WO2018235494A1 - 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

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 Download PDF

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WO2018235494A1
WO2018235494A1 PCT/JP2018/019576 JP2018019576W WO2018235494A1 WO 2018235494 A1 WO2018235494 A1 WO 2018235494A1 JP 2018019576 W JP2018019576 W JP 2018019576W WO 2018235494 A1 WO2018235494 A1 WO 2018235494A1
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WO
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sheet
layer
electrode
dividing line
battery
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PCT/JP2018/019576
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English (en)
French (fr)
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秀憲 安藤
誠 菊田
佐野　雅規
佳亮 溝江
孝司 殿川
友和 齋藤
Original Assignee
株式会社日本マイクロニクス
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/38—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a technique for efficiently arranging a sheet-like secondary battery.
  • Patent Document 1 discloses a test apparatus for a sheet-like battery.
  • a sheet roll in which a sheet-like secondary battery is wound in a roll shape is used.
  • the test apparatus includes a sheet supply unit that supplies a sheet from a sheet roll, a sheet folding mechanism that folds the sheet supplied from the sheet supply unit, and a sheet cutting unit that cuts the sheet.
  • the sheet battery When the sheet battery is cut from the sheet roll, the sheet battery has a rectangular planar shape (simply referred to as a shape).
  • the application using a sheet-like battery is various.
  • the sheet-like secondary battery may be used for wearable devices and the like that require miniaturization, POP advertisements (Point Of Purchase advertising), and devices that require thinning such as a guide plate.
  • the space for arranging the sheet secondary battery may be limited. Since the shape of the sheet secondary battery is determined by the standard, when there is a space limitation, the sheet secondary battery may not be able to be arranged in the space. Therefore, depending on the design of the application, it is desirable to efficiently dispose the sheet secondary battery inside the application.
  • This invention is made in view of said subject, and it aims at providing the technique for arrange
  • the sheet-like secondary battery includes a base having a base and an opening, a dividing line surrounding the opening, and an inner charge layer formed on the base of the inner region of the dividing line, And an outer charging layer formed at the base of the outer region of the dividing line, and an electrode formed on the outer charging layer, and the outer charging layer and the inner charging layer are electrically connected by the dividing line. Are isolated.
  • the electrode on the outer charge layer is a positive electrode, and a base disposed under the outer charge layer is a negative electrode, at least between the positive electrode and the outer charge layer.
  • a p-type oxide semiconductor layer may be formed, and an n-type oxide semiconductor layer may be formed between the negative electrode and the outer charge layer.
  • a battery structure includes the sheet-like secondary battery described above, a convex part disposed in the opening, and a case for holding the sheet-like secondary battery.
  • a battery structure includes a base having a base and an opening, a charge layer having an n-type metal oxide material and an insulating material formed on the base, and a charge layer on the charge layer.
  • a sheet-like secondary battery provided with an electrode formed thereon, and a convex part disposed in the opening, and a case for accommodating the sheet-like secondary battery.
  • the charging layer is irradiated with a laser beam on the outer charging layer, whereby the inner charging layer of the inner area of the dividing line and the outer area of the dividing line And the outer charging layer may be divided.
  • the above manufacturing method may further include an opening forming step of forming an opening penetrating the charging layer and the base material in an inner region located inside the dividing line.
  • the above manufacturing method may further include an electrode forming step of forming an electrode on the outer charge layer after the opening forming step using a mask covering the dividing line.
  • the above manufacturing method may further include an opening forming step of forming an opening penetrating the electrode, the charging layer, and the base material in an inner region inside the dividing line.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a battery structure according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a battery structure according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a configuration of a sheet-like battery according to Example 2. It is a flowchart which shows the manufacturing method of a sheet-like battery.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic laminated structure of a secondary battery.
  • the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is suitably shown by the following figures for clarification of description.
  • the Z direction is the thickness direction (stacking direction) of a sheet-like secondary battery (hereinafter, also simply referred to as a sheet-like battery), and the XY plane is a plane parallel to the sheet-like battery. Further, in the XY plane, the sheet-like battery is rectangular, and the X direction and the Y direction are parallel to the edge of the sheet-like battery.
