JP2017123230A - 電池構造体、及び積層電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便に薄型化することができる電池構造、及び積層電池を提供すること。【解決手段】本発明にかかる電池構造５０は、第１電極、及び第２電極１５を有する第１のシート状電池１０ａ及び第２のシート状電池１０ｂと、第１のシート状電池１０ａと第２のシート状電池１０ｂとの間に配置された絶縁材４３と、を備え、第１のシート状電池１０ａの第２電極１５と第２のシート状電池１０ｂの第２電極１５とが向かい合って配置され、第１のシート状電池１０ａが、ＸＹ平面視において第２のシート状電池の外側にはみ出すように形成されたタブ部３２ａを備え、第２のシート状電池１０ｂが、ＸＹ平面視において前記第１のシート状電池の外側にはみ出すように形成されたタブ部３２ｂを備え、タブ部３２ａからタブ部３２ｂに渡って設けられたタブリード４１を介して、第２電極１５が接続されている。【選択図】図３
Description
本発明は、電池構造体、及び積層電池に関する。
特許文献１には、リチウムイオン電池等の蓄電器における電極タブとタブリードとの接続構造が開示されている。特許文献２には、正極、及び負極にタブリードが接続された非水固体電解質電池が開示されている。特許文献１、２では、平面視において、正極のタブと負極のタブとがずれて配置されている。
電池を大容量化する場合、電池を単位電池シートを積層した積層構造とする。この場合、タブ部分が重なっていると、電池の厚みが増加してしまう。具体的には、２枚積層時の厚みは、シート、タブリード、絶縁材、導電性接合剤等の総厚となるため、積層構造の厚さが増加してしまう。
また、厚さを薄くするために、タブリードの位置をずらすと、タブリード間を接合する工程が増加するため、生産性が低下してしまう。また、タブリードを櫛歯形状などにすると、積層工程が複雑化してしまい、生産性が低下してしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡便に薄型化することができる技術を提供することを目的とする。
本実施形態の一態様に係る電池構造体は、第１電極、及び第２電極を有する第１のシート状電池と、第１電極、及び第２電極を有し、前記第１のシート状電池と対向配置された第２のシート状電池と、前記第１のシート状電池の前記第２電極と前記第２のシート状電池の前記第２電極とを接続するタブリードと、を備え、前記第１のシート状電池の前記第２電極と前記第２のシート状電池の前記第２電極とが向かい合って配置され、前記第１のシート状電池と前記第２のシート状電池が向かい合って配置された状態の平面視において、前記第１のシート状電池が、前記第２のシート状電池の外側にはみ出すように形成された第１タブ部を備え、前記第２のシート状電池が、前記第１のシート状電池の外側にはみ出すように形成された第２タブ部を備え、前記タブリードが、前記第１タブ部から前記第２タブ部に渡って設けられているものである。２つのシート状電池を積層して、並列接続した場合でも、簡便に薄型化することができる。
上記の電池構造体において、前記第１のシート状電池に第１絶縁材が形成され、前記第２のシート状電池に第２絶縁材が形成され、前記第１絶縁材が前記第２タブ部の近傍に形成され、前記第２絶縁材が前記第１タブ部の近傍に形成されていてもよい。これにより、第２電極と第１電極との短絡を確実に防ぐことができる。
上記の電池構造体において、前記タブリードの厚さが前記第１のシート状電池及び第２のシート状電池のそれぞれの厚さ以下となっていることが好ましい。このようにすることで、薄型化を図ることができる。
上記の電池構造体において、前記第１のシート状電池の第１電極上には、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び前記第２電極がこの順に積層された第１積層体が配置され、前記第２のシート状電池の第１電極上には、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び前記第２電極がこの順に積層された第２積層体が配置されていてもよい。
上記の電池構造体において、前記第１のシート状電池の前記第１電極の両面に、前記第１積層体が形成され、前記第２のシート状電池の前記第１電極の両面に、前記第２積層体が形成されていてもよい。このようにすることで、より大容量化を図ることができる。
上記の電池構造体は、前記タブリードと前記第２タブ部とを接合する接合剤をさらに備え、前記第１のシート状電池及び前記第２のシート状電池のそれぞれの厚さが、前記接合剤と前記タブリードとの合計厚さとほぼ等しくなっていてもよい。このようにすることで、容易に積層することができうる
上記の電池構造体は、前記タブリードと前記第２タブ部とを接合する接合剤をさらに備え、前記第１のシート状電池及び前記第２のシート状電池のそれぞれの厚さが、前記接合剤と前記タブリードとの合計厚さとほぼ等しくなっていてもよい。このようにすることで、容易に積層することができうる
本実施形態の一態様にかかる積層電池は、上記の電池構造体が複数積層された積層電池であって、前記第１タブ部及び前記第２タブ部が複数設けられ、前記複数の第１タブ部の一方の面には前記第２電極が設けられ、他方の面には絶縁層が設けられ、前記複数の第２タブ部の一方の面には前記第２電極が設けられ、他方の面には絶縁層が設けられているものであるこのようにすることで、電池構造体を積層した場合でも、第１電極と第２電極との短絡を防ぐことができる。
上記の積層電池では、上下に隣接する２つの前記電池構造体では、２つの前記第１タブ部が互いに重複するように配置されており、かつ、２つの前記第２タブ部が互いに重複するように配置されていてもよい。端子との接続を容易に行うことができる。
上記の積層電池では、上下に隣接する２つの前記電池構造体では、２つの前記第１タブ部が互いにずれて配置されており、かつ、２つの前記第２タブ部が互いにずれて配置されていてもよい。このようにすることで、薄型化を図ることができる。
