WO2019009005A1 - 二次電池、及び二次電池の製造方法 - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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Definitions
- the present invention relates to a technique for making a secondary battery into a desired size.
- Patent Document 1 discloses a test apparatus for a sheet-like battery.
- a sheet roll wound in a roll shape is used as a sheet-like secondary battery.
- 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 planar shape (simply referred to as a shape) of the sheet secondary battery is a rectangular sheet.
- the kind of application using a sheet-like secondary 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.
- This invention is made in view of said subject, and it aims at providing the technique for making a sheet-like secondary battery into a desired size.
- a secondary battery includes a base, an n-type metal oxide material and an insulating material, and a charging layer formed on a first surface of the base, and the charging layer. And a protective material layer formed on the electrode, and an adhesive layer formed on the second surface of the substrate.
- a laminate formed of the base material, the charging layer, the electrode, the protective material layer, and the adhesive layer is wound in a roll so that the protective material layer is on the outside. It may be turned.
- the protective material layer is a release sheet provided so as to be removable from the electrode.
- a dividing line for dividing the electrode and the charging layer is provided.
- the electrode on the charge layer is a positive electrode
- the base material is a negative electrode
- a p-type oxide semiconductor layer is formed between the positive electrode and the charge layer
- an n-type oxide semiconductor layer is formed between the charge layer and the charge layer, and the charge layer, the p-type oxide semiconductor layer, and the electrode are divided by the parting line.
- the charging layer having the n-type metal oxide material and the insulating material and the electrode are sequentially stacked on the first surface of the base material.
- a laminate manufacturing step of manufacturing a laminate, an adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on the second surface of the substrate, and a protective material layer forming a protective material layer on the electrode And a dividing line forming step of forming dividing lines for dividing the electrode and the charging layer.
- the above manufacturing method may further include a cutting step of cutting the secondary battery along the width direction of the substrate at a cutting position between two adjacent parting lines.
- the parting line forming step it is preferable that the parting line be formed by laser irradiation.
- the dividing line forming step may be performed before the protective material layer forming step.
- the dividing line forming step may be performed after the protective material layer forming step.
- the protective material layer may be formed of a peeling sheet, and the method may further include a peeling step of peeling the protective material layer from the electrode after the cutting step.
- the electrode on the charge layer is a positive electrode
- the base is a negative electrode
- a p-type oxide semiconductor layer is formed between the positive electrode and the charge layer.
- An n-type oxide semiconductor layer may be formed between the negative electrode and the charge layer.
- FIG. 8 is a diagram for explaining a cutting position of a secondary battery according to a second embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the entire configuration of the secondary battery 10.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a basic cross-sectional configuration of the secondary battery 10.
- the secondary battery 10 is wound in a roll.
- the roll-shaped secondary battery 10 is formed by winding a sheet on which a laminate to be a battery is formed around the reel 51.
- the cutter 52 can cut out the secondary battery 10 into a predetermined size.
- the cutter 52 is a metal blade provided along the roll width direction.
- the cutter 52 cuts the leading end portion (portion A in FIG. 1) of the secondary battery 10 delivered from the reel 51. Thereby, the sheet-like secondary battery 10 is cut out.
- FIG. 2 shows a cross section of the secondary battery 10 after being cut, that is, the sheet-like secondary battery 10.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the cut-out secondary battery 10 (portion A in FIG. 1) along the roll width direction.
- the secondary battery 10 includes a laminate 20, an adhesive layer 18, and a protective material layer 19.
- the laminate 20 has a function as a battery.
- the stacked body 20 has a stacked structure in which the n-type oxide semiconductor layer 13, the charge layer 14, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the second electrode 17 are stacked in this order on the base material 11. .
- the surface (upper surface in FIG. 2) on which the n-type oxide semiconductor layer 13 of the substrate 11 is formed is referred to as a first surface 11 a.
- the surface (lower surface in FIG. 2) on which the pressure-sensitive adhesive layer 18 of the substrate 11 is provided is taken as a second surface 11 b.
- An adhesive layer 18 is formed on the second surface 11 b of the base 11 so as to cover the entire second surface 11 b.
- the pressure-sensitive adhesive layer 18 is formed of a pressure-sensitive adhesive having adhesiveness.
- the pressure-sensitive adhesive layer 18 is formed of a material such as rubber or resin.
- a paste-like or gel-like pressure-sensitive adhesive may be applied to the second surface 11 b of the substrate 11.
- an adhesive film or an adhesive sheet having adhesiveness on both sides may be attached to the second surface 11 b of the substrate 11.
- the pressure-sensitive adhesive layer 18 is formed in contact with the second surface 11 b of the substrate 11.
- a protective material layer 19 is formed on the second electrode 17 so as to cover the entire second electrode 17.
- the protective material layer 19 is formed in contact with the second electrode 17 to protect the second electrode 17.
- the protective material layer 19 is a peelable release sheet. By peeling off the protective material layer 19, the second electrode 17 is exposed.
- the secondary battery 10 after being cut shown in FIG. 2 has a laminated structure in which the laminate 20 having a function as a battery is disposed between the protective material layer 19 and the pressure-sensitive adhesive layer 18. doing.
- the protective material layer 19 is formed on one surface (upper surface in FIG. 2) of the secondary battery 10.
- the adhesive layer 18 is exposed on the other side (the lower surface in FIG. 2) which is exposed.
- the protective material layer 19 is the outer side, and the pressure-sensitive adhesive layer 18 is adhered to the protective material layer 19. Therefore, the rolled secondary battery 10 is in a state like a rolled adhesive tape (cellophane tape (registered trademark)). This facilitates handling.