  • a sheet-like battery 10 is a laminate in which an n-type oxide semiconductor layer 13, a charge layer 14, a p-type oxide semiconductor layer 16, and a second electrode 17 are stacked in this order on a substrate 11. It has twenty.
  • the base 11 is formed of a conductive substance such as metal, and functions as a first electrode.
  • the base material 11 is a negative electrode.
  • metal foil sheets such as a SUS sheet and an aluminum sheet, can be used, for example.
  • the first electrode may be formed on the base 11 by preparing the base 11 made of an insulating material. That is, the base material 11 should just be a structure containing a 1st electrode.
  • metal materials such as chromium (Cr) or titanium (Ti)
  • Cr chromium
  • Ti titanium
  • An alloy film containing aluminum (Al), silver (Ag) or the like may be used as the material of the first electrode.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 includes an n-type oxide semiconductor material (a second n-type oxide semiconductor material).
  • a second n-type oxide semiconductor material titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO) or the like can be used as the n-type oxide semiconductor layer 13.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 can be deposited on the substrate 11 by sputtering or vapor deposition. It is preferable to use titanium dioxide (TiO 2 ) as a material of the n-type oxide semiconductor layer 13.
  • the charge layer 14 is formed on the n-type oxide semiconductor layer 13.
  • the charge layer 14 is formed of a mixture of an insulating material and an n-type oxide semiconductor material.
  • a particulate n-type oxide semiconductor can be used as the n-type oxide semiconductor material (first n-type oxide semiconductor material) of the charge layer 14.
  • the n-type oxide semiconductor undergoes light excitation structural change by irradiation with ultraviolet light, and becomes a layer provided with a charge function.
  • a silicone resin can be used as the insulating material of the charge layer 14.
  • the insulating material it is preferable to use a silicon compound (silicone) having a main skeleton by siloxane bond such as silicon oxide.
  • the charge layer 14 is formed of silicon oxide and titanium dioxide using the first n-type oxide semiconductor material as titanium dioxide.
  • tin oxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is suitable as an n-type oxide semiconductor material that can be used in the charge layer 14. It is also possible to use a combination of two or all of titanium dioxide, tin oxide and zinc oxide.
  • a coating solution in which a solvent is mixed with a mixture of a precursor of titanium oxide, tin oxide, or zinc oxide and silicone oil is prepared.
  • a coating solution is prepared by mixing fatty acid titanium and silicone oil in a solvent.
  • a coating solution is applied onto the n-type oxide semiconductor layer 13 by spin coating, slit coating, or the like.
  • the charge layer 14 can be formed on the n-type oxide semiconductor layer 13 by drying and baking the coating film.
  • titanium stearate which is a precursor of titanium oxide can be used, for example. Titanium oxide, tin oxide and zinc oxide are formed by decomposition from aliphatic acid salts which are precursors of metal oxides.
  • the charge layer 14 may be irradiated with ultraviolet light to be cured.
  • fine particles of an oxide semiconductor can be used without using a precursor.
  • a mixture is formed by mixing titanium oxide or zinc oxide nanoparticles with silicone oil.
  • a coating liquid is produced
  • the coating liquid is applied onto the n-type oxide semiconductor layer 13 by a spin coating method, a slit coating method, or the like.
  • the charge layer 14 can be formed by performing drying, baking, and UV irradiation on the coating film.
  • the first n-type oxide semiconductor material contained in charge layer 14 and the second n-type oxide semiconductor material contained in n-type oxide semiconductor layer 13 may be the same or different. Good.
  • the n-type oxide semiconductor material contained in the n-type oxide semiconductor layer 13 is tin oxide
  • the n-type oxide semiconductor material of the charge layer 14 may be tin oxide, or n other than tin oxide It may be an oxide semiconductor material.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is formed on the charge layer 14.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 includes a p-type oxide semiconductor material.
