JP2019134059A - 積層治具、積層方法、及び電池構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シート状電池を積層するための技術を提供すること【解決手段】本実施の形態にかかる積層方法は、開口部３１を有するシート状電池１０を複数用意するステップと、開口部３１に位置合わせ用凸部２０２を挿入して、複数の前記シート状電池を積層するステップと、を備えている【選択図】図１０
Description
本発明は、シート状電池を積層するための技術に関する。
特許文献１には、シート状電池の試験装置が開示されている。特許文献１の試験装置では、シート状電池がロール状に巻回されたシートロールが用いられている。試験装置は、シートロールからシートを供給するシート供給部と、シート供給部から供給されたシートを折り畳むシート折畳機構部と、シートを切断するシート切断部と、を備えている。
シートロールからシート状電池を切断する場合、シート状電池は、矩形状となる。ところで、シート状電池を利用するアプリケーションは多種多様である。特に、ウェアラブル機器等で小型化が必要な機器、ＰＯＰ広告（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｐｕｒｃｈａｓｅ ａｄｖｅｒｔｉｓｉｎｇ）、案内板等のように薄型化が必要な機器等にシート状二次電池が利用されることもある。
特に、デザイン性が要求されるアプリケーションでは、シート状電池を配置するスペースが制約されることがある。シート状電池は規格で形状が決まっているため、スペース上の制約がある場合、そのスペースにシート状電池を配置出来ないことがある。よって、アプリケーションのデザインに応じて、シート状電池を、アプリケーションの内部に効率良く配置することが望まれる。
さらに、複数のシート状電池を積層することで、電池容量を高くすることができる。すなわち、積層された複数のシート状電池を接続することで、全体の電池容量を高くすることができる。シート状電池を積層する場合、シート状電池を位置合わせすることで、より効率よくシート電池を配置することができる。
複数のシート状電池を位置合わせする場合に生じる問題点について、図１５、図１６を用いて説明する。図１５は、シート状電池の外形を基準として、複数のシート状電池を位置合わせする構成を示す上面図であり、図１６は断面図である。
台座６０１の上には、２つの凸部６０７が設けられている。２つの凸部６０７は、図１６の矢印方向に移動することで、互いに近づいていく。２つの凸部６０７をシート状電池６１０の両側から押し当てることで位置合わせを行うことができる。しかしながら、シート状電池に強度がない場合、図１７に示すように、たわみが発生してしまうおそれがある。このような場合、適切に位置合わせを行うことができなくなってしまう。
あるいは、図１８に示すように、凸部６０７にテーパ部６０９を設けることも可能である。この場合、テーパ部６０９による落とし込みによって、位置合わせを行うことができる。しかしながら、シート状電池に強度がない場合、図１９に示すように、落とし込みの途中で、たわみが発生してしまうおそれがある。このような場合も、適切に位置合わせを行うことができなくなってしまう。
本発明は、シート状電池を適切に積層するための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シート状電池の積層方法は、開口部を有するシート状電池を複数用意するステップと、前記開口部に第１の位置合わせ用凸部を挿入して、複数の前記シート状電池を積層するステップと、を備えている。
上記の積層方法では、平面視において、前記第１の位置合わせ用凸部が前記開口部の形状に対応する形状を有していてもよい。
上記の積層方法では、１つの前記開口部に、複数の前記第１の位置合わせ用凸部が挿入されていてもよい。
上記の積層方法では、前記開口部に前記第１の位置合わせ用凸部を挿入した状態において、前記シート状電池の外縁に対応する位置に、第２の位置合わせ用凸部が設けられており、前記第１及び第２の位置合わせ用凸部を用いて、前記シート状電池の位置合わせを行うようにしてもよい。
上記の積層方法では、前記シート状電池には前記開口部が複数設けられており、前記第１の位置合わせ用凸部が複数設けられており、複数の前記第１の位置合わせ用凸部が、異なる前記開口部に挿入されるようにしてもよい。
上記の積層方法において、前記シート状電池は、基部と前記開口部とを有する基材と、前記開口部を囲む分割線と、前記分割線の内側領域の基部に形成された内側充電層、及び前記分割線の外側領域の基部に形成された外側充電層と、前記外側充電層の上に形成された電極と、備え、前記分割線によって、前記外側充電層と前記内側充電層とが電気的に絶縁されていることを特徴としてもよい。
本実施の形態にかかる電池構造体の製造方法は、上記の積層方法によって、前記開口部が重なるように、複数のシート状電池を積層し、前記開口部に挿入される凸部を有するケースに前記複数のシート状電池を収容する。
本実施の形態にかかる積層治具は、開口部を有するシート状電池が複数載置される台座と、前記開口部に挿入されるよう、前記台座に設けられた位置合わせ用凸部と、を備えている。
本発明によれば、シート状電池を積層するための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しており、本発明の技術的範囲が以下の実施形態に限定されない。
（二次電池の積層構造）