- 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.
- Al aluminum
- Ag silver
- the base 11 is an insulating material, for example, a resin sheet is used as the base 11. That is, as the substrate 11, a sheet made of metal or resin can be used.
- 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.
- a precursor 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 also 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 secondary 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 secondary battery 10 includes the first electrode (base 11), the first conductivity type oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), and the charge layer. 14 and the second conductivity type semiconductor layer (p-type oxide semiconductor layer 16 or n-type oxide semiconductor layer 13) and the second electrode 17 may be stacked in this order.
- the sheet-like secondary battery 10 includes a first electrode (base material 11), a first conductivity type oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), a charge layer 14,
- the second conductive type semiconductor layer may be configured to include a layer other than the second electrode 17.
- 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.
- the battery 10 has a shape like a roll of adhesive tape.
- the sheet-like secondary battery 10 is manufactured by cutting out the tip portion of the cutter 52 delivered from the roll-like secondary battery 10 into a predetermined size. That is, the cutter 52 can cut the secondary battery 10 with a size corresponding to the size of the application.
- the degree of freedom in application design can be improved.
- a battery maker of the secondary battery 10 sells the roll-shaped secondary battery 10 as a product. Then, a user of the secondary battery 10 (for example, a device maker of an electronic device on which the secondary battery 10 is mounted) cuts out the secondary battery 10 with a size corresponding to the battery capacity necessary for the electronic device and the installation space. Can. That is, according to the present invention, the user can set the secondary battery 10 to a desired battery capacity and size without being restricted to a predetermined standard size. This allows the user to have a high degree of freedom in studying and designing the electronic device.
- the user can cut out the secondary battery 10 in a shape according to the size and shape of the electronic device to be used.
- the sheet-like secondary battery 10 can be cut out according to the shape of the case of the electronic device. Since the sheet-like secondary battery 10 can be cut into an arbitrary shape, the design of the electronic device can be improved and the size thereof can be reduced.
- the sheet-like secondary battery 10 is suitable for use in devices that require design characteristics such as wearable devices and the like that require downsizing, electronic POP advertisements, guidance displays, card-type LEDs, and reel-type LEDs. It is.
- the secondary battery 10 is cut by the cutter 52.
- a dividing line is formed in the vicinity of the cut portion in order to prevent a short circuit between the electrodes at the time of cutting.
- FIG. 3 is a top view and a cross-sectional view schematically showing the configuration of the discharged secondary battery 10.
- an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is shown.
- the X direction is the delivery direction of the secondary battery 10, that is, the roll length direction.
- the Y direction is the roll width direction, and the Z direction is the thickness direction of the secondary battery 10.
- the secondary battery 10 is provided with a plurality of dividing lines 33.
- each dividing line 33 is formed in a rectangular shape.
- the dividing line 33 is formed along the X direction and the Y direction. Specifically, the dividing line 33 is formed in a rectangular shape in which the X direction is the long side direction and the Y direction is the short side direction.
- the dividing line 33 divides the charging layer 14, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the second electrode 17.
- 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.
- the inner region 36 is formed in a rectangular shape.
- a plurality of rectangular dividing lines 33 are formed in the secondary battery 10.
- a plurality of rectangular dividing lines 33 are arranged at predetermined intervals in the roll length direction. Therefore, a plurality of inner regions 36 are formed side by side in the X direction. In FIG. 3, the sizes of the plurality of dividing lines 33 are the same, but may be different.
- 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, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the second electrode 17 are divided into a pattern in the inner region 36 and a pattern in the outer region 35. That is, the charge layer 14 and the positive electrode layer 22 in the inner region 36 have a pattern separated from the charge layer 14 and the positive electrode layer 22 in the outer region 35.
- the dividing line 33 does not divide the n-type oxide semiconductor layer 13 in FIG. 3, the n-type oxide semiconductor layer 13 may be divided. That is, the dividing line 33 may divide at least the charging layer 14 and the second electrode 17.
- the dividing line 33 is formed in the secondary battery 10. Then, the user cuts the secondary battery 10 at the cutting position (cutting line) 34.
- the secondary battery 10 is cut along the roll width direction.
- a cutting position 34 is formed in the outer area 35. Secondary battery 10 is cut along a straight line parallel to the Y direction at cutting position 34 in the XY plane view. The secondary battery 10 is cut at the cutting position 34 between the two dividing lines 33. That is, the cutting position 34 is disposed between two adjacent inner regions 36.
- forming the dividing line 33 can prevent a short circuit at the time of cutting. That is, even when the substrate 11 is cut by a laser or a metal blade, a short circuit between the negative electrode layer 21 and the positive electrode layer 22 in the inner region 36 can be prevented.
- a mark or the like serving as a mark at the X position between the inner regions 36, the user can easily determine the cutting position.
- the user who has purchased the rolled secondary battery 10 can cut the secondary battery 10 with a size according to the application. Assuming that the area corresponding to one inner region 36 is a unit area, the secondary battery 10 can be cut out with an area size N times (N is an integer of 1 or more) the unit area. The battery capacity corresponding to the unit area is taken as the unit capacity.
- the user cuts out the secondary battery 10 so that one sheet-like secondary battery 10 includes two inner regions 36.
- the cutting position 34 on the left side ( ⁇ X side) and the cutting position 34 on the middle side are not
- the cutter 52 cuts the secondary battery 10 at the cutting position 34 on the right side (+ X side).
- two sheet-like secondary batteries 10 include two inner regions 36.
- a sheet-like secondary battery 10 having a battery capacity twice as high as a unit capacity can be manufactured.
