４】
密封フレーム１６は第１の集電層２２と第２の集電層１４の間に配置され、密封フレーム１６の上面は第１の集電層２２に密着し、密封フレーム１６の底面は第２の集電層１４に密着する。取り囲まれ密封された空間２８が形成され、電気化学層１８を収容する。第１の集電層２２、第２の集電層１４、密封フレーム１６、および電気化学層１８によって、電池ユニット１９が形成される。
電気化学層１８は、第１の活物質層３０、第２の活物質層３２、第１の活物質層３０と第２の活物質層３２の間に配置された絶縁層３４、ならびに第１の活物質層３０、第２の活物質層３２、および絶縁層３４内に分散させられた電解質（図に示されていない）を備える。第１の活物質層３０は、密封された空間２８内部にコーティングによって形成され、第１の集電層２２との第１の活物質層３０接点は、複合基板１２と電気的に接触する。第２の活物質層３２は、密封された空間２８内部にコーティングによって形成され、第２の集電層１４との第２の活物質層３２接点は、第２の集電層１４と電気的に接触する。
【００１５】
密封フレーム１６の上面は第１の集電層２２に密着し、密封フレーム１６の底面は第２の集電層１４に密着し、電気化学層１８は、完全に第１の集電層２２および／または第２の集電層１４の正射影範囲内にある。すなわち、密封フレーム１６もまた、第１の集電層２２および／または第２の集電層１４の正射影範囲内にある。
第１の活物質層３０の正射影範囲は、第１の集電層２２の正射影範囲よりも狭く、第２の活物質層３２の正射影範囲は、第２の集電層１４の正射影範囲よりも狭い。上記の構造によれば、電気化学層１８は、密封フレーム１６、第１の集電層２２、および第２の集電層１４によって密封される。
【００１６】
さらに、密封フレーム１６は、完全に、または部分的に第１の集電層２２および第２の集電層１４の正射影範囲内にあってもよい。すなわち、第１の集電層２２および第２の集電層１４が横断面で同じ長さを有するとき、密封フレーム１６は、完全に第１の集電層２２および第２の集電層１４の正射影範囲内にあり、第１の集電層２２および第２の集電層１４が横断面で異なる長さを有するとき、密封フレーム１６は、完全に第１の集電層２２または第２の集電層１４の正射影範囲内にあり、密封フレーム１６が部分的に第１の集電層２２および第２の集電層１４の正射影範囲内にあるとき、第１の集電層２２と第２の集電層１４の間の長さの差がどれだけであっても、密封フレーム１６の一部分は、第１の集電層２２および第２の集電層１４の正射影範囲からはずれる。
【００１７】
さらに、この実施形態では、レイアウト層２４は、第１の集電層２２の一方の上にある。正射影では、レイアウト層２４および電池ユニット１９は、少なくとも部分的に重なり合っている。図２では、電磁波を妨害しないように、レイアウト層２４および電池ユニット１９は、正射影で重なり合っていない。
【００１８】
図３を参照する。図３は本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、レイアウト層２４は、第１の集電層２２の２つの反対側の面上にある。
【００１９】
確実に、絶縁被覆層３６は、第２の活物質層３２と接触しない、第２の集電層１４の面上にさらに配置できる。パターン形成された金属層３８は、図４に示すように、他のレイアウト層の回路レイアウトおよび／または集電のために、第２の集電層１４と接触しない絶縁被覆層３６の片側上にさらに配置される。上述のように、複合層の中に第２の集電層１４およびパターン形成された金属層３８を一体化できる。
【００２０】
絶縁層３４は、ナノスケールおよびマイクロスケールのＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、またはアルキル化セラミック粒子からなる材料から選択され、材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＥ）、ＰＶＤＥ−ＨＥＰ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリル酸接着剤、エポキシ樹脂、ＰＥＯ、ＰＡＮ、ＰＩなどの重合体により接着される。
絶縁層３４は電気化学反応の間にイオン導電性であることが可能である。絶縁材層２６および絶縁被覆層３６は、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＳ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＢＴ、ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＰＡ、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、およびガラス繊維からなる材料から選択される。絶縁材層２６および絶縁被覆層３６は、外部環境から電池ユニット１９を絶縁できる。