以下、本実施の形態にかかる二次電池の基本的な構成について、図１を用いて説明する。図１は、二次電池の基本的な積層構造を示す断面図である。なお、説明の明確化のため、以下の図には適宜、ＸＹＺ３次元直交座標系が示されている。Ｚ方向は、シート状の二次電池（以下、単にシート状電池とも称する）の厚さ方向（積層方向）となり、ＸＹ平面はシート状電池と平行な平面となる。また、ＸＹ平面において、シート状電池は矩形状であり、Ｘ方向、及びＹ方向は、シート状電池の端辺に平行な方向となっている。
以下、本実施の形態にかかる二次電池の基本的な構成について、図１を用いて説明する。図１は、二次電池の基本的な積層構造を示す断面図である。なお、説明の明確化のため、以下の図には適宜、ＸＹＺ３次元直交座標系が示されている。Ｚ方向は、シート状の二次電池（以下、単にシート状電池とも称する）の厚さ方向（積層方向）となり、ＸＹ平面はシート状電池と平行な平面となる。また、ＸＹ平面において、シート状電池は矩形状であり、Ｘ方向、及びＹ方向は、シート状電池の端辺に平行な方向となっている。
図１において、シート状電池１０は、基材１１上に、ｎ型酸化物半導体層１３、充電層１４、ｐ型酸化物半導体層１６、及び第２電極１７がこの順序で積層された積層体２０を有している。
基材１１は金属等の導電性物質等により形成され、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としては、例えば、ＳＵＳシートやアルミニウムシート等の金属箔シートを用いることができる。
絶縁材料からなる基材１１を用意して、基材１１上に第１電極を形成することもできる。基材１１の上に、第１電極を形成する場合、第１電極の材料として、クロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。第１電極の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等を含む合金膜を用いてもよい。第１電極を基材１１上に形成する場合、後述する第２電極１７と同様の方法により形成することができる。
第１電極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。
基材１１の上には、ｎ型酸化物半導体層１３が形成されている。ｎ型酸化物半導体層１３はｎ型酸化物半導体材料（第２のｎ型酸化物半導体材料）を含んで構成される。ｎ型酸化物半導体層１３としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を使用することが可能である。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３は、スパッタリング又は蒸着により、基材１１上に成膜することができる。ｎ型酸化物半導体層１３の材料として、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いることが好ましい。
ｎ型酸化物半導体層１３の上には、充電層１４が形成されている。充電層１４は、絶縁材料とｎ型酸化物半導体材料とを混合した混合物により形成されている。例えば、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料（第１のｎ型酸化物半導体材料）として、微粒子のｎ型酸化物半導体を使用することが可能である。ｎ型酸化物半導体は、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１４の絶縁材料としては、シリコーン樹脂を用いることができる。例えば、絶縁材料としては、シリコン酸化物等のシロキサン結合による主骨格を持つシリコン化合物（シリコーン）を使用することが好ましい。
例えば、充電層１４は、第１のｎ型酸化物半導体材料を二酸化チタンとして、酸化シリコンと二酸化チタンとによって形成される。この他に、充電層１４で使用可能なｎ型酸化物半導体材料としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適である。二酸化チタン、酸化スズ、及び酸化亜鉛の２つ又は全てを組み合わせた材料を使用することも可能である。
充電層１４の製造工程について説明する。まず、酸化チタン、酸化スズ、又は酸化亜鉛の前駆体と、シリコーンオイルとの混合物に溶媒を混合した塗布液を用意する。脂肪酸チタンとシリコーンオイルを溶媒に混合した塗布液を用意する。そして、スピン塗布法、スリットコート法等により、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、及び焼成を行うことで、ｎ型酸化物半導体層１３上に充電層１４を形成することができる。なお、前駆体の一例として、例えば酸化チタンの前駆体であるチタニウムステアレートが使用できる。酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛は、金属酸化物の前駆体である脂肪族酸塩から分解して形成される。乾燥、及び焼成した後の、充電層１４に対して、紫外線照射を行いＵＶ硬化させてもよい。
なお、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等については、前駆体を用いずに、酸化物半導体の微細な粒子を用いることも可能である。酸化チタン、又は酸化亜鉛のナノ粒子をシリコーンオイルと混合することで、混合液が生成される。さらに、混合液に溶媒を混合することで、塗布液が生成される。スピン塗布法、スリットコート法等により、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、焼成、及びＵＶ照射を行うことで、充電層１４を形成することができる。