- the user can manufacture the secondary battery 10 having a battery capacity N times the unit capacity.
- the user can manufacture the secondary battery 10 of a desired size according to the application.
- FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing the secondary battery 10.
- the laminate 20 of the laminated structure shown in FIG. 2 is manufactured (S11). That is, the n-type oxide semiconductor layer 13, the charge layer 14, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the second electrode 17 are sequentially formed on the sheet-like base material 11. Thereby, the laminated body 20 used as the secondary battery 10 is prepared.
- S11 is a laminating step of laminating a charge layer having an n-type metal oxide material and an insulating material on the base material 11 (first electrode).
- the laminate 20 is preferably manufactured by a roll-to-roll method using a delivery unit and a winding unit.
- the dividing line 33 is formed in the secondary battery 10 by laser irradiation (S12).
- the sheet-like secondary battery 10 is irradiated with laser light by a laser processing apparatus such as a laser scribing apparatus. And a laser beam is scanned so that the irradiation position of the laser beam in the secondary battery 10 may be changed.
- the dividing line 33 is formed in the secondary battery 10, and it becomes a 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.
- a rectangular dividing line 33 as shown in the top view of FIG. 5 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 preferably has a closed shape. Thereby, the charge layer 14 of the outer region 35 and the positive electrode layer 22 are formed as an integrated pattern. In order to make the dividing line 33 a closed shape, the start point and the end point of the laser irradiation may be made to coincide.
- the adhesive layer 18 is formed in the base material 11 wound by roll shape (S13).
- the adhesive layer 18 is applied to the entire second surface 11 b of the substrate 11.
- the protective material layer 19 is formed on the base material 11 wound into a roll shape (S14).
- the protective material layer 19 is a release sheet, and is bonded to almost the entire second electrode 17. The processes from S11 to S14 are performed by the battery manufacturer of the secondary battery 10.
- the manufacturing process on the battery manufacturer side is not limited to the order shown in FIG.
- the protective material layer forming step of S14 may be performed after the adhesive layer forming step of S13.
- the parting line formation process of S12 may be implemented between the protective material layer formation process of S14 from the adhesive layer formation process of S13.
- the dividing line forming step of S12 may be performed after the protective material layer forming step of S14.
- the dividing line 33 may be formed by using a mask instead of the laser irradiation.
- film formation is performed using a mask.
- the second electrode 17, the p-type oxide semiconductor layer 16, and the charge layer 14 may be formed in a state in which the mask covers the position to be the dividing line 33.
- the dividing line 33 may be formed by combining mask film formation and laser irradiation.
- the dividing line 33 may be formed by depositing the second electrode 17 and the p-type oxide semiconductor layer 16 using a mask and irradiating the charge layer 14 with laser light.
- the user who has purchased the secondary battery 10 executes the steps after S15. Specifically, first, the user disconnects the secondary battery 10 (S15). As shown in FIG. 3, the cutter 52 cuts the secondary battery 10 at the cutting position 34 in the outer region 35. Secondary battery 10 is cut such that the cutting line does not cross dividing line 33A in the XY plan view. Also, the user can cut out the secondary battery 10 in an area N times the unit area.
- FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the secondary battery 10 in a state where the terminal 38 and the terminal 39 are connected.
- the terminal 38 on the positive electrode side is connected to the upper surface of the second electrode 17.
- the second electrode 17 is in contact with the peeled surface of the protective material layer 19, that is, the surface of the second electrode 17 opposite to the p-type oxide semiconductor layer 16 side.
- the terminal 39 on the negative electrode side is connected to the first surface 11 a of the substrate 11. That is, the terminal 39 is connected to the portion of the first surface 11 a of the base 11 where the n-type oxide semiconductor layer 13 is not provided. In other words, the terminal 39 is in contact with the portion of the n-type oxide semiconductor layer 13 where the substrate (first electrode) 11 is exposed on the first surface 11 a of the substrate 11.
- the secondary battery 10 can be manufactured. As described above, the secondary battery 10 can be cut out so that the user has N times the unit area. Therefore, the degree of freedom can be given to the size.
- the terminals 38 of the positive electrode are connected in the respective inner regions 36.
- the sheet-like secondary battery 10 having the above configuration can be manufactured in a shape according to the device to be used. For example, in an electronic device incorporating a secondary battery, the sheet-like secondary battery 10 is cut in accordance with the size of the case of the electronic device. Since the sheet-like secondary battery 10 can be set to a predetermined size, the design of the electronic device can be improved and the size thereof can be reduced. For example, the sheet-like secondary battery 10 is suitable for use in a device that needs to be downsized as a wearable device or the like, or a device that requires a design such as an electronic POP advertisement.
- an adhesive layer 18 is formed on the second surface 11 b of the substrate 11.
- the secondary battery 10 can be attached to a case or the like of the electronic device. That is, the secondary battery 10 is fixed by sticking the secondary battery 10 inside the case via the adhesive layer 18. Thereby, the secondary battery 10 can be easily installed in the case of the electronic device, and the productivity can be improved.
- the battery manufacturer can ship and sell the secondary battery 10 in a roll shape. Since the secondary battery 10 is manufactured by a roll to roll method, no damage or performance deterioration occurs even if the secondary battery 10 is wound in a roll shape. Furthermore, the roll-shaped secondary battery 10 may be shipped in a state where the secondary battery 10 is attached to a holder having the cutter 52. Thereby, it is possible to cut out the secondary battery 10 immediately before use.
- the protective material layer 19 may be a partially peelable release sheet.