上記の電池構造体が複数積層された積層電池であって、前記第１のシート状電池、前記第２のシート状電池、及び前記タブリードが複数設けられ、前記各タブリードを前記各第２電極に接合する接合剤をさらに備え、前記各第１のシート状電池及び前記各第２のシート状電池の厚さが、前記各接合剤と前記各タブリードとの合計厚さとほぼ等しくなっていてもよい。
本発明によれば、簡便に薄型化することができる技術を提供することができる。
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。
実施の形態１．
本発明は、新たな充電原理に基づく電池（以下、「酸化物半導体二次電池」とする）等のシート状電池の電池構造体、及び積層電池に関する。酸化物半導体二次電池は、充放電が可能な二次電池である。具体的には、酸化物半導体二次電池では、充電層に紫外線を照射して、充電層の導電性を変化させている。
本発明は、新たな充電原理に基づく電池（以下、「酸化物半導体二次電池」とする）等のシート状電池の電池構造体、及び積層電池に関する。酸化物半導体二次電池は、充放電が可能な二次電池である。具体的には、酸化物半導体二次電池では、充電層に紫外線を照射して、充電層の導電性を変化させている。
（シート状電池の構造）
図１は、本実施形態による酸化物半導体二次電池をシート状としたシート状電池１０の断面構造を示す図である。
図１は、本実施形態による酸化物半導体二次電池をシート状としたシート状電池１０の断面構造を示す図である。
図１において、シート状電池１０は、基材１１上に、ｎ型金属酸化物半導体層１２、エネルギーを充電する充電層１３、ｐ型金属酸化物半導体層１４、及び第２電極１５がこの順序で積層された積層構造を有している。なお、基材１１の上に形成された積層構造体を積層体２０とする。すなわち、積層体２０は、ｎ型金属酸化物半導体層１２、充電層１３、ｐ型金属酸化物半導体層１４、及び第２電極１５を有している。
基材１１は金属などの導電性物質などにより形成され、第１電極として機能する。本実施形態では、基材１１が負極となっている。基材１１には、例えば、アルミニウムシートなどの金属箔シートを用いることができる。
基材１１の上には、ｎ型金属酸化物半導体層１２が形成されている。ｎ型金属酸化物半導体層１２の材料としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用することが可能である。
充電層１３の材料としては、微粒子のｎ型金属酸化物半導体を使用することが可能である。ｎ型金属酸化物半導体は、紫外線照射により光励起構造変化して、充電機能を備えた層となる。充電層１３は、ｎ型金属酸化物半導体と絶縁性物質とを含む物質からなる。充電層１３で使用可能なｎ型金属酸化物半導体材料としては、二酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛が好適である。二酸化チタン、酸化スズ、及び酸化亜鉛のうちいずれか２つを組み合わせた材料、あるいは３つを組み合わせた材料を使用することが可能である。
充電層１３上には、ｐ型金属酸化物半導体層１４が形成されているｐ型金属酸化物半導体層１４の材料としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、及び銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ２）等を使用することが可能である。
ｐ型金属酸化物半導体層１４の上には、第２電極１５が形成されている。第２電極１５は正極となっている。第２電極１５には、金属膜などの導電膜が用いられる。第２電極１５として、ＣｒとＰｄの積層膜、またはＡｌ膜など抵抗を低くできる成膜を行う。また、第２電極としては、クロム（Ｃｒ）又は銅（Ｃｕ）等の金属電極を用いることができる。他の金属電極として、アルミニウム（Ａｌ）を含む銀（Ａｇ）合金膜等がある。その形成方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等の気相成膜法を挙げることができる。また、金属電極は電解メッキ法、無電解メッキ法等により形成することができる。メッキに使用される金属としては、一般に銅、銅合金、ニッケル、アルミ、銀、金、亜鉛又はスズ等を使用することが可能である。
なお、本実施形態における基材１１上の積層順は、反対でもよい。例えば、基材１１を正極となる導電材料により形成し、第２電極１５を負極としてもよい。この場合、ｎ型金属酸化物半導体層１２とｐ型金属酸化物半導体層１４の位置を入れ替えればよい。すなわち、充電層１３の下には、ｐ型金属酸化物半導体層が配置され、上にはｎ型金属酸化物半導体層が配置される。
このように、基材１１の上にはｎ型金属酸化物半導体層１２、充電層１３、ｐ型金属酸化物半導体層１４、第２電極１５を有する積層体２０が設けられている。したがって、シート状電池１０の最表面には、第２電極１５が配置される。なお、シート状電池１０の端部には、積層体２０が設けられていない。積層体２０は、端部を除いた基材１１のほぼ全面に形成されている。したがって、シート状電池１０の端部では、基材１１が露出している。換言すると、積層体２０の外側（つまり、基材１１の周端部）は、基材１１が露出した露出箇所となる。シート状電池１０の周端部では、基材１１がシート状電池１０の最表面に配置される。
充電層１３は、絶縁性物質とｎ型金属酸化物半導体とを混在した材料を用いている。以下、充電層１３について詳細に説明する。充電層１３は、絶縁性物質の材料として、シリコーンオイルを使用している。また、ｎ型金属酸化物半導体の材料として、二酸化チタンを使用している。
充電層１３に使用されるｎ型金属酸化物半導体の材料として、二酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を使用している。ｎ型金属酸化物半導体は、これらの金属の脂肪族酸塩から製造工程で分解して生成される。このため、金属の脂肪族酸塩としては、酸化性雰囲気下で紫外線を照射すること、又は焼成することにより分解又は燃焼し、金属酸化物に変化しうるものが使用される。