充電層１４に含まれる第１のｎ型酸化物半導体材料と、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれる第２のｎ型酸化物半導体材料とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれるｎ型酸化物半導体材料が酸化スズである場合、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料は酸化スズであってもよいし、酸化スズ以外のｎ型酸化物半導体材料であってもよい。
充電層１４の上には、ｐ型酸化物半導体層１６が形成されている。ｐ型酸化物半導体層１６は、ｐ型酸化物半導体材料を含んで構成される。ｐ型酸化物半導体層１６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。例えば、ｐ型酸化物半導体層１６は、厚さ４００ｎｍの酸化ニッケル膜となっている。ｐ型酸化物半導体層１６は、蒸着又はスパッタリング等の成膜方法によって、充電層１４の上に成膜されている。
第２電極１７は、導電膜によって形成されていればよい。また、第２電極１７の材料としては、クロム（Ｃｒ）又は銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。他の金属材料として、アルミニウム（Ａｌ）を含む銀（Ａｇ）合金等がある。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。例えば、第２電極１７は、厚さ３００ｎｍのＡｌ膜となっている。
このように、積層体２０は、基材１１、ｎ型酸化物半導体層１３、充電層１４、ｐ型酸化物半導体層１６、第２電極１７を有している。したがって、シート状電池１０の最表面には、第２電極１７が配置される。基材（第１電極）１１、及びｎ型酸化物半導体層１３が負極層２１を構成している。ｐ型酸化物半導体層１６、第２電極１７が正極層２２を構成している。
上記の説明では、充電層１４の下にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、充電層１４の上にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成としたが、ｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６とは反対の配置になっていてもよい。すなわち、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、下にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成であってもよい。この場合、基材１１が正極、第２電極１７が負極となる。すなわち、充電層１４がｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６に挟まれている構成であれば、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置されていても、ｐ型酸化物半導体層１６が配置されていてもよい。換言すると、シート状電池１０は、第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７の順番で積層されている構成であればよい。
さらに、シート状電池１０は第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７以外の層を含む構成であってもよい。
基材１１、及びｎ型酸化物半導体層１３を負極層２１とする。ｐ型酸化物半導体層１６、第２電極１７を正極層２２とする。図１に示す積層体２０において、一部の層が省略されていてもよく、あるいは、他の層が追加されていてもよい。具体的には、少なくとも正極と負極と充電層とを備えている構成であればよい。従って、負極層２１は、基材１１のみであってもよく、それ以外の層を有していてもよい。また、正極層２２は、第２電極１７のみであってもよく、それ以外の層を有していてもよい。
（シート状電池の構成）
図２、及び図３を用いて、本実施の形態にかかるシート状電池１０の構成について説明する。図２は、シート状電池１０の構成を示す平面図であり、図３は図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面図である。
図２、及び図３を用いて、本実施の形態にかかるシート状電池１０の構成について説明する。図２は、シート状電池１０の構成を示す平面図であり、図３は図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線断面図である。
シート状電池１０は、ＸＹ平面視において、矩形状の外形を有している。また、シート状電池１０は、その内部が切り抜かれた開口部３１を有している。開口部３１は、図３に示すように、第２電極１７、ｐ型酸化物半導体層１６、充電層１４、ｎ型酸化物半導体層１３、及び基材１１を貫通している。ＸＹ平面視において、開口部３１の外形が矩形状となっているが、円形状や三角形状の任意の形状とすることができる。ここで、基材１１の開口部３１以外の部分を基部３２とする。すなわち、基部３２は、基材１１の切り抜かれていない部分である。基部３２に充電層１４等が形成される。
さらに、シート状電池１０には、分割線３３が形成されている。分割線３３は、開口部３１を囲むように、矩形状に形成されている。分割線３３は、充電層１４、及び正極層２２を分割している。矩形状の分割線３３の内側にある領域を内側領域３６とし、外側にある領域を外側領域３５とする。内側領域３６は、分割線３３に内包されるように配置されている。このため、内側領域３６は矩形状に形成され、外側領域３５は、矩形枠状に形成されている。内側領域３６の中心は、開口部３１の中心と一致している。外側領域３５の基部３２上に形成されている充電層１４を外側充電層１４ａとし、内側領域３６の基部３２上に形成されている充電層１４を内側充電層１４ｂとする。充電層１４は、分割線３３により外側充電層１４ａと内側充電層１４ｂとに分割される。外側充電層１４ａの上に形成されている第２電極１７が正極となり、外側充電層１４ａの下に配置されている基部３２が負極となる。