- the protective material layer 19 may be provided with perforations so that only the connection points of the terminals 38 can be peeled off. Further, by forming a pressure-sensitive adhesive layer on the protective material layer 19, double-sided adhesion can be achieved. Thus, the secondary battery 10 can be handled like a double-sided tape.
- FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing the secondary battery 10A according to the second embodiment.
- 8 and 9 schematically show the structure of the secondary battery 10A in the respective steps.
- the process of forming the dividing line 33A is different from that of the first embodiment.
- the step (S24) of forming the dividing line 33A by laser irradiation includes the step of forming the protective material layer 19 (S23) and the step of cutting the secondary battery 10A (S25). It is carried out during the The basic configuration and manufacturing method of the secondary battery 10A other than the dividing line 33A are the same as those of the first embodiment, and thus the description will be appropriately omitted.
- the laminate 20 is manufactured (S21).
- the pressure-sensitive adhesive layer 18 is formed on the second surface 11 b of the substrate 11.
- the protective material layer 19 is formed on the second electrode 17.
- the secondary battery 10A is configured as shown in FIG.
- the manufacturing process (S21) of the laminate 20, the forming process (S22) of the pressure-sensitive adhesive layer 18, and the forming process (S23) of the protective material layer 19 are the same as S11, S13, and S14 of the first embodiment. Omit.
- the pressure-sensitive adhesive layer forming step of S22 may be performed after the protective material layer forming step of S23.
- the steps up to S23 are performed by the battery manufacturer.
- the dividing line 33A is formed on the secondary battery 10A by laser irradiation (S24).
- laser light is irradiated from the side of the protective material layer 19 to scan the laser light.
- the dividing line 33A divides the protective material layer 19, the positive electrode layer 22, and the charge layer 14.
- laser light is scanned along the Y direction. Therefore, the dividing line 33A crosses the secondary battery 10A in the roll width direction.
- the dividing line 33A is formed in a straight line parallel to the Y direction.
- the two dividing lines 33A are arranged close to each other.
- the region between the two dividing lines 33A arranged in proximity to each other is the outer region 35A.
- the outer region 35A is a band-like region extending in the Y direction.
- An area between the two outer areas 35A is an inner area 36A.
- the dividing line 33A is formed after the formation of the protective material layer 19. Therefore, the protective material layer 19 is also divided by the dividing line 33A. Therefore, the laser energy may be made higher than that of the first embodiment.
- the secondary battery 10A is disconnected (S25).
- the cutter 52 cuts the secondary battery 10A at the cutting position 34 in the outer area 35A.
- secondary battery 10A is cut along a straight line parallel to the Y direction. That is, as shown in FIG. 10, the secondary battery 10A is cut along the roll width direction between two adjacent dividing lines 33A. The secondary battery 10A is cut so that the cutting line does not cross the dividing line 33A in the XY plan view.
- the protective material layer 19 is peeled off from the second electrode 17 (S26). Then, the terminal is connected to the base 11 and the second electrode 17 (S27).
- the peeling step (S26) of the protective material layer 19 and the connection step (S27) of the terminal are the same as S16 and S17 of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.
- the sheet-like secondary battery 10A is manufactured. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. For example, a short circuit between the negative electrode layer 21 and the positive electrode layer 22 at the time of cutting can be prevented. Furthermore, in the present embodiment, the dividing line 33A is formed on the user side. Therefore, the user can cut out the secondary battery 10A in any size.
- the user can manufacture the secondary battery 10A of desired size and battery capacity. In other words, the roll length from which the user cuts out the secondary battery 10A can be set to an arbitrary length according to the required battery capacity. In addition, the user can change the size of the secondary battery 10A for each sheet.
- One roll-shaped secondary battery 10A can be used for various applications. Furthermore, since the area of the outer region 35A can be reduced, the secondary battery 10A can be manufactured efficiently. This can improve the productivity.
- the dividing line may be formed by mask film formation using a mask.
- the rectangular dividing line 33 may be formed as in the first embodiment.
- a straight dividing line 33A extending in the Y direction may be formed.