【００２１】
レイアウト層２４はアンテナユニット３５とすることが可能であり、複合基板１２は堅い、または可撓性があるとすることが可能である。図５を参照すると、複合基板１２が堅いとき、アンテナユニット３５および電池ユニット１９は、正射影で少なくとも部分的に重なり合う、または重なり合わない。
図６を参照する。複合基板１２は、可撓性があるとき、電池設計に従って曲げることが可能であり、レイアウト層２４および電池ユニット１９は、正射影で少なくとも部分的に重なり合う、または重なり合わない。
【００２２】
より詳細に、図７および図８を参照する。図７および図８は、レイアウト層の一部分がアンテナとして使用される本発明の論理電池を示す。図示するように、レイアウト層２４の一部分はアンテナユニット３５として使用される。正射影では、アンテナユニット３５は電池ユニット１９の周囲を取り巻いて配置される。アンテナユニット３５および電池ユニット１９は重なり合わない。複合基板１２は、論理電池の２つの電気出力部分Ｔ１、Ｔ２を有する。アンテナユニット３５は、２つの接続点Ｃ１、Ｃ２を有し、電気出力部分Ｔ１、Ｔ２は導線によって接続点Ｃ１、Ｃ２と電気的に接続している。たとえば、導線は、電気磁気効果の分布を低減するためにアンテナ３５上に交差して固定でき（図に示していない）、導線の幅は１５０μｍ以下である。さらに、導線は複合基板１２内に埋め込まれることが可能で、電気出力部分Ｔ１、Ｔ２および接続部分Ｃ１、Ｃ２は、それに対応して単一の端点の中に一体化されることが可能である。複合基板１２のレイアウト設計を簡略化でき、電気出力部分および接続点の占有範囲を低減できる。
【００２３】
上記の実施形態では、アンテナユニット３５および電池ユニット１９は第１の集電層２２の同一面上にあるが、実際の適用例では、アンテナユニット３５および電池ユニット１９を第１の集電層２２の反対側の面上に配置できる。
【００２４】
この実施形態では、複合基板１２を単層回路基板または二重層回路基板とすることが可能である。二重層回路基板の材料は、紙フェノール基板、紙エポキシ銅基板、ガラスエポキシ銅基板、ガラス複合材銅基板、ベンゼン樹脂銅基板、または重合体／ポリエステル銅基板から選択される。
複合基板１２のレイアウト層２４は、層エングレービング、エッチング、機械加工、スパッタリング、蒸着、コーティングなどによってアンテナユニット３５を形成する。アンテナの構造は通常、らせん、直線、ブロックなどとすることが可能である。さらに、絶縁する被覆層２６は、第２の集電層１４の覆われていない面上にさらに配置される。この実施形態では、絶縁する被覆層２６は、集電層の覆われていない面を部分的に覆うだけであるが、しかしながら、集電層の覆われていない面を完全に覆うことが可能である。
【００２５】
電気化学システム層１８は、複合基板１２の金属面（たとえば、銅金属層の面）上に直接形をなしている。すなわち、複合基板１２の金属面は、電池の集電層の一方として使用される。電気化学層１８は、外部接続部分に接続することなく複合基板１２に電気的に接続できる。回路指定または工程の複雑さが低減される。
【００２６】
実際の適用例では、アンテナユニット３５はセンシングアンテナとすることが可能である。一方では、アンテナユニット３５は、ＮＦＣデータ伝送用の汎用非同期送受信回路（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ、ＵＡＲＴ）を使用でき、符号化は非ゼロ復帰方式（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ、ＮＲＺ）である。他方では、アンテナユニット３５は、電磁誘導のワイヤレス充電アンテナとすることが可能であり、その仕様は、Ａ４ＷＰ（Ａｌｌｉａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ）、ＰＭＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ｍａｔｔｅｒｓ  Ａｌｌｉａｎｃｅ）、およびＷＰＣ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）の標準を満たす。さらに、要件に答えて、アンテナユニット３５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＬＴＥ、３Ｇなどの機能モジュールとして使用されることが可能である。