  • a material of the p-type oxide semiconductor layer 16 nickel oxide (NiO), copper aluminum oxide (CuAlO 2 ) or the like can be used.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is a nickel oxide film having a thickness of 400 nm.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is deposited on the charge layer 14 by a deposition method such as evaporation or sputtering.
  • the second electrode 17 may be formed of a conductive film.
  • a metal material such as chromium (Cr) or copper (Cu) can be used.
  • Another metal material is, for example, a silver (Ag) alloy containing aluminum (Al).
  • the formation method include vapor phase film formation methods such as sputtering, ion plating, electron beam evaporation, vacuum evaporation, and chemical vapor deposition.
  • the metal electrode can be formed by electrolytic plating, electroless plating, or the like.
  • As a metal used for plating it is generally possible to use copper, copper alloy, nickel, aluminum, silver, gold, zinc or tin.
  • the second electrode 17 is an Al film with a thickness of 300 nm.
  • the stacked body 20 includes the base 11, the n-type oxide semiconductor layer 13, the charge layer 14, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the second electrode 17. Therefore, the second electrode 17 is disposed on the outermost surface of the sheet-like battery 10.
  • the base material (first electrode) 11 and the n-type oxide semiconductor layer 13 constitute a negative electrode layer 21.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 and the second electrode 17 constitute a positive electrode layer 22.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is disposed below the charge layer 14 and the p-type oxide semiconductor layer 16 is disposed above the charge layer 14.
  • the layer 13 and the p-type oxide semiconductor layer 16 may be in an opposite arrangement. That is, the n-type oxide semiconductor layer 13 may be disposed on the charge layer 14, and the p-type oxide semiconductor layer 16 may be disposed below the charge layer 14.
  • the substrate 11 is a positive electrode
  • the second electrode 17 is a negative electrode. That is, as long as the charge layer 14 is sandwiched between the n-type oxide semiconductor layer 13 and the p-type oxide semiconductor layer 16, the n-type oxide semiconductor layer 13 is disposed on the charge layer 14.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 may be disposed.
  • the sheet-like battery 10 includes the first electrode (base material 11), the first conductivity type oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), the charge layer 14, and It may be a configuration in which the two conductivity type semiconductor layers (p-type oxide semiconductor layer 16 or n-type oxide semiconductor layer 13) and the second electrode 17 are stacked in order.
  • the sheet-like battery 10 includes a first electrode (base material 11), a first conductive oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), a charge layer 14, and a second conductive layer. May be configured to include layers other than the second semiconductor layer 17 (p-type oxide semiconductor layer 16 or n-type oxide semiconductor layer 13).
  • the base 11 and the n-type oxide semiconductor layer 13 are used as the negative electrode layer 21.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 and the second electrode 17 are used as the positive electrode layer 22.
  • the laminate 20 shown in FIG. 1 some layers may be omitted, or other layers may be added. Specifically, it may be configured to include at least a positive electrode, a negative electrode, and a charge layer. Therefore, the negative electrode layer 21 may be only the substrate 11 or may have other layers.
  • the positive electrode layer 22 may be only the second electrode 17 or may have other layers.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the sheet-like battery 10
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
  • the sheet battery 10 has a rectangular outer shape in XY plan view. Moreover, the sheet-like battery 10 has the opening part 31 by which the inside was cut out. The opening 31 penetrates the second electrode 17, the p-type oxide semiconductor layer 16, the charge layer 14, the n-type oxide semiconductor layer 13, and the base 11 as shown in FIG. 3.
  • the outer shape of the opening 31 is rectangular, but it may be circular or triangular.
  • a portion other than the opening 31 of the base 11 is a base 32. That is, the base 32 is a portion of the base 11 which is not cut out.
  • the charging layer 14 or the like is formed on the base 32.
  • a dividing line 33 is formed.
  • the dividing line 33 is formed in a rectangular shape so as to surround the opening 31.
  • the dividing line 33 divides the charging layer 14 and the positive electrode layer 22.
  • An area inside the rectangular dividing line 33 is referred to as an inner area 36, and an area outside the rectangular division line 33 is referred to as an outer area 35.
