裝置、二次電池、制造方法及電子設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝置、二次電池、制造方法及電子設備，提供一種具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池。如果通過在最后完成二次電池前在大量的電解液中預先對正極進行電化學反應而可以得到穩(wěn)定的正極，使用該正極完成二次電池，則可以制造可靠性高的二次電池。進而，如果關于負極也同樣地通過在大量的電解液中預先對負極進行電化學反應而完成二次電池，則可以制造可靠性高的二次電池。
【專利說明】
裝置、二次電池、制造方法及電子設備
技術領域
[0001]本發(fā)明的一個方式涉及一種半導體裝置、顯示裝置、發(fā)光裝置、蓄電裝置、它們的驅(qū)動方法或者它們的制造方法。特別涉及蓄電池的制造裝置。
[0002]另外，在本發(fā)明書中，電子設備是指通過被供應電力而工作的所有裝置，包括電源的電子設備、作為電源例如包括蓄電池的電子設備及電光學裝置、包括蓄電池的信息終端裝置以及包括蓄電池的車輛等都是電子設備。
【背景技術】
[0003]近年來，對以智能手機為代表的便攜式信息終端的開發(fā)活躍。使用者期待作為電子設備的一種的便攜式信息終端是輕質(zhì)且小型的。
[0004]作為在任何地方并且雙手的自由不被束縛而可以通過視覺獲得信息的可穿戴設備的一個例子，公開了專利文獻I。在專利文獻I中，公開了能夠進行通信且包含CPU的護目鏡型顯示裝置。專利文獻I所公開的裝置也包括在電子設備的范疇內(nèi)。
[0005]可穿戴設備、便攜式信息終端大多安裝有可以反復充放電的蓄電池(二次電池)，因為可穿戴設備、便攜式信息終端為輕質(zhì)、小型，所以產(chǎn)生其操作時間受到限制的問題。作為安裝在可穿戴設備、便攜式信息終端中的二次電池，要求輕質(zhì)化、小型化、能夠長時間使用。
[0006]作為二次電池，可以舉出鎳氫電池、鋰離子二次電池等。其中，因為鋰離子二次電池能夠?qū)崿F(xiàn)高容量化及小型化，所以其開發(fā)日益火熱。
[0007]在鋰離子二次電池中，作為被用作正極或負極的電極，使用金屬鋰、碳類材料、合金類材料等。鋰離子二次電池根據(jù)電解質(zhì)的種類而被分為金屬鋰電池、鋰離子二次電池、鋰聚合物二次電池。另外，根據(jù)收容電極、電解質(zhì)的外包裝材料的種類而被分為薄型電池(也稱為分層型電池)、圓筒型電池、硬幣型電池、方型電池等。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻1:日本專利申請公開2005-157317號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在制造使用電解液的鋰離子二次電池時，利用外包裝材料包圍正極(例如包含鋰的氧化物材料)、負極(例如碳)或其他構件，對被包圍的區(qū)域中注入電解液并進行密封，由此制造鋰離子二次電池。并且，在制造鋰離子二次電池后進行第一次充電?；蛘咴诿芊馇斑M行第一次充電。
[0011]第一次充電也稱為初期充電，在電極表面或電極與電解液的界面發(fā)生化學反應。有時因正極附近或負極附近的電解液的分解而產(chǎn)生氣體，一般而言該傾向在負極附近較為明顯，但當將高電位的活性物質(zhì)用于正極時，在正極附近也容易產(chǎn)生氣體。另外，在充電時從包含鋰的氧化物材料釋放出的鋰離子會移動到負極而嵌入負極，此時，電解液分解而產(chǎn)生的生成物(生成物A)與鋰起反應，有時生成對于嵌入鋰來說不需要的成分(生成物B)。該生成物B影響到鋰離子等的移動，有可能導致電池特性的變化。并且，為了形成生成物B，會消耗電池內(nèi)部的鋰，這對電池容量來說是對毫無關聯(lián)的成分的消耗，另外，不從外部補充鋰，因此有效的載體離子減少，電池的容量也相應地降低。
[0012]不限于初期充電，當在二次電池內(nèi)產(chǎn)生氣體時，被密封的區(qū)域膨脹而二次電池鼓起，有可能導致電池特性的劣化。
[0013]本發(fā)明的一個方式的目的之一是提供一種具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造裝置。
[0014]本發(fā)明的一個方式的另一個目的是提供一種具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造方法。
[0015]本發(fā)明的一個方式的另一個目的是提供一種能夠用于具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造的新穎的電解液。
[0016]本發(fā)明的一個方式的另一個目的是提供一種新穎的鋰離子二次電池、新穎的鋰離子二次電池的制造裝置、新穎的鋰離子二次電池的制造方法以及新穎的電解液。注意，上述目的的記載并不妨礙其他目的的存在。另外，本發(fā)明的一個方式并不需要實現(xiàn)所有上述目的。另外，可以從說明書、附圖、權利要求書的描述中抽取上述目的以外的目的。
[0017]在本發(fā)明的一個方式中，在二次電池的制造過程中，在大量的電解液中使正極發(fā)生電化學反應，預先充分地形成反應生成物，典型的是生成氣體，然后制造使用反應后的正極的二次電池。
[0018]如果通過在最后完成二次電池前在大量的電解液中預先對正極進行電化學反應而得到穩(wěn)定的正極，使用該正極完成二次電池，則可以制造可靠性高的二次電池。另外，因初期充電而大量的電解液的一部分也會變質(zhì)，但是不使用含有該生成物的大量的電解液來制造二次電池，而使用另外準備的少量的電解液來制造二次電池。只要使用進行了初期充電的正極，就幾乎不會產(chǎn)生與少量的電解液的反應生成物。
[0019]另外，不限于正極，關于負極也通過在最后完成二次電池前在電解液中預先對負極進行電化學反應，也可以得到穩(wěn)定的負極。
[0020]當在制造二次電池前進行初期充電時，從工作效率或設備等不復雜的觀點看來，優(yōu)選在大氣環(huán)境中進行初期充電。當在大氣環(huán)境中進行初期充電時，大氣中的水分等溶解于電解液而成為雜質(zhì)，在初期充電時混入電極，由此有可能使電極特性劣化。對此，在本發(fā)明的一個方式的制造裝置及制造方法中，在電解液中混合容易與雜質(zhì)起反應的成分，并使該成分與雜質(zhì)起反應，由此能夠俘獲雜質(zhì)。這就是本發(fā)明的一個方式的制造裝置及制造方法的特征。由此，可以抑制在電極的預處理時雜質(zhì)混入電極，從而提高電極特性。
[0021]本發(fā)明的一個方式的電池的制造裝置包括:容器;保持第一至第三電極的單元;控制單元；以及線。容器具有儲存電解液的功能。控制單元具有對第一至第三電極施加電位的功能。并且，本發(fā)明的一個方式的電化學反應裝置包括:容器;第一電極;第二電極;第三電極；電解液；以及控制單元。電解液放在容器中，并且包含鋰及鋰以外的堿金屬。第一電極、第二電極及第三電極分別分開地位于電解液中。控制單元具有對第一電極、第二電極及第三電極施加電位的功能。
[0022]本發(fā)明的另一個方式的電池的制造方法包括如下步驟:在容器中儲存電解液，將第一至第三電極浸漬在電解液中，并對第一電極施加電位的第一工序；以及對第二電極及第三電極施加電位來引起電化學反應的第二工序。電解液包含鋰及鋰以外的堿金屬。在第一工序中施加于第一電極的電位為鋰的平衡電位以上且低于鋰以外的堿金屬的平衡電位的電位。在第一工序中，鋰以外的堿金屬析出于第一電極的表面。在第二工序中，析出于第一電極表面的鋰以外的堿金屬與雜質(zhì)起反應。
[0023]在上述電池的制造方法中，鋰以外的堿金屬優(yōu)選包含Na、K、Rb、Cs和Fr中的至少一種。尤其是，優(yōu)選包含Na和K中的至少一種。在上述電池的制造方法中，第一電極優(yōu)選包含鋰以外的堿金屬。在上述電池的制造方法中，第二電極優(yōu)選包含金屬鋰。
[0024]本發(fā)明的一個方式的電池的制造方法的特征在于:將電極的處理工序分為三個步驟來進行。三個步驟的工序是:(I)將第一電極的電位設定為鋰的平衡電位以上且低于鋰以外的堿金屬的平衡電位的電位，將溶解在電解液中的鋰以外的堿金屬離子以堿金屬的狀態(tài)析出于第一電極表面；(2)使析出于第一電極表面的鋰以外的堿金屬與雜質(zhì)起反應；(3)對第二電極及第三電極施加電位來進行初期充電。注意，優(yōu)選在堿金屬析出于第一電極的表面后切換第一電極的電位。
[0025]作為在第一電極上析出鋰以外的堿金屬的方法，可以利用使第一電極與控制裝置電連接來調(diào)節(jié)第一電極的電位的方法。
[0026]在本發(fā)明的一個方式的二次電池的制造方法中使用的電解液的特征在于包含:在將處理后的電極用作二次電池時成為載流子的鋰離子；以及在去除雜質(zhì)時使用的鋰離子以外的堿金屬離子。
[0027]調(diào)節(jié)第一電極的電位，使溶解在電解液中的鋰以外的堿金屬析出于第一電極表面，進而通過使所析出的鋰以外的堿金屬與溶解在電解液中的水、氧等雜質(zhì)起反應來去除雜質(zhì)。
[0028]此時，作為調(diào)節(jié)第一電極的電位的方法，可以利用如下方法:切換開關等來截斷或連接第一電極和與其電連接的控制裝置的導通，或者，調(diào)節(jié)與第一電極電連接的控制裝置的電位。
[0029]當為了去除雜質(zhì)而將堿金屬直接浸漬在電解液中以使其與水、氧等雜質(zhì)起反應時，需要將堿金屬搬送到容器中，但一般而言堿金屬接觸大氣就會快速地起反應，所以難以搬送。于是，作為第一電極，在此不使用堿金屬，而使用幾乎不與電解液起反應的材料。在電解液中使鋰以外的堿金屬析出于第一電極上，使所析出的鋰以外的堿金屬與雜質(zhì)起反應，由此去除雜質(zhì)。由此，可以無需在大氣中處理富有反應性的堿金屬而得到與將堿金屬浸漬在電解液中同樣的效果。這就是本發(fā)明的一個方式的二次電池的制造裝置及二次電池的制造方法的特征。
[0030]另外，一般而言堿金屬大多為箔狀或塊狀，而其表面幾乎都是平坦的。但是，在利用本發(fā)明的一個方式而在第一電極上析出的鋰以外的堿金屬的情況下，析出而形成的表面的平坦性根據(jù)鋰以外的堿金屬析出的速度而變化。因此，通過調(diào)節(jié)鋰以外的堿金屬的析出速度，可以改變表面的凹凸狀態(tài)，根據(jù)條件，可以增大鋰以外的堿金屬的表面積，因此可以促進鋰以外的堿金屬與電解液中的雜質(zhì)的反應性。
[0031]另外，所析出的鋰以外的堿金屬的表面狀態(tài)依賴于第一電極的表面狀態(tài)。如果在第一電極的表面形成凹凸，則鋰以外的堿金屬沿著其表面析出，因此也可以利用該方法來增大鋰以外的堿金屬的表面積。由此，可以促進鋰以外的堿金屬與電解液中的雜質(zhì)的反應性。
[0032 ]注意，第二電極是對電極。另外，第三電極是進行初期充電的二次電池的正極或負極。對第二電極與第三電極之間施加電場來進行初期充電。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，可以提供一種具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造裝置。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一個方式，可以提供一種具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造方法。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一個方式，可以提供一種能夠用于具有穩(wěn)定的充電特性及壽命特性的鋰離子二次電池的制造的新穎的電解液。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，可以提供一種新穎的鋰離子二次電池、新穎的鋰離子二次電池的制造裝置、新穎的鋰離子二次電池的制造方法以及新穎的電解液。注意，上述效果的記載并不妨礙其他效果的存在。另外，本發(fā)明的一個方式并不需要具有所有例示的效果。
【附圖說明】
[0037]圖1是示出本發(fā)明的一個方式的制造裝置的示意性立體圖；
[0038]圖2A及圖2B是示出本發(fā)明的一個方式的制造裝置的示意圖；
[0039]圖3是示出本發(fā)明的一個方式的二次電池的制造方法的流程圖；
[0040]圖4A至圖4F是示出本發(fā)明的一個方式的薄型二次電池的制造工序的圖；
[0041]圖5A及圖5B是說明可以用于二次電池的正極活性物質(zhì)的截面圖；
[0042]圖6A至圖6C是說明硬幣型二次電池及圓筒型二次電池的圖；
[0043]圖7是說明薄型蓄電池的圖；
[0044]圖8A及圖8B是說明薄型蓄電池的截面圖；
[0045]圖9A及圖9B是說明薄型蓄電池的圖；
[0046]圖1OA及圖1OB是說明薄型蓄電池的圖；
[0047]圖11是說明薄型蓄電池的圖；
[0048]圖12A至圖12C是說明面的曲率半徑的圖；
[0049 ]圖13A至圖13D是說明薄膜的曲率半徑的圖；
[0050]圖14A至圖14C是說明二次電池的結(jié)構例子的立體圖、俯視圖及截面圖；
[0051]圖15A至圖1?是說明二次電池的制造方法的例子的圖；
[0052]圖16A、圖16B、圖16C1、圖16C2及圖16D是說明二次電池的結(jié)構例子的立體圖、俯視圖及截面圖；
[0053]圖17A至圖17D是說明二次電池的制造方法的例子的圖；
[0054]圖18A及圖18B是用來說明蓄電系統(tǒng)的例子的圖；
[0055]圖19A1、圖19A2、圖19B1及圖19B2是用來說明蓄電系統(tǒng)的例子的圖；
[0056]圖20A及圖20B是用來說明蓄電系統(tǒng)的例子的圖；
[0057]圖21A至圖21G是說明電子設備的一個例子的圖；
[0058]圖22A至圖22C是說明電子設備的一個例子的圖；
[0059]圖23是說明電子設備的一個例子的圖；
[0060]圖24A及圖24B是說明電子設備的一個例子的圖；[0061 ]圖25是說明本發(fā)明的一個方式的方框圖；
[0062]圖26A至圖26C是說明本發(fā)明的一個方式的示意圖；
[0063]圖27是說明本發(fā)明的一個方式的電路圖；
[0064]圖28是說明本發(fā)明的一個方式的電路圖；
[0065]圖29A至圖29C是說明本發(fā)明的一個方式的示意圖；
[0066]圖30是說明本發(fā)明的一個方式的方框圖；
[0067]圖31是說明本發(fā)明的一個方式的流程圖。
[0068]符號說明
[0069]Al 端子
[0070]A2 端子[0071 ] BI 端子
[0072]B2 端子
[0073]Cll 端子
[0074]Cl 2 端子
[0075]Cl 3 端子
[0076]C14 端子
[0077]Cl 5 端子
[0078]SI 控制信號
[0079]S2 控制信號
[0080]S3 變壓信號[0081 ] Sffl 開關
[0082]SW2 開關
[0083]SW3 開關
[0084]Sffll 開關
[0085]11 外包裝體
[0086]12 正極集電體
[0087]13 隔離體
[0088]14 負極集電體
[0089]15 密封層
[0090]16 導線電極
[0091]17 熱壓接合區(qū)域
[0092]18 正極活性物質(zhì)層
[0093]19 負極活性物質(zhì)層
[0094]20 電解液
[0095]40 二次電池
[0096]10a 二次電池
[0097]10b 二次電池
[0098]103隔離體
[0099]103a 區(qū)域
[0100]103b區(qū)域
[0101]107外包裝體
[0102]111正極
[0103]Illa正極
[0104]115負極
[0105]115a負極
[0106]120密封層
[0107]121正極導線電極
[0108]125負極導線電極
[0109]130電極組裝體
[0110]131電極組裝體
[0111]300蓄電池
[0112]301正極罐
[0113]302負極罐
[0114]303墊片
[0115]304正極
[0116]305正極集電體
[0117]306正極活性物質(zhì)層
[0118]307負極
[0119]308負極集電體
[0120]309負極活性物質(zhì)層
[0121]310隔離體
[0122]331第一區(qū)域
[0123]332第二區(qū)域
[0124]333第三區(qū)域
[0125]500蓄電池
[0126]501正極集電體
[0127]502正極活性物質(zhì)層
[0128]503正極
[0129]504負極集電體
[0130]505負極活性物質(zhì)層
[0131]506負極
[0132]507隔離體
[0133]508電解液
[0134]509外包裝體
[0135]510正極導線電極
[0136]511負極導線電極
[0137]512熔接區(qū)域
[0138]513彎曲部
[0139]514密封部
[0140]600蓄電池
[0141]601正極蓋
[0142]602電池罐
[0143]603正極端子
[0144]604 正極
[0145]605 隔離體
[0146]606 負極
[0147]607負極端子
[0148]608絕緣板
[0149]609絕緣板
[0150]610 墊片
[0151]611 PTC 元件
[0152]612安全閥機構
[0153]900電路襯底
[0154]910 簽條
[0155]911 端子
[0156]912 電路
[0157]913蓄電池
[0158]914 天線
[0159]915 天線
[0160]916 層
[0161]917 層
[0162]918 天線
[0163]919 端子
[0164]920顯示裝置
[0165]921傳感器
[0166]922 端子
[0167]951 端子
[0168]952 端子
[0169]1000制造裝置
[0170]1001 容器
[0171]1002 隔離體
