JP6966232B2 - シート状二次電池、電池構造体、及びシート二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シート状二次電池を効率よく配置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、シート状二次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。

特開２０１６−５２０２５４号公報

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、平面形状（単に形状とする）が矩形状となる。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、シート状二次電池を配置するスペースが制約されることがある。シート状二次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二次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、シート状二次電池を、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。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされており、シート状二次電池を効率良く配置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二次電池は、基部及び開口部を有する基材と、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。

上記のシート状二次電池において、前記外側充電層の上の前記電極が正極となり、前記外側充電層の下部に配置されている基部が負極となり、少なくとも前記正極と前記外側充電層との間に、ｐ型酸化物半導体層が形成され、前記負極と前記外側充電層との間に、ｎ型酸化物半導体層が形成されていてもよい。

本実施形態の一態様に係る電池構造体は上記のシート状二次電池と、前記開口部内に配置される凸部を備え、前記シート状二次電池を保持するケースと、を備えている。

本実施形態の一態様に係る電池構造体は、基部及び開口部を有する基材、前記基部の上に形成されたｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層、及び前記充電層の上に形成された電極を備えたシート状二次電池と、前記開口部内に配置される凸部を備え、前記シート状二次電池を収容するケースと、を備えている。

本実施形態の一態様に係るシート状二次電池の製造方法は、基材の上にｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層を形成する充電層形成工程と、前記充電層を貫通する分割線を形成する分割線形成工程と、を備えている。

上記の製造方法は、前記外側充電層の上に、前記分割線形成工程では、前記充電層にレーザ光を照射することで、前記分割線の内側領域の内側充電層と前記分割線の外側領域の外側充電層とを分割してもよい。

上記の製造方法は、前記充電層及び前記基材を貫通する開口部を、前記分割線の内側にある内側領域に形成する開口部形成工程をさらに備えていてもよい。

上記の製造方法は、前記開口部形成工程の後に、前記分割線を覆うマスクを用いて、前記外側充電層の上に電極を形成する電極形成工程をさらに備えていてもよい。

本実施形態の一態様に係るシート状二次電池の製造方法は、基材の上にｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層を形成する充電層形成工程と、前記充電層の上に電極を形成する電極形成工程と、前記電極及び前記充電層を貫通する分割線を形成する分割線形成工程と、を備えている。

上記の製造方法は、前記電極、前記充電層及び前記基材を貫通する開口部を、前記分割線の内側にある内側領域に形成する開口部形成工程をさらに備えていてもよい。

本発明によれば、シート状二次電池を効率良く配置するための技術を提供することができる。

シート状電池の基本的な断面構成を示す図である。 シート状電池の構成を模式的に示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 ケースにシート状の二次電池が配置された電池構造体を模式的に示す断面図である。 実施例１にかかる電池構造体を模式的に示す平面図である。 実施例２にかかる電池構造体を模式的に示す平面図である。 実施例２にかかるシート状電池の構成を模式的に示す平面図である。 シート状電池の製造方法を示すフローチャートである。 開口部形成前のシート状電池の構成を模式的に示す断面図である。 変形例にかかるシート状電池の製造方法を示すフローチャートである。 分割線形成後のシート状電池の構成を模式的に示す断面図である。 開口部形成後のシート状電池の構成を模式的に示す断面図である。 正極形成後のシート状電池の構成を模式的に示す断面図である。 分割線の形状の一例を示す平面図である。

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。

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。すなわち、基材１１は第１電極を含む構成であればよい。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と同様に形成することができる。

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（ＴｉＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）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（ＴｉＯ_２）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（ＳｎＯ_２）、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（ＣｕＡｌＯ_２）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。

（実施形態）
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。

図４に、ケースに収容されたシート状電池１０の構成を示す。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。

ケース５０は、シート状電池１０を収容する。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。

上記の様に内側領域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。

（実施例１）
実施例１にかかるシート状電池を用いた構成について、図５を用いて説明する。図５は、実施例１にかかるシート状電池１０Ａを用いた電池構造体１００Ａの構成を模式的に示す平面図である。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５０Ａの内部）にシート状電池１０を設置した例となっている。シート状二次電池１０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。なお、図５では、シート状電池１０Ａに設けられた分割線３３を省略している。