  • the inner region 36 is disposed so as to be included in the dividing line 33. Therefore, the inner region 36 is formed in a rectangular shape, and the outer region 35 is formed in a rectangular frame shape. The center of the inner region 36 coincides with the center of the opening 31.
  • the charging layer 14 formed on the base 32 of the outer region 35 is referred to as an outer charging layer 14 a
  • the charging layer 14 formed on the base 32 of the inner region 36 is referred to as an inner charging layer 14 b.
  • the charge layer 14 is divided into an outer charge layer 14 a and an inner charge layer 14 b by a dividing line 33.
  • the second electrode 17 formed on the outer charge layer 14 a is a positive electrode
  • the base 32 disposed below the outer charge layer 14 a is a negative electrode.
  • the dividing line 33 can be formed by laser irradiation. Specifically, laser light is irradiated from the positive electrode layer 22 side, and the laser light is scanned along a rectangle.
  • the charging layer 14 and the positive electrode layer 22 are divided into a pattern in the inner region 36 and a pattern in the outer region 35. That is, the positive electrode layer 22 and the inner charge layer 14 b in the inner region 36 have a pattern separated from the positive electrode layer 22 and the outer charge layer 14 a in the outer region 35.
  • the outer charging layer 14a of the outer region 35 and the inner charging layer 14b of the inner region 36 can be electrically isolated. Since the capacity of the sheet-like battery 10 is determined according to the area of the outer region 35, it is preferable to make the inner region 36 as small as possible.
  • the sheet-like battery 10 can be processed into a shape according to the internal shape of the device to which the sheet-like battery 10 is to be installed.
  • the inner region 36 and the opening 31 are formed at locations corresponding to the convex portions.
  • the sheet-like battery 10 can be properly incorporated according to the shape of the device. There is no need to use the sheet battery 10 divided into a plurality of parts, and the number of connected parts can be reduced. Thus, the manufacturing cost can be reduced.
  • the sheet-like battery 10 having the above configuration can be manufactured in a shape according to the device to be used.
  • the sheet-like battery 10 is manufactured according to the shape of the case of the electronic device. Since the sheet-like battery 10 can be formed into an arbitrary shape, the design of the electronic device can be improved and the size thereof can be reduced.
  • the sheet-like battery 10 is suitable for use in a device that needs to be miniaturized as a wearable device or the like, or a device that requires designability such as an electronic POP advertisement.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view schematically showing the structure of a battery structure 100 having a sheet-like battery 10.
  • the battery structure 100 includes a case 50, a cover 60, and a sheet-like battery 10.
  • the case 50 accommodates the sheet battery 10.
  • the case 50 has a convex portion 51. Then, the convex portion 51 is disposed in the opening 31 of the sheet-like battery 10, whereby the sheet-like battery 10 is accommodated inside the case 50.
  • the cover 60 covers the front side (+ Z side) of the case 50. The cover 60 is attached to the case 50. The sheet-like battery 10 is held between the cover 60 and the case 50 in a spread state.
  • the sheet battery 10 can be accommodated inside the case 50 without wasting space.
  • the opening 31 By providing the opening 31 at a position corresponding to the shape of the case 50, the convex portion 51 of the case 50 can be avoided. Therefore, the sheet battery 10 can be held inside the case 50.
  • the number of the openings 31 is one because the number of the projections 51 is one, but the number of the projections 51 and the openings 31 may be two or more.
  • the sheet-like battery 10 it is not necessary to arrange the sheet-like battery 10 so as to avoid the convex portion 51 of the case 50. That is, it is not necessary to combine the sheet batteries 10 of various shapes. Therefore, according to the present invention, since the integrated sheet battery 10 can be used, the number of connection parts can be reduced. Further, according to the present invention, since the sheet-like battery 10 can be appropriately disposed in the case 50 having an arbitrary shape, the design of the electronic device can be improved and the size thereof can be reduced.