[0172]1003 對電極
[0173]1004 電解液
[0174]1005被處理電極
[0175]1006消耗電極
[0176]1007 膜
[0177]1008 第一線
[0178]1009 第二線
[0179]1010控制裝置
[0180]1011加熱單元
[0181]1012 第三線
[0182]1013攪拌單元
[0183]1020控制裝置
[0184]1300蓄電裝置
[0185]1301 端子對
[0186]1302 端子對
[0187]1303切換控制電路
[0188]1304切換電路
[0189]1305切換電路
[0190]1306變壓控制電路
[0191]1307變壓電路
[0192]1308 電池部
[0193]1309電池單元
[0194]1310 晶體管
[0195]1311 總線
[0196]1312 總線
[0197]1313 晶體管
[0198]1314電流控制開關
[0199]1315 總線
[0200]1316 總線
[0201]1317 開關對
[0202]1318 開關對
[0203]1321晶體管對
[0204]1322 晶體管
[0205]1323 晶體管
[0206]1324 總線
[0207]1325 總線
[0208]1331晶體管對
[0209]1332 晶體管
[0210]1333 晶體管
[0211]1334 總線
[0212]1335 總線
[0213]1341電池管理單元
[0214]1351絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器
[0215]1352 開關部
[0216]1353 變壓部
[0217]1700 曲面
[0218]1701 平面
[0219]1702 曲線
[0220]1703曲率半徑
[0221]1704曲率中心
[0222]1800曲率中心
[0223]1801 薄膜
[0224]1802曲率半徑
[0225]1803 薄膜
[0226]1804曲率半徑
[0227]7100便攜式顯示裝置
[0228]7101 框體
[0229]7102 顯示部
[0230]7103操作按鈕
[0231]7104蓄電裝置
[0232]7200便攜式信息終端
[0233]7201 框體
[0234]7202 顯示部
[0235]7203 帶子
[0236]7204 帶扣
[0237]7205操作按鈕
[0238]7206輸入/輸出端子
[0239]7207 圖標
[0240]7300顯示裝置
[0241]7304 顯示部
[0242]7400移動電話機
[0243]7401 框體
[0244]7402 顯示部
[0245]7403操作按鈕
[0246]7404外部連接端口
[0247]7405 揚聲器
[0248]7406 麥克風
[0249]7407蓄電裝置
[0250]7408導線電極
[0251]7409 集電體
[0252]8000顯示裝置
[0253]8001 框體
[0254]8002 顯示部
[0255]8003揚聲器部
[0256]8004蓄電裝置
[0257]8021充電裝置
[0258]8022 電纜
[0259]8100照明裝置
[0260]8101 框體
[0261]8102 光源
[0262]8103蓄電裝置
[0263]8104 天花板
[0264]8105 側(cè)壁
[0265]8106 地板
[0266]8107 窗戶
[0267]8200 室內(nèi)機
[0268]8201 框體
[0269]8202 送風口
[0270]8203蓄電裝置
[0271]8204 室外機
[0272]8300電冷藏冷凍箱
[0273]8301 框體
[0274]8302冷藏室門
[0275]8303冷凍室門
[0276]8304蓄電裝置
[0277]8400 汽車
[0278]8401 車頭燈
[0279]8500 汽車
[0280]9600平板終端
[0281]9625 開關
[0282]9626 開關
[0283]9627電源開關
[0284]9628操作開關
[0285]9629 緊固件
[0286]9630 框體
[0287]9630a 框體
[0288]9630b 框體
[0289]9631 顯示部
[0290]9631a 顯示部
[0291]9631b 顯示部
[0292]9632a 區(qū)域
[0293]9632b 區(qū)域
[0294]9633太陽能電池
[0295]9634充放電控制電路
[0296]9635蓄電體
[0297]9636DCDC 轉(zhuǎn)換器
[0298]9637轉(zhuǎn)換器
[0299]9638操作鍵
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【具體實施方式】
[0302]下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。但是，本發(fā)明不局限于以下說明，只要是本領域術人員就可以很容易地理解一個事實，即其方式及詳細內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發(fā)明不應該被解釋為僅局限在以下所示的實施方式所記載的內(nèi)容中。
[0303]“電連接”包括通過“具有某種電作用的元件”連接的情況。在此，“具有某種電作用的元件”只要可以進行連接對象間的電信號的授受，就對其沒有特別的限制。因此，即便記載為“電連接”，有時在實際的電路中也存在沒有物理連接的部分而只是布線延伸的情況。
[0304]為了容易理解，有時附圖中所示的各構成要素的位置、尺寸、范圍等不表示實際上的位置、尺寸、范圍等。因此，所公開的本發(fā)明并不必然限于附圖中公開的位置、尺寸、范圍等。另外，為了容易理解附圖，有時省略附圖中的一部分構成要素的記載。
[0305]另外，本說明書等中的“第一”、“第二”、“第三”等序數(shù)詞是為了避免構成要素的混淆而附加的，其并不表示工序順序或者層疊順序等某種順序或次序。注意，即使是在本說明書等中不附加序數(shù)詞的用詞，為了避免構成要素的混淆，在權利要求書中有時也對該用詞附加序數(shù)詞。注意，即使是在本說明書等中附加序數(shù)詞的用詞，在權利要求書中有時也對該用詞附加其他序數(shù)詞。注意，即使是在本說明書等中附加有序數(shù)詞的術語，在權利要求書等中有時也省略其序數(shù)詞。
[0306]另外，在用于說明實施方式的所有附圖中，有時附加相同的附圖標記來表示相同的部分或具有相同功能的部分，省略其重復說明。
[0307]實施方式I
[0308]在本實施方式中，參照圖1至圖4F對本發(fā)明的一個方式的二次電池用電極的制造方法及制造裝置進行說明。
[0309][二次電池的結(jié)構]
[0310]圖4A是二次電池40的外包裝體11的立體圖。圖4B是層疊了正極、隔離體及負極的立體圖。圖4C示出用來將正極及負極抽出到外包裝體外側(cè)的導線電極16，其包括密封層15。圖4D是二次電池40的立體圖。圖4E示出圖4D所示的二次電池40的沿著點劃線A-B的截面的一個例子。圖4F示出二次電池40的充電時的電流的流向的圖。
[0311]〈〈外包裝體〉〉
[0312]作為外包裝體11使用由柔性基材構成的片材。片材為疊層體，使用在金屬膜的一個或兩個表面上設置粘合層(也成為熱封層)的膜。粘合層使用包含聚丙烯或聚乙烯等的熱熔粘合性樹脂膜。在本實施方式中，片材使用在鋁箔的表面設置有尼龍樹脂、在鋁箔的背面設置有耐酸性聚丙烯膜與聚丙烯膜的疊層的金屬片材。圖4A示出將該片材切割且使其中央部彎折的狀態(tài)。
[0313]〈〈電極〉〉
[0314]正極至少包括正極集電體12及正極活性物質(zhì)層18。另外，負極至少包括負極集電體14及負極活性物質(zhì)層19。在圖4B中，雖然以矩形的薄片形狀示出蓄電池用電極(正極或負極)，但是蓄電池用電極的形狀并不局限于此，可以適當?shù)剡x擇任意形狀?；钚晕镔|(zhì)層雖然僅形成在集電體的單面，但是活性物質(zhì)層也可以形成在集電體的雙面。另外，活性物質(zhì)層不需要在集電體的整個表面形成，適當?shù)卦O置用來與電極片連接的區(qū)域等非涂布區(qū)域。
[0315]〈〈集電體〉〉
[0316]作為正極集電體及負極集電體可以分別使用導電性高的材料。
[0317]〈〈正極集電體〉〉
[0318]作為用于正極的集電體，例如可以使用鐵、鎳、銅、鋁、鈦、鉭、錳等金屬及它們的合金(不銹鋼等)，但通過將鋁用作正極集電體會提高正極的充放電特性的可逆性，所以優(yōu)選使用鋁。
[0319]〈〈負極集電體〉〉
[0320]作為用于負極的集電體，例如可以使用鐵、鎳、銅、鋁、鈦、鉭、錳等金屬及它們的合金(不銹鋼等)，但優(yōu)選使用不與鋰形成合金的金屬，例如銅或鎳。
[0321 ]〈〈集電體表面處理及形狀等〉〉
[0322]正極集電體及負極集電體分別可以被碳、鎳或鈦等覆蓋。另外，也可以添加硅、釹、鈧、鉬等來提高耐熱性。作為正極集電體及負極集電體可以適當?shù)厥褂冒ú瓲?、薄片狀、板狀、網(wǎng)狀、圓柱狀、線圈狀、沖孔金屬網(wǎng)狀、拉制金屬網(wǎng)狀、多孔狀及無紡布的各種形狀。而且，為了提高與活性物質(zhì)的粘結(jié)性，正極集電體及負極集電體的表面也可以具有細小的凹凸。正極集電體及負極集電體的厚度優(yōu)選為5μηι以上且30μηι以下。
[0323]〈〈活性物質(zhì)〉〉
[0324]作為用于正極或負極的活性物質(zhì)，使用鋰離子等載體離子能夠嵌入及脫嵌的材料即可。通過以適當?shù)姆椒ㄟM行粉碎、造粒及分級，可以控制活性物質(zhì)的平均粒徑、粒徑分布。
[0325]〈〈正極活性物質(zhì)〉〉
[0326]作為用于正極活性物質(zhì)層18的正極活性物質(zhì)，可以使用具有橄欖石型晶體結(jié)構、層狀巖鹽型晶體結(jié)構或者尖晶石型晶體結(jié)構的復合氧化物等。作為正極活性物質(zhì)，例如使用LiFeO2、LiCo02、LiN12、LiMn2Oh V2O5、Cr205、Μη02 等化合物。
[0327]或者，可以使用復合材料(通式為LiMP04(M為Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一種以上)。作為通式LiMPO4的典型例子，可以使用LiFeP04、LiNiP04、LiCoP04、LiMnP04、LiFeaNibP04、LiFeaCobP04、LiFeaMnbP04、LiNiaCobP04、LiNiaMnbP04(a+b 為 I 以下，0〈a〈l，0〈b〈l)、LiFecNidCoeP04、LiFecNidMneP04、LiNicCodMneP04(c+d+e*lWT，0〈c〈l，0〈d〈l，0〈e〈l)、1^卩6￡祖401#1^04(€+8+11+丨為1以下，0〈代1，04〈1，0〈11〈1，0〈丨〈1)等鋰化合物來作為材料。
[0328]或者，可以使用通式為1^(2一」郵池(1為卩6(11)、111(11)、(:0(11)、附(11)中的一種以上，O < j < 2)等復合材料。作為材料可以使用通式為Li(2-j)MSi04的鋰化合物，其典型例子為 Li(2—j)FeSi04、Li(2—j)NiSi〇4、Li(2—j)CoSi04、Li(2—j)MnSi04、Li(2—j)FekNiiSi04、Li(2—j)FekCoiSi04、Li(2—j)FekMmSi04、Li(2—j)NikCoiSi04、Li(2—j)NikMmSi04(k+lSlWT，0〈k〈l，0〈l<l)、Li(2—j)FemNinCoqSi04、Li(2—j)FemNinMnqSi04、Li(2—j)NimConMnqSi04(m+n+q 為I 以下，0〈m〈I，0〈n〈l，0〈q〈l)、Li(2—j)FerNisCotMnuSi04(r+s+t+u為I以下，0〈r〈l，0〈s〈l，0〈t〈l，0〈u〈l)等。
[0329]此外，作為正極活性物質(zhì)，可以使用以通式AxM2(X04)3(A = L1、Na、Mg，M = Fe、Mn、T1、V、Nb、Al，X = S、P、Mo、W、As、Si)表示的鈉超離子導體(nasicon)型化合物。作為鈉超離子導體型化合物，有Fe2(Mn04)3、Fe2(S04)3、Li3Fe2(P04)3等。此外，作為正極活性物質(zhì)，可以使用:以通式Li2MP04F、Li2MP207、Li5M04(M=Fe、Mn)表示的化合物;FeF3等鈣鈦礦氟化物；TiS2、M0S2等金屬硫族化合物(硫化物、砸化物、蹄化物)；LiMVCU等具有反尖晶石型晶體結(jié)構的氧化物;銀氧化物類(V205、V6013、LiV3O8等);錳氧化物；以及有機硫化合物等材料。
[0330]另外，作為正極活性物質(zhì)，可以使用能夠以組成式LiaMnbMcOd表示的鋰錳復合氧化物。在此，元素M優(yōu)選使用選自鋰、錳之外的金屬元素或硅、磷，更優(yōu)選使用鎳。另外，在對鋰錳復合氧化物的粒子整體進行測定時，優(yōu)選放電時滿足0〈a/(b+c)〈2、c>0且0.26<(b+c)/d〈0.5。另外，關于鋰錳復合氧化物的粒子整體的金屬、硅、磷等組成比，例如可以利用ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry:感應親合等離子體質(zhì)量分析法)進行測定。另外，鋰錳復合氧化物的粒子整體的氧的組成比例如可以利用EDX(EnergyDispersive X-ray Spectroscopy:能量分散型X射線分析法)進行測定。另外，鋰猛復合氧化物的粒子整體的氧的組成比還可以與ICP-MS分析一起利用融合氣體分析、XAFS (X-rayAbsorpt1n Fine Structure:X射線吸收微細結(jié)構)分析的價數(shù)評價來算出。另外，鋰猛復合氧化物是指至少包含鋰和錳的氧化物，還可以包含選自于由鉻、鈷、鋁、鎳、鐵、鎂、鉬、鋅、銦、鎵、銅、鈦、鈮、硅和磷等所組成的組中的至少一種元素。
[0331]另外，為了發(fā)現(xiàn)高容量，優(yōu)選在表層部及中心部分別具有晶體結(jié)構、晶體取向或氧含量不同的鋰錳復合氧化物。為了形成上述鋰錳復合氧化物，優(yōu)選組成式為LiaMnbNicOd(1.6<a< 1.848,0.19 <c/b< 0.935,2.5 <d< 3)的范圍內(nèi)。此外，特別優(yōu)選使用以組成式Lil.68Mn0.8Q62Ni().31803表不的裡猛復合氧化物。在本說明書等中，以1^1.68]/[11().8()62祖().31803的組成式表示的鋰錳復合氧化物是指將原料材料的量的比例(摩爾比)設定為Li2C03:MnC03:Ni0= 0.84:0.8062:0.318來形成的鋰錳復合氧化物。由此，該鋰錳復合氧化物以組成式Lil.68Mn0.8Q62Ni().31803表不，但有時與該組成稍微不同。
[0332]圖5A及5B示出具有晶體結(jié)構、晶體取向或氧含量不同的區(qū)域的鋰錳復合氧化物的粒子的截面圖的例子。
[0333]如圖5A所示，具有晶體結(jié)構、晶體取向或氧含量不同的區(qū)域的鋰錳復合氧化物優(yōu)選包括第一區(qū)域331、第二區(qū)域332及第三區(qū)域333。第二區(qū)域332的至少一部分與第一區(qū)域331相接。第二區(qū)域332位于第一區(qū)域331的外側(cè)。第三區(qū)域333的至少一部分與第二區(qū)域332相接。第三區(qū)域333位于第二區(qū)域332的外側(cè)。在此，“外側(cè)”表示離粒子的表面更近的一側(cè)。另外，第三區(qū)域333優(yōu)選包括具有含有鋰錳復合氧化物的粒子的表面的區(qū)域。
[0334]另外，如圖5B所示，第一區(qū)域331也可以包括沒有被第二區(qū)域332覆蓋的區(qū)域。另夕卜，第二區(qū)域332也可以包括沒有被第三區(qū)域333覆蓋的區(qū)域。此外，例如第一區(qū)域331中也可以包括與第三區(qū)域333相接的區(qū)域。此外，第一區(qū)域331也可以包括沒有被第二區(qū)域332及第三區(qū)域333中的任一區(qū)域覆蓋的區(qū)域。
[0335]第二區(qū)域332的組成優(yōu)選與第一區(qū)域331不同。
[0336]例如，對如下情況進行說明:分別對第一區(qū)域331及第二區(qū)域332的組成進行測定，第一區(qū)域331包含鋰、錳、元素M及氧，第二區(qū)域332包含鋰、錳、元素M及氧，第一區(qū)域331的鋰、錳、元素M及氧的原子數(shù)比由al:bl: cl: dl表示，第二區(qū)域332的鋰、錳、元素M及氧的原子數(shù)比由a2:b2:C2:d2表示。另外，例如可以利用使用TEM(透射電子顯微鏡)的EDX(能量分散型X射線分析)分別對第一區(qū)域331及第二區(qū)域332各自的組成進行測定。當利用EDX進行測定時，有時難以測定鋰的組成。因此，以下，關于第一區(qū)域331與第二區(qū)域332的組成的不同之處，對鋰以外的元素進行敘述。在此，dl/(bl+cl)優(yōu)選為2.2以上，更優(yōu)選為2.3以上，進一步優(yōu)選為2.35以上且3以下。另外，d2/(b2+c2)優(yōu)選小于2.2，更優(yōu)選小于2.1，進一步優(yōu)選為1.1以上且1.9以下。另外，此時，優(yōu)選包括第一區(qū)域331與第二區(qū)域332的整個鋰錳復合氧化物粒子的組成滿足之前所述的0.26 < (b+c)/d<0.5。
[0337]第二區(qū)域332所包含的錳的化合價也可以與第一區(qū)域331所包含的錳的化合價不同。第二區(qū)域332所包含的元素M的化合價也可以與第一區(qū)域331所包含的元素M的化合價不同。
[0338]具體而言，第一區(qū)域331優(yōu)選為具有層狀巖鹽型晶體結(jié)構的鋰錳復合氧化物。另夕卜，第二區(qū)域332優(yōu)選為具有尖晶石型晶體結(jié)構的鋰錳復合氧化物。