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Abstract
二次電池を所望の大きさとするための技術を提供すること。 本開示の実施の形態にかかる二次電池(10)は、基材(11)と、n型金属酸化物材料及び絶縁材料を有し、基材(11)の第1の面(11a)に形成された充電層(14)と、充電層(14)の上に形成された第2電極(17)と、第2電極(17)の上に形成された保護材層(19)と、基材(11)の第2の面(11b)の上に形成された粘着剤層(18)と、を備えている。
Description
本発明は、二次電池を所望の大きさと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、シート状二次電池として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二次電池を切断する場合、シート状二次電池の平面形状(単に形状とする)は矩形状のシート形状となる。ところで、シート状二次電池を利用するアプリケーションの種類は多種多様である。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。
電池のユーザ側でシート状二次電池を所望の電池容量、形状にしたいという要望がある。例えば、ユーザ側で、アプリケーションのサイズに応じた大きさで、シートロールからシート状二次電池を切断することができれば、アプリケーションのサイズ毎に最適な電池容量、形状にすることができる。
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所望の大きさとするための技術に提供することを目的とする。
本実施形態の一態様に係る二次電池は、基材と、n型金属酸化物材料及び絶縁材料を有し、前記基材の第1の面に形成された充電層と、前記充電層の上に形成された電極と、前記電極の上に形成された保護材層と、前記基材の第2の面の上に形成された粘着剤層と、を備えている。
上記の二次電池において、前記基材、前記充電層、前記電極、前記保護材層、及び前記粘着剤層で構成される積層物が、前記保護材層が外側となるようにロール状に巻き回されていてもよい。
上記の二次電池において、前記保護材層が前記電極から剥離可能に設けられた剥離シートであることが好ましい。
上記の二次電池において、前記電極、及び前記充電層を分割する分割線が設けられていることが好ましい。
上記の二次電池において、前記充電層の上の前記電極が正極となり、前記基材が負極となり、前記正極と前記充電層との間に、p型酸化物半導体層が形成され、前記負極と前記充電層との間に、n型酸化物半導体層が形成され、前記充電層、前記p型酸化物半導体層、及び前記電極が前記分割線により分割されていることが好ましい。
本実施形態の一態様に係る二次電池の製造方法は、基材の第1の面の上に、n型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層と、電極とを順次積層することで、積層体を製造する積層体製造工程と、前記基材の第2の面に、粘着剤層を形成する粘着剤層形成工程と、前記電極の上に、保護材層を形成する保護材層形成工程と、前記電極、前記充電層を分割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、隣接する2つの前記分割線の間にある切断位置において、前記基材の幅方向に沿って、二次電池を切断する切断工程をさらに備えていてもよい。
上記の製造方法において、前記分割線形成工程では、レーザ照射により分割線が形成されていることが好ましい。
上記の製造方法において、前記分割線形成工程が、前記保護材層形成工程の前に実施されてもよい。
上記の製造方法において、前記分割線形成工程が、前記保護材層形成工程の後に実施されていてもよい。
上記の製造方法において、前記保護材層が剥離シートにより形成され、前記切断工程の後、前記保護材層を前記電極から剥離する剥離工程をさらに備えていてもよい。
上記の製造方法において、前記積層体において、前記充電層の上の前記電極が正極となり、前記基材が負極となり、前記正極と前記充電層との間に、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。
本発明によれば、二次電池を所望の大きさと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。
実施の形態1.
図1、及び図2を用いて、二次電池10について説明する。図1は、二次電池10の全体構成を模式的に示す斜視図である。図2は、二次電池10の基本的な断面構成を示す断面図である。
図1、及び図2を用いて、二次電池10について説明する。図1は、二次電池10の全体構成を模式的に示す斜視図である。図2は、二次電池10の基本的な断面構成を示す断面図である。
図1に示すように、二次電池10は、ロール状に巻き回されている。具体的には、電池になる積層体が形成されたシートをリール51の周りに巻き回すことで、ロール状の二次電池10が形成される。カッター52は、二次電池10を所定の大きさに切り出すことができる。例えば、カッター52は、ロール幅方向に沿って設けられた金属刃である。カッター52は、リール51から送り出された二次電池10の先端部分(図1中のA部)を切断する。これにより、シート状の二次電池10が切り出される。
図2は、切断された後の二次電池10、すなわち、シート状の二次電池10の断面を示している。図2は、切り出された二次電池10(図1中のA部)のロール幅方向に沿った断面図である。図2に示すように、二次電池10は、積層体20と、粘着剤層18と、保護材層19と、を備えている。
二次電池10の構成要素のうち積層体20が電池としての機能を有する。積層体20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構造を有している。ここで、基材11のn型酸化物半導体層13が形成されている面(図2中の上面)を第1の面11aとする。一方、基材11の粘着剤層18が設けられている面(図2中の下面)を第2の面11bとする。
基材11の第2の面11bには、第2の面11bの全体を覆うように粘着剤層18が形成されている。粘着剤層18は、粘着性を有する粘着剤によって形成されている粘着剤層18は、ゴムや樹脂等の材料により形成されている。粘着剤層18として、ペースト状やゲル状の粘着剤を基材11の第2の面11bに塗布してもよい。あるいは、両面に粘着性を有する粘着フィルム又は粘着シートを、基材11の第2の面11bに貼り合わせてもよい。粘着剤層18は、基材11の第2の面11bと接するように形成されている。
第2電極17上には、第2電極17の全体を覆うように保護材層19が形成されている。保護材層19は、第2電極17と接するように形成されており、第2電極17を保護している。保護材層19は、剥離可能な剥離シートである。保護材層19を剥離することで、第2電極17が露出する。
このように、図2に示す切断された後の二次電池10は、電池としての機能を有する積層体20が保護材層19と粘着剤層18との間に配置されている積層構造を有している。換言すると、切断する前であっても、二次電池10が送り出されてシート状になった状態では、二次電池10の一方の面(図2中の上面)には、保護材層19が露出しており、他方の面(図2中の下面)には、粘着剤層18が露出している。一方、図1に示すように二次電池10をロール状に巻き回した状態では、保護材層19が外側となっており、粘着剤層18が保護材層19に接着される。したがって、ロール状の二次電池10は、ロール状の接着テープ(セロハンテープ(登録商標))のような状態となる。これにより、取り扱いが容易になる。