分割線３３は、レーザ照射により形成することができる。具体的には、正極層２２側からレーザ光を照射して、レーザ光を矩形に沿って走査する。分割線３３によって、充電層１４と、正極層２２とは、内側領域３６にあるパターンと、外側領域３５にあるパターンとに分割される。すなわち、内側領域３６にある正極層２２及び内側充電層１４ｂは、外側領域３５にある正極層２２及び外側充電層１４ａから分離したパターンとなる。このように、分割線３３を形成することで、外側領域３５の外側充電層１４ａと内側領域３６の内側充電層１４ｂを電気的に絶縁することでできる。なお、シート状電池１０の容量は、外側領域３５の面積に応じて決まるため、内側領域３６をできる限り小さくすること好ましい。
このように、シート状電池１０の内側領域３６に開口部３１を形成することで、シート状電池１０を設置したい機器の内部形状に合わせた形状にシート状電池１０を加工することができる。例えば、シート状電池１０を収容するケースに凹凸がある場合、内側領域３６、及び開口部３１が凸部に対応する箇所に形成される。このようにすることで、機器の形状に合わせて、適切にシート状電池１０を内蔵することができる。複数に分割されたシート状電池１０を使用する必要がなく、接続部品数を削減することができる。よって、製造コストを低減することができる。
上記の構成を有するシート状電池１０は、使用する機器に応じた形状で作製することが可能である。例えば、二次電池を内蔵する電子機器において、電子機器のケースの形状に応じて、シート状電池１０を作製する。シート状電池１０を任意の形状とすることができるため、電子機器のデザイン性の向上、小型化を図ることができる。例えば、シート状電池１０は、ウェアラブル機器等で小型化が必要な機器、電子ＰＯＰ広告等のデザイン性が要求される機器への利用に好適である。
さらに、複数のシート状電池１０を積層することで、電池容量を増加させることができる。すなわち、１枚のシート状電池１０で電子機器に対する電池容量が不足している場合、同じ形状のシート状電池１０を複数枚重ね合わせて配置させる。このようにすることで、電子機器に必要な電池容量を満たすことができる。
なお、図３では、分割線３３によってｎ型酸化物半導体層１３が分割されているが、ｎ型酸化物半導体層１３は分割されていなくてもよい。すなわち、シート状電池１０は、第２電極１７，ｐ型酸化物半導体層１６、及び充電層１４が分割されていて、ｎ型酸化物半導体層１３、及び基材１１が分割されていない構成であってもよい。また、レーザ照射ではなく、マスクを用いた成膜等によって、分割線３３を形成してもよい。
（電池構造体）
図４に、複数のシート状電池１０がケースに収容された構成を示す。図４は、シート状電池１０を有する電池構造体１００の構成を模式的に示す側面断面図である。電池構造体１００は、ケース５０と、カバー６０と、シート状電池１０とを備えている。なお、図４では、積層されるシート状電池１０の数が４となっているが、積層数は２以上であればよい。
図４に、複数のシート状電池１０がケースに収容された構成を示す。図４は、シート状電池１０を有する電池構造体１００の構成を模式的に示す側面断面図である。電池構造体１００は、ケース５０と、カバー６０と、シート状電池１０とを備えている。なお、図４では、積層されるシート状電池１０の数が４となっているが、積層数は２以上であればよい。
ケース５０は、複数のシート状電池１０を収容する。複数のシート状電池１０の形状、及び大きさは同じであってもよく、異なっていてもよい。また、複数のシート状電池１０において、開口部３１の大きさ、形状、位置も同じであってもよく、異なっていてもよい。
ケース５０は、凸部５１を有している。そして、凸部５１がシート状電池１０の開口部３１内に配置されることにより、ケース５０の内部にシート状電池１０が収容される。カバー６０は、ケース５０の前面側（＋Ｚ側）を覆っている。カバー６０は、ケース５０に取り付けられている。カバー６０とケース５０との間に、シート状電池１０が広げられた状態で保持されている。
このようにすることで、ケース５０が凹凸を有している場合であっても、スペースを無駄にすることなく、ケース５０の内部にシート状電池１０を収容することができる。ケース５０の形状に応じた位置に開口部３１を設けることで、ケース５０の凸部５１を避けることができる。よって、ケース５０の内部に、シート状電池１０を保持することができる。図４では、凸部５１が１個のため、開口部３１の数も１個となっているが、凸部５１、及び開口部３１の数は、２個以上であってもよい。
このようにすることで、例えば、ケース５０の凸部５１を避けるように、シート状電池１０を配置する必要がなくなる。つまり、様々な形状のシート状電池１０を組み合わせる必要がなくなる。従って、本発明によれば、一体化したシート状電池１０を用いることができるため、接続部品の点数を削減することができる。また、本発明によれば、任意の形状のケース５０にシート状電池１０を適切に配置することができるため、電子機器のデザイン性の向上、小型化を図ることができる。