[0339]在此，當各區(qū)域的組成或元素的化合價有空間分布時，例如，可以對多處的組成或化合價進行評價，算出平均值，將該平均值作為該區(qū)域的組成或化合價。
[0340]另外，第二區(qū)域332和第一區(qū)域331之間也可以具有過渡層。在此，過渡層是指例如組成連續(xù)地或階段性地變化的區(qū)域。另外，過渡層是指晶體結(jié)構連續(xù)地或階段性地變化的區(qū)域。另外，過渡層是指晶體的晶格常數(shù)連續(xù)地或階段性地變化的區(qū)域。另外，第二區(qū)域332和第一區(qū)域331之間也可以具有混合層。在此，混合層是指例如具有不同的晶體取向的兩個以上的晶體混在一起的區(qū)域?；蛘?，混合層是指具有不同的晶體結(jié)構的兩個以上的晶體混在一起的區(qū)域?；蛘撸旌蠈邮侵妇哂胁煌慕M成的兩個以上的晶體混在一起的區(qū)域。
[0341]第三區(qū)域333可以使用碳或金屬化合物。在此，作為金屬，例如可以舉出鈷、鋁、鎳、鐵、錳、鈦、鋅、鋰等。作為金屬化合物的一個例子，可以舉出上述金屬的氧化物或氟化物等。
[0342]第三區(qū)域333特別優(yōu)選包含上述物質(zhì)中的碳。由于碳具有高導電性，所以通過將被碳覆蓋的粒子用于蓄電池的電極，例如可以降低電極的電阻。另外，由于第三區(qū)域333包含碳，可以使與第三區(qū)域333相接的第二區(qū)域332氧化。另外，第三區(qū)域333也可以具有石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯。石墨烯及還原氧化石墨烯具有高導電性這樣的優(yōu)良的電特性以及高柔軟性和高機械強度這樣的優(yōu)良的物理特性。此外，可以高效地覆蓋鋰錳復合氧化物的粒子。
[0343]通過使第三區(qū)域333包括以石墨烯為代表的碳，可以提高將鋰錳復合氧化物用作正極材料的二次電池的循環(huán)特性。
[0344]含有碳的層的膜厚度優(yōu)選為0.4nm以上且40nm以下。
[0345]另外，鋰錳復合氧化物的初始粒子的平均粒徑例如優(yōu)選為5nm以上且50μπι以下，更優(yōu)選為10nm以上且500nm以下。另外，優(yōu)選比表面積為5m2/g以上且15m2/g以下。另外，次級粒子的平均粒徑優(yōu)選為5wii以上且50μπι以下。此外，通過利用SEM(掃描電子顯微鏡)或TEM進行的觀察或者利用激光衍射及散射法的粒度分布儀等，可以測定平均粒徑。另外，通過氣體吸附法可以測定比表面積。
[0346]另外，在載體離子是鋰離子以外的堿金屬離子或者堿土金屬離子的情況下，作為正極活性物質(zhì)，也可以使用堿金屬(例如，鈉、鉀等)，堿土金屬(例如，鈣、鍶、鋇、鈹或鎂等)代替鋰。
[0347]正極活性物質(zhì)層除了包含上述正極活性物質(zhì)之外，還可以包含用來提高活性物質(zhì)的粘結(jié)性的粘合劑(binder)、用來提高正極活性物質(zhì)層的導電性的導電助劑等。
[0348]〈〈負極活性物質(zhì)〉〉
[0349]另外，作為負極活性物質(zhì)層19的負極活性物質(zhì)，可以使用能夠溶解且析出鋰或能夠使鋰離子嵌入且脫嵌的材料，例如可以使用金屬鋰、碳類材料以及合金類材料等。
[0350]金屬鋰的氧化還原電位低(比標準氫電極低3.045V)，每重量及體積的比容量大(分別為3860mAh/g、2062mAh/cm3)，所以是優(yōu)選的。
[0351]作為碳類材料，有石墨、易石墨化碳(graphitizing carbon)(軟碳)、難石墨化碳(non-graphitizing carbon)(硬碳)、碳納米管、石墨稀、炭黑等。
[0352]作為石墨，有中間相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificialgraphite)、瀝青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等人造石墨、球狀化天然石墨等天然石墨。
[0353]當鋰離子嵌入石墨中時(在生成鋰-石墨層間化合物時)，石墨示出與金屬鋰相同程度的低電位(0.1至0.3V vs.Li/Li + )。由此，鋰離子二次電池可以示出高工作電壓。再者，石墨具有如下優(yōu)點:每單位體積的容量較高;體積膨脹小;較便宜；與金屬鋰相比安全性高等，所以是優(yōu)選的。
[0354]作為負極活性物質(zhì)，也可以使用能夠利用與鋰的合金化及脫合金化反應進行充放電反應的合金類材料。例如在載體離子是鋰離子的情況下，作為合金類材料的例子有包含AUS1、Ge、Sn、Pb、Sb、B1、Ag、Au、Zn、Cd、In及Ga等中的至少一種的材料。這種元素的容量比碳高，尤其是硅的理論容量顯著高，為4200mAh/g。由此，優(yōu)選將硅用于負極活性物質(zhì)。作為使用這種元素的合金類材料，例如有3丨0、]\%23丨、]\%266、3110、31102、]\%2311、31132、￥23113、？63112、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb 及 SbSn 等。另外，S1是指包括富含硅的部分的硅氧化物的粉末，也可以表示為Si0y(2>y>0)。例如S1還包括包含選自Si203、Si304和Si2O中的一種或多種的材料、Si的粉末與二氧化硅S12的混合物。另外，S1有時還包含其他元素(碳、氮、鐵、招、銅、鈦、媽、錳等)。也就是說，S1有時是指包含選自單晶S1、非晶S1、多晶S1、Si203、Si304、Si20、Si02中的多種的材料，且S1為有色材料。如果是非S1的S1xU為2以上)，則是無色透明或者是白色的，從而可以辨別。但是，在使用S1作為二次電池的材料制造二次電池后，有時由于充放電的反復循環(huán)等，使S1氧化而變質(zhì)成Si02。
[0355]此外，作為負極活性物質(zhì)，可以使用二氧化鈦(T12)、鋰鈦氧化物(Li4Ti5Oi2)、鋰_石墨層間化合物(LixC6)、五氧化鈮(Nb2O5)、二氧化鎢(WO2)、二氧化鉬(MoO2)等氧化物。
[0356]此外，作為負極活性物質(zhì)，可以使用包含鋰和過渡金屬的氮化物的具有Li3N型結(jié)構的1^3—?(]? = (:0、祖、01)。例如，1^2.6(:0().4吣顯示大的充放電容量(90011^11/^、189011^11/cm3)，所以是優(yōu)選的。
[0357]當作為負極活性物質(zhì)使用包含鋰和過渡金屬的氮化物時，在負極活性物質(zhì)中包含鋰離子，因此可以將其與用作正極活性物質(zhì)的V2O5Xr3O8等不包含鋰離子的材料組合，所以是優(yōu)選的。注意，當作為正極活性物質(zhì)使用含有鋰離子的材料時，通過預先使包含在正極活性物質(zhì)中的鋰離子脫嵌，作為負極活性物質(zhì)也可以使用包含鋰和過渡金屬的氮化物。
[0358]此外，也可以將引起變換反應的材料用于負極活性物質(zhì)。例如，將氧化鈷(CoO)、氧化鎳(MO)、氧化鐵(FeO)等不與鋰產(chǎn)生合金化反應的過渡金屬氧化物用于負極活性物質(zhì)。作為引起變換反應的材料，還可以舉出Fe203、Cu0、Cu20、Ru02、Cr203等氧化物、CoS0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N4等氮化物、NiP2、FeP2、CoP3等磷化物、FeF3、BiF3等氟化物。注意，由于上述氟化物的電位高，所以也可以用作正極活性物質(zhì)。
[0359]負極活性物質(zhì)層19除了包含上述負極活性物質(zhì)之外，還可以包含用來提高活性物質(zhì)的粘結(jié)性的粘合劑(Binder)以及用來提高負極活性物質(zhì)層19的導電性的導電助劑等。
[0360]〈〈隔離體〉〉
[0361]作為隔離體13可以使用絕緣體，例如，纖維素(紙)、設置有空孔的聚丙烯、設置有空孔的聚乙烯。
[0362]〈〈電解液〉〉
[0363]電解液20由電解質(zhì)及溶劑構成，并且使用載體離子能夠移動的材料。
[0364]〈〈電解質(zhì)〉〉
[0365]作為電解質(zhì)優(yōu)選使用具有鋰離子的材料。作為電解質(zhì)的典型例子，有LiPF6、LiC104、LiAsF6、LiBF4、LiCF3S03、Li (CF3S02)2N、Li (C2F5SO2)2N 等鋰鹽。這些電解質(zhì)既可以單獨使用一種電解質(zhì)，又可以按任意的組合及比率使用兩種以上的電解質(zhì)。
[0366]〈〈溶劑〉〉
[0367]作為電解液的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子性有機溶劑。作為非質(zhì)子性有機溶劑的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁內(nèi)酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等中的一種或多種。
[0368]此外，通過作為電解液的溶劑使用凝膠化的高分子材料，抗漏液性等的安全性得到提高。并且，能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的薄型化及輕質(zhì)化。作為凝膠化的高分子材料的典型例子，可以舉出聚丙烯酸凝膠、聚甲基丙烯酸凝膠、聚丙烯腈凝膠、聚氧化乙烯類凝膠、聚氧化丙烯類凝膠、氟類聚合物的膠等。
[0369]另外，通過作為電解液的溶劑使用一種或多種具有阻燃性及難揮發(fā)性的離子液體(室溫熔融鹽)，即使由于蓄電池的內(nèi)部短路、過度充電等而內(nèi)部溫度上升，也可以防止蓄電池的破裂、起火等。離子液體是流化狀態(tài)的鹽，離子迀移率(電導率)高。另外，離子液體含有陽離子和陰離子。作為離子液體，可以舉出包含乙基甲基咪唑(EMI)陽離子的離子液體或包含N-甲基-N-丙基呢啶(propylpiperidinium)(PPi3)陽離子的離子液體等。
[0370]此外，可以使用具有硫化物類、氧化物類等無機材料的固體電解質(zhì)、具有PEO(聚環(huán)氧乙烷)類等高分子材料的固體電解質(zhì)來代替電解液。當使用固體電解質(zhì)時，不需要設置隔離體、間隔物。另外，可以使電池整體固體化，所以沒有漏液的憂慮，安全性得到顯著提高。
[0371]〈〈二次電池的構成要素例子〉〉
[0372]例如，二次電池的結(jié)構為如下:隔離體13的厚度大約為25μπι，正極集電體12的厚度大約為20μπι以上且40μπι以下，正極活性物質(zhì)層18的厚度大約為ΙΟΟμ??，負極活性物質(zhì)層19的厚度大約為ΙΟΟμπι，負極集電體14的厚度大約為20μηι以上且40μηι以下。
[0373][二次電池的電極處理裝置及電極處理方法]
[0374]圖1至圖2B示出制造裝置1000的示意圖。
[0375]制造裝置1000包括:容器1001;隔離體1002;對電極1003;電解液1004;被處理電極1005;消耗電極1006;第一線1008;第二線1009;控制裝置1010;加熱單元1011;控制裝置1020;第三線1012;以及攪拌單元1013。
[0376]如本實施方式所示，本發(fā)明的一個方式的特征在于使用圖1至圖2B所示的第一至第三電極。在圖1至圖2B中，第一電極對應于消耗電極1006，第二電極對應于對電極1003，第三電極對應于被處理電極1005。
[0377]用于二次電池的電解液優(yōu)選與預先放入容器1001內(nèi)的電解液1004不同，作為用于二次電池的電解液，使用負極處的覆膜的穩(wěn)定性高的材料。
[0378]〈〈電解液〉〉
[0379]用于二次電池的電解液及電解液1004分別由電解質(zhì)及溶劑構成，并且使用載體離子能夠移動的材料。
[0380]〈〈電解質(zhì)〉〉
[0381]作為電解質(zhì)優(yōu)選使用具有鋰離子的材料。作為電解質(zhì)的典型例子，有LiPF6、LiC104、LiAsF6、LiBF4、LiCF3S03、Li (CF3S02)2N、Li (C2F5SO2)2N 等鋰鹽。這些電解質(zhì)既可以單獨使用一種電解質(zhì)，又可以按任意的組合及比率使用兩種以上的電解質(zhì)。
[0382]并且，作為電解質(zhì)，除了包含鋰離子的材料，還優(yōu)選使用鋰以外的堿金屬的鹽。例如，優(yōu)選使用由喊PF6、C1〇4、AsF6、BF4 XF3SO3、(CFsSC^hN^ (02卩5302)2『等形成的喊金屬鹽。作為鋰鹽以外的堿金屬鹽可以使用具有Na、K、Rb、Cs、Fr的堿金屬鹽，但是在堿金屬中，具有Na的堿金屬鹽與鋰的平衡電位的差較大，容易選擇性地在電極上析出，所以優(yōu)選使用具有Na的堿金屬鹽。
[0383]〈〈溶劑〉〉
[0384]作為電解液的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子性有機溶劑。作為非質(zhì)子性有機溶劑的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁內(nèi)酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等中的一種或多種。
[0385]〈〈對電極〉〉
[0386]作為對電極1003(第二電極)，可以使用金屬鋰或鉑。
[0387]〈〈消耗電極〉〉
[0388]作為消耗電極1006(第一電極)可以使用銅。作為消耗電極1006，可以使用能夠用于集電體的材料。例如，可以使用鈦、不銹鋼等。
[0389]〈〈電極連接方法〉〉
[0390]將被處理電極1005(第三電極)放入容器1001的電解液1004中。被處理電極1005是在其單面或雙面形成有活性物質(zhì)層的集電體(薄片狀電極)。被放入到電解液1004的被處理電極1005與固定單元(具有導電性的緊固件等)電連接。該固定單元通過第一線1008與控制裝置1010電連接。
[0391]圖1雖然示出以沿著容器1001內(nèi)壁的方式放入被處理電極1005的方法，但是薄片狀電極的形狀有可能根據(jù)用途而改變。可以根據(jù)薄片狀電極的長度選擇放入容器內(nèi)的方法。通過以固定單元固定被處理電極1005，被處理電極1005與對電極1003分開而不電連接?？梢詢H使被處理電極1005與對電極1003在空間上分開，但也可以在對電極1003的外周配置隔離體1002，以防被處理電極1005與對電極1003不慎接觸。
[0392]作為隔離體1002可以使用絕緣體，例如，纖維素(紙)、設置有空孔的聚丙烯或設置有空孔的聚乙烯。
[0393]在控制裝置1010中至少有兩根布線，第一根布線(第一線1008)通過固定單元與集電體電連接，第二根布線(第二線1009)與對電極電連接。在本實施方式中，作為對電極1003使用鋰，將作為與第二根布線電連接的對電極1003的鋰放入容器內(nèi)的電解液中。
[0394]在控制裝置1010的兩根布線之間配置有電解液1004，調(diào)節(jié)流過兩根布線之間配置的電解液1004等的電流量、電壓。通過調(diào)節(jié)電流量、電壓來使電解液中配置的被處理電極1005氧化或還原。
[0395]消耗電極1006以其一部分或全部浸漬在電解液1004中的方式配置。消耗電極1006通過第三線1012與控制裝置1020電連接。注意，第三線1012具有開關SWll，可以切換針對消耗電極1006的電位的施加或遮斷。
[0396]〈〈電極處理方法〉〉
[0397]圖2A至圖3示出二次電池的電極處理方法。注意，在本實施方式中，金屬鋰電極的平衡電位(V vs.Li/Li+)為0，各端子的電位表示與金屬鋰電極的平衡電位的電位差。
[0398]首先，以作為對電極1003使用鋰的情況為例進行說明。如圖2A及圖2B所示，連接對電極1003與控制裝置1010的端子C13。另外，連接被處理電極1005與控制裝置1010的端子C14。并且，通過開關SWll連接控制裝置1020的端子Cll與消耗電極1006。
[0399]接著，示出在消耗電極1006表面析出電解液1004所含的鋰以外的堿金屬離子的方法。在此，作為堿金屬以Na為例進行說明。開啟開關SWll以成為導通狀態(tài)，使端子Cll與端子C13的電位相同，并且，調(diào)節(jié)控制裝置1010、1020以使其電位低于Na的平衡電位(步驟S101)。Na的平衡電位為0.331V vs.Li/Li+，因此作為端子Cl I及端子C13的電位，例如優(yōu)選設定為
0.2V vs.Li/Li +。其結(jié)果，電解液1004所含的Na離子在對電極1003及消耗電極1006的表面析出，形成Na的膜1007。注意，由于端子Cll及端子C13的電位高于金屬鋰的平衡電位，所以鋰不會析出。對端子C12可以施加作為基準電位的電位。對端子C15可以施加作為基準電位的電位，例如可以施加接地電位。另外，在上述內(nèi)容中，舉出通過使端子Cll與端子C13的電位相同而使作為對電極1003的鋰電極與消耗電極1006的電位相同的例子?；蛘?，也可以使對電極1003與消耗電極1006短路。能夠不使用特別的裝置而使對電極1003與消耗電極1006的電位相同。
[0400]此外，既可以如圖2A及圖2B所示那樣使膜1007覆蓋在消耗電極1006表面地析出，也可以設成混合地存在形成有膜1007的部分以及消耗電極1006的表面對于電解液1004部分地露出的部分的狀態(tài)。另外，消耗電極1006的表面既可以如圖2A那樣平坦，另外，也可以如圖2B那樣具有凹凸。
[0401 ]接著，示出使在消耗電極1006表面析出的Na與電解液1004中的雜質(zhì)進行反應的方法(步驟S102) O優(yōu)選關閉開關SWl I以成為斷開狀態(tài)。在消耗電極1006表面電化學性地析出的金屬Na的反應性高于金屬鋰，并且其表面積也大，所以電解液1004所含的氧、水分、氮等雜質(zhì)主要在消耗電極1006表面起反應。在經(jīng)過充分的時間后，能夠使雜質(zhì)的量降低到其對被處理電極1005的影響可以忽視的程度。