  • the inner charge layer 14 b in the inner region 36 is insulated from the outer charge layer 14 a of the outer region 35, and power is supplied only to the outer charge layer 14 a of the outer region 35. Therefore, the substantial battery capacity of the sheet-like battery 10 is determined by the total amount of the outer charge layer 14 a of the outer region 35. Therefore, according to the battery capacity required for the electronic device in which the sheet-like battery 10 is disposed, the capacity of the outer area 35 is determined, and the number, size, and shape of the inner area 36 are determined. Furthermore, the battery capacity can be increased by stacking the sheet-like battery 10. That is, when the battery capacity with respect to the electronic device is insufficient with one sheet-like battery 10, a plurality of sheet-like batteries 10 having the same shape are arranged in a stack. By doing this, the battery capacity required for the electronic device can be satisfied.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing a configuration of a battery structure 100A using the sheet-like battery 10A according to the first embodiment.
  • the sheet-like battery 10 is installed inside the keyboard of the computer (inside the case 50A).
  • the keyboard on which the sheet-like secondary battery 10 is disposed may be wired or wireless.
  • the dividing line 33 provided in the sheet-like battery 10A is omitted.
  • the sheet-like battery 10A has a size and a shape that can be accommodated inside the case 50A.
  • the case 50A defines the outer shape of the keyboard, and has a plurality of convex portions 51 whose center corresponds to the shape of the keyboard. For example, on the convex portion 51, a character key of a keyboard, a ten key, and the like are arranged. Therefore, the case 50A has a plurality of convex portions 51 corresponding to the number of keys.
  • the sheet-like battery 10A has a plurality of openings 31 so as to avoid the plurality of projections 51.
  • the planar shape of each opening 31 is square or rectangular depending on the shape of the key.
  • the opening 31 is formed larger than the protrusion 51 in the XY plan view. And the convex part 51 is arrange
  • tab lead 38 of the positive electrode and the tab lead 39 of the negative electrode are connected to the sheet battery 10A.
  • tab leads 38 and 39 are attached to the end of the sheet-like battery 10.
  • the tab leads 38 and 39 are connected to, for example, a wire or a circuit board (not shown).
  • the sheet battery 10 can supply power to the keyboard and its wireless communication circuit.
  • the case 50A it is not necessary to provide the case 50A with a space dedicated to the battery. For this reason, it is possible to improve the design and miniaturize the electronic device with a built-in battery. In particular, the design can be improved by forming the opening 31 in a shape corresponding to characters and figures. Furthermore, according to the shape of case 50A, the sheet-like battery 10A integrated can be used. Since the charging layer can be provided in the space between the convex portions 51, the space in the case 50A can be effectively used. The sheet-like battery 10A having a battery capacity required by the electronic device can be accommodated in the case 50A.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing the configuration of the battery structure 100B.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a configuration of a sheet-like battery 10B used for the battery structure 100B.
  • the dividing line 33 provided in the sheet-like battery 10B is omitted.
  • the sheet-like battery 10B is disposed in the ten-key portion of the keyboard.
  • the opening 31 of the sheet-like battery 10 ⁇ / b> B is disposed in the convex portion 51 of the case 50.
  • the sheet-like battery 10 ⁇ / b> B includes a tab portion 41 drawn to the outside of the case 50. The tab portion 41 extends to the -Y side.
  • tab leads 38 ⁇ / b> B and 39 ⁇ / b> B are connected to the tab portion 41.
  • the tab lead 38B of the positive electrode is attached to the surface of the sheet battery 10, and the tab lead 39B is attached to the back surface of the sheet battery 10. That is, the tab lead 38B of the positive electrode is connected to the second electrode 17 (see FIG. 1), and the tab lead 39B of the negative electrode is connected to the substrate 11 (see FIG. 1) which is the first electrode. Also by the configuration of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method of manufacturing the sheet-like battery 10.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is formed on the base material 11 that is the first electrode (S11).
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is formed after the first electrode (negative electrode) is formed on the substrate 11.
  • the charge layer 14 is formed on the n-type oxide semiconductor layer 13 (S12).