図２、図３に示したように内側領域３６内の内側充電層１４ｂは外側領域３５の外側充電層１４ａと絶縁されており、外側領域３５の外側充電層１４ａのみに電力が供給される。このため、シート状電池１０の実質的な電池容量は、外側領域３５の外側充電層１４ａの総量で決まる。よって、シート状電池１０を配置させる電子機器に必要な電池容量に応じて、外側領域３５の容量を定め、内側領域３６の数、大きさ、形状を決定する。さらに、シート状電池１０を積層することで、電池容量を増加させることができる。すなわち、１枚のシート状電池１０で電子機器に対する電池容量が不足している場合、同じ形状のシート状電池１０を複数枚重ね合わせて配置させる。このようにすることで、電子機器に必要な電池容量を満たすことができる。
実施の形態１．
次に、複数のシート状電池１０を積層するための積層治具、及び積層方法について、図５、及び図６を用いて説明する。図５は、実施の形態１にかかる積層治具２００の構成を示す上面図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
次に、複数のシート状電池１０を積層するための積層治具、及び積層方法について、図５、及び図６を用いて説明する。図５は、実施の形態１にかかる積層治具２００の構成を示す上面図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
積層治具２００は、台座２０１と、位置合わせ用凸部２０２とを備えている。台座２０１は、シート状電池１０が載置されるステージとなる。すなわち、台座２０１の上面に、複数のシート状電池１０が積層されていく。複数のシート状電池１０は同じ形状となっている。すなわち、複数のシート状電池１０の外形は一致しており、開口部３１の大きさ、及び位置も一致している。なお、図６では、２枚のシート状電池１０が示されているが、３枚以上のシート状電池１０を積層してもよい。
台座２０１の上には、位置合わせ用凸部２０２が設けられている。位置合わせ用凸部２０２は、台座２０１の上面から＋Ｚ側に突出している。すなわち、位置合わせ用凸部２０２は、台座２０１の上面よりも高くなっている。位置合わせ用凸部２０２の高さは、積層するシート状電池１０の合計厚さよりも大きくなっている。
位置合わせ用凸部２０２は、開口部３１の形状に対応する形状を有している。すなわち、開口部３１が矩形状であるため、位置合わせ用凸部２０２も矩形状となっている。そして、開口部３１と位置合わせ用凸部２０２とは、ほぼ同じ大きさ矩形となっている。あるいは、製造誤差などを考慮して、位置合わせ用凸部２０２が開口部３１よりもわずかに小さくなっていてもよい。
位置合わせ用凸部２０２がシート状電池１０の開口部３１に挿入されるように、シート状電池１０を積層していく。シート状電池１０の開口部３１側のエッジが、位置合わせ用凸部２０２の側面に当接することで、シート状電池１０の位置ずれが規制される。したがって、複数のシート状電池１０の開口部３１が互いに重複した状態で、シート状電池１０を積層することができる。このようにすることで、複数のシート状電池１０を位置合わせした状態で、シート状電池１０を積層することができる。よって、適切にシート状電池１０を積層することができる。
さらに、位置合わせ用凸部２０２の外形と開口部３１とがほぼ同じ形状となっているため、X軸方向、及びY軸方向における位置合わせを正確に行うことができる。すなわち、X方向及びY方向における位置ずれを防ぐことができる。さらに、Z軸周りの回転方向（θ方向とする）についても、回転が規制される。より正確に位置合わせを行うことができる。適切にシート状電池１０を積層することができる。
したがって、複数のシート状電池１０の開口部３１が互いに重複した状態で、シート状電池１０を積層することができる。このようにすることで、複数のシート状電池１０を位置合わせした状態で、シート状電池１０を積層することができる。ＸＹ平面視において、複数のシート状電池１０の外形の位置を一致させることができる。
なお、上記の実施形態では，開口部３１が矩形状となっているが、開口部３１は円形、三角形などの任意の形状とすることができる。そして、開口部３１の形状に応じて、位置合わせ用凸部２０２の形状を設定すればよい。
実施の形態２．
本実施の形態にかかる積層治具、及び積層方法について、図７、及び図８を用いて説明する。図７は、実施の形態２にかかる積層治具３００の構成を示す上面図であり、図８は、図７のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。なお、実施の形態１と重複する内容については、適宜説明を省略する。
本実施の形態にかかる積層治具、及び積層方法について、図７、及び図８を用いて説明する。図７は、実施の形態２にかかる積層治具３００の構成を示す上面図であり、図８は、図７のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。なお、実施の形態１と重複する内容については、適宜説明を省略する。
積層治具３００は、台座３０１と、位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂとを備えている。台座３０１は、台座２０１と同様に、シート状電池１０が載置されるステージとなる。すなわち、台座３０１の上面に、複数のシート状電池１０が積層されていく。
本実施の形態では、積層治具３００が２つの位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂを備えている。位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂは、１つの開口部３１に挿入される。位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂは、開口部３１の対角方向に離間して配置されている。２つの位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂは開口部３１の対角の角近傍に配置されている。位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂがシート状電池１０の開口部３１に挿入されるように、シート状電池１０を台座３０１の上に載置していく。これにより、シート状電池１０が位置合わせされた状態で、シート状電池１０を積層していくことができる。