シート状電池１０Ａは、ケース５０Ａ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５０Ａ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５０Ａ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１０Ａ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。
それぞれの開口部３１の平面形状は、キーの形状に応じて正方形、又は長方形となっている。ＸＹ平面視において、開口部３１は、凸部５１よりも大きく形成されている。そして、凸部５１は、開口部３１の中に配置されている。

また、シート状電池１０Ａには、正極のタブリード３８及び負極のタブリード３９が接続されている。例えば、シート状電池１０の端部にタブリード３８、３９が貼り合わされている。タブリード３８、３９は、例えば、図示しない配線や回路基板に接続されている。よって、シート状電池１０は、キーボードやその無線通信回路に電力を供給することができる。

このようにすることで、ケース５０ａ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５０ａの形状に応じて、一体化したシート状電池１０Ａ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５０Ａ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１０Ａをケース５０Ａ内に収容することができる。

（実施例２）
図６、及び図７を用いて、実施例２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６は、電池構造体１００Ｂの構成を模式的に示す平面図である。図７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６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。

実施例２では、シート状電池１０Ｂがキーボードのテンキー部分に配置されている。実施例１と同様に、ケース５０の凸部５１にシート状電池１０Ｂの開口部３１が配置されている。そして、シート状電池１０Ｂは、ケース５０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７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。実施例２の構成によっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

（製造方法）
以下、本実施の形態にかかるシート状電池１０の製造方法について、図８を用いて説明する。図８は、シート状電池１０の製造方法を示すフローチャートである。

まず、第１電極である基材１１の上に、ｎ型酸化物半導体層１３を形成する（Ｓ１１）。また、基材１１が絶縁材料の場合、基材１１の上に、第１電極（負極）を形成した後で、ｎ型酸化物半導体層１３を形成する。次に、ｎ型酸化物半導体層１３の上に、充電層１４を形成する（Ｓ１２）。充電層１４の上に、ｐ型酸化物半導体層１６を形成する（Ｓ１３）。ｐ型酸化物半導体層１６の上に、第２電極１７を形成する（Ｓ１４）。

このように、基材１１の上に、ｎ型酸化物半導体層１３、充電層１４、ｐ型酸化物半導体層１６、第２電極１７を順次積層することで、図１に示す断面構造の積層体２０が形成される。なお、積層体２０は、少なくとも基材１１、充電層１４、及び第２電極１７を備えていればよく、適宜、工程を省略、又は追加することができる。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３、ｐ型酸化物半導体層１６の少なくとも一方が省略されていてもよい。また、各層の具体的な形成方法については、上述の手法を用いることができるため、説明を省略する。

次に、レーザ照射により、シート状電池１０に分割線３３を形成する（Ｓ１５）。例えば、レーザスクライブ装置等のレーザ加工装置により、レーザ光をシート状電池１０に照射する。そして、シート状電池１０におけるレーザ光の照射位置を変えていくように、レーザ光を走査する。これにより、シート状電池１０に分割線３３が形成されて、図９に示すような積層構造となる。分割線３３は、第２電極１７、ｐ型酸化物半導体層１６、充電層１４を分割するように、ｎ型酸化物半導体層１３の表面まで到達している。ｎ型酸化物半導体層１３、及び基材１１は分割されていない。なお、ｎ型酸化物半導体層１３は分割されてもよい。

分割線３３は、充電層１４を貫通するように形成されている。分割線３３は、閉形状に形成されている。具体的には、分割線３３は、ＸＹ平面視において、充電層１４の開口部３１が形成される特定領域を囲むように形成される。これにより、充電層１４が、分割線３３の内側領域３６の内側充電層１４ｂと分割線３３の外側領域３５の外側充電層１４ａとに分割される。内側充電層１４Ｂと外側充電層１４ａとは電気的に絶縁されている。