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is formed on the charge layer 14 (S13).
  • the second electrode 17 is formed on the p-type oxide semiconductor layer 16 (S14).
  • the laminated body 20 should just be equipped with the base material 11, the charge layer 14, and the 2nd electrode 17 at least, and a process can be abbreviate
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 and the p-type oxide semiconductor layer 16 may be omitted.
  • the above-mentioned method can be used about the specific formation method of each layer, description is abbreviate
  • the dividing line 33 is formed in the sheet-like battery 10 by laser irradiation (S15).
  • the sheet-like battery 10 is irradiated with a laser beam by a laser processing apparatus such as a laser scribing apparatus.
  • the laser beam is scanned so as to change the irradiation position of the laser beam in the sheet-like battery 10.
  • the parting line 33 is formed in the sheet-like battery 10, and it becomes a laminated structure as shown in FIG.
  • the dividing line 33 reaches the surface of the n-type oxide semiconductor layer 13 so as to divide the second electrode 17, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the charge layer 14.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 and the base material 11 are not divided.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 may be divided.
  • the dividing line 33 is formed to penetrate the charging layer 14.
  • the dividing line 33 is formed in a closed shape. Specifically, the dividing line 33 is formed so as to surround a specific region in which the opening 31 of the charge layer 14 is formed in the XY plan view. Thereby, the charging layer 14 is divided into the inner charging layer 14 b of the inner region 36 of the dividing line 33 and the outer charging layer 14 a of the outer region 35 of the dividing line 33.
  • the inner charge layer 14B and the outer charge layer 14a are electrically insulated.
  • a rectangular dividing line 33 as shown in FIG. 2 is formed.
  • the dividing line 33 can have a width of 40 ⁇ m to 150 ⁇ m, for example.
  • the width of the dividing line 33 can be adjusted by the size of the spot of the laser beam.
  • the dividing line 33 has a closed shape.
  • the charge layer 14 of the outer region 35 and the positive electrode layer 22 are formed as an integrated pattern.
  • the start point and the end point of the laser irradiation may be made to coincide.
  • the opening 31 is formed in the sheet-like battery 10 (S16). Thereby, as shown in FIG. 3, the opening part 31 which penetrates the laminated body 20 is formed.
  • the opening 31 is formed in the inner region 36 inside the dividing line 33 as described above.
  • the opening 31 is smaller than the inner region 36 and does not protrude into the outer region 35.
  • the opening 31 is formed, for example, by processing the laminate 20 in the inner region 36 with a metal blade or the like.
  • the metal blade cuts out the base material 11 in the inner region 36, the inner charge layer 14b, and the like to form the opening 31.
  • the opening 31 can be formed by ultrasonic cutting or the like.
  • the opening 31 can be formed by laser processing. Since the charge layer 14 and the positive electrode layer 22 are separated into the inner region 36 and the outer region 35, a short circuit at the time of cutting can be prevented. That is, even when the substrate 11 is penetrated by a laser or a metal blade, a short circuit between the negative electrode layer 21 and the positive electrode layer 22 in the outer region 35 can be prevented.
  • the opening 31 may be performed by the user of the sheet battery 10.
  • the maker of the sheet battery 10 carries out the steps up to S15 and ships the sheet battery 10. Then, the user of the sheet battery 10, that is, the maker of the electronic device on which the sheet battery 10 is mounted may form the opening 31 according to the design of the electronic device.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the manufacturing method according to the modification.
  • the second electrode 17 is formed.
  • each process is the same as the process mentioned above, it abbreviate
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is formed on the base material 11 which is a 1st electrode (S21).
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is formed after the first electrode (negative electrode) is formed on the substrate 11.
  • the charge layer 14 is formed on the n-type oxide semiconductor layer 13 (S22).
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is formed on the charge layer 14 (S23).
  • the dividing line 33 is formed in the p-type oxide semiconductor layer 16 and the charge layer 14 by laser irradiation (S24). Thereby, the cross-sectional structure shown in FIG. 11 is obtained. As described above, in the modification, the dividing line 33 is formed before the second electrode 17 is formed. By the dividing line 33, the charge layer 14 is divided into the inner charge layer 14b and the outer charge layer 14a.