[0402]接著，對被處理電極1005進行處理(步驟S103)。將對電極1003及消耗電極1006的電位維持在步驟S102的狀態(tài)，同時通過對被處理電極1005施加電位而引起氧化或還原反應。
[0403]在使被處理電極1005氧化或還原的期間，通過利用加熱單元1011對電解液1004進行加熱，可以促進電化學反應，從而實現(xiàn)短時間內(nèi)的氧化或還原處理。加熱單元1011可以配置在容器內(nèi)部。
[0404]另外，為了促進電化學反應，電解液1004中也可以具有攪拌單元1013。
[0405]在進行電化學反應(氧化或還原)后，從容器內(nèi)的電解液1004中取出被處理電極1005。并且在干燥后加工成所希望的形狀。在被具有開口部的外包裝體包圍的區(qū)域中收容重疊正極、隔離體、負極而成的疊層體，在被外包裝體包圍的區(qū)域中收容電解液，并利用熱壓接合封住外包裝體的開口部。圖4D及圖4E示出熱壓接合區(qū)域17。由此可以制造圖4E所示的二次電池。
[0406]在此，參照圖4F對二次電池的充電時的電流進行說明。當將使用鋰的二次電池看作一個閉路時，鋰離子迀移的方向和電流流過的方向相同。注意，在使用鋰的二次電池中，由于陽極與陰極以及氧化反應與還原反應根據(jù)充電或放電而調(diào)換，所以將反應電位高的電極稱為正極，而將反應電位低的電極稱為負極。由此，在本說明書中，無論在充電中、在放電中、在流過反向脈沖電流時還是在流過充電電流時，都將正極稱為“正極”或“+極”，而將負極稱為“負極”或“一極”。如果使用與氧化反應及還原反應有關的陽極、陰極這樣的術語，則由于在充電時和放電時陽極與陰極是相反的，有可能引起混亂。因此，在本說明書中，不使用陽極、陰極這樣的術語。假設在使用陽極、陰極這樣的術語時，會明確地表示出是充電時還是放電時，并且一并記載其對應于正極(+極)還是負極(_極)。
[0407]圖4F所示的兩個端子與充電器連接，對二次電池40進行充電。電極之間的電位差隨著二次電池40的充電的推進而增大。在圖4F中，電子從二次電池40外部的端子流向正極集電體12。在二次電池40中，電流從正極集電體12流向負極集電體14。正方向是指電流從負極集電體14流向二次電池40外部的端子的方向。也就是說，以充電電流的流向為電流的方向。
[0408]在本實施方式中，示出用于便攜式信息終端等的小型電池的例子。但是，本發(fā)明的一個方式并不局限于此，也可以應用于裝備在車輛等中的大型電池。
[0409]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，可以降低正極及負極的初期不可逆容量，其結(jié)果，可以提供兼?zhèn)浯箅姌O容量、高速充放電特性及得到改善的循環(huán)特性的二次電池。
[0410]雖然作為本發(fā)明的一個方式，示出應用于鋰離子二次電池的情況的例子，但是本發(fā)明的一個方式并不局限于此。根據(jù)情形或狀況，也可以將本發(fā)明的一個方式應用于各種各樣的二次電池、鉛蓄電池、鋰離子聚合物二次電池、鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池、鎳鐵蓄電池、鎳鋅蓄電池、氧化銀鋅蓄電池、固體電池、空氣電池、一次電池、電容器或者鋰離子電容器等。另外，例如，根據(jù)情況或狀況，本發(fā)明的一個方式也可以不應用于鋰離子二次電池。
[0411]本實施方式可以與其他實施方式所記載的結(jié)構適當?shù)亟M合而實施。
[0412]實施方式2
[0413]在本實施方式中，說明使用本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置的各種方式。
[0414][硬幣型蓄電池]
[0415]圖6A是硬幣型(單層扁平型)蓄電池的外觀圖，圖6B是其截面圖。
[0416]在硬幣型蓄電池300中，兼作正極端子的正極罐(positive electrode can)301和兼作負極端子的負極罐(negative electrode can)302被由聚丙稀等形成的墊片303絕緣密封。正極304由正極集電體305以及與其相接地設置的正極活性物質(zhì)層306形成。除了正極活性物質(zhì)以外，正極活性物質(zhì)層306還可以包含用來提高正極活性物質(zhì)的粘結(jié)性的粘合劑以及用來提高正極活性物質(zhì)層的導電性的導電助劑等。作為導電助劑，優(yōu)選使用比表面積較大的材料，可以使用乙炔黑(AB)等。此外，也可以使用碳納米管、石墨烯、富勒烯等碳材料。
[0417]另外，負極307由負極集電體308以及與其相接地設置的負極活性物質(zhì)層309形成。除了負極活性物質(zhì)以外，負極活性物質(zhì)層309還可以包含用來提高負極活性物質(zhì)的粘結(jié)性的粘合劑以及用來提高負極活性物質(zhì)層的導電性的導電助劑等。在正極活性物質(zhì)層306與負極活性物質(zhì)層309之間設置有隔離體310及電解質(zhì)(未圖示)。
[0418]作為用于負極活性物質(zhì)層309的負極活性物質(zhì)，使用實施方式I所示的材料。在組裝電池前，利用實施方式I所示的裝置對負極307在電解液中進行氧化及還原處理。
[0419]另外，作為正極集電體305、負極集電體308等集電體，使用實施方式I所示的材料。
[0420]作為正極活性物質(zhì)層306，可以使用鋰離子能夠嵌入及脫嵌的材料，例如，使用實施方式I所示的材料。另外，在組裝電池前，利用實施方式I所示的裝置對正極304在電解液中進行氧化及還原處理。
[0421]作為隔離體310可以使用絕緣體，例如，纖維素(紙)、設置有空孔的聚丙烯、設置有空孔的聚乙烯。
[0422]在電解液中，作為電解質(zhì)使用具有載體離子的材料。作為電解質(zhì)的典型例子，有LiPF6、LiC104、LiAsF6、LiBF4、LiCF3S03、Li (CF3S02)2N、Li (C2F5SO2)2N 等鋰鹽。這些電解質(zhì)既可以單獨使用一種電解質(zhì)，又可以按任意的組合及比率使用兩種以上的電解質(zhì)。
[0423]另外，在載體離子是鋰離子以外的堿金屬離子、堿土金屬離子的情況下，作為電解質(zhì)，在上述鋰鹽中也可以使用堿金屬(例如，鈉、鉀等)、堿土金屬(例如，鈣、鍶、鋇、鈹、鎂等)來代替鋰。
[0424]另外，作為電解液的溶劑，使用載體離子能夠移動的材料。作為電解液的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子性有機溶劑。作為非質(zhì)子性有機溶劑的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁內(nèi)酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等中的一種或多種。此外，通過作為電解液的溶劑使用凝膠化的高分子材料，抗漏液性等的安全性得到提高。并且，能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的薄型化及輕質(zhì)化。作為凝膠化的高分子材料的典型例子，可以舉出聚丙烯酸凝膠、聚甲基丙烯酸凝膠、聚丙烯腈凝膠、聚氧化乙烯類凝膠、聚氧化丙烯類凝膠、氟類聚合物的膠等。另外，通過作為電解液的溶劑使用一個或多個具有阻燃性及非揮發(fā)性的離子液體(室溫熔融鹽)，即使因蓄電池的內(nèi)部短路、過度充電等而使內(nèi)部溫度上升，也可以防止蓄電池的破裂、起火等。
[0425]作為正極罐301、負極罐302，可以使用對電解液具有抗腐蝕性的鎳、鋁、鈦等金屬、或者它們的合金、它們和其他金屬的合金(例如不銹鋼等)。另外，為了防止電解液所引起的腐蝕，正極罐301及負極罐302優(yōu)選被鎳或鋁等覆蓋。正極罐301與正極304電連接，負極罐302與負極307電連接。
[0426]將這些負極307、正極304及隔離體310浸漬于電解質(zhì)，如圖6Β所示，將正極罐301設置在下方，依次層疊正極304、隔離體310、負極307、負極罐302，使墊片303介于正極罐301與負極罐302之間并進行壓接，由此制造硬幣型蓄電池300。
[0427]另外，圖6C示出圓筒型蓄電池的一個例子。圖6C示意性地示出圓筒型蓄電池的截面。
[0428]圓筒型蓄電池600包括正極蓋601 (電池蓋)和電池罐602(外包裝罐)。這些正極蓋601與電池罐602通過墊片610 (絕緣墊片)而絕緣。
[0429]圖6C是示意性地示出圓筒型蓄電池的截面的圖。在中空圓柱狀電池罐602的內(nèi)側(cè)設置有電池元件，在該電池元件中，帶狀的正極604和帶狀的負極606將隔離體605夾在中間地被卷繞。雖然未圖示，但是電池元件以中心銷為中心被卷繞。電池罐602的一端關閉且另一端開著。作為電池罐602可以使用對電解液具有抗腐蝕性的鎳、鋁、鈦等金屬、或者它們的合金、它們和其他金屬的合金(例如不銹鋼等)。另外，為了防止電解液所引起的腐蝕，電池罐602優(yōu)選被鎳或鋁等覆蓋。在電池罐602的內(nèi)側(cè)，正極、負極及隔離體被卷繞而成的電池元件被對置的一對絕緣板608和絕緣板609夾著。另外，在設置有電池元件的電池罐602的內(nèi)部中注入有非水電解液(未圖示)。作為非水電解液，可以使用與硬幣型、分層型蓄電池相同的非水電解液。
[0430]與上述硬幣型蓄電池的正極及負極同樣地制造正極604及負極606即可，但由于用于圓筒型蓄電池的正極及負極被卷繞，所以活性物質(zhì)形成在集電體的兩個面，在這一點上不同。正極604與正極端子(正極集電導線)603連接，而負極606與負極端子(負極集電導線)607連接。正極端子603及負極端子607都可以使用鋁等金屬材料。將正極端子603電阻焊接到安全閥機構612，而將負極端子607電阻焊接到電池罐602底。安全閥機構612與正極蓋601通過PTC(Positive Temperature Coefficient:正溫度系數(shù))元件611電連接。當電池的內(nèi)壓上升到超過指定的閾值時，安全閥機構612切斷正極蓋601與正極604的電連接。另外，PTC元件611是在溫度上升時其電阻增大的熱敏電阻元件，并通過電阻的增大來限制電流量以防止異常發(fā)熱。作為PTC元件611，可以使用鈦酸鋇(BaT13)類半導體陶瓷等。
[0431]在本實施方式中，雖然作為蓄電池示出硬幣型及圓筒型蓄電池，但是也可以使用密封型蓄電池、方型蓄電池等各種形狀的其他蓄電池。此外，也可以采用層疊有多個正極、多個負極、多個隔離體的結(jié)構以及卷繞有正極、負極、隔離體的結(jié)構。
[0432][薄型蓄電池I]
[0433]圖7示出作為蓄電裝置的一個例子的薄型蓄電池。圖7示出薄型蓄電池的一個例子。薄型蓄電池如果做成具有柔性的結(jié)構，則在安裝到至少具有一部分有柔性的部位的電子設備時，可以使蓄電池與該電子設備的變形相符合地彎曲。
[0434]圖7示出薄型蓄電池500的外觀圖。圖8A及圖8B示出沿著圖7所示的單點劃線Al-A2的截面以及B1-B2的截面。薄型蓄電池500包括:包含正極集電體501及正極活性物質(zhì)層502的正極503;包含負極集電體504及負極活性物質(zhì)層505的負極506;隔離體507;電解液508;以及外包裝體509。在設置于被外包裝體509包圍的區(qū)域的正極503與負極506之間設置有隔離體507。此外，在被外包裝體509包圍的區(qū)域中充滿電解液508。
[0435]作為正極503和負極506中的至少一個，使用應用本發(fā)明的一個方式而制造的電極。另外，也可以作為正極503和負極506這兩者，使用應用本發(fā)明的一個方式而制造的電極。例如，作為正極503和負極506中的至少一個，使用利用實施方式I所示的裝置進行了處理的電極。
[0436]作為電解液508及隔離體507可以使用實施方式I所示的材料。
[0437]優(yōu)選將隔離體507加工為袋狀，并以包圍正極503和負極506中的某一個的方式配置。例如，如圖9A所示，以夾住正極503的方式將隔離體507對折，并使用密封部514在與正極503重疊的區(qū)域的外側(cè)進行密封，由此可以將正極503可靠地承載在隔離體507內(nèi)。然后，如圖9B所示，優(yōu)選交替層疊被隔離體507包圍的正極503和負極506并將它們配置在被外包裝體509包圍的區(qū)域，由此形成薄型蓄電池500。
[0438]在此，對如下例子進行說明:作為正極活性物質(zhì)使用實施方式I所示的包含鋰錳復合氧化物的粒子，作為正極503使用實施方式I所示的電極，并且，作為負極活性物質(zhì)使用包含硅的活性物質(zhì)。
[0439]由于包含硅的活性物質(zhì)(例如，硅、S1)的單位活性物質(zhì)重量及單位活性物質(zhì)體積的容量較大，所以可以提高蓄電池的單位重量及單位體積的容量。
[0440]圖1OA及圖1OB示出將集電體焊接到導線電極的例子。作為例子，示出將正極集電體501焊接到正極導線電極510的情況。通過超音波焊接等在焊接區(qū)域512中將正極集電體501焊接到正極導線電極510。由于正極集電體501具有圖1OB所示的彎曲部513，因此可以緩解在制造蓄電池500之后因從外部施加的力而產(chǎn)生的應力，從而提高蓄電池500的可靠性。
[0441]在圖7至圖SB所示的薄型蓄電池500中，通過超音波焊接將正極導線電極510與正極503所包括的正極集電體501焊接在一起，并且將負極導線電極511與負極506所包括的負極集電體504焊接在一起。另外，正極集電體501及負極集電體504也可以兼作與外部電接觸的端子。此時，也可以不使用導線電極而配置成使正極集電體501及負極集電體504的一部分從外包裝體509向外側(cè)露出。
[0442]另外，在圖7中，將正極導線電極510及負極導線電極511配置在同一邊上，但是如圖11所示，也可以將正極導線電極510及負極導線電極511配置在不同的邊上。如此，在本發(fā)明的一個方式的蓄電池中，可以自由地配置導線電極，因此其設計自由度高。因此，可以提高使用本發(fā)明的一個方式的蓄電池的產(chǎn)品的設計自由度。另外，可以提高使用本發(fā)明的一個方式的蓄電池的產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
[0443]在薄型蓄電池500中，作為外包裝體509，例如可以使用如下三層結(jié)構的薄膜:在由聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、離聚物、聚酰胺等材料構成的膜上設置鋁、不銹鋼、銅、鎳等柔性高的金屬薄膜，并且在該金屬薄膜上作為外包裝體的外表面設置聚酰胺類樹脂、聚酯類樹脂等絕緣性合成樹脂薄膜。
[0444]在圖8A及SB中，作為一個例子，面對面的正極和負極的組合個數(shù)為五個，但是電極的組合個數(shù)當然不局限于五個，既可以多于五個又可以少于五個。當電極層數(shù)較多時，可以實現(xiàn)容量更高的蓄電池。當電極層數(shù)較少時，可以實現(xiàn)薄型且柔性高的蓄電池。
[0445]在上述結(jié)構中，二次電池的外包裝體509可以在曲率半徑為30mm以上、優(yōu)選曲率半徑為1mm以上的范圍內(nèi)變形。作為二次電池的外包裝體的薄膜由一張或兩張構成，在二次電池具有疊層結(jié)構的情況下，彎曲了的電池具有由作為外包裝體的薄膜的兩條曲線夾著的截面結(jié)構。
[0446]參照圖12A至圖12C說明曲面的曲率半徑。在圖12A中，在截斷曲面1700而得到的平面1701上，使包括在曲面1700中包含的曲線1702的一部分近似于圓弧，將該圓的半徑作為曲率半徑1703，將圓中心作為曲率中心1704。圖12B示出曲面1700的俯視圖。圖12C示出用平面1701截斷曲面1700而得到的截面圖。當用平面截斷曲面時，出現(xiàn)在截面上的曲線的曲率半徑根據(jù)平面相對于曲面的角度、截斷位置而不同，但是在本說明書等中，將最小的曲率半徑定義為面的曲率半徑。
[0447]在使由作為外包裝體的兩個膜夾著電極及電解液等電池材料1805的二次電池彎曲的情況下，接近于二次電池的曲率中心1800—側(cè)的薄膜1801的曲率半徑1802比遠離于曲率中心1800—側(cè)的薄膜1803的曲率半徑1804小(參照圖13A)。當使二次電池彎曲而使其截面呈圓弧形時，離曲率中心1800近的膜表面受到壓縮應力，離曲率中心1800遠的膜表面受到拉伸應力(參照圖13B)。當在外包裝體的表面形成由凹部或凸部構成的圖案時，即便如上所述那樣被施加壓縮應力、拉伸應力，也能夠?qū)⒆冃蔚挠绊懸种圃谠试S范圍內(nèi)。因此，二次電池可以在離曲率中心近的外包裝體的曲率半徑為30mm以上、優(yōu)選為1mm以上的范圍內(nèi)變形。
[0448]此外，二次電池的截面形狀不局限于簡單的圓弧狀，也可以為其一部分呈圓弧的形狀，例如可以為圖13C所示的形狀、波狀(參照圖13D)、S形狀等。當二次電池的曲面為具有多個曲率中心的形狀時，二次電池可以在如下范圍內(nèi)變形:在多個曲率中心各自的曲率半徑中曲率半徑最小的曲面中，兩個外包裝體中的離曲率中心較近的外包裝體的曲率半徑為30mm以上、優(yōu)選為1mm以上。
[0449][薄型蓄電池2]
[0450]作為與圖7不同的薄型蓄電池的例子，圖14A至圖14C示出二次電池100a。圖14A是二次電池I OOa的立體圖，圖14B是二次電池I OOa的俯視圖。圖14C是沿著圖14B的點劃線D1-D2的截面圖。注意，為了便于理解，在圖14C中，摘出正極111、負極115、隔離體103、正極導線電極121、負極導線電極125及密封層120而示出。
[0451 ] 在此，參照圖15A至圖15D，對圖14A至圖14C所示的二次電池I OOa的制造方法的一部分進行說明。
[0452]首先，在隔離體103上配置負極115(參照圖15A)。此時，以負極115具有的負極活性物質(zhì)層與隔離體103重疊的方式配置。