また、脂肪族酸塩は、加熱により分解又は燃焼しやすく、溶剤溶解性が高く、分解又は燃焼後の膜の組成が緻密であり、取り扱い易く安価であり、金属との塩の合成が容易である等の理由から、脂肪族酸と金属との塩が好ましい。
本実施形態にかかる二次電池は、図１で示したシート状電池１０を積層した構成とすることで、大容量化を図ることができる。具体的には、複数のシート状電池１０を並列接続することで、二次電池の大容量化を図ることができる。このため、本実施の形態では、シート状電池１０を向かい合わせて積層している。シート状電池を向かい合せわせに貼り付ければ、電極間の導通は得られるが、接触が不安定なため、酸化物半導体二次電池としての性能が劣化する。そこで、本実施の形態では、確実な導通を得るためにシート状電池の間に絶縁体を挟んで、タブリードを介して電気的に接続することを前提としている。また、絶縁体を挟んだ状態で、シート状電池を積層していくと、厚みが増してしまう。そのため、本実施の形態では、厚みを軽減させるための技術を開示している。
以下、図２を参照して、並列接続の積層構造に好適なシート状電池１０の平面形状について、説明する。なお、図２では、シート状電池１０が載置されている平面をＸＹ平面として示している。Ｘ方向、及びＹ方向は互いに直交する方向である。
図２に示すように、シート状電池１０は、矩形部３１とタブ部３２とを有している。ＸＹ平面視において、矩形部３１は、長方形状又は正方形状になっている。ここでは、矩形部３１の端辺が、Ｘ方向及びＹ方向と平行となっている。矩形部３１は、Ｘ方向を長手方向とする長方形となっている。タブ部３２は、矩形部３１から＋Ｙ側に張り出している。すなわち、タブ部３２が矩形部３１の一端辺から外側に突出している。ここでは、ＸＹ平面視において、シート状電池１０はＬ字形状になっている。タブ部３２は、矩形部３１の左上端部に形成されている。
そして、積層体２０の主要部は、矩形部３１、及びタブ部３２に形成されている。すなわち、矩形部３１、及びタブ部３２の大部分において、第２電極１５が最表面に配置されている。積層体２０が設けられていない箇所では、基材１１が露出している。したがって、シート状電池１０の周端部では、最表面が基材１１となっている。
さらに、シート状電池１０上には、絶縁材４３が形成されている。図２に示すように、絶縁材４３は、矩形部３１の一部に形成されている。具体的には、矩形部３１のＸ方向に沿った、シート状電池１０の左上端部にはタブ部３２が形成され、右上端部には絶縁材４３が形成されている。
絶縁材４３は積層体２０の外側に配置されている。すなわち、絶縁材４３は、基材１１が最表面となっている箇所に形成されている。絶縁材４３は、基材１１と接するように、基材１１上に直接形成される。絶縁材４３は基材１１の一部を覆うように形成されている。絶縁材４３は、蒸着又はスプレー塗布などにより、基材１１上にコーティングされる。絶縁材４３としては、例えば、ポリイミドなどの樹脂膜を用いることができる。絶縁材４３は、弾性を有していることが好ましい。
シート状電池１０ａを積層した場合において、絶縁材４３は、基材１１が他のシート状電池１０ｂの第２電極１５ｂと短絡しないように設けられている（後述の図３参照）。なお、絶縁材４３の詳細な構成については後述する。
（２枚を積層した電池構造）
シート状電池１０ａ、１０ｂを積層した電池構造体について、図３〜図６を用いて説明する。以下、２枚のシート状電池１０を積層した電池構造体をシートペア５０として説明する。図３は、シートペア５０の分解斜視図である。図４は、シートペア５０の側面構成を示すＹＺ平面図であり、図５は、シートペアの側面構成を示すＸＺ平面図である。図６は、シートペア５０の平面構成を模式的に示すＸＹ平面図である。
シート状電池１０ａ、１０ｂを積層した電池構造体について、図３〜図６を用いて説明する。以下、２枚のシート状電池１０を積層した電池構造体をシートペア５０として説明する。図３は、シートペア５０の分解斜視図である。図４は、シートペア５０の側面構成を示すＹＺ平面図であり、図５は、シートペアの側面構成を示すＸＺ平面図である。図６は、シートペア５０の平面構成を模式的に示すＸＹ平面図である。
シートペア５０は、対となる２枚のシート状電池１０ａ、ｂを有している。シートペア５０では２枚のシート状電池１０が並列接続される。なお、以下の図では、上記と同様に、シート状電池１０ｂが載置されている平面をＸＹ平面とする。また、ＸＹ平面に直交する方向をＺ方向として示している。シート状電池１０の面内方向をＸ方向、及びＹ方向とし、シートペア５０の厚さ方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて説明する。
また、本実施の形態では、説明の明確化のため、２枚のシート状電池１０の一方をシート状電池１０ａとし、他方をシート状電池１０ｂとして示す。具体的には、シート状電池１０ａがシート状電池１０ｂに対して上側（＋Ｚ側）に配置されている。さらに、シート状電池１０ａに設けられた絶縁材４３、矩形部３１、タブ部３２、及び積層体２０を、絶縁材４３ａ、矩形部３１ａ、タブ部３２ａ、及び積層体２０ａとして示す。同様に、シート状電池１０ｂに設けられた絶縁材４３、矩形部３１、タブ部３２、及び積層体２０について、絶縁材４３ｂ、矩形部３１ｂ、タブ部３２ｂ、及び積層体２０ｂとして示す。なお、説明の明確化のため、図において、積層体２０と第２電極１５の符号を適宜併記して示している。
シートペア５０は、第１のシート状電池となるシート状電池１０ａと、第２のシート状電池となる第２のシート状電池を有している。シート状電池１０ａのタブ部３０ａが第１タブ部となり、シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂが第２タブ部となる。同様に、シート状電池１０ａに設けられた絶縁材４３ａが第１絶縁材となり、シート状電池１０ｂに設けられた絶縁材４３ｂが第２絶縁材となる。
シートペア５０は、第１のシート状電池となるシート状電池１０ａと、第２のシート状電池となる第２のシート状電池を有している。シート状電池１０ａのタブ部３０ａが第１タブ部となり、シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂが第２タブ部となる。同様に、シート状電池１０ａに設けられた絶縁材４３ａが第１絶縁材となり、シート状電池１０ｂに設けられた絶縁材４３ｂが第２絶縁材となる。