以下、充電可能な電池として機能する積層体20の詳細な構成を説明する。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を絶縁材料とする場合、例えば、樹脂シートが基材11として用いられる。すなわち、基材11は、金属や樹脂からなるシートを用いることができる。
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。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。
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、シート状の二次電池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、シート状の二次電池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、シート状の二次電池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。
上記の様な構成の積層体20を粘着剤層18と保護材層19との間に配置した図2に示す積層構造を有するシート状の電池10が図1に示すようにリール51にロール状に巻き回されている。この状態では、電池10がロール状の接着テープのような形状を有している。カッター52がロール状の二次電池10から送り出された先端部分を所定の大きさで切り出すことで、シート状の二次電池10が製造される。すなわち、アプリケーションのサイズに応じた大きさで、カッター52が二次電池10を切断することができる。よって、アプリケーションのデザインの自由度を向上することができる。
例えば、二次電池10の電池メーカは、ロール状の二次電池10を製品として販売する。そして、二次電池10のユーザ(例えば、二次電池10を搭載する電子機器の機器メーカ)は、電子機器に必要な電池容量、設置するスペースに応じた大きさで二次電池10を切り出すことができる。すなわち、本発明によれば、ユーザは、予め定められた規格サイズに縛られることなく、二次電池10を所望の電池容量や大きさとすることができる。これにより、ユーザが電子機器を検討、設計する際の自由度を高くすることができる。
ユーザは、使用する電子機器のサイズ、形状に応じた形状で二次電池10を切り出すことが可能である。例えば、二次電池10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、シート状の二次電池10を切り出すことができる。シート状の二次電池10を任意の形状に切り出すことができるため、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、シート状の二次電池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、案内ディスプレイ、カード型LED、リール型LED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。
上記のように、二次電池10は、カッター52で切断される。本実施の形態では、切断時における電極同士の短絡を防ぐために、切断箇所の近傍に分割線を形成している。
以下、切断箇所の近傍に設けられる分割線について、図3を用いて説明する。図3は、送り出された二次電池10の構成を模式的に示す上面図、及び断面図である。図3においては、XYZ3次元直交座標系が示されている。X方向は、二次電池10の送り出し方向、すなわち、ロール長方向となっている。Y方向はロール幅方向となっており、Z方向は二次電池10の厚さ方向となっている。
図3に示すように、二次電池10には、複数の分割線33が設けられている。XY平面視において、それぞれの分割線33は、矩形状に形成されている。分割線33は、X方向、及びY方向に沿って形成されている。具体的には、分割線33はX方向を長辺方向とし、Y方向を短辺方向とする矩形状に形成されている。分割線33は、充電層14、p型酸化物半導体層16、及び第2電極17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。内側領域36は矩形状に形成されている。
二次電池10には、矩形状の分割線33が複数形成されている。複数の矩形状の分割線33がロール長方向に所定の間隔で配置されている。よって、複数の内側領域36がX方向に並んで形成されている。図3において、複数の分割線33の大きさは同じとなっているが、異なっていてもよい。
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、p型酸化物半導体層16、及び第2電極17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にある充電層14、及び正極層22は、外側領域35にある充電層14、及び正極層22から分離したパターンとなる。図3では分割線33がn型酸化物半導体層13を分割してないが、n型酸化物半導体層13を分割してもよい。すなわち、分割線33は、少なくとも充電層14、及び第2電極17を分割していればよい。
このように、二次電池10に分割線33を形成する。そして、ユーザは、切断位置(切断線)34で二次電池10を切断する。二次電池10は、ロール幅方向に沿って切断される。切断位置34は外側領域35に形成される。XY平面視において、切断位置34にあるY方向と平行な直線に沿って、二次電池10が切断される。2つの分割線33の間にある切断位置34において、二次電池10が切断される。すなわち、切断位置34は隣接する2つの内側領域36の間に配置される。
このように、分割線33を形成することで、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を切断した場合でも、内側領域36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。内側領域36の間のX位置に目印となるマーク等を形成することで、ユーザが容易に切断位置を決定することができる。
さらに、ロール状の二次電池10を購入したユーザが、アプリケーションに応じた大きさで二次電池10を切断することができる。1つの内側領域36に対応する面積を単位面積とすると、単位面積のN倍(Nは1以上の整数)の面積の大きさで二次電池10を切り出すことができる。単位面積に対応する電池容量を単位容量とする。
例えば、単位容量の2倍の電池容量を得たい場合、1枚のシート状の二次電池10が2つの内側領域36を含むように、ユーザが二次電池10を切り出す。具体的には、図3の断面図に示された3つの切断位置34のうち、真ん中の切断位置34では、二次電池10を切断せずに、左側(-X側)の切断位置34と、右側(+X側)の切断位置34において、カッター52が二次電池10を切断する。これにより、1枚のシート状の二次電池10に2つの内側領域36が含まれる。単位容量の2倍の電池容量を有するシート状の二次電池10を製造することができる。ユーザが単位容量のN倍の電池容量を有する二次電池10を製造することができる。よって、ユーザは、アプリケーションに応じて、所望の大きさの二次電池10を製造することができる。
次に、図4を用いて、本実施の形態にかかる二次電池10の製造方法について説明する。図4は、二次電池10の製造方法を示すフローチャートである。