[0453]接著，使隔離體103彎折，并將隔離體103重疊在負極115上。接著，在隔離體103上重疊正極111(參照圖15B)。此時，以正極111所具有的正極活性物質(zhì)層與隔離體103及負極活性物質(zhì)層重疊的方式配置。另外，當使用在集電體的單面形成有活性物質(zhì)層的電極時，以正極111的正極活性物質(zhì)層與負極115的負極活性物質(zhì)層隔著隔離體103對置的方式配置。
[0454]在將聚丙烯等能夠進行熱熔接的材料用作隔離體103的情況下，通過對隔離體103彼此重疊的區(qū)域進行熱熔接，然后將另一個電極重疊在隔離體103上，可以抑制在制造過程中電極錯開。具體而言，優(yōu)選對不與負極115或正極111重疊且隔離體103彼此重疊的區(qū)域(例如圖15B的區(qū)域103a所示的區(qū)域)進行熱熔接。
[0455]通過反復上述工序，如圖15C所示那樣，可以以夾著隔離體103的方式將正極111及負極115層疊。
[0456]注意，也可以配置成將多個負極115與多個正極111交替地夾在預先反復折疊好的隔離體103之間。
[0457]接著，如圖15C所示，由隔離體103覆蓋多個正極111及多個負極115。
[0458]并且，如圖15D所示，通過對隔離體103彼此重疊的區(qū)域(例如圖15D所示的區(qū)域103b)進行熱熔接，由隔離體103覆蓋多個正極111及多個負極115并將它們捆扎。
[0459]另外，也可以使用捆扎材料來捆扎多個正極111、多個負極115及隔離體103。
[0460]由于以這樣的工序重疊正極111及負極115，在一個隔離體103中，具有被正極111及負極115夾著的區(qū)域以及配置成覆蓋多個正極111及多個負極115的區(qū)域。
[0461]換言之，圖14A至圖14C的二次電池10a所包括的隔離體103是其一部分被折疊的一個隔離體。在隔離體103的被折疊的區(qū)域中夾有多個正極111及多個負極115。
[0462]關于二次電池10a的外包裝體107的粘合區(qū)域、正極111、負極115、隔離體103、外包裝體107的形狀以及正極導線電極121、負極導線電極125的位置及形狀以外的結(jié)構，可以參照實施方式I的記載。另外，關于重疊正極111及負極115的工序以外的二次電池10a的制造方法，可以參照實施方式I所記載的制造方法。
[0463][薄型蓄電池3]
[0464]作為與圖14A至圖14C不同的薄型蓄電池的例子，圖16A、圖16B、圖16C1、圖16C2及圖16D示出二次電池100b。圖16A是二次電池10b的立體圖，圖16B是二次電池10b的俯視圖。圖16C1是第一電極組裝體130的截面圖，圖16C2是第二電極組裝體131的截面圖。圖16D是沿著圖16B的單點劃線E1-E2處的截面圖。注意，為了便于理解，在圖16D中，摘出第一電極組裝體130、第二電極組裝體131及隔離體103來示出。
[0465]在圖16A、圖16B、圖16C1、圖16C2及圖16D所示的二次電池10b中，正極111、負極115及隔離體103的配置與圖14A至圖14C的二次電池10a不同。
[0466]如圖16D所示，二次電池10b包括多個第一電極組裝體130及多個第二電極組裝體131。
[0467]如圖16C1所示，在第一電極組裝體130中，依次層疊有在正極集電體的雙面具有正極活性物質(zhì)層的正極111a、隔離體103、在負極集電體的雙面具有負極活性物質(zhì)層的負極115a、隔離體103、在正極集電體的雙面具有正極活性物質(zhì)層的正極111a。另外，如圖16C2所示，在第二電極組裝體131中，依次層疊有在負極集電體的雙面具有負極活性物質(zhì)層的負極115a、隔離體103、在正極集電體的雙面具有正極活性物質(zhì)層的正極111a、隔離體103、在負極集電體的雙面具有負極活性物質(zhì)層的負極115a。
[0468]并且，如圖16D所示，多個第一電極組裝體130及多個第二電極組裝體131被卷起來的隔咼體103覆蓋。
[0469]在此，參照圖17A至圖17D，對圖16A、圖16B、圖16C1、圖16C2及圖16D所示的二次電池10b的制造方法的一部分進行說明。
[0470]首先，在隔離體103上配置第一電極組裝體130(參照圖17A)。
[0471]接著，使隔離體103彎折，并將隔離體103重疊于第一電極組裝體130上。接著，在第一電極組裝體130上下隔著隔離體103重疊兩組第二電極組裝體131(參照圖17B)。
[0472]接著，以覆蓋兩組第二電極組裝體131的方式將隔離體103卷起來。并且，在兩組第二電極組裝體131上下隔著隔離體103重疊兩組第一電極組裝體130(參照圖17C)。
[0473]接著，以覆蓋兩組第一電極組裝體130的方式將隔離體103卷起來(參照圖17D)。
[0474]由于以這樣的工序重疊多個第一電極組裝體130及多個第二電極組裝體131，所以這些電極組裝體配置在卷成旋渦狀的隔離體103之間。
[0475]注意，配置在最外側(cè)的第一電極組裝體130的正極Illa在外側(cè)優(yōu)選不設置正極活性物質(zhì)層。
[0476]另外，在圖16C1及圖16C2中，雖然示出電極組裝體包括三個電極及兩個隔離體的結(jié)構，但是本發(fā)明的一個方式并不局限于此。也可以采用電極為四個以上、隔離體為三個以上的結(jié)構。通過增加電極，可以進一步增大二次電池10b的容量。另外，也可以采用電極為兩個、隔離體為一個的結(jié)構。當電極少時，可以實現(xiàn)更耐彎曲的二次電池10b。另外，在圖16D中，雖然示出二次電池10b包括三組第一電極組裝體130及兩組第二電極組裝體131的結(jié)構，但是本發(fā)明的一個方式并不局限于此。也可以采用具有更多電極組裝體的結(jié)構。通過增加電極組裝體，可以進一步增大二次電池10b的容量。另外，也可以采用包括更少的電極組裝體的結(jié)構。當電極組裝體少時，可以實現(xiàn)更耐彎曲的二次電池I OOb。
[0477]關于二次電池10b的正極111a、負極115a及隔離體103的配置以外的內(nèi)容，可以參照關于圖14A至圖14C的記載。
[0478][蓄電系統(tǒng)的結(jié)構例子]
[0479]另外，針對蓄電系統(tǒng)的結(jié)構例子，參照圖18A至圖20B進行說明。在此，蓄電系統(tǒng)例如是指組裝有蓄電裝置的設備。在本實施方式中說明的蓄電系統(tǒng)包括使用本發(fā)明的一個方式的蓄電池。
[0480]圖18A和圖18B是蓄電系統(tǒng)的外觀圖。蓄電系統(tǒng)包括電路襯底900及蓄電池913。在蓄電池913上貼合有簽條910。并且，如圖18B所示，蓄電系統(tǒng)包括端子951、端子952、天線914和天線915。
[0481 ] 電路襯底900包括端子911和電路912。端子911與端子951、端子952、天線914、天線915及電路912連接。另外，也可以進一步設置多個端子911，將多個端子911分別用作控制信號輸入端子、電源端子等。
[0482]電路912也可以設置在電路襯底900的背面。另外，天線914及天線915的形狀不局限于線圈狀，例如也可以為線狀、板狀。另外，還可以使用平面天線、孔徑天線、行波天線、EH天線、磁場天線或電介質(zhì)天線等天線?；蛘撸炀€914或天線915也可以為平板狀的導體。該平板狀的導體也可以用作電場耦合用的導體之一。換言之，也可以將天線914或天線915用作電容器所具有的兩個導體之一。由此，不僅利用電磁場、磁場，而且還可以利用電場進行功率交換。
[0483]天線914的線寬度優(yōu)選大于天線915的線寬度。由此，可以增大通過天線914接受的電能。
[0484]蓄電裝置在天線914及天線915與蓄電池913之間包括層916。層916例如具有遮蔽來自蓄電池913的電磁場的功能。作為層916，例如可以使用磁性體。
[0485]蓄電系統(tǒng)不局限于圖18A和圖18B所示的結(jié)構。
[0486]例如，如圖19A1及圖19A2所示，也可以在圖18A及圖18B所示的蓄電池913的對置的一對表面分別設置天線。圖19A1是示出從上述一對表面中的一個表面一側(cè)觀察的外觀圖，圖19A2是示出從上述一對表面中的另一個表面一側(cè)觀察的外觀圖。另外，與圖18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)相同的部分可以適當?shù)卦龍D18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)的說明。
[0487]如圖19A1所不，在蓄電池913的一對表面中的一個表面隔著層916地設置有天線914，如圖19A2所示，在蓄電池913的一對表面中的另一個表面隔著層917地設置有天線915。層917例如具有遮蔽來自蓄電池913的電磁場的功能。作為層917，例如可以使用磁性體。
[0488]通過采用上述結(jié)構，可以增大天線914和天線915雙方的尺寸。
[0489]或者，如圖19B1及圖19B2所示，在圖18A及圖18B所示的蓄電池913的對置的一對表面分別設置不同的天線。圖19B1是示出從上述一對表面中的一個表面一側(cè)觀察的外觀圖，圖19B2是示出從上述一對表面中的另一個表面一側(cè)觀察的外觀圖。另外，與圖18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)相同的部分可以適當?shù)卦龍D18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)的說明。
[0490]如圖19B1所不，在蓄電池913的一對表面中的一個表面隔著層916地設置有天線914和天線915，如圖19B2所示，在蓄電池913的一對表面中的另一個表面隔著層917地設置有天線918。天線918例如具有能夠與外部設備進行數(shù)據(jù)通信的功能。作為天線918，例如可以使用具有能夠應用于天線914及天線915的形狀的天線。作為經(jīng)由天線918的蓄電系統(tǒng)與其他設備之間的通信方式，可以使用NFC等能夠在蓄電系統(tǒng)與其他設備之間使用的響應方式等。
[0491 ] 或者，如圖20A所示，也可以在圖18A及圖18B所示的蓄電池913處設置顯示裝置920。顯示裝置920通過端子919與端子911電連接。另外，也可以在設置有顯示裝置920的部分不貼合有簽條910。此外，與圖18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)相同的部分可以適當?shù)卦龍D18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)的說明。
[0492]在顯示裝置920上，例如可以顯示示出是否正在進行充電的圖像、示出蓄電量的圖像等。作為顯示裝置920，例如可以使用電子紙、液晶顯示裝置、電致發(fā)光(也稱為EL)顯示裝置等。例如，通過使用電子紙可以降低顯示裝置920的功耗。
[0493]或者，如圖20B所示，也可以在圖18A及圖18B所示的蓄電池913處設置傳感器921。傳感器921通過端子922與端子911電連接。此外，與圖18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)相同的部分可以適當?shù)卦龍D18A及圖18B所示的蓄電系統(tǒng)的說明。
[0494]傳感器921例如可以具有測量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉(zhuǎn)速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質(zhì)、聲音、時刻、硬度、電場、電流、電壓、功率、輻射線、流量、濕度、斜率、振動、氣味或紅外線。通過設置傳感器921，例如可以檢測出表示設置有蓄電系統(tǒng)的環(huán)境的數(shù)據(jù)(溫度等)，并將其預先儲存在電路912中的存儲器。
[0495]在本實施方式所示的蓄電池、蓄電系統(tǒng)中使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的電極。因此，可以增加蓄電池、蓄電系統(tǒng)的容量。另外，可以提高能量密度。另外，可以提高可靠性。另夕卜，可以延長壽命。
[0496]本實施方式可以與其他實施方式適當?shù)亟M合而實施。
[0497]實施方式3
[0498]在本實施方式中，說明將作為使用本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置的具有柔性的蓄電池安裝在電子設備的例子。
[0499]圖21A至圖21G示出將上述實施方式所示的具有柔性的蓄電池安裝在電子設備的例子。作為應用具有柔韌形狀的蓄電裝置的電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用于計算機等的顯示器、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、數(shù)碼相框、移動電話機(也稱為移動電話、移動電話裝置)、便攜式游戲機、便攜式信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、彈珠機等大型游戲機等。
[0500]此外，也可以將具有柔韌形狀的蓄電裝置沿著在房屋、高樓的內(nèi)壁或外壁、汽車的內(nèi)部裝飾或外部裝飾的曲面組裝。
[0501 ]圖21A示出移動電話機的一個例子。移動電話機7400除了組裝在框體7401中的顯示部7402之外，還具備操作按鈕7403、外部連接端口 7404、揚聲器7405、麥克風7406等。另外，移動電話機7400具有蓄電裝置7407。
[0502]圖21B示出使移動電話機7400彎曲的狀態(tài)。在利用外部的力使移動電話機7400變形而使其整體彎曲時，設置在其內(nèi)部的蓄電裝置7407也彎曲。圖21C示出彎曲狀態(tài)的蓄電裝置7407。蓄電裝置7407是薄型蓄電池。蓄電裝置7407在彎曲狀態(tài)下被固定。此外，蓄電裝置7407具有與集電體7409電連接的導線電極7408。
[0503]圖21D示出手鐲型顯示裝置的一個例子。便攜式顯示裝置7100具備框體7101、顯示部7102、操作按鈕7103及蓄電裝置7104。另外，圖21E示出彎曲的蓄電裝置7104的狀態(tài)。當蓄電裝置7104以彎曲的狀態(tài)戴到使用者的胳膊時，蓄電裝置7104的框體變形，使得蓄電裝置7104的一部分或全部的曲率發(fā)生變化。將以等價圓半徑的值表示曲線的任一點處的彎曲程度而得到的量稱為曲率半徑，并且將曲率半徑的倒數(shù)稱為曲率。具體而言，框體或蓄電裝置7104的主表面的一部分或全部在曲率半徑為40mm以上且150mm以下的范圍內(nèi)變化。只要蓄電裝置7104的主表面處的曲率半徑在40mm以上且150mm以下的范圍內(nèi)，就可以保持高可靠性。
[0504]圖21F是手表型便攜式信息終端的一個例子。便攜式信息終端7200包括框體7201、顯示部7202、帶子7203、帶扣7204、操作按鈕7205、輸入/輸出端子7206等。
[0505]便攜式信息終端7200可以執(zhí)行移動電話、電子郵件、文章的閱讀及編寫、音樂播放、網(wǎng)絡通信、電腦游戲等各種應用程序。
[0506]顯示部7202的顯示面彎曲地設置，能夠沿著彎曲的顯示面進行顯示。另外，顯示部7202具備觸摸傳感器，可以用手指、觸屏筆等觸摸屏幕來進行操作。例如，通過觸摸顯示于顯示部7202的圖標7207，可以啟動應用程序。
[0507]操作按鈕7205除了時刻設定之外，還可以具有電源開關動作、無線通信的開關動作、靜音模式的執(zhí)行及取消、省電模式的執(zhí)行及取消等各種功能。例如，通過利用組裝在便攜式信息終端7200中的操作系統(tǒng)，可以自由地設定操作按鈕7205的功能。
[0508]另外，便攜式信息終端7200可以執(zhí)行被通信標準化的近距離無線通信。例如，通過與可無線通信的耳麥進行相互通信，可以進行免提通話。
[0509]另外，便攜式信息終端7200具備輸入/輸出端子7206，可以通過連接器直接向其他信息終端發(fā)送數(shù)據(jù)或從其他信息終端接收數(shù)據(jù)。另外，也可以通過輸入/輸出端子7206進行充電。另外，充電工作也可以利用無線供電進行，而不經(jīng)由輸入/輸出端子7206。
[0510]便攜式信息終端7200的顯示部7202包括本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置。例如，可以將圖21E所示的蓄電裝置7104以彎曲的狀態(tài)組裝在框體7 201的內(nèi)部，或者，以能夠彎曲的狀態(tài)組裝到帶子7203的內(nèi)部。
[0511]圖21G示出臂章型顯示裝置的一個例子。顯示裝置7300具備顯示部7304以及根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置。顯示裝置7300也可以在顯示部7304具備觸摸傳感器，并被用作便攜式信息終端。
[0512]顯示部7304的顯示面彎曲，能夠沿著彎曲的顯示面進行顯示。另外，顯示裝置7300可以利用被通信標準化的近距離無線通信等改變顯示狀況。
[0513]顯示裝置7300具備輸入/輸出端子，可以通過連接器直接向其他信息終端發(fā)送數(shù)據(jù)或從其他信息終端接收數(shù)據(jù)。另外，也可以通過輸入/輸出端子進行充電。另外，充電動作也可以利用無線供電進行，而不經(jīng)由輸入/輸出端子。
[0514]本實施方式可以與其他實施方式適當?shù)亟M合而實施。
[0515]實施方式4
[0516]在本實施方式中，示出能夠安裝蓄電裝置的電子設備的一個例子。