シート状電池１０ａとシート状電池１０ｂとは、第２電極１５ａ、１５ｂが向かい合うように配置されている。したがって、シート状電池１０ａは、図１のシート状電池１０が上下反転した構成となっている。シート状電池１０ａの第２電極１５ａは−Ｚ側を向くように配置され、シート状電池１０ｂの第２電極１５ｂが＋Ｚ側を向くように配置されている。したがって、図４、図５に示すように、シート状電池１０ａでは積層体２０ａが下側に配置されており、シート状電池１０ｂでは積層体２０ｂが上側に配置されている。
シート状電池１０ａが反転されているため、ＸＹ平面視において、タブ部３２ａとタブ部３２ｂとがずれて配置される。すなわち、タブ部３２ａは、シート状電池１０ａの＋Ｘ側の端部に配置され、タブ部３２ｂは、シート状電池１０ｂの−Ｘ側の端部に配置されている。このように、Ｘ方向におけるタブ部３２ａの位置とタブ部３２ｂの位置が異なっている。したがって、タブ部３２ａとタブ部３２ｂがずれている。換言すると、ＸＹ平面において、シート状電池１０ａのタブ部３２ａが、矩形部３１ａの外側にはみ出すように形成されている。同様に、ＸＹ平面において、シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂが、矩形部３１ｂの外側にはみ出すように形成されている。
タブリード４１はタブ部３２ａからタブ部３２ｂに渡って設けられている。そして、タブリード４１を介して、シート状電池１０ａの第２電極１５ａとシート状電池１０ｂの第２電極１５ｂとが接続されている。タブリード４１は、タブ部３２ａからタブ部３２ｂに向かうように、Ｘ方向に延びている。タブリード４１は、Ｘ方向を長手方向とする導電性のシートや金属箔等により形成されている。
図５に示すように、タブリード４１の両端部には、接合剤４２が形成されている。例えば、接合剤４２は、導電性ペーストや導電性フィルムによって形成されている。タブリード４１は接合剤４２を介して、タブ部３２ａ、３２ｂと接合されている。接合剤４２は、図５に示すように、タブ部３２ａの積層体２０ａの下面とタブリード４１とを接合する。さらに、接合剤４２は、タブ部３２ｂの積層体２０ａの上面とタブリード４１とを接合する。換言すると、タブリード４１は、タブ部３２ａの下面からタブ部３２ｂの上面に渡って設けられている。このようにすることで、タブリード４１を介して、シート状電池１０ａの第２電極１５ａとシート状電池１０ｂの第２電極１５ｂが電気的に接続される。
また、シート状電池１０ｂの上面には、絶縁材４３ｂが形成されている。絶縁材４３ｂは、タブ部２０ａの近傍に配置されている。絶縁材４３ｂは、シート状電池１０ｂの端部に設けられている。ここで「近傍」とは、例えば、絶縁材４３ｂは、シート状電池１０ｂの積層体２０ｂが設けられていない箇所であって、タブ部３２ａに対応する箇所を示す。シート状電池１０ａのタブ部３２ａに延在する箇所において、シート状電池１０ａとシート状電池１０ｂとの間に絶縁材４３ｂが配置される。換言すると、ＸＹ平面視において、シート状電池１０ａのタブ部３２ａと矩形部３１ａとの境界部分であって、矩形部３１ａ側の領域に絶縁材４３ｂが配置される。これにより、タブ部３２ａ近傍の積層体２０ａの最表面に設けられた第２電極１５ａと、シート状電池１０ｂの基材１１ｂとの間に、絶縁材４３ｂが介在することになる。よって、シート状電池１０ａの第２電極１５ａとシート状電池１０ｂの第１電極１１ｂとの短絡を防ぐことができる。
また、図３、図６に示すように、シート状電池１０ａの下面には、絶縁材４３ａが形成されている。絶縁材４３ａは、タブ部２０ｂの近傍に配置されている。絶縁材４３ａは、シート状電池１０ａの端部に設けられている。絶縁材４３ａは、絶縁材４３ｂと同様の配置となっている。したがって、絶縁材４３ａは、シート状電池１０ａの基材１１ａと、シート状電池１０ｂの積層体２０との間に配置される。
具体的には、絶縁材４３ａは、シート状電池１０ａの積層体２０ａが設けられていない箇所であって、タブ部３２ｂに対応する箇所に形成されている。シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂに延在する箇所において、シート状電池１０ａとシート状電池１０ｂとの間に絶縁材４３ａが配置される。換言すると、ＸＹ平面視において、シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂと矩形部３１ｂとの境界部分であって、矩形部３１ｂ側の領域に絶縁材４３ａが配置される。
これにより、タブ部３２ｂ近傍の積層体２０ｂの最表面に設けられた第２電極１５ｂと、シート状電池１０ａの基材１１との間に、絶縁材４３ａが介在することになる。よって、シート状電池１０ａの第２電極１５ａとシート状電池１０ｂの第１電極１１ａとの短絡を防ぐことができる。
これにより、タブ部３２ｂ近傍の積層体２０ｂの最表面に設けられた第２電極１５ｂと、シート状電池１０ａの基材１１との間に、絶縁材４３ａが介在することになる。よって、シート状電池１０ａの第２電極１５ａとシート状電池１０ｂの第１電極１１ａとの短絡を防ぐことができる。
このように、タブ部３２ａとタブ部３２ｂとの位置がずれている。このため、本実施の形態では、タブ部３２と矩形部３１との境界箇所において、一方のシート状電池１０の第２電極１５と、他方のシート状電池１０の基材１１が向かい合う領域が存在してしまう。そこで、本実施の形態では、この領域に絶縁材４３を配置している。換言すると、基材１１の露出箇所において、絶縁材４３がシート状電池１０ａとシート状電池１０ｂとの間に配置される。この露出箇所に絶縁材４３を設けることで、第２電極１５が他のシート状電池１０の第１電極との短絡を防ぐことができる。