位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂは開口部３１の一部のエッジに沿った形状となっている。位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂは、開口部３１のＸ方向の両端にそれぞれ配置されている。具体的には、Ｘ方向において、一方の位置合わせ用凸部３０２ａが開口部３１の一端に配置され、他方の位置合わせ用凸部３０２ｂが開口部３１の他端に配置される。位置合わせ用凸部３０２ａにより、−Ｘ方向の位置ずれを抑制することができる。位置合わせ用凸部３０２ｂにより、＋Ｘ方向の位置ずれ、及び＋Ｙ方向の位置ずれを抑制することができる。これにより、Ｘ方向の位置ずれを規制することができる。
同様に、Ｙ方向において、一方の位置合わせ用凸部３０２ａが開口部３１の一端に配置され、他方の位置合わせ用凸部３０２ｂが開口部３１の他端に配置される。位置合わせ用凸部３０２ａにより、−Ｙ方向の位置ずれを抑制することができる。また、位置合わせ用凸部３０２ｂにより、＋Ｙ方向の位置ずれを抑制することができる。これにより、Ｙ方向の位置ずれを規制することができる。
実施の形態２においても、θ方向の回転が規制される。よって、より正確に位置合わせを行うことができる。適切にシート状電池１０を積層することができる。複数のシート状電池１０の開口部３１が互いに重複した状態で、シート状電池１０を積層することができる。このようにすることで、複数のシート状電池１０を位置合わせした状態で、シート状電池１０を積層することができる。ＸＹ平面視において、複数のシート状電池１０の外形の位置を一致させることができる。
もちろん、３つ以上の位置合わせ用凸部を１つの開口部３１内に配置するようにしてもよい。あるいは、対角方向に沿って延在する１つの位置合わせ用凸部によって、シート状電池１０の位置ずれを規制してもよい。位置合わせ用凸部の数や形状は特に限定されない。
さらに、本実施の形態では、様々な形状や大きさの開口部３１に対応することができる。シート状電池１０が異なる形状や大きさである場合であっても、複数のシート状電池１０を位置合わせした状態で、積層することが可能となる。位置合わせ用凸部の側面が、シート状電池１０の開口部３１側のエッジと当接することで、位置ずれが規制される。積層治具は、シート状電池１０の位置ずれを規制するように、１つ以上の位置合わせ用凸部を有していればよい。具体的には、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向における位置ずれを規制するような、形状、数で、１つ以上の位置合わせ用凸部を設ける。
例えば、ＸＹ平面視において、開口部３１が矩形状あるいは多角形状である場合、位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂが、各辺に沿った形状になっていればよい。このようにすることで、Ｘ方向、Ｙ方向、及びθ方向に位置ずれを防ぐことができる。もちろん、矩形状以外の開口部３１であっても、適宜、位置合わせ用凸部３０２ａ、３０２ｂを適切な形状とすることで、位置ずれを防ぐことができる。
実施の形態３．
本実施の形態にかかる積層治具、及び積層方法について、図９、及び図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態３にかかる積層治具４００の構成を示す上面図であり、図１０は、断面図である。なお、実施の形態１、２と重複する内容については、適宜説明を省略する。
本実施の形態にかかる積層治具、及び積層方法について、図９、及び図１０を用いて説明する。図９は、実施の形態３にかかる積層治具４００の構成を示す上面図であり、図１０は、断面図である。なお、実施の形態１、２と重複する内容については、適宜説明を省略する。
積層治具４００は、台座４０１と、位置合わせ用凸部４０２、４０３とを備えている。台座４０１は、台座２０１と同様に、シート状電池１０Ａが載置されるステージとなる。すなわち、台座４０１の上面に、複数のシート状電池１０Ａが積層されていく。
本実施の形態では、ＸＹ平面視において、シート状電池１０Ａの開口部３１Ａの形状が円形となっている。そして、θ方向の回転を規制するために２つの位置合わせ用凸部４０２、４０３が台座４０１に設けられている。
位置合わせ用凸部４０２は、位置合わせ用凸部３０２等と同様に、開口部３１Ａ内に配置される。すなわち、位置合わせ用凸部４０２が開口部３１Ａに挿入されるように、シート状電池１０Ａが積層されていく。位置合わせ用凸部４０２は、開口部３１Ａの一部のエッジに沿った形状を有している。位置合わせ用凸部４０２の側面が、シート状電池１０Ａの開口部３１Ａ側のエッジと当接することで、シート状電池１０Ａの位置ずれが規制される。
一方、位置合わせ用凸部４０３は、開口部３１Ａの外側に配置される。位置合わせ用凸部４０３は、シート状電池１０の外形に沿った形状を有している。そして、位置合わせ用凸部４０３の側面が、シート状電池１０Ａの外縁側のエッジと当接することで、シート状電池１０Ａの位置ずれが規制される。ここでは、位置合わせ用凸部４０３は、シート状電池１０Ａの角部の近傍に配置されている。位置合わせ用凸部４０３の側面が、シート状電池１０Ａの外縁側のエッジと当接することで、位置ずれを規制する。