[0517]圖22A和圖22B示出能夠進行對折的平板終端的一個例子。圖22A及圖22B所示的平板終端9600包括框體9630a、框體9630b、連接框體9630a和框體9630b的可動部9640、具有顯示部9631a及顯示部9631b的顯示部9631、顯示模式切換開關9626、電源開關9627、省電模式切換開關9625、緊固件9629以及操作開關9628。圖22A示出打開平板終端9600的狀態(tài)，圖22B示出合上平板終端9600的狀態(tài)。
[0518]平板終端9600在框體9630a及框體9630b的內(nèi)部具備蓄電體9635。蓄電體9635經(jīng)過可動部9640設置于框體9630a及框體9630b。
[0519]在顯示部9631a中，可以將其一部分用作觸摸屏的區(qū)域9632a，并且可以通過接觸所顯示的操作鍵9638來輸入數(shù)據(jù)。此外，作為一個例子，示出了顯示部9631a的一半?yún)^(qū)域只具有顯示的功能、并且剩下的一半?yún)^(qū)域具有觸摸屏的功能的結(jié)構，但是不局限于該結(jié)構。也可以采用顯示部9631a的整個區(qū)域具有觸摸屏的功能的結(jié)構。例如，可以使顯示部9631a的整個面顯示鍵盤按鈕而將其用作觸摸屏，并且將顯示部9631b用作顯示畫面。
[0520]此外，在顯示部9631b中與顯示部9631a同樣，也可以將其一部分用作觸摸屏的區(qū)域9632b。此外，通過使用手指、觸屏筆等接觸觸摸屏上的顯示有鍵盤顯示切換按鈕9639的位置，可以在顯示部9631b上顯示鍵盤按鈕。
[0521]此外，也可以對觸摸屏的區(qū)域9632a和觸摸屏的區(qū)域9632b同時進行觸摸輸入。
[0522]另外，顯示模式切換開關9626能夠切換豎屏顯示和橫屏顯示等顯示的方向并選擇黑白顯示、彩色顯示等的切換。根據(jù)通過平板終端9600所內(nèi)置的光傳感器所檢測的使用時的外部光的光量，省電模式切換開關9625可以使顯示的亮度設定為最適合的亮度。平板終端不僅僅內(nèi)置光傳感器，還可以內(nèi)置陀螺儀和加速度傳感器等檢測傾斜度的傳感器等其他檢測裝置。
[0523]此外，圖22A示出顯示部9631b的顯示面積與顯示部9631a的顯示面積相同的例子，但是不局限于此，既可以使一個顯示部的尺寸和另一個顯示部的尺寸不同，也可以使它們的顯示質(zhì)量有差異。例如將顯示部9631a和顯示部9631b中的一個顯示部設成能夠進行清晰度比另一個顯示部更高的顯示。
[0524]圖22B是合上的狀態(tài)，并且平板終端包括具備框體9630、太陽能電池9633、D⑶C轉(zhuǎn)換器9636的充放電控制電路9634。作為蓄電體9635使用本發(fā)明的一個方式的蓄電體。
[0525]此外，平板終端9600能夠進行對折，因此不使用時可以以重疊的方式折疊框體9630a及框體9630b。通過折疊框體9630a及框體9630b，可以保護顯示部9631a和顯示部9631b，可以提高平板終端9600的耐久性。使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電體的蓄電體9635具有柔性，即使被反復彎曲拉伸，充放電容量也不容易減少。因此可以提供一種可靠性高的平板終端。
[0526]此外，除此之外，圖22A和圖22B所示的平板終端還可以具有如下功能:將各種各樣的信息(靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、文字圖像等)顯示在顯示部上;將日歷、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的信息進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入;通過各種各樣的軟件(程序)控制處理等。
[0527]通過利用安裝在平板終端的表面上的太陽能電池9633，可以將電力供應到觸摸屏、顯示部或影像信號處理部等。注意，太陽能電池9633可以設置在框體9630的單面或雙面，并且可以高效地對蓄電體9635進行充電，所以是優(yōu)選的。另外，當作為蓄電體9635使用鋰離子電池時，有可以實現(xiàn)小型化等優(yōu)點。
[0528]另外，參照圖22C所示的方框圖而對圖22B所示的充放電控制電路9634的結(jié)構和工作進行說明。圖22C示出太陽能電池9633、蓄電體9635、D⑶C轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關SWl至開關SW3以及顯示部9631，蓄電體9635、D⑶C轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關SWl至開關SW3對應于圖22B所示的充放電控制電路9634。
[0529]首先，說明在利用外部光通過太陽能電池9633進行發(fā)電時的工作的例子。使用DCDC轉(zhuǎn)換器9636對太陽能電池所產(chǎn)生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來對蓄電體9635進行充電的電壓。并且，當利用來自太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時使開關SWl導通，并且，利用轉(zhuǎn)換器9637將其升壓或降壓到顯示部9631所需要的電壓。另外，采用當不進行顯示部9631中的顯示時使開關SWl斷開并且使開關SW2導通來對蓄電體9635進行充電的結(jié)構即可。
[0530]注意，作為發(fā)電單元的一個例子示出太陽能電池9633，但是不局限于此，也可以構成為使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉(zhuǎn)換元件(?爾帖元件(Peltierelement))等其他發(fā)電單元進行蓄電體9635的充電。例如，也可以構成為使用以無線(不接觸)的方式收發(fā)電力來進行充電的無觸點電力傳輸模塊或組合其他充電方法進行充電。
[0531]圖23示出其他電子設備的例子。在圖23中，顯示裝置8000是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8004的電子設備的一個例子。具體地說，顯示裝置8000相當于電視廣播接收用顯示裝置，包括框體8001、顯示部8002、揚聲器部8003及蓄電裝置8004等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8004設置在框體8001的內(nèi)部。顯示裝置8000既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置8004中的電力。因此，即使當由于停電等而不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8004用作不間斷電源，也可以利用顯示裝置8000。
[0532]作為顯示部8002，可以使用半導體顯示裝置，諸如液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發(fā)光元件的發(fā)光裝置、電泳顯示裝置、DMD(數(shù)字微鏡裝置:DigitalMicromirror Device)、Ρ?Ρ(等離子體顯不面板:Plasma Display Panel)及FED(場致發(fā)射顯不器:Field Emiss1n Display)等。
[0533]另外，除了電視廣播接收用的顯示裝置之外，顯示裝置還包括所有顯示信息用顯示裝置，例如個人計算機用顯示裝置、廣告顯示用顯示裝置等。
[0534]在圖23中，安鑲型照明裝置8100是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8103的電子設備的一個例子。具體地說，照明裝置8100包括框體8101、光源8102及蓄電裝置8103等。雖然在圖23中例示出蓄電裝置8103設置在安鑲有框體8101及光源8102的天花板8104的內(nèi)部的情況，但是蓄電裝置8103也可以設置在框體8101的內(nèi)部。照明裝置8100既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置8103中的電力。因此，即使當由于停電等而不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8103用作不間斷電源，也可以利用照明裝置8100。
[0535]另外，雖然在圖23中例示出設置在天花板8104的安鑲型照明裝置8100，但是本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置既可以用于設置在天花板8104以外的例如側(cè)壁8105、地板8106、窗戶8107等的安鑲型照明裝置，又可以用于臺式照明裝置等。
[0536]另外，作為光源8102，可以使用利用電力人工地獲得光的人工光源。具體地說，作為上述人工光源的例子，可以舉出白熾燈泡、熒光燈等放電燈以及LED、有機EL元件等發(fā)光元件。
[0537]在圖23中，具有室內(nèi)機8200及室外機8204的空調(diào)器是使用本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8203的電子設備的一個例子。具體地說，室內(nèi)機8200包括框體8201、送風口 8202及蓄電裝置8203等。雖然在圖23中例示出蓄電裝置8203設置在室內(nèi)機8200中的情況，但是蓄電裝置8203也可以設置在室外機8204中。或者，也可以在室內(nèi)機8200和室外機8204這兩者中設置有蓄電裝置8203。空調(diào)器既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置8203中的電力。尤其是，當在室內(nèi)機8200和室外機8204這兩者中設置有蓄電裝置8203時，即使當由于停電等而不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8203用作不間斷電源，也可以利用空調(diào)器。
[0538]另外，雖然在圖23中例示由室內(nèi)機和室外機構成的分體式空調(diào)器，但是也可以將本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置用于在一個框體中具有室內(nèi)機的功能和室外機的功能的一體式空調(diào)器。
[0539]在圖23中，電冷藏冷凍箱8300是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8304的電子設備的一個例子。具體地說，電冷藏冷凍箱8300包括框體8301、冷藏室門8302、冷凍室門8303及蓄電裝置8304等。在圖23中，蓄電裝置8304設置在框體8301的內(nèi)部。電冷藏冷凍箱8300既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應，又可以使用蓄積在蓄電裝置8304中的電力。因此，即使當由于停電等而不能接受來自商業(yè)電源的電力供應時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置8304用作不間斷電源，也可以利用電冷藏冷凍箱8300。
[0540]另外，微波爐等高頻加熱裝置和電飯煲等電子設備在短時間內(nèi)需要高功率。因此，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置用作用來輔助通過商業(yè)電源不能完全供應的電力的輔助電源，在使用電子設備時可以防止商業(yè)電源的總開關跳閘。
[0541]另外，在不使用電子設備的時間段，尤其是在商業(yè)電源的供應源能夠供應的電力總量中的實際使用的電能的比率(稱為電力使用率)低的時間段中，將電力預先蓄積在蓄電裝置中，由此可以抑制在上述時間段以外的時間段中電力使用率增高。例如，在電冷藏冷凍箱8300時，在氣溫低且不進行冷藏室門8302、冷凍室門8303的開關的夜間，將電力蓄積在蓄電裝置8304中。并且，在氣溫高且進行冷藏室門8302、冷凍室門8303的開關的白天，將蓄電裝置8304用作輔助電源，由此可以抑制白天的電力使用率。
[0542]本實施方式可以與其他實施方式適當?shù)亟M合而實施。
[0543]實施方式5
[0544]在本實施方式中，示出將蓄電裝置安裝在車輛中的例子。
[0545]當將蓄電裝置安裝在車輛時，可以實現(xiàn)混合動力汽車(HEV)、電動汽車(EV)或插電式混合動力汽車(PHEV)等新一代清潔能源汽車。
[0546]在圖24A和圖24B中，例示出使用本發(fā)明的一個方式的車輛。圖24A所示的汽車8400是作為用于行駛的動力源使用電動機的電動汽車?；蛘?，汽車8400是作為用于行駛的動力源能夠適當?shù)剡x擇使用電動機和引擎的混合動力汽車。通過使用本發(fā)明的一個方式，可以實現(xiàn)續(xù)航距離長的車輛。另外，汽車8400具備蓄電裝置。蓄電裝置不僅驅(qū)動電動機，而且還可以將電力供應到車頭燈8401、室內(nèi)燈(未圖示)等發(fā)光裝置。
[0547]另外，蓄電裝置可以將電力供應到汽車8400所具有的速度表、轉(zhuǎn)速計等的顯示裝置。此外，蓄電裝置可以將電力供應到汽車8400所具有的導航系統(tǒng)等的半導體裝置。
[0548]在圖24B所示的汽車8500中，可以通過利用插電方式、非接觸供電方式等從外部的充電設備接受供應電力，來對汽車8500所具有的蓄電裝置(未圖示)進行充電。圖24B示出從地面設置型的充電裝置8021通過電纜8022對安裝在汽車8500中的蓄電裝置進行充電的狀態(tài)。當進行充電時，作為充電方法、連接器的規(guī)格等，根據(jù)CHAdeMO(日本的注冊商標)或聯(lián)合充電系統(tǒng)“Combined Charging System”等的規(guī)定的方式而適當?shù)剡M行即可。作為充電裝置8021，也可以使用設置在商業(yè)設施的充電站或家庭的電源。例如，通過利用外插充電技術從外部供應電力，可以對安裝在汽車8500中的蓄電裝置進行充電?？梢酝ㄟ^AC/DC轉(zhuǎn)換器等轉(zhuǎn)換裝置將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力來進行充電。
[0549]另外，雖然未圖示，但是也可以將受電裝置安裝在車輛中并從地面的送電裝置以非接觸方式供應電力來進行充電。當利用非接觸供電方式時，通過在公路、外壁組裝送電裝置，不僅在停車期間，而且在行駛期間也可以進行充電。此外，也可以利用該非接觸供電方式，在車輛之間進行電力的發(fā)送及接收。再者，還可以在車輛的外裝部設置太陽能電池，在停車時、行駛時進行蓄電裝置的充電?？梢岳秒姶鸥袘绞?、磁場共振方式實現(xiàn)這樣的非接觸式的供電。
[0550]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，可以提高蓄電裝置的循環(huán)特性及可靠性。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個方式，可以提高蓄電裝置的特性，因而，可以使蓄電裝置本身小型輕質(zhì)化。另外，如果可以使蓄電裝置本身小型輕質(zhì)化，則有助于實現(xiàn)車輛的輕質(zhì)化，從而可以延長續(xù)航距離。另外，也可以將安裝在車輛中的蓄電裝置用作車輛之外的電力供應源。此時，可以避免在電力需求高峰時使用商業(yè)電源。
[0551]本實施方式可以與其他實施方式所記載的結(jié)構適當?shù)亟M合而實施。
[0552]實施方式6
[0553 ]在本實施方式中，參照圖25至圖31說明可以與包含在上述實施方式中說明的材料的電池單元組合而使用的電池管理單元(Battery Management Unit:BMU)及適合于構成該電池管理單元的電路的晶體管。在本實施方式中，特別說明具有串聯(lián)連接的電池單元的蓄電裝置的電池管理單元。
[0554]當對串聯(lián)連接的多個電池單元反復進行充放電時，容量(輸出電壓)根據(jù)電池單元之間的特性的不均勻而不同。串聯(lián)連接的多個電池單元整體的放電時的容量取決于容量小的電池單元。在各電池單元之間的容量不均勻的情況下，所有電池單元的放電時的容量變小。當以容量小的電池單元為基準進行充電時，有可能充電不足。當以容量大的電池單元為基準進行充電時，有可能過度充電。
[0555]由此，具有串聯(lián)連接的多個電池單元的蓄電裝置的電池管理單元具有調(diào)整成為充電不足、過度充電的原因的電池單元之間的容量不均勻的功能。作為用來調(diào)整電池單元之間的容量不均勾的電路結(jié)構，有電阻方式、電容器方式或電感器方式等，這里，作為一個例子舉出可以利用關態(tài)電流小的晶體管來調(diào)整容量不均勻的電路結(jié)構來進行說明。
[0556]作為關態(tài)電流小的晶體管，優(yōu)選為在溝道形成區(qū)中含有氧化物半導體的晶體管(OS晶體管)。通過將關態(tài)電流小的OS晶體管應用于蓄電裝置的電路控制單元的電路結(jié)構，可以減少從電池單元泄漏的電荷量，以抑制隨時間經(jīng)過的容量下降。
[0557]作為用于溝道形成區(qū)的氧化物半導體，使用In-M-Zn氧化物(M是Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce或Nd)。在用來形成氧化物半導體膜的靶材中，假設金屬元素的原子數(shù)比為In:M:Zn = X1:ymm/V優(yōu)選為1/3以上且6以下，更優(yōu)選為I以上且6以下，Z1/yi優(yōu)選為1/3以上且6以下，更優(yōu)選為I以上且6以下。注意，通過將21/71設為I以上且6以下，容易形成用作氧化物半導體膜的CAAC-OS膜。
[0558]這里，說明CAAC-OS膜。