なお、上記の説明では、基材１１の露出箇所に絶縁材４３を形成したが、絶縁材４３の形成箇所は、基材１１の露出箇所に限定されるものではない。すなわち、一方のシート状電池１０の第２電極１５と、他方のシート状電池１０の第２電極１５以外の層（基材１１、ｎ型金属酸化物半導体層１２、充電層１３、ｐ型金属酸化物半導体層１４）とが向かいあう箇所に、絶縁材４３を形成すればよい。こうすることで、２枚のシート状電池１０を確実に並列接続することができる。
図４に示すように、絶縁材４３は、それぞれ積層体２０よりも厚くなっている。したがって、シート状電池１０ａとシート状電池１０ｂとの間にはギャップＧが形成される。そして、このギャップＧの厚さに、タブリード４１、及び接合剤４２が含まれるように、配置される。このようにすることで、２枚のシート状電池１０ａ、１０ｂをより薄くすることができる。よって、省スペース化が可能になる。
さらに、タブリード４１の厚さをシート状電池１０の厚さ以下とすることで、シートペア５０を薄型化することができる。すなわち、タブ部３２を、矩形部３１よりも薄くすることができる。また、多層化後、タブリード４１は、超音波溶接又は抵抗溶接等により、正極端子などと接合される。基材１１ａ、基材１１ｂについても超音波溶接又は抵抗溶接などにより、負極端子等と接合される。
基材１１やタブリード４１をフレキシブルな材料で形成することで、シートペア５０をフレキシブル化することも可能である。また、積層方法もシンプルなため、余分な工程を追加せずに、製造コストの削減が可能である。よって、簡便に薄型化することができる。さらに、２枚のシート状電池１０が並列接続されるため、大容量化が可能となる。
（積層電池）
上記したシートペア５０を積層した多層構造について、図７、図８を用いて説明する。図７は、シートペア５０を積層した多層構造の電池（以下、積層電池１００と呼ぶ）の構成を示す分解斜視図である。図８は、積層電池１００の構成を示すＸＺ平面図である。なお、図７、図８では、積層電池１００に含まれる３つのシートペアをシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅとして示している。図７、図８に示すシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅは、上記したシートペア５０と同様の構成となっているため、適宜簡略化して図示している。また、上記の説明と重複する内容については、適宜説明を省略する。
上記したシートペア５０を積層した多層構造について、図７、図８を用いて説明する。図７は、シートペア５０を積層した多層構造の電池（以下、積層電池１００と呼ぶ）の構成を示す分解斜視図である。図８は、積層電池１００の構成を示すＸＺ平面図である。なお、図７、図８では、積層電池１００に含まれる３つのシートペアをシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅとして示している。図７、図８に示すシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅは、上記したシートペア５０と同様の構成となっているため、適宜簡略化して図示している。また、上記の説明と重複する内容については、適宜説明を省略する。
また、シートペア５０ａに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ａ、１０ｂとして示す。同様に、シートペア５０ｃに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ｃ、１０ｄとし、シートペア５０ｅに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ｅ、１０ｆとする。
本実施の形態では、ＸＹ平面視において、シート状電池１０ａ、１０ｃ、１０ｅのタブ部３２ａ、３２ｃ、３２ｅが重複している。ＸＹ平面において、シート状電池１０ｂ、１０ｄ、１０ｆのタブ部３２ｂ、３２ｄ、３２ｆが重複している。上下に隣接するシート状電池１０ではタブ部３２が重複するように配置されている。
本実施の形態では、上記のようにシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅを積層するために、タブ部３２の裏面側に絶縁層１６が設けられている。すなわち、タブ部３２において、基材１１が他のシートペア５０のタブリード４１や第２電極１５と短絡しないように、絶縁層１６が設けられている。絶縁層１６は絶縁材４３と同様に、蒸着やスプレー塗布等によって、基材１１の裏面に形成される。
具体的には、シート状電池１０ａのタブ部３２ａの上面には、絶縁層１６ａが設けられ、下面には積層体２０ａが設けられている。反対に、シート状電池１０ｂのタブ部３２ｂの上面には、積層体２０ｂが設けられ、下面には絶縁層１６ｂが設けられている。このように絶縁層１６ｂを設けることで、タブ部３２ｂの基材１１ｂが、タブリード４１ｃ、又はタブ部３２ｄの積層体２０ｄと短絡するのを防ぐことができる。
同様に、シート状電池１０ｃ、１０ｅのタブ部３２ｃ、３２ｅの上面には、それぞれ絶縁層１６ｃ、１６ｅが設けられ、下面にはそれぞれ積層体２０ｃ、２０ｅが設けられている。シート状電池１０ｄ、１０ｆのタブ部３２ｄ、３２ｆの上面には、それぞれ絶縁層１６ｄ、１６ｆが設けられ、下面にはそれぞれ積層体２０ｄ、２０ｆが設けられている。
絶縁層１６ｄを設けることで、タブ部３２ｄの基材１１ｄが、タブリード４１ｅ、又はタブ部３２ｆの積層体２０ｆと短絡するのを防ぐことができる。同様に、絶縁層１６ｃを設けることで、タブ部３２ｃの基材１１ｃが、タブリード４１ａ、又はタブ部３２ａの積層体２０ａと短絡するのを防ぐことができる。絶縁層１６ｅを設けることで、タブ部３２ｅの基材１１ｅが、タブリード４１ｃ、又はタブ部３２ｃの積層体２０ｃと短絡するのを防ぐことができる。
このように、上下に隣接する２つのシートペア５０において、タブ部３２がずれている構成では、タブ部３２の裏面側に絶縁層１６を形成する。このようにすることで、タブ部３２の裏面側に露出する基材１１（第１電極）がタブリード４１又は第２電極１５と短絡するのを防ぐことができる。