まず、図2に示す積層構造の積層体20を製造する(S11)。すなわち、シート状の基材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を順番に形成していく。これにより、二次電池10となる積層体20が用意される。S11は、基材11(第1電極)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積層する積層工程である。送り出しユニットと、巻取りユニットを用いたロールトゥロール(Roll to Roll)方式により、積層体20を製造することが好ましい。
次に、レーザ照射により、二次電池10に分割線33を形成する(S12)。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の二次電池10に照射する。そして、二次電池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、二次電池10に分割線33が形成されて、図5に示すような構成となる。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が、n型酸化物半導体層13は分割されていてもよい。
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5の上面図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。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
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
そして、ロール状に巻き回された基材11に粘着剤層18を形成する(S13)。ここでは、基材11の第2面11bの全体に粘着剤層18が塗布される。次に、ロール状に巻き回された基材11に保護材層19を形成する(S14)。保護材層19は、剥離シートであり、第2電極17のほぼ全体に貼り合わせられる。S11~S14までの工程は、二次電池10の電池メーカ側で実施される。
電池メーカ側における製造工程は、図4に示す順番に限られない。例えば、S14の保護材層形成工程をS13の粘着剤層形成工程の後に行ってもよい。また、S12の分割線形成工程は、S13の粘着剤層形成工程からS14の保護材層形成工程の間に実施されてもよい。あるいは、S12の分割線形成工程は、S14の保護材層形成工程の後で実施されていてもよい。
また、分割線33は、レーザ照射によらず、マスクを用いることで形成されていてもよい。例えば、第2電極17、p型酸化物半導体層16、及び充電層14の形成工程において、マスクを用いた成膜を行う。分割線33となる位置をマスクが覆った状態で、第2電極17、p型酸化物半導体層16、及び充電層14が形成されていればよい。また、マスク成膜とレーザ照射とを組み合わせて、分割線33を形成してもよい。例えば、第2電極17、p型酸化物半導体層16がマスクを用いて成膜され、充電層14にレーザ光が照射されることで、分割線33が形成されていてもよい。
そして、二次電池10を購入したユーザ側でS15以降のステップを実行する。具体的には、まず、ユーザが二次電池10を切断する(S15)。図3に示すように、外側領域35にある切断位置34で、カッター52が二次電池10を切断する。XY平面視において、切断線が分割線33Aと交差しないように、二次電池10が切断される。また、ユーザが、二次電池10を単位面積のN倍の面積で切り出すことができる。
次に、剥離シートである保護材層19を二次電池10から剥離する(S16)。そして、基材11と第2電極17とにそれぞれ端子を接続する(S17)。図6は、端子38、及び端子39を接続した状態の二次電池10を模式的に示す断面図である。
正極側の端子38は、第2電極17の上面に接続されている。第2電極17の保護材層19が剥離された面、すなわち、第2電極17のp型酸化物半導体層16側と反対側の面と接触している。負極側の端子39は、基材11の第1の面11aに接続されている。すなわち、端子39は、基材11の第1の面11aにおいて、n型酸化物半導体層13が設けられていない箇所に接続されている。換言すると、端子39は、基材11の第1の面11aにおいて、n型酸化物半導体層13から基材(第1電極)11が露出した部分に接触している。
このようにすることで、二次電池10を製造することができる。上記のように、ユーザが単位面積のN倍となるように、二次電池10を切り出すことができる。よって、大きさに自由度を持たせることができる。1枚のシート状の二次電池10が2つ以上の内側領域36を有する場合、それぞれの内側領域36において、正極の端子38を接続する。
上記の構成を有するシート状の二次電池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大きさに応じて、シート状の二次電池10を切断する。シート状の二次電池10を所定の大きさ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、シート状の二次電池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、基材11の第2の面11bには、粘着剤層18が形成されている。これにより、二次電池10を、電子機器のケース等に貼り付けることができる。すなわち、粘着剤層18を介して、二次電池10をケースの内部に貼り付けることで、二次電池10が固定される。これにより、二次電池10を容易に電子機器のケース内に設置することができ、生産性を向上することができる。
また、電池メーカは、二次電池10をロール形状にした状態で出荷、販売することができる。二次電池10は、ロールトゥロール(Roll to Roll)方式で製造されているため、ロール状に巻き回された状態となっていても、損傷や性能劣化が生じることはない。さらに、カッター52を有するホルダに二次電池10を取り付けた状態でロール状の二次電池10を出荷してもよい。これにより、使用直前での二次電池10の切り出しが可能となる。
保護材層19を部分的に剥離可能な剥離シートとしてもよい。例えば、端子38の接続箇所のみが剥離可能なように、保護材層19にミシン目を設けてもよい。また、保護材層19の上に、さらに、粘着剤層を形成することで、両面接着が可能となる。これにより、両面テープのように、二次電池10を取り扱うことが可能となる。
実施の形態2.
本実施の形態2にかかる二次電池の構成、及び製造方法について、図7~図9を用いて説明する。図7は、本実施の形態2にかかる二次電池10Aの製造方法を示すフローチャートである。図8、図9は各工程における二次電池10Aの構成を模式的に示す図である。
本実施の形態2にかかる二次電池の構成、及び製造方法について、図7~図9を用いて説明する。図7は、本実施の形態2にかかる二次電池10Aの製造方法を示すフローチャートである。図8、図9は各工程における二次電池10Aの構成を模式的に示す図である。
本実施の形態では、分割線33Aの形成工程が、実施の形態1と異なっている。具体的には、図7に示すように、レーザ照射により分割線33Aを形成する工程(S24)が、保護材層19の形成工程(S23)と、二次電池10Aの切断工程(S25)との間に実施されている。分割線33A以外の二次電池10Aの基本的な構成及び製造方法は、実施の形態1と同様であるため、適宜、説明を省略する。