[0559]CAAC-OS膜是包含呈c軸取向的多個晶體部的氧化物半導體膜之一。
[0560]根據(jù)利用透射電子顯微鏡(TEM:Transmiss1nElectron ]\1;[(31'08(3(^6)觀察0六八0OS膜的亮視場像及衍射圖案的復合分析圖像(也稱為高分辨率TEM圖像)，可以觀察到多個晶體部。但是，在高分辨率TEM圖像中觀察不到晶體部與晶體部之間的明確的邊界、即晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，不容易發(fā)生起因于晶界的電子迀移率的降低。
[0561]如果從大致平行于樣品面的方向觀察CAAC-OS膜的截面的高分辨率TEM圖像，能夠確認在晶體部中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的形狀，并以平行于CAAC-OS膜的被形成面或CAAC-OS膜的頂面的方式排列。
[0562]另一方面，如果從大致垂直于樣品面的方向觀察CAAC-OS膜的平面的高分辨率TEM圖像，則能夠確認在晶體部中金屬原子排列為三角形狀或六邊形狀。但是，在不同的晶體部之間金屬原子的排列沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)律性。
[0563]使用X射線衍射(XRD:X-Ray Diffract1n)裝置對CAAC-0S膜進行結(jié)構分析。例如，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4晶體的CAAC-OS膜時，在衍射角(2Θ)為31°附近有時會出現(xiàn)峰值。由于該峰值來源于InGaZnO4晶體的(009)面，由此能夠確認CAAC-OS膜中的晶體具有c軸取向性，并且c軸朝向大致垂直于CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方向。
[0564]注意，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4晶體的CAAC-OS膜時，除了在2Θ為31°附近的峰值之外，有時還在2Θ為36°附近觀察到峰值。2Θ為36°附近的峰值意味著CAAC-OS膜的一部分含有不呈c軸取向的晶體。優(yōu)選的是，在CAAC-OS膜中在2Θ為31°附近時出現(xiàn)峰值而在2Θ為36°附近時不出現(xiàn)峰值。
[0565]CAAC-OS膜是雜質(zhì)濃度低的氧化物半導體膜。雜質(zhì)是指氫、碳、硅、過渡金屬元素等氧化物半導體膜的主要成分以外的元素。尤其是，硅等元素因為其與氧的結(jié)合力比構成氧化物半導體膜的金屬元素與氧的結(jié)合力更強而成為因從氧化物半導體膜奪取氧而打亂氧化物半導體膜的原子排列而使得晶體性降低的主要因素。另外，鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等因為其原子半徑(分子半徑)大，所以在包含在氧化物半導體膜內(nèi)部時，成為打亂氧化物半導體膜的原子排列而使得晶體性降低的主要因素。注意，包含在氧化物半導體膜中的雜質(zhì)有時成為載流子陷阱、載流子發(fā)生源。
[0566]另外，CAAC-OS膜是缺陷能級密度低的氧化物半導體膜。例如，氧化物半導體膜中的氧缺陷有時成為載流子陷阱，或者通過俘獲氫而成為載流子發(fā)生源。
[0567]將雜質(zhì)濃度低且缺陷能級密度低(氧缺陷的個數(shù)少)的狀態(tài)稱為“高純度本征”或“實質(zhì)上高純度本征”。高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜具有較少的載流子發(fā)生源，因此可以具有較低的載流子密度。因此，使用該氧化物半導體膜的晶體管很少具有負閾值電壓的電特性(也稱為常導通特性)。另外，高純度本征或?qū)嵸|(zhì)上高純度本征的氧化物半導體膜具有較少的載流子陷阱。因此，使用該氧化物半導體膜的晶體管成為電特性變動小、高可靠性的晶體管。另外，被氧化物半導體膜的載流子陷阱俘獲的電荷直至被釋放需要長時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，使用雜質(zhì)濃度高且缺陷能級密度高的氧化物半導體膜的晶體管的電特性有時不穩(wěn)定。
[0568]另外，在使用CAAC-OS膜的晶體管中，由于可見光、紫外光的照射引起的電特性的變動小。
[0569]因為OS晶體管的帶隙比在溝道形成區(qū)中含有硅的晶體管(Si晶體管)大，所以不容易發(fā)生被施加高電壓時的絕緣擊穿。在串聯(lián)連接電池單元的情況下產(chǎn)生幾百V的電壓，但作為應用于這種電池單元的蓄電裝置的電池管理單元的電路，通過上述OS晶體管來構成是適合的。
[0570]圖25示出蓄電裝置的方框圖的一個例子。圖25所示的蓄電裝置1300包括:端子對1301;端子對1302;切換控制電路1303;切換電路1304;切換電路1305;變壓控制電路1306;變壓電路1307;以及包括串聯(lián)連接的多個電池單元1309的電池部1308。
[0571]另外，在圖25所示的蓄電裝置1300中，將由端子對1301、端子對1302、切換控制電路1303、切換電路1304、切換電路1305、變壓控制電路1306以及變壓電路1307構成的部分可以稱為電池管理單元。
[0572]切換控制電路1303控制切換電路1304及切換電路1305的工作。具體而言，切換控制電路1303根據(jù)每個電池單元1309的測定電壓來決定要放電的電池單元(放電電池單元群)及要充電的電池單元(充電電池單元群)。
[0573]再者，切換控制電路1303根據(jù)上述所決定的放電電池單元群及充電電池單元群輸出控制信號SI及控制信號S2。將控制信號SI輸出到切換電路1304。控制信號SI是用來控制切換電路1304以連接端子對1301和放電電池單元群的信號。將控制信號S2輸出到切換電路1305?？刂菩盘朣2是用來控制切換電路1305以連接端子對1302和充電電池單元群的信號。
[0574]另外，切換控制電路1303根據(jù)切換電路1304、切換電路1305以及變壓電路1307的結(jié)構，產(chǎn)生控制信號SI及控制信號S2，以在端子對1302與充電電池單元群之間將同一極性的端子彼此連接。
[0575]以下詳細描述切換控制電路1303的工作。
[0576]首先，切換控制電路1303測定多個電池單元1309的每一個的電壓。然后，切換控制電路1303例如將電壓為規(guī)定閾值以上的電池單元1309判斷為高電壓的電池單元(高電壓單元)，并將電壓低于規(guī)定閾值的電池單元1309判斷為低電壓的電池單元(低電壓單元)。
[0577]另外，可以使用各種方法判斷高電壓單元及低電壓單元。例如，切換控制電路1303也可以以多個電池單元1309中的電壓最高的電池單元1309或電壓最低的電池單元1309為基準，判斷各電池單元1309是高電壓單元還是低電壓單元。在此情況下，切換控制電路1303判定各電池單元1309的電壓相對于基準電壓是否為規(guī)定比例以上，由此可以判斷各電池單元1309是高電壓單元還是低電壓單元。然后，切換控制電路1303根據(jù)上述判斷結(jié)果決定放電電池單元群和充電電池單元群。
[0578]在多個電池單元1309中，高電壓單元和低電壓單元有可能在各種狀態(tài)下混合存在。例如，在高電壓單元和低電壓單元混合存在的狀態(tài)下，切換控制電路1303將最多個高電壓單元連續(xù)串聯(lián)連接的部分判斷為放電電池單元群。另外，切換控制電路1303將最多個低電壓單元連續(xù)串聯(lián)連接的部分判斷為充電電池單元群。另外，切換控制電路1303也可以將接近于過度充電或過度放電的電池單元1309優(yōu)先地作為放電電池單元群或充電電池單元群選出。
[0579]這里，參照圖26A至圖26C說明本實施方式中的切換控制電路1303的工作例子。圖26A至圖26C是用來說明切換控制電路1303的工作例子的圖。為了說明的方便起見，在圖26A至圖26C中，以四個電池單元1309串聯(lián)連接的情況為例子進行說明。
[0580]首先，在圖26A的例子中示出在以電壓Va至Vd表示電池單元1309a至d的電壓時存在Va = Vb = Vc>Vd的關系的情況。就是說，串聯(lián)連接有連續(xù)的三個高電壓單元a至c和一個低電壓單元d。在此情況下，切換控制電路1303將連續(xù)的三個高電壓單元a至c判定為放電電池單元群。另外，切換控制電路1303將低電壓單元d判定為充電電池單元群。
[0581 ]其次，在圖26B的例子中，示出處于Vc>Vb = Va>>Vd的關系的情況。就是說，串聯(lián)連接有連續(xù)的兩個低電壓單元a和b、一個高電壓單元c以及一個即將成為過度放電狀態(tài)的低電壓單元d。在此情況下，切換控制電路1303將高電壓單元c判定為放電電池單元群。另外，因為低電壓單元d即將成為過度放電狀態(tài)，所以切換控制電路1303不是將連續(xù)的兩個低電壓單元a和b判定為充電電池單元群，而是將低電壓單元d優(yōu)先地判定為充電電池單元群。
[0582]最后，在圖26C的例子中，示出處于Va>Vb = Vc = Vd的關系的情況。就是說，串聯(lián)連接有一個高電壓單元a和連續(xù)的三個低電壓單元b至d。在此情況下，切換控制電路1303將高電壓單元a判定為放電電池單元群。另外，切換控制電路1303將連續(xù)的三個低電壓單元b至d判定為充電電池單元群。
[0583]根據(jù)如圖26A至圖26C所示的例子那樣決定的結(jié)果，切換控制電路1303將控制信號SI和控制信號S2分別輸出到切換電路1304和切換電路1305，其中控制信號SI設定有表示作為切換電路1304的連接目的地的放電電池單元群的信息，控制信號S2設定有表示作為顯示切換電路13 O 5的連接目的地的充電電池單元群的信息。
[0584]對有關切換控制電路1303的工作的詳細說明到此為止。
[0585]切換電路1304根據(jù)從切換控制電路1303輸出的控制信號SI將端子對1301的連接目的地設定為由切換控制電路1303決定的放電電池單元群。
[0586]端子對1301由一對端子Al及端子A2構成。切換電路1304將該一對端子Al及端子A2中的任何一個連接于放電電池單元群中的位于最上游端(高電位一側(cè))的電池單元1309的正極端子，并將該端子Al及端子A2中的另一個連接于放電電池單元群中的位于最下游端(低電位一側(cè))的電池單元1309的負極端子，從而設定端子對1301的連接目的地。切換電路1304能夠利用在控制信號SI中設定的信息來識別放電電池單元群的位置。
[0587]切換電路1305根據(jù)從切換控制電路1303輸出的控制信號S2將端子對1302的連接目的地設定為由切換控制電路1303決定的充電電池單元群。
[0588]端子對1302由一對端子BI及端子B2構成。切換電路1305將該一對端子BI及端子B2中的任何一個連接于充電電池單元群中的位于最上游端(高電位一側(cè))的電池單元1309的正極端子，并將該端子BI及端子B2中的另一個連接于充電電池單元群中的位于最下游端(低電位一側(cè))的電池單元1309的負極端子，從而設定端子對1302的連接目的地。另外，切換電路1305利用在控制信號S2中設定的信息來識別充電電池單元群的位置。
[0589]圖27和圖28是示出表示切換電路1304及切換電路1305的結(jié)構例子的電路圖。
[0590]在圖27中，切換電路1304具有多個晶體管1310、總線1311及1312?？偩€1311與端子Al連接?？偩€1312與端子A2連接。多個晶體管1310的源極和漏極中的一方的各電極每隔一個地交替連接于總線1311及1312。另外，多個晶體管1310的源極和漏極中的另一方的各電極連接于相鄰的兩個電池單元1309之間。
[0591]多個晶體管1310中的位于最上游端的晶體管1310的源極和漏極中的另一方連接于位于電池部1308的最上游端的電池單元1309的正極端子。另外，多個晶體管1310中的位于最下游端的晶體管1310的源極和漏極中的另一方連接于位于電池部13 O 8的最下游端的電池單元1309的負極端子。
[0592]切換電路1304根據(jù)被供應到多個晶體管1310的柵極的控制信號SI使連接于總線1311的多個晶體管1310中的一個及連接于總線1312的多個晶體管1310中的一個分別成為導通狀態(tài)，從而連接放電電池單元群和端子對1301。由此，放電電池單元群中的位于最上游端的電池單元1309的正極端子連接于一對端子Al及A2中的某一個。另外，放電電池單元群中的位于最下游端的電池單元1309的負極端子連接于一對端子Al及A2中的另一方、即未連接于正極端子的一方的端子。
[0593]作為晶體管1310優(yōu)選使用OS晶體管。因為OS晶體管的關態(tài)電流小，所以可以減少從不屬于放電電池單元群的電池單元泄漏的電荷量，抑制隨時間經(jīng)過的容量下降。另外，OS晶體管不容易發(fā)生被施加高電壓時的絕緣擊穿。由此，即使放電電池單元群的輸出電壓大，也可以使連接有處于非導通狀態(tài)的晶體管1310的電池單元1309和端子對1301處于絕緣狀
??τ O
[0594]另外，在圖27中，切換電路1305具有多個晶體管1313、電流控制開關1314、總線1315及總線1316?？偩€1315及總線1316被配置在多個晶體管1313與電流控制開關1314之間。多個晶體管1313的源極和漏極中的一方的各電極每隔一個地交替連接于總線1315及總線1316。另外，多個晶體管1313的源極和漏極中的另一方的各電極連接于相鄰的兩個電池單元1309之間。
[0595]多個晶體管1313中的位于最上游端的晶體管1313的源極和漏極中的另一方連接于位于電池部1308的最上游端的電池單元1309的正極端子。另外，多個晶體管1313中的位于最下游端的晶體管1313的源極和漏極中的另一方連接于位于電池部13 O 8的最下游端的電池單元1309的負極端子。
[0596]與晶體管1310同樣，作為晶體管1313優(yōu)選使用OS晶體管。因為OS晶體管的關態(tài)電流小，所以可以減少從不屬于充電電池單元群的電池單元泄漏的電荷量，抑制容量隨時間的經(jīng)過而下降。另外，OS晶體管不容易發(fā)生被施加高電壓時的絕緣擊穿。由此，即使用來對充電電池單元群進行充電的電壓大，也可以使連接有處于非導通狀態(tài)的晶體管1313的電池單元1309和端子對1302處于絕緣狀態(tài)。
[0597]電流控制開關1314具有開關對1317和開關對1318。開關對1317及開關對1318分別由成對的開關構成。開關對1317的一端連接于端子BI。開關對1317的另一端分支為兩個開關，其中一個開關連接于總線1315，而另一個開關連接于總線1316。開關對1318的一端連接于端子B2。開關對1318的另一端分支為兩個開關，其中一個開關連接于總線1315，而另一個開關連接于總線1316。
[0598]與晶體管1310及晶體管1313同樣，開關對1317及開關對1318所具有的開關優(yōu)選使用OS晶體管。
[0599]切換電路1305根據(jù)控制信號S2控制晶體管1313及電流控制開關1314的導通/斷開狀態(tài)的組合，從而連接充電電池單元群和端子對1302。
[0600]作為一個例子，切換電路1305使用如下方式連接充電電池單元群和端子對1302。
[0601]切換電路1305根據(jù)被供應到多個晶體管1313的柵極的控制信號S2，使連接于位于充電電池單元群中的最上游端的電池單元1309的正極端子的晶體管1313成為導通狀態(tài)。另夕卜，切換電路1305根據(jù)被供應到多個晶體管1313的柵極的控制信號S2，使連接于位于充電電池單元群中的最下游端的電池單元1309的負極端子的晶體管1313成為導通狀態(tài)。
[0602]被施加到端子對1302的電壓的極性有可能根據(jù)連接于端子對1301的放電電池單元群及變壓電路1307的結(jié)構而變化。另外，為了使電流向?qū)Τ潆婋姵貑卧撼潆姷姆较蛄鲃樱枰诙俗訉?302與充電電池單元群之間將同一極性的端子彼此連接。由此，電流控制開關1314通過控制信號S2來控制，以根據(jù)被施加到端子對1302的電壓的極性分別切換開關對1317及開關對1318的連接目的地。
[0603]作為一個例子，舉出將電壓施加到端子對1302以使端子BI和B2分別成為正極和負極的狀態(tài)來進行說明。此時，在電池部1308的最下游端的電池單元1309為充電電池單元群的情況下，開關對1317通過控制信號S2來控制，以使其與該電池單元1309的正極端子連接。就是說，開關對1317中的連接于總線1316的開關成為導通狀態(tài)，而開關對1317中的連接于總線1315的開關成為斷開狀態(tài)。另一方面，開關對1318通過控制信號S2來控制，以使其與該電池單元1309的負極端子連接。就是說，開關對1318中的連接于總線1315的開關成為導通狀態(tài)，而開關對1318中的連接于總線1316的開關成為斷開狀態(tài)。如此，在端子對1302與充電電池單元群之間將同一極性的端子彼此連接。由此，來自端子對1302的電流的方向被控制為對充電電池單元群充電的方向。
[0604]另外，電流控制開關1314也可以不包括在切換電路1305中而包括在切換電路1304中。在此情況下，根據(jù)電流控制開關1314及控制信號SI控制被施加到端子對1301的電壓的極性，從而控制被施加到端子對1302的電壓的極性。由此，電流控制開關1314控制從端子對1302流向充電電池單元群的電流的方向。
[0605 ]圖28是示出與圖27不同的切換電路1304及切換電路1305的結(jié)構例子的電路圖。