さらに、シート状電池１０ａ〜１０ｆにおいて、矩形部３１が重複している。よって、矩形部３１において、シート状電池１０ｂとシート状電池１０ｃにおいて基材１１が向かい合う構成となる。同様に、矩形部３１において、シート状電池１０ｄとシート状電池１０ｅにおいて基材１１が向かい合う構成となる。したがって、第１電極である基材１１同士を容易に接続することができる。よって、複数のシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅを簡便に並列接続することが可能になる。これにより、大容量の積層電池の生産性を向上することができる。
複数のシート状電池１０を積層した後、タブリード４１を抵抗溶接又は超音波溶接などにより正極端子（図示せず）と接合することができる。本実施の形態では、全てのタブ部３２が同じ方向に張り出しているため、正極端子との接続を容易に行うことができる。さらに、基材１１についても、積層後に抵抗溶接又は超音波溶接などにより、負極端子（図示せず）接合することができる。
積層電池の変形例
図９を用いて、変形例にかかる積層電池１０１の構成を説明する。図９は、変形例にかかる積層電池１０１の構成を示す分解斜視図である。変形例では、隣接するシートペアにおいて、タブ部３２の位置がずれている。具体的には、隣接するシートペアにおいて、タブ部３２の位置がずれるよう、シートペアの向きをＸＹ平面内で９０度回転させている。なお、積層電池１０１の基本的な構成は、積層電池１００と同様であるため、説明を省略する。
図９を用いて、変形例にかかる積層電池１０１の構成を説明する。図９は、変形例にかかる積層電池１０１の構成を示す分解斜視図である。変形例では、隣接するシートペアにおいて、タブ部３２の位置がずれている。具体的には、隣接するシートペアにおいて、タブ部３２の位置がずれるよう、シートペアの向きをＸＹ平面内で９０度回転させている。なお、積層電池１０１の基本的な構成は、積層電池１００と同様であるため、説明を省略する。
図９では、４つのシートペア５０をシートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｇとして示している。シートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｇは、上記したシートペア５０と同様の構成となっている。したがって、詳細な構成については、説明を省略する。また、シートペア５０ａに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ａ、１０ｂとして示す。同様に、シートペア５０ｃに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ｃ、１０ｄとし、シートペア５０ｅに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ｅ、１０ｆとする。シートペア５０ｇに含まれるシート状電池１０をシート状電池１０ｇ、１０ｈとする。
そして、シートペア５０ａ、５０ｃ、５０ｅ、５０ｇは、向きが異なっている。具体的には、シートペア５０ｃはシートペア５０ａに対して、ＸＹ平面内において１８０°回転した配置となっている。シートペア５０ｅはシートペア５０ａに対して、ＸＹ平面内において１８０°回転した配置となっている。シートペア５０ａでは、タブ部３２が＋Ｙ側に張り出している。シートペア５０ｃでは、タブ部３２が−Ｙ側に張り出している。シートペア５０ｅでは、タブ部３２が＋Ｘ側に張り出している。シートペア５０ｇでは、シートペア５０ａと同様に、タブ部３２が＋Ｙ側に張り出している。よって、積層電池１０１では、タブ部３２が３方向に突出する構成となる。
このようにすることで、上下に隣接するシートペアでタブ部３２がずれている構成となる。具体的には、タブ部３２ａ、３２ｂとタブ部３２ｃ、３２ｄとはずれている。同様に、タブ部３２ｅ、３２ｆとタブ部３２ｃ、３２ｄとは重複していない。タブ部３２ｅ、３２ｆとタブ部３２ｇ、３２ｈとは重複していない。すなわち、ＸＹ平面視において、隣接するシートペアでは、タブ部３２がずれて配置されている。したがって、基材１１（第１電極）と第２電極１５の短絡をより確実に防止することができる。さらに、タブ部３２の重複数を減少することができるため、タブ部３２が矩形部３１よりも厚くなる構成であっても、積層構造１０１全体として薄型化を図ることができる。
実施の形態２．
本実施の形態にかかるシート状電池１０の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、シート状電池１０の構成を示す断面図である。本実施の形態では、基材１１の両面に積層体２０、及び積層体２１が設けられている。すなわち、図１の構成に加えて、積層体２１が追加された構成となっている。基材１１の一方の面に積層体２０が形成され、他方の面に積層体２１が形成されている。
本実施の形態にかかるシート状電池１０の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、シート状電池１０の構成を示す断面図である。本実施の形態では、基材１１の両面に積層体２０、及び積層体２１が設けられている。すなわち、図１の構成に加えて、積層体２１が追加された構成となっている。基材１１の一方の面に積層体２０が形成され、他方の面に積層体２１が形成されている。
積層体２１は、積層体２０と同様に、ｎ型金属酸化物半導体層１２、充電層１３、ｐ型金属酸化物半導体層１４、及び第２電極１５を有している。したがって、シート状電池１０の両面において、第２電極１５が最表面に配置されている。
シート状電池１０の平面形状は、図１１、図１２のようになる。図１１は、シート状電池１０の表面側の構成を示すＸＹ平面図であり、図１２は、シート状電池１０の裏面側の構成を示すＸＹ平面図である。
図１１、図１２に示すように、シート状電池１０の両面に絶縁材４３が形成されている。絶縁材４３は、実施の形態１と同様に、積層体２０、２１が設けられていない領域に形成されている。したがって、絶縁材４３は、基材１１と接するように、基材１１上に直接形成される。換言すると、絶縁材４３は、基材１１が露出した露出箇所に形成されている。ＸＹ平面視において、両面の絶縁材４３は重複している。