具体的には、レーザ光を＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向の順に走査していくことで、図２で示したような矩形状の分割線３３が形成される。分割線３３は、例えば、幅４０μｍ〜１５０μｍとすることができる。分割線３３の幅は、レーザ光のスポットの大きさにより調整することができる。なお、分割線３３は閉じた形状とすることが好ましい。これにより、外側領域３５の充電層１４、及び正極層２２が一体となったパターンとして形成される。分割線３３を閉じた形状とするために、レーザ照射の始点と終点を一致させればよい。

ここで、分割線３３を形成するためのレーザ加工のプロセス条件の一例を以下に示すが、以下のプロセス条件に限定されるものではない。
レーザパワー：０．２３６Ｗ（サンプル照射実測値）
レーザスポット径：２０μｍ
走査速度：約１０００ｍｍ／ｓｅｃ

次に、シート状電池１０に開口部３１を形成する（Ｓ１６）。これにより、図３に示すように、積層体２０を貫通する開口部３１が形成される。開口部３１は、上記のように、分割線３３の内側にある内側領域３６に形成される。開口部３１は、内側領域３６よりも小さくなっており、外側領域３５に、はみ出してはいない。

開口部３１は、例えば、内側領域３６の積層体２０を金属刃等で加工することで形成される。金属刃が内側領域３６にある基材１１や内側充電層１４ｂ等を切り抜くことで、開口部３１が形成される。具体的には、超音波切断等により開口部３１を形成することができる。あるいは、レーザ加工によって開口部３１を形成することも可能である。充電層１４、および正極層２２が内側領域３６と外側領域３５に分離されているため、切断時における短絡を防ぐことができる。すなわち、レーザや金属刃によって、基材１１を貫通させた場合でも、外側領域３５における負極層２１と正極層２２との短絡を防ぐことができる。なお、開口部３１はシート状電池１０のユーザが行ってもよい。すなわち、シート状電池１０のメーカは、Ｓ１５までの工程を実施して、シート状電池１０を出荷する。そして、シート状電池１０のユーザ、すなわちシート状電池１０を搭載する電子機器のメーカが電子機器のデザインに応じて開口部３１を形成してもよい。

（製造方法の変形例１）
シート状電池１０の製造方法の変形例について、図１０を用いて説明する。図１０は、変形例にかかる製造方法を示すフローチャートである。変形例では、開口部３１を形成した後に、第２電極１７を形成している。なお、各工程は、上述した工程と同様であるため、適宜説明を省略する。

第１電極である基材１１の上に、ｎ型酸化物半導体層１３を形成する（Ｓ２１）。また、基材１１が絶縁材料の場合、基材１１の上に、第１電極（負極）を形成した後で、ｎ型酸化物半導体層１３を形成する。次に、ｎ型酸化物半導体層１３の上に、充電層１４を形成する（Ｓ２２）。充電層１４の上に、ｐ型酸化物半導体層１６を形成する（Ｓ２３）。

そして、レーザ照射によって、ｐ型酸化物半導体層１６、及び充電層１４に分割線３３を形成する（Ｓ２４）。これにより、図１１に示す断面構造となる。このように、変形例では、第２電極１７を形成する前に、分割線３３を形成する。分割線３３によって、充電層１４が内側充電層１４ｂと外側充電層１４ａとに分割される。

次に、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に開口部３１を形成する（Ｓ２５）。これにより、図１２に示す断面構造となる。開口部３１は、内側領域３６に形成され、ｐ型酸化物半導体層１６、内側充電層１４ｂ、ｎ型酸化物半導体層１３、及び基材１１を貫通している。開口部３１の形成は、Ｓ１６と同様の手法を用いることができる。基材１１の開口部３１以外の箇所を基部３２としている。

次に、ｐ型酸化物半導体層１６の上に、マスクを用いて、第２電極１７を形成する（Ｓ２６）。具体的には、図１３に示すように、ｐ型酸化物半導体層１６の上にマスク４５を配置した状態で、蒸着又はスパッタリング等により第２電極１７を成膜する。マスク４５は、内側領域３６に配置されている。マスク４５は、分割線３３を覆うように配置される。さらに、マスク４５は、開口部３１を覆うように配置されている。第２電極１７は、マスク４５で覆われていない外側領域３５に形成される。すなわち、外側充電層１４ａの上に、第２電極１７が形成される。第２電極１７が形成されると、シート状電池１０Ｃが完成する。