このようにすることで、実施の形態１、２と同様に、複数のシート状電池１０Ａを位置合わせした状態で、積層することができる。位置合わせ用凸部４０２が−Ｘ方向、及び−Ｙ方向への位置ずれを規制し、位置合わせ用凸部４０３が＋Ｘ方向、及び＋Ｙ方向への位置ずれを規制する。
さらに、本実施の形態では、円形の開口部３１Ａを有するシート状電池１０のθ方向における位置ずれを防止することができる。例えば、開口部３１Ａが円形の場合、位置合わせ用凸部４０２のみでは、θ方向の位置ずれを防ぐことができない。また、位置合わせ用凸部４０２を、開口部３１Ａとほぼ同じ大きさの円形としても、シート状電池１０Ａがθ方向に回転してしまう。一方、本実施の形態のように、開口部３１Ａの内側の位置合わせ用凸部４０２と、外側の位置合わせ用凸部４０３とを組み合わせることで、θ方向の回転による位置ずれを防止することができる。
位置合わせ用凸部４０２，４０３を用いて、シート状電池１０の位置合わせを行う。複数のシート状電池１０Ａの開口部３１Ａが互いに重複した状態で、シート状電池１０を積層することができる。このようにすることで、複数のシート状電池１０Ａを位置合わせした状態で、シート状電池１０Ａを積層することができる。ＸＹ平面視において、複数のシート状電池１０Ａの外形の位置を一致させることができる。
また、位置合わせ用凸部４０２、及び位置合わせ用凸部４０３のそれぞれに、テーパ部４０５、４０６を設けてもよい。このようなテーパ部４０５、４０６を設けることで、落とし込みによる位置合わせを行うことができる。よって、より簡便にシート状電池１０Ａを積層することができる。なお、実施の形態１，２の構成においても位置合わせ用凸部２０２、３０２にテーパ部を設けてもよい。位置合わせ用凸部４０２、及び位置合わせ用凸部４０３の一方にのみテーパ部を設けてもよい。
実施例１．
図１１、及び図１２を用いて、実施例にかかるシート状電池１０Ｂ、及び電池構造体１００Ｂについて説明する。図１１は、電池構造体１００Ｂの構成を模式的に示す平面図である。図１１は、電池構造体１００Ｂに用いられるシート状電池１０Ｂの構成を模式的に示す平面図である。なお、図１１では、シート状電池１０Ｂに設けられた分割線３３を省略している。図１１では、タブリード３８Ｂ、３９Ｂを省略している。
図１１、及び図１２を用いて、実施例にかかるシート状電池１０Ｂ、及び電池構造体１００Ｂについて説明する。図１１は、電池構造体１００Ｂの構成を模式的に示す平面図である。図１１は、電池構造体１００Ｂに用いられるシート状電池１０Ｂの構成を模式的に示す平面図である。なお、図１１では、シート状電池１０Ｂに設けられた分割線３３を省略している。図１１では、タブリード３８Ｂ、３９Ｂを省略している。
具体的には、実施例１では、コンピュータのキーボード内部（ケース５０Ｂの内部）にシート状電池１０Ｂを設置した例となっている。シート状電池１０Ｂを配置させるキーボードは有線式であっても無線式であっても良い。
シート状電池１０Ｂは、ケース５０Ｂの内部に収容できる大きさ、及び形状になっている。ケース５０Ｂは、キーボードの外形を規定しており、中心がキーボードの形状に応じた凸部５１を複数有している。例えば、凸部５１には、キーボードの文字キーやテンキー等が配置される。したがって、ケース５０Ｂは、キーの数に応じた複数の凸部５１を有している。そして、シート状電池１０Ｂは、複数の凸部５１を避けるように複数の開口部３１を有している。シート状電池１０Ｂは、ケース５０Ｂの外側に引き出されたタブ部４１を備えている。タブ部４１は、−Ｙ側に延在している。
図１２に示すよう、タブ部４１には、タブリード３８Ｂ、３９Ｂが接続されている。正極のタブリード３８Ｂは、シート状電池１０の表面に貼り付けられ、タブリード３９Ｂは、シート状電池１０の裏面に貼り付けられている。すなわち、正極のタブリード３８Ｂは、第２電極１７（図１参照）に接続され、負極のタブリード３９Ｂは、第１電極である基材１１（図１参照）に接続されている。
このようにすることで、ケース５０Ｂに電池専用のスペースを設ける必要がなくなる。このため、電池内蔵の電子機器のデザイン性の向上、及び小型化を図ることができる。特に、開口部３１を文字や図形に応じた形状とすることで、デザイン性を向上することができる。さらに、ケース５０Ｂの形状に応じて、一体化したシート状電池１０Ｂを用いることができる。凸部５１の間のスペースに充電層を設けることができるため、ケース５０Ｂ内のスペースを有効に利用することができる。電子機器が必要とする電池容量のシート状電池１０Ｂをケース５０Ｂ内に収容することができる。
実施例１では、シート状電池１０Ｂは複数の開口部３１を備えている。ここでは、シート状電池１０Ｂに２０個の開口部３１がアレイ状に配列されている。すなわち、Ｘ方向に４個、Ｙ方向に５個の開口部３１が配置されている。そして、２０個の開口部３１は、同じ大きさの矩形状になっている。
このようなシート状電池１０Ｂを積層するための積層治具について、図１３，及び図１４について説明する。図１３は積層治具５００の構成を示す平面図であり、図１４はＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。なお、実施の形態１〜３と同様の構成については適宜説明を省略する。
上記のように、シート状電池１０Ｂには、複数の開口部３１が設けられている。積層治具５００は、２つの位置合わせ用凸部５０２が設けられている。台座５０１の上には、２つの位置合わせ用凸部５０２が形成されている。２つの位置合わせ用凸部５０２のＸ方向、及びＹ方向にずれて形成されている。
２つの位置合わせ用凸部５０２は、異なる開口部３１に挿入される。そして、それぞれ位置合わせ用凸部５０２は、実施の形態１と同様に開口部３１の形状に対応する形状を有している。このような構成とすることで、シート状電池１０Ｂの位置合わせを行うことができる。