【００２７】
電池ユニット１９により磁力線が遮蔽されるのを回避するために、電池ユニット１９の任意の周囲とアンテナユニット３５の間の最適距離は２ｍｍ以上である（図７を参照されたい）。
実際のデータでは、アンテナユニット３５および電池ユニット１９が正射影で重なり合うときに、アンテナユニット３５と電池ユニット１９の間の電磁遮蔽の有効性のために、ワイヤレス充電の効率は有線充電の効率の１０％〜１５％である。アンテナユニット３５と電池ユニット１９の間の距離が正射影で２ｍｍ未満であるときに、ワイヤレス充電の効率は有線充電の効率の約４０％である。アンテナユニット３５と電池ユニット１９の間の距離が正射影で２ｍｍよりも大きいときに、ワイヤレス充電の効率は有線充電の効率の約６０％である。アンテナユニット３５と電池ユニット１９の間の距離が正射影で３ｍｍであるときに、ワイヤレス充電の効率は有線充電の効率の約８０％を達成できる。アンテナユニット３５と電池ユニット１９の間の正射影距離が６ｍｍよりも大きいときに、ワイヤレス充電の効率は有線充電の効率の約１００％を達成できる。
したがって、電磁遮蔽の有効性を低減するために、電池ユニット１９とアンテナユニット３５の間の距離はより大きくなる傾向がある。正射影距離はより大きくなるので、回路レイアウトの範囲は低減される。しかしながら、製品に対する異なるタイプの要求によって、電池ユニット１９とアンテナユニット３５の正射影距離は製品に別様に依存する。
【００２８】
図９を参照する。図９は、スマートカード４０内に適用されたアンテナユニットを有する論理電池を示す。スマートカード４０は、セキュリティコードを動的に生成できる。また、取引確認のためにスマートカード４０の中にセキュリティコードを入力できる。たとえば、上面４２上でクレジットカード番号を、または底面４４上でセキュリティコードを入力するときに、ボタン回路４６がユーザによりトリガされ、信号が金属部分５０に転送される。その一方で、論理電池１０は、金属部分５２によってマザーボード５４に電力を供給している。操作結果は表示装置Ｍ上に示される、またはアンテナユニット３５によって受信機に伝送される。
受信機は、デジタル基板の誘導ループ、または誘導カードリーダもしくはワイヤレス充電センサなどの、電磁信号を受信できる他の機器を備える。さらに、ＩＳＯ７８１６５の規則によれば、カードリーダと接触するスマートカード４０の８つの金属部分のうち２つ、すなわちＶｐｐおよびＶｃｃが、スマートカード４０の回路基板に電力を供給できる。したがって、ＶｐｐおよびＶｃｃによって電池ユニット１９を充電できる。金属部分５０、５２は、電力供給および信号出力のインタフェースである。金属部分はアルミニウム箔であり、耐食性、抗酸化性、および導電性の能力を増大させるために、スズ、インジウム、銀、黄銅、青銅、または金上に析出されることが可能である。
【００２９】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、スマートカード内に適用された論理電池の正および負の面の図である。
上記の実施形態と異なり、アンテナユニット３５、電池ユニット１９、電子モジュール２０（図ではボタン回路として）、および表示装置Ｍが、外部導電部分なしに信号線によって同じ複合基板１２の２つのレイアウト層Ａ１、Ａ２上に配置される。アンテナユニット３５は、スマートカード４０の周囲を取り巻いて配置され、その結果、受信機とアンテナユニット３５との接点の一部分だけでも信号またはワイヤレス充電を伝送できる。
【００３０】
したがって、本発明は、電池ユニットおよびレイアウト層、または電子モジュールのアンテナユニットが複合基板の中に一体化された場合に、新しい論理電池、集電層を提供する。論理電池全体の厚さは低減される。また、電子モジュールを配置する制約が低減される。
【００３１】
以上本発明について説明してきた。本発明が多くの方法で変更されてもよいことは明らかであろう。そのような変更は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、すべて以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されることは当業者に明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2018073814.tif 000013
【外国語明細書】
2018073814000001.pdf