（シートペア）
本実施の形態にかかるシート状電池１０を２枚積層したシートペアの構成について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、シートペア５０の構成を示す分解斜視図である。図１４は、シートペア５０の構成を示すＸＺ平面図である。図１５は、シートペアの側面構成を示すＹＺ平面図である。なお、シートペア５０の基本的構成は、実施の形態１にかかるシートペア５０と同様であるため、重複する内容については説明を省略する。
本実施の形態にかかるシート状電池１０を２枚積層したシートペアの構成について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、シートペア５０の構成を示す分解斜視図である。図１４は、シートペア５０の構成を示すＸＺ平面図である。図１５は、シートペアの側面構成を示すＹＺ平面図である。なお、シートペア５０の基本的構成は、実施の形態１にかかるシートペア５０と同様であるため、重複する内容については説明を省略する。
本実施の形態にかかるシート状電池１０を積層したシートペア５０においても、絶縁材４３が生成されているため、第２電極１５と基材１１との短絡を防ぐことができる。なお、本実施の形態では、シート状電池１０ａの上面、及びシート状電池１０の下面においても絶縁材４３が形成されている。本実施の形態では、シート状電池１０ａ、１０ｂの両面に積層体２０が形成されているため、さらに大容量化することができる。
（積層電池）
シートペア５０を積層した積層電池１０２の構成について、図１６、及び図１７を用いて説明する。図１６は積層電池１０２の構成を示す分解斜視図である。図１７は、図１６の積層電池の構成を示す断面図であり、タブ部３２で切断したＸＺ断面を示している。
シートペア５０を積層した積層電池１０２の構成について、図１６、及び図１７を用いて説明する。図１６は積層電池１０２の構成を示す分解斜視図である。図１７は、図１６の積層電池の構成を示す断面図であり、タブ部３２で切断したＸＺ断面を示している。
図１６、図１７では、積層電池１０２は、２つのシートペア５０が積層されており、２つのシートペア５０をシートペア５０ａ、５０ｃとして示している。シートペア５０ａはシート状電池１０ａ、１０ｂを有している。シートペア５０ｃはシート状電池１０ｃ、１０ｄを有している。つまり、積層電池１０２がシート状電池１０ａ〜１０ｄを有している。なお、積層電池１０２の基本的構成は、実施の形態１の積層電池１００と同様であるため、重複する内容については説明を省略する。
本実施の形態では、４枚のシート状電池１０ａ〜１０ｄに対して、３つのタブリード４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設けられている。タブリード４１ａが積層体２１ａと積層体２０ｂとを接続する。タブリード４１ｃは、積層体２１ｄと積層体２０ｃとを接続する。タブリード４１ｂは、積層体２０ａと積層体２１ｂと積層体２１ｃと積層体２０ｄとを接続する。すなわち、タブリード４１の両端の両面に接合剤４２が設けられている。このように、両面に積層体２０，２１を有する４つのシート状電池１０が、３つのタブリード４１によって接続される。よって、タブリード４１の数を減らすことができ、簡便に並列接続することができる。
また、本実施の形態でも、シート状電池１０ａ〜１０ｄの両面に絶縁材４３が形成されている。これにより、両面に積層体２０、２１を有するシート状電池１０ａ〜１０ｄを積層した場合でもあっても、第２電極１５と第１電極との短絡を防ぐことができる。
さらに、本実施の形態では、タブリード４１と接合剤４２との合計厚さが、シート状電池１０の厚さとほぼ等しくなっている。すなわち、基材１１とその両面に設けられた積層体２０及び積層体２１との合計厚さが、タブリード４１とその両面に設けられた接合剤４２との合計厚さと実質的に等しくなっている。このようにすることで、シートペア５０の積層数を多くした場合でも厚さの違いを小さくすることができる。
例えば、合計厚さに違いがあると、層枚数が多くなるにつれてタブリード４１側の層とシート状電池１０の層とで段差が発生する。段差が発生すると、積層がしにくくなる。さらに、取り出したタブリード４１全層を最終的に溶接もしくは接合する際にタブリード間の距離も広がってしまう。よって、タブリード４１の最上部、最下部、中間部でかかる応力が異なってしまう。さらに、タブリードに皺等が発生する可能性がある。よって、本実施の形態のように、接合剤４２とタブリード４１との合計厚さをシート状電池１０の厚さと揃えることで、より簡便に積層することができる。
実施の形態３．
本実施の形態にかかるシート状電池１０、及びシートペア５０について、図１８、図１９を用いて説明する。図１８は、シート状電池１０の構成を示す平面図である。図１９は、シートペア５０の構成を示す分解斜視図である。本実施の形態では、絶縁材４３の構成のみが実施の形態１と異なっている。なお、絶縁材４３以外の構成については、上記した実施の形態と同様であるため、適宜説明を省略する。
本実施の形態にかかるシート状電池１０、及びシートペア５０について、図１８、図１９を用いて説明する。図１８は、シート状電池１０の構成を示す平面図である。図１９は、シートペア５０の構成を示す分解斜視図である。本実施の形態では、絶縁材４３の構成のみが実施の形態１と異なっている。なお、絶縁材４３以外の構成については、上記した実施の形態と同様であるため、適宜説明を省略する。
図１８に示すように、絶縁材４３がシート状電池１０の外周全体に渡って形成されている。すなわち、ＸＹ平面視において、絶縁材４３がシート状電池１０の全周に連続して形成されており、積層体２０を囲んでいる。基材１１の周縁部では、最表面に絶縁材４３が配置され、中央部では、最表面に積層体２０が配置されている。このような構成においても、絶縁材４３ｂがタブ部３２ａにおける積層体２０ａと、基材１１ｂとの間に配置される。よって、電極間の短絡を防ぐことができる。また、絶縁材４３ａがタブ部３２ｂにおける積層体２０ｂと、基材１１ａとの間に配置される。よって、電極間の短絡を防ぐことができる。