以下、図7のフローチャートに沿って、説明する。まず、実施の形態1と同様に、積層体20を製造する(S21)。次に、基材11の第2の面11bに粘着剤層18を形成する。そして、第2電極17の上に、保護材層19を形成する。このようにすることで、二次電池10Aは図8に示す構成となる。積層体20の製造工程(S21)、粘着剤層18の形成工程(S22)、保護材層19の形成工程(S23)は、実施の形態1のS11、S13、S14と同様であるため、説明を省略する。S22の粘着剤層形成工程は、S23の保護材層形成工程の後に実施されていてもよい。S23までの工程は、電池メーカ側で実施される。
次に、ユーザ側での工程について説明する。まず、レーザ照射により、二次電池10Aに分割線33Aを形成する(S24)。本実施の形態では、保護材層19側からレーザ光を照射して、レーザ光を走査する。これにより、図9に示す構成となる。分割線33Aは、保護材層19、正極層22、及び充電層14を分割している。本実施では、レーザ光は、Y方向に沿って走査されている。したがって、分割線33Aは、ロール幅方向に、二次電池10Aを横断している。分割線33Aは、Y方向と平行な直線状に形成されている。
図9に示すように2本の分割線33Aは近接して配置されている。ここで、近接して配置された2本の分割線33Aの間の領域が外側領域35Aとなる。外側領域35Aは、Y方向に延びる帯状の領域となる。2つの外側領域35Aの間の領域が内側領域36Aとなる。また、本実施の形態では、保護材層19の形成後に分割線33Aが形成されている。よって、保護材層19も、分割線33Aによって分割されている。したがって、レーザエネルギーを実施の形態1よりも高くすればよい。
そして、二次電池10Aを切断する(S25)。ここでは、外側領域35Aにある切断位置34において、カッター52が二次電池10Aを切断する。実施の形態1と同様に、Y方向と平行な直線に沿って、二次電池10Aが切断される。すなわち、図10に示すように、近接する2つの分割線33Aの間において、二次電池10Aがロール幅方向に沿って切断される。XY平面視において、切断線が分割線33Aと交差しないように、二次電池10Aが切断される。
次に、保護材層19を第2電極17から剥離する(S26)。そして、端子を、基材11、及び第2電極17に接続する(S27)。保護材層19の剥離工程(S26)と、端子の接続工程(S27)は、実施の形態1のS16、S17と同様であるため説明を省略する。
このようにすることで、シート状の二次電池10Aが製造される。よって、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。例えば、切断時における負極層21と正極層22との短絡を防ぐことができる。さらに、本実施の形態では、ユーザ側で分割線33Aを形成している。よって、ユーザが任意の大きさで二次電池10Aを切り出すことができる。ユーザが、所望の大きさ、電池容量の二次電池10Aを製造することができる。換言すると、必要な電池容量に応じて、ユーザが二次電池10Aを切り出すロール長を任意の長さにすることができる。また、ユーザが、シート毎に、二次電池10Aの大きさを変えることも可能である。1つのロール状の二次電池10Aを様々なアプリケーションに利用することができる。さらに、外側領域35Aの面積を小さくすることができるため、効率よく二次電池10Aを製造することができる。これにより、生産性を向上することができる。
実施の形態2においても、マスクを用いたマスク成膜によって、分割線を形成してもよい。実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、矩形状の分割線33を形成してもよい。あるいは、実施の形態1において、Y方向に延びる直線状の分割線33Aを形成してもよい。
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。
この出願は、2017年7月5日に出願された日本出願特願2017-131760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 二次電池
11 基材
13 n型酸化物半導体層
14 充電層
16 p型酸化物半導体層
17 第2電極
18 粘着剤層
19 保護材層
20 積層体
21 負極層
22 正極層
33 分割線
34 切断位置
35 外側領域
36 内側領域
38 端子
39 端子
51 リール
52 カッター
11 基材
13 n型酸化物半導体層
14 充電層
16 p型酸化物半導体層
17 第2電極
18 粘着剤層
19 保護材層
20 積層体
21 負極層
22 正極層
33 分割線
34 切断位置
35 外側領域
36 内側領域
38 端子
39 端子
51 リール
52 カッター
Claims (12)
- 基材と、
n型金属酸化物材料及び絶縁材料を有し、前記基材の第1の面に形成された充電層と、
前記充電層の上に形成された電極と、
前記電極の上に形成された保護材層と、
前記基材の第2の面の上に形成された粘着剤層と、を備える二次電池。 - 前記基材、前記充電層、前記電極、前記保護材層、及び前記粘着剤層で構成される積層物が、前記保護材層が外側となるようにロール状に巻き回されている請求項1に記載の二次電池。
- 前記保護材層が前記電極から剥離可能に設けられた剥離シートである請求項1、又は2に記載の二次電池。
- 前記電極、及び前記充電層を分割する分割線が設けられている請求項1~3のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記充電層の上の前記電極が正極となり、
前記基材が負極となり、
前記正極と前記充電層との間に、p型酸化物半導体層が形成され、
前記負極と前記充電層との間に、n型酸化物半導体層が形成され、
前記充電層、前記p型酸化物半導体層、及び前記電極が前記分割線により分割されている請求項4に記載の二次電池。 - 基材の第1の面の上に、n型金属酸化物材料及び絶縁材料を有する充電層と、電極とを順次積層することで、積層体を製造する積層体製造工程と、
前記基材の第2の面に、粘着剤層を形成する粘着剤層形成工程と、
前記電極の上に、保護材層を形成する保護材層形成工程と、
前記電極、及び前記充電層を分割する分割線を形成する分割線形成工程と、
を備えた二次電池の製造方法。 - 隣接する2つの前記分割線の間にある切断位置において、ロール状の基材のロール幅方向に沿って、二次電池を切断する切断工程を、備えた請求項6に記載の二次電池の製造方法。
- 前記分割線形成工程では、レーザ照射により分割線が形成される請求項6、又は7に記載の二次電池の製造方法。
- 前記分割線形成工程が、前記保護材層形成工程の前に実施される請求項6~8のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
- 前記分割線形成工程が、前記保護材層形成工程の後に実施される請求項6~8のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
- 前記保護材層が剥離シートにより形成され、
切断工程の後、前記保護材層を前記電極から剥離する剥離工程をさらに備える請求項6~10のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記積層体において、
前記電極が正極となり、
前記基材が負極となり、
前記正極と前記充電層との間に、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6~11のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法。
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