変形例１では、マスク４５を用いて、第２電極１７が形成されている。よって、図１３のように、第２電極１７が分割線３３によって分割されていない構成とすることも可能である。すなわち、内側領域３６、及び分割線３３を覆うマスク４５を用いることで、外側領域３５のみに第２電極１７を形成することができる。このような製造方法においても上記の効果と同様の効果を得ることができる。

なお、各製造工程については、適宜順番を入れ替えることが可能である。例えば、図１０のフローにおいて、開口部３１の形成工程（Ｓ２５）の後に、ｐ型酸化物半導体層１６を形成することも可能である。この場合、第２電極１７と同様に、マスク４５を用いて、ｐ型酸化物半導体層１６を形成すればよい。

あるいは、Ｓ２５とＳ２６を入れ替えても良い。すなわち、マスク４５を用いて、第２電極１７を形成した後に、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を貫通する開口部３１を積層体２０に形成してもよい。

また、ＸＹ平面視において、分割線３３の形状は、閉形状になっていなくてもよい。例えば、基材１１の端から分割線３３を形成することで、分割線３３を開形状とすることができる。図１４に開形状の分割線３３Ｄを有するシート状電池１０Ｄの一例を示す。図１４に示すように、分割線３３Ｄは、ＸＹ平面視において、コの字形状をしており、−Ｙ側が開部分となっている。そして、分割線３３Ｄの開部分が基材１１の端に設けられている。この様に、分割線３３Ｄが閉形状となっていなくても、分割線３３Ｄを基材１１の端に配置することで、分割線３３Ｄの内部の内側領域３６に形成された内側充電層と、分割線の外部に形成された外側充電層とを電気的に絶縁することができる。

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
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
３８ タブリード
３９ タブリード
５０ ケース
５１ 凸部
６０ カバー

Claims (7)

1. 基部及び開口部を有する基材と、
   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シート状二次電池。
2. 前記外側充電層の上に形成されている前記電極が正極となり、
   前記外側充電層の下部に形成されている基部が負極となり、
   少なくとも、
   前記正極と前記外側充電層との間に、ｐ型酸化物半導体層が形成され、
   前記負極と前記外側充電層との間に、ｎ型酸化物半導体層が形成されている請求項１に記載のシート状二次電池。
3. 請求項１、又は２に記載のシート状二次電池と
   前記開口部内に配置される凸部を備え、前記シート状二次電池を保持するケースと、を備えた電池構造体。
4. 基部及び開口部を有する基材、前記基部の上に形成されたｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層、及び前記充電層の上に形成された電極を備えたシート状二次電池と、
   前記開口部内に配置される凸部を備え、前記シート状二次電池を収容するケースと、を備えた電池構造体。
5. 基材の上にｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層を形成する充電層形成工程と、
   前記充電層を貫通する分割線を形成する分割線形成工程と、を備え、
   前記分割線形成工程では、前記充電層にレーザ光を照射することで、前記分割線の内側領域の内側充電層と前記分割線の外側領域の外側充電層とを分割し、
   前記充電層及び前記基材を貫通する開口部を、前記分割線の内側にある内側領域に形成する開口部形成工程を、さらに備えたシート状二次電池の製造方法。
6. 前記開口部形成工程の後に、前記分割線を覆うマスクを用いて、前記分割線の外側の外側充電層の上に電極を形成する電極形成工程をさらに備えた請求項５に記載のシート状二次電池の製造方法。
7. 基材の上にｎ型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層を形成する充電層形成工程と、
   前記充電層の上に電極を形成する電極形成工程と、
   前記電極及び前記充電層を貫通する分割線を形成する分割線形成工程と、
   前記電極、前記充電層及び前記基材を貫通する開口部を、前記分割線の内側にある内側領域に形成する開口部形成工程と、を備えたシート状二次電池の製造方法。

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