本実施の形態では、絶縁材４３がシート状電池１０の外周全体に設けられている。このようにすることで、より確実に短絡を防ぐことができる。なお、絶縁材４３の構成は、上記の構成に限られるものではない。電極間の短絡を防ぐことができる構成であれば、実施の形態１、２で示したように、最小範囲の構成であってもよいし、本実施の形態のように、外周全体に連続して設けられていてもよい。もちろん、絶縁材４３は、実施の形態１〜３において図示した構成以外の構成を有していてもよい。また、積層電池１００の一部については、絶縁材４３をシート状電池１０の外周全体に設け、一部は絶縁材４３を外周の一部のみに設けてもよい。
本実施の形態１〜３については適宜組み合わせることが可能である。例えば、実施の形態１の変形例と、実施の形態２とを組み合わせることも可能である。さらに、実施の形態３にかかる絶縁材４３の構成を、実施の形態１、２、及びその変形例と組み合わせることも可能である。すなわち、実施の形態１、２においても、絶縁材４３をシート状電池１０の外周全体に設けるようにしてもよい。また、上記の説明では、シート状電池１０が酸化物半導体二次電池であるとして説明したが、酸化物半導体二次電池以外の電池を用いることも可能である。例えば、リチウムイオン電池などのシート状電池を用いることも可能である。
また、上記の説明では、第２電極１５が正極であり、基材１１（第１電極）が負極である例について説明したが、第２電極１５が負極であり、基材が正極となっていてもよい。この場合、タブ部３２の最表面には負極が形成されるため、タブリード４１が負極同士を接続する構成となる。
以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。
１０ シート状電池
１１ 基材（第１電極）
１２ ｎ型金属酸化物半導体層
１３ 充電層
１４ ｐ型金属酸化物半導体層
１５ 第２電極
１６ 絶縁層
２０ 積層体
３１ 矩形部
３２ タブ部
４１ タブリード
４２ 接合剤
４３ 絶縁材
５０ シートペア
１００ 積層電池
１１ 基材（第１電極）
１２ ｎ型金属酸化物半導体層
１３ 充電層
１４ ｐ型金属酸化物半導体層
１５ 第２電極
１６ 絶縁層
２０ 積層体
３１ 矩形部
３２ タブ部
４１ タブリード
４２ 接合剤
４３ 絶縁材
５０ シートペア
１００ 積層電池
Claims (10)
- 第１電極、及び第２電極を有する第１のシート状電池と、
第１電極、及び第２電極を有し、前記第１のシート状電池と対向配置された第２のシート状電池と、
前記第１のシート状電池の前記第２電極と前記第２のシート状電池の前記第２電極とを接続するタブリードと、を備え、
前記第１のシート状電池の前記第２電極と前記第２のシート状電池の前記第２電極とが向かい合って配置され、
前記第１のシート状電池と前記第２のシート状電池が向かい合って配置された状態の平面視において、
前記第１のシート状電池が、前記第２のシート状電池の外側にはみ出すように形成された第１タブ部を備え、
前記第２のシート状電池が、前記第１のシート状電池の外側にはみ出すように形成された第２タブ部を備え、
前記タブリードが、前記第１タブ部から前記第２タブ部に渡って設けられている電池構造体。 - 前記第１のシート状電池に第１絶縁材が形成され、
前記第２のシート状電池に第２絶縁材が形成され、
前記第１絶縁材が前記第２タブ部の近傍に形成され、
前記第２絶縁材が前記第１タブ部の近傍に形成されている請求項１に記載の電池構造体。 - 前記タブリードの厚さが前記第１のシート状電池及び第２のシート状電池のそれぞれの厚さ以下となっている請求項１、又は２に記載の電池構造体。
- 前記第１のシート状電池の第１電極上には、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び前記第２電極がこの順に積層された第１積層体が配置され、
前記第２のシート状電池の第１電極上には、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び前記第２電極がこの順に積層された第２積層体が配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池構造体。 - 前記第１のシート状電池の前記第１電極の両面に、前記第１積層体が形成され、
前記第２のシート状電池の前記第２電極の両面に、前記第２積層体が形成されている請求項４に記載の電池構造体。 - 前記タブリードと前記第２電極とを接合する接合剤をさらに備え、
前記第１のシート状電池、及び前記第２のシート状電池のそれぞれの厚さが、前記接合剤と前記タブリードとの合計厚さとほぼ等しくなっている請求項１に記載の電池構造体。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池構造体が複数積層された積層電池であって、
前記積層電池には、前記第１タブ部及び前記第２タブ部が複数設けられ、
前記複数の第１タブ部の一方の面には前記第２電極が設けられ、他方の面には絶縁層が設けられ、
前記複数の第２タブ部の一方の面には前記第２電極が設けられ、他方の面には絶縁層が設けられている積層電池。 - 上下に隣接する２つの前記電池構造体では、２つの前記第１タブ部が互いに重複するように配置されており、かつ、２つの前記第２タブ部が互いに重複するように配置されている請求項７に記載の積層電池。
- 上下に隣接する２つの前記電池構造体では、２つの前記第１タブ部が互いにずれて配置されており、かつ、２つの前記第２タブ部が互いにずれて配置されている請求項７に記載の積層電池。
- 請求項５に記載の電池構造体が複数積層された積層電池であって、
前記第１のシート状電池、前記第２のシート状電池、及び前記タブリードが複数設けられ、
前記各タブリードを前記各第２電極に接合する接合剤をさらに備え、
前記各第１のシート状電池、及び前記各第２のシート状電池の厚さが、前記各接合剤と前記各タブリードとの合計厚さとほぼ等しくなっている積層電池。
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