さらに、シート状電池１０Ｂのたわみを防ぐことができる。例えば，基材１１の厚さが１μｍ〜１ｍｍ程度である場合、シート状電池１０Ｂがたわみやすくなる。特に、開口部３１を多数形成した場合、機械的な強度が弱い箇所が部分的に形成されるため、よりたわみやすくなる。２つ以上の開口部３１に位置合わせ用凸部５０２を配置することで、シート状電池１０Ｂのたわみを延ばすことができる。よって、たわみが無い状態でシート状電池１０Ｂが台座５０１の上に配置される。このようにすることで、複数のシート状電池１０Ｂを適切に積層することができる。
もちろん、位置合わせ用凸部５０２の位置や数は特に限定されない。例えば、積層治具５００は、３個以上の位置合わせ用凸部５０２を有していてもよい。そして、３個以上の位置合わせ用凸部５０２が異なる開口部３１に挿入されるようにしてもよい。このようにすることで、シート状電池１０Ｂのたわみを効果的に抑制することができる。
ＸＹ平面視において、複数のシート状電池１０Ａの外形の位置を一致させた状態で、シート状電池１０Ｂが積層されている。よって、ケース５０Ｂ内に適切にシート状電池１０Ｂを配置することができる。
実施の形態１〜３、及び実施例１の２つ以上の構成を、適宜組み合わせることが可能である。例えば、実施例１のように複数の開口部３１がシート状電池１０Ｂに設けられている構成において、ある開口部３１には、実施の形態１の構成を適用し、他の開口部３１には、実施の形態２の構成を適用してもよい。また、実施の形態１、２，及び実施例１においても位置合わせ用凸部にテーパ部を設けてもよい。
図４、図１１等に示すような電池構造体１００を製造する製造方法では、まず、開口部３１を有するシート状電池１０を複数用意する。そして、上記の積層治具を用いて、１枚ずつシート状電池１０を台座の上に載置していく。すなわち、開口部３１に位置合わせ用凸部を挿入して、複数のシート状電池を積層する。積層されたシート状電池１０に対して、図１２に示したタブリードを接続する。タブリードの接続後、積層された複数のシート状電池１０をケース５０に配置する。これにより、電池構造体が完成する。位置合わせされた状態で、シート状電池１０が積層されているため、ケース５０内にシート状電池１０を容易に配設することができる。なお、ケースにシート状電池を設置した後に、タブリードを接続してもよい。
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
１３ ｎ型酸化物半導体層
１４ 充電層
１４ａ 外側充電層
１４ｂ 内側充電層
１６ ｐ型酸化物半導体層
１７ 第２電極
２０ 積層体
２１ 負極層
２２ 正極層
３１ 開口部
３２ 基部
３３ 分割線
３５ 外側領域
３６ 内側領域
５０ ケース
５１ 凸部
６０ カバー
２００、３００、４００、５００ 積層治具
２０１、３０１、４０１、５０１ 台座
２０２、３０２、４０２、５０２ 位置合わせ用凸部
４０３ 位置合わせ用凸部
１１ 基材
１３ ｎ型酸化物半導体層
１４ 充電層
１４ａ 外側充電層
１４ｂ 内側充電層
１６ ｐ型酸化物半導体層
１７ 第２電極
２０ 積層体
２１ 負極層
２２ 正極層
３１ 開口部
３２ 基部
３３ 分割線
３５ 外側領域
３６ 内側領域
５０ ケース
５１ 凸部
６０ カバー
２００、３００、４００、５００ 積層治具
２０１、３０１、４０１、５０１ 台座
２０２、３０２、４０２、５０２ 位置合わせ用凸部
４０３ 位置合わせ用凸部
Claims (8)
- 開口部を有するシート状電池を複数用意するステップと、
前記開口部に第１の位置合わせ用凸部を挿入して、複数の前記シート状電池を積層するステップと、を備えたシート状電池の積層方法。 - 平面視において、前記第１の位置合わせ用凸部が前記開口部の形状に対応する形状を有している請求項１に記載の積層方法。
- １つの前記開口部に、複数の前記第１の位置合わせ用凸部が挿入される請求項１に記載の積層方法。
- 前記開口部に前記第１の位置合わせ用凸部を挿入した状態において、前記シート状電池の外縁に対応する位置に、第２の位置合わせ用凸部が設けられており、
前記第１及び第２の位置合わせ用凸部を用いて、前記シート状電池の位置合わせを行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層方法。 - 前記シート状電池には前記開口部が複数設けられており、
前記第１の位置合わせ用凸部が複数設けられており、
複数の前記第１の位置合わせ用凸部が、異なる前記開口部に挿入される請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層方法。 - 前記シート状電池は、
基部と前記開口部とを有する基材と、
前記開口部を囲む分割線と、
前記分割線の内側領域の基部に形成された内側充電層、及び前記分割線の外側領域の基部に形成された外側充電層と、
前記外側充電層の上に形成された電極と、
を備え、
前記分割線によって、前記外側充電層と前記内側充電層とが電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層方法。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層方法によって、前記開口部が重なるように、複数のシート状電池を積層し、
前記開口部に挿入される凸部を有するケースに前記複数のシート状電池を収容する電池構造体の製造方法。 - 開口部を有するシート状電池が複数載置される台座と、
前記開口部に挿入されるよう、前記台座に設けられた位置合わせ用凸部と、を備えた積層治具。
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