  • the opening 31 is formed in the p-type oxide semiconductor layer 16, the charge layer 14, the n-type oxide semiconductor layer 13, and the base 11 (S25). Thereby, the cross-sectional structure shown in FIG. 12 is obtained.
  • the opening 31 is formed in the inner region 36 and penetrates the p-type oxide semiconductor layer 16, the inner charge layer 14 b, the n-type oxide semiconductor layer 13, and the base 11.
  • the formation of the opening 31 can use the same method as S16.
  • a portion other than the opening 31 of the base 11 is a base 32.
  • the second electrode 17 is formed on the p-type oxide semiconductor layer 16 using a mask (S26). Specifically, as shown in FIG. 13, with the mask 45 disposed on the p-type oxide semiconductor layer 16, the second electrode 17 is formed by evaporation, sputtering or the like. The mask 45 is disposed in the inner area 36. The mask 45 is arranged to cover the dividing line 33. Furthermore, the mask 45 is arranged to cover the opening 31. The second electrode 17 is formed in the outer region 35 not covered by the mask 45. That is, the second electrode 17 is formed on the outer charge layer 14a. When the second electrode 17 is formed, the sheet-like battery 10C is completed.
  • the second electrode 17 is formed using the mask 45. Therefore, as shown in FIG. 13, the second electrode 17 may not be divided by the dividing line 33. That is, by using the mask 45 which covers the inner region 36 and the dividing line 33, the second electrode 17 can be formed only in the outer region 35. Also in such a manufacturing method, the same effect as the above effect can be obtained.
  • the order suitably about each manufacturing process it is possible to change the order suitably about each manufacturing process.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 may be formed using the mask 45.
  • S25 and S26 may be interchanged. That is, an opening penetrating the second electrode 17, the p-type oxide semiconductor layer 16, the charge layer 14, the n-type oxide semiconductor layer 13, and the substrate 11 after the second electrode 17 is formed using the mask 45.
  • the portion 31 may be formed in the laminate 20.
  • the shape of the dividing line 33 may not be a closed shape.
  • the dividing line 33 by forming the dividing line 33 from the end of the base material 11, the dividing line 33 can be made into an open shape.
  • FIG. 14 shows an example of a sheet-like battery 10D having an open-shaped dividing line 33D. As shown in FIG. 14, the dividing line 33D is U-shaped in the XY plan view, and the -Y side is an open portion. The open portion of the dividing line 33D is provided at the end of the base material 11.
  • the dividing line 33D does not have a closed shape, by arranging the dividing line 33D at the end of the base 11, an inner charge layer formed in the inner region 36 inside the dividing line 33D; It can electrically insulate from the outer charge layer formed in the exterior of a parting line.

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Abstract

本実施の形態にかかるシート状二次電池は、基部（３２）及び開口部（３１）を有する基材（１１）と、開口部（３１）を囲む分割線（３３）と、分割線（３３）の内側領域（３６）の基部（３２）に形成された内側充電層（１４ｂ）、及び分割線（３３）の外側領域（３５）の基部（３２）に規制された外側充電層（１４ａ）と、外側充電層（１４ａ）の上に形成された第２電極（１７）と、を備えている。分割線（３３）によって、外側充電層（１４ａ）と内側充電層（１４ｂ）とが電気的に絶縁されている。

Description

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
　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（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。
（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。
　この出願は、２０１７年６月２０日に出願された日本出願特願２０１７－１２０４４０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　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 (10)

  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、を備えたシート状二次電池の製造方法。
  6. 　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する請求項５に記載のシート状二次電池の製造方法。
  7. 　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、さらに備えた請求項５、又は６に記載のシート状二次電池の製造方法。
  8. 　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７に記載のシート状二次電池の製造方法。
  9. 　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、を備えたシート状二次電池の製造方法。
  10. 　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た請求項９に記載のシート状二次電池の製造方法。
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