[0606]在圖28中，切換電路1304具有多個晶體管對1321、總線1324及1325?？偩€1324與端子Al連接。總線1325與端子A2連接。多個晶體管對1321的一端分別通過晶體管1322及晶體管1323而分支。晶體管1322的源極和漏極中的一方連接于總線1324。晶體管1323的源極和漏極中的一方連接于總線1325。另外，多個晶體管對1321的另一端分別連接于相鄰的兩個電池單元1309之間。多個晶體管對1321中的位于最上游端的晶體管對1321的另一端連接于位于電池部1308的最上游端的電池單元1309的正極端子。另外，多個晶體管對1321中的位于最下游端的晶體管對1321的另一端連接于位于電池部1308的最下游端的電池單元1309的負極端子。
[0607]切換電路1304根據(jù)控制信號SI切換晶體管1322及晶體管1323的導通/非導通狀態(tài)，從而將該晶體管對1321的連接目的地切換為端子Al和A2中的某一個。具體而言，當晶體管1322成為導通狀態(tài)時，晶體管1323成為非導通狀態(tài)，其連接目的地成為端子Al。另一方面，當晶體管1323成為導通狀態(tài)時，晶體管1322成為非導通狀態(tài)，其連接目的地成為端子A2。成為導通狀態(tài)的是晶體管1322還是晶體管1323，這根據(jù)控制信號SI來決定。
[0608]為了連接端子對1301和放電電池單元群，使用兩個晶體管對1321。具體而言，通過根據(jù)控制信號SI分別決定兩個晶體管對1321的連接目的地，連接放電電池單元群和端子對
1301。通過控制信號SI進行控制，以使兩個晶體管對1321各自的連接目的地中的一方和另一方分別成為端子Al和端子A2。
[0609]切換電路1305具有多個晶體管對1331、總線1334及1335?？偩€1334與端子BI連接?？偩€1335與端子B2連接。多個晶體管對1331的一端分別通過晶體管1332及晶體管1333而分支。通過晶體管1332而分支的一端連接于總線1334。通過晶體管1333而分支的一端連接于總線1335。另外，多個晶體管對1331的另一端分別連接于相鄰的兩個電池單元1309之間。多個晶體管對1331中的位于最上游端的晶體管對1331的另一端連接于位于電池部1308的最上游端的電池單元1309的正極端子。另外，多個晶體管對1331中的位于最下游端的晶體管對1331的另一端連接于位于電池部1308的最下游端的電池單元1309的負極端子。
[0610]切換電路1305根據(jù)控制信號S2切換晶體管1332及晶體管1333的導通/非導通狀態(tài)，從而將該晶體管對1331的連接目的地切換為端子BI和端子B2中的任何一方。具體而言，當晶體管1332成為導通狀態(tài)時，晶體管1333成為非導通狀態(tài)，其連接目的地成為端子BI。另一方面，當晶體管1333成為導通狀態(tài)時，晶體管1332成為非導通狀態(tài)，其連接目的地成為端子B2。成為導通狀態(tài)的是晶體管1332還是晶體管1333，這根據(jù)控制信號S2來決定。
[0611]為了連接端子對1302和充電電池單元群，使用兩個晶體管對1331。具體而言，通過根據(jù)控制信號S2分別決定兩個晶體管對1331的連接目的地，連接充電電池單元群和端子對
1302。通過控制信號S2進行控制，以使兩個晶體管對1331各自的連接目的地中的一方和另一方分別成為端子BI和端子B2。
[0612]兩個晶體管對1331各自的連接目的地根據(jù)被施加到端子對1302的電壓的極性來決定。具體而言，在對端子對1302施加電壓以使端子BI和端子B2分別成為正極和負極的情況下，上游側(cè)的晶體管對1331通過控制信號S2進行控制，以使晶體管1332成為導通狀態(tài)并使晶體管1333成為非導通狀態(tài)。另一方面，下游側(cè)的晶體管對1331通過控制信號S2進行控制，以使晶體管1333成為導通狀態(tài)并使晶體管1332成為非導通狀態(tài)。在對端子對1302施加電壓以使端子BI和端子B2分別成為負極和正極的情況下，上游側(cè)的晶體管對1331通過控制信號S2進行控制，以使晶體管1333成為導通狀態(tài)并使晶體管1332成為非導通狀態(tài)。另一方面，下游側(cè)的晶體管對1331通過控制信號S2進行控制，以使晶體管1332成為導通狀態(tài)并使晶體管1333成為非導通狀態(tài)。如此，在端子對1302與充電電池單元群之間將具有同一極性的端子彼此連接。由此，來自端子對1302的電流的方向被控制為對充電電池單元群充電的方向。
[0613]變壓控制電路1306控制變壓電路1307的工作。變壓控制電路1306根據(jù)包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)及包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)，產(chǎn)生控制變壓電路1307的工作的變壓信號S3，并將其輸出到變壓電路1307。
[0614]當包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)多于包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)時，需要防止對充電電池單元群施加過大的充電電壓。為此，變壓控制電路1306輸出用來控制變壓電路1307的變壓信號S3，以在能夠?qū)Τ潆婋姵貑卧撼潆姷姆秶鷥?nèi)降低放電電壓(Vdis)。
[0615]另外，當包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)以下時，需要確保足以對充電電池單元群充電的充電電壓。為此，變壓控制電路1306輸出用來控制變壓電路1307的變壓信號S3，以在不對充電電池單元群施加過大的充電電壓的范圍內(nèi)提高放電電壓(Vdis)。
[0616]被當作過大充電電壓的電壓值可以鑒于用于電池部1308的電池單元1309的產(chǎn)品規(guī)格等而決定。另外，將被變壓電路1307進行了升壓及降壓而得到的電壓作為充電電壓(Vcha)施加到端子對1302。
[0617]這里，參照圖29A至圖29C說明本實施方式中的變壓控制電路1306的工作例子。圖29A至圖29C是用來說明對應于圖26A至圖26C所說明的放電電池單元群及充電電池單元群的變壓控制電路1306的工作例子的概念圖。圖29A至圖29C示出電池管理單元1341。如上所述，電池管理單元1341由端子對1301、端子對1302、切換控制電路1303、切換電路1304、切換電路1305、變壓控制電路1306以及變壓電路1307構成。
[0618]在圖29A所示的例子中，如圖26A所說明的那樣，串聯(lián)連接有連續(xù)的三個高電壓單元a至c和一個低電壓單元d。在此情況下，如參照圖26A所說明的那樣，切換控制電路1303將高電壓單元a至c判定為放電電池單元群，并將低電壓單元d判定為充電電池單元群。然后，變壓控制電路1306基于在以包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為基準時的、包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)之比，計算出從放電電壓(Vdis)轉(zhuǎn)換為充電電壓(Vcha)的轉(zhuǎn)換比率N。
[0619]當包括在放電電池單元群中的電池單元1309個數(shù)多于包括在充電電池單元群中的電池單元1309時，若不對放電電壓進行變壓而直接施加到端子對1302，則過大的電壓可能會通過端子對1302而施加到包括在充電電池單元群中的電池單元1309。因此，在圖29A所示的情況下，需要使被施加到端子對1302的充電電壓(Vcha)低于放電電壓。再者，為了對充電電池單元群充電，充電電壓需要大于包括在充電電池單元群中的電池單元1309的總電壓。由此，變壓控制電路1306將轉(zhuǎn)換比率N設定為大于在以包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為基準時的、包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)之比。
[0620]變壓控制電路1306優(yōu)選將轉(zhuǎn)換比率N設定為比在以包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為基準時的、包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)之比大I至10%左右。此時，充電電壓雖然大于充電電池單元群的電壓，但實際上充電電壓與充電電池單元群的電壓相等。注意，變壓控制電路1306按照轉(zhuǎn)換比率N將充電電池單元群的電壓設定為與充電電壓相等，因此使對充電電池單元群充電的電流流過。該電流為由變壓控制電路1306設定的值。
[0621]在圖29A所示的例子中，因為包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為三個且包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為一個，所以變壓控制電路1306將稍微大于1/3的值計算為轉(zhuǎn)換比率N。然后，變壓控制電路1306將用來使放電電壓根據(jù)該轉(zhuǎn)換比率N降低并轉(zhuǎn)換成充電電壓的變壓信號S3輸出到變壓電路1307。變壓電路1307將根據(jù)變壓信號S3而變壓了的充電電壓施加到端子對1302。然后，利用被施加到端子對1302的充電電壓給包括在充電電池單元群中的電池單元1309充電。
[0622]另外，在圖29B和圖29C所示的例子中，與圖29A同樣地算出轉(zhuǎn)換比率N。在圖29B和圖29C所示的例子中，包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)為包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)以下，由此轉(zhuǎn)換比率N成為I以上。因此，在此情況下，變壓控制電路1306輸出用來將放電電壓升高并轉(zhuǎn)換成充電電壓的變壓信號S3。
[0623]變壓電路1307根據(jù)變壓信號S3將被施加到端子對1301的放電電壓變換成充電電壓。然后，變壓電路1307將被變換了的充電電壓施加到端子對1302。這里，變壓電路1307使端子對1301與端子對1302之間電絕緣。由此，變壓電路1307防止由在放電電池單元群中位于最下游端的電池單元1309的負極端子的絕對電壓與在充電電池單元群中位于最下游端的電池單元1309的負極端子的絕對電壓的差異導致的短路。再者，如上所述，變壓電路1307根據(jù)變壓信號S3將作為放電電池單元群的總電壓的放電電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓。
[0624]另外，在變壓電路1307中可以使用例如絕緣型DC(Direct Current:直流)_DC轉(zhuǎn)換器等。在此情況下，變壓控制電路1306將控制絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的導通/斷開比(占空比)的信號作為變壓信號S3輸出，從而控制被變壓電路1307轉(zhuǎn)換的充電電壓。
[°625] 作為絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器，有反激(Flyback)方式、正激(Forward)方式、RCC(Ringing Choke Converter:振蕩阻塞轉(zhuǎn)換器)方式、推挽(Push-Pull)方式、半橋(Half-Bridge) 方式 、全橋(Full-Bridge) 方式等 ，根據(jù)目標輸出電壓的大小選擇適當?shù)姆绞健?br>[0626]圖30示出使用絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的變壓電路1307的結(jié)構。絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器1351具有開關部1352和變壓器部1353。開關部1352是切換絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作的導通/斷開的開關，例如，使用MOSFET(Metal-Oxide_Semiconductor Field-EffectTransistor:金屬氧化物半導體場效應晶體管)、雙極型晶體管等來實現(xiàn)。另外，開關部1352基于從變壓控制電路1306輸出的控制導通/斷開比的變壓信號S3周期性地切換絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器1351的導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。開關部1352的結(jié)構有可能根據(jù)所采用的絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的方式而不同。變壓器部1353將從端子對1301施加的放電電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓。具體而言，變壓器部1353與開關部1352的導通/斷開狀態(tài)聯(lián)動而工作，并根據(jù)該導通/斷開比將放電電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓。在開關部1352的開關周期中成為導通狀態(tài)的時間越長，上述充電電壓越大。另一方面，在開關部1352的開關周期中成為導通狀態(tài)的時間越短，上述充電電壓越小。在使用絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況下，可以在變壓器部1353的內(nèi)部使端子對1301與端子對1302彼此絕緣。
[0627]以下參照圖31說明本實施方式中的蓄電裝置1300的處理流程。圖31是示出蓄電裝置1300的處理順序的流程圖。
[0628]首先，蓄電裝置1300獲取針對多個電池單元1309的每一個而測定的電壓(步驟
5001)。蓄電裝置1300判定是否滿足多個電池單元1309的電壓的調(diào)整工作的開始條件(步驟
5002)。例如，該開始條件可以設為:針對多個電池單元1309的每一個而測定的電壓的最大值與最小值的差分是否為規(guī)定的閾值以上等。當不滿足該開始條件時(步驟S002:“否”)，是各電池單元1309的電壓之間得到平衡的狀態(tài)，由此，蓄電裝置1300不執(zhí)行以后的處理。另一方面，當滿足該開始條件時(步驟S002:“是”)，蓄電裝置1300執(zhí)行各電池單元1309的電壓的調(diào)整處理。在該處理中，蓄電裝置1300基于所測定的每個單元的電壓，判定各電池單元1309是高電壓單元還是低電壓單元(步驟S003)。然后，蓄電裝置1300基于判定結(jié)果決定放電電池單元群及充電電池單元群(步驟S004)。并且，蓄電裝置1300生成用來將所決定的放電電池單元群設定為端子對1301的連接目的地的控制信號SI以及用來將所決定的充電電池單元群設定為端子對1302的連接目的地的控制信號S2(步驟S005)。蓄電裝置1300將所生成的控制信號SI和S2分別輸出到切換電路1304和切換電路1305。由此，通過切換電路1304連接端子對1301和放電電池單元群，通過切換電路1305連接端子對1302和充電電池單元群(步驟S006)。另外，蓄電裝置1300基于包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)及包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)，生成變壓信號S3(步驟S007)。然后，蓄電裝置1300基于變壓信號S3將被施加到端子對1301的放電電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓，并將其施加到端子對1302(步驟S008)。由此，放電電池單元群的電荷移動到充電電池單元群。
[0629]雖然在圖31所示的流程圖中依次記載有多個步驟，但是各步驟的執(zhí)行順序不局限于該記載的順序。
[0630]總之，根據(jù)本實施方式，當使電荷從放電電池單元群移動到充電電池單元群時，不需要像電容器方式那樣暫時儲存來自放電電池單元群的電荷然后將其釋放到充電電池單元群的結(jié)構。由此，可以提高每單位時間的電荷迀移效率。另外，可以利用切換電路1304和切換電路1305分別獨立地切換放電電池單元群和充電電池單元群中的與變壓電路連接的電池單元。
[0631]再者，通過變壓電路1307基于包括在放電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)和包括在充電電池單元群中的電池單元1309的個數(shù)將被施加到端子對1301的放電電壓轉(zhuǎn)換成充電電壓，并將其施加到端子對1302。由此，無論怎樣選擇放電一側(cè)及充電一側(cè)的電池單元1309，都可以實現(xiàn)電荷的移動而不發(fā)生問題。
[0632]再者，通過將OS晶體管用作晶體管1310及晶體管1313，可以減少從不屬于充電電池單元群及放電電池單元群的電池單元1309泄漏的電荷量。由此，可以抑制不對充電及放電做貢獻的電池單元1309的容量的下降。另外，與Si晶體管相比，OS晶體管相對于熱的特性變動小。由此，即使電池單元1309的溫度上升，也可以進行如根據(jù)控制信號SI及S2切換導通狀態(tài)和非導通狀態(tài)這樣的正常工作。
【主權項】
1.一種裝置，包括: 容器； 所述容器中的電解液，該電解液包含鋰及鋰以外的堿金屬元素； 第一電極； 第二電極； 第三電極；以及 控制單元，配置成對所述第一電極、所述第二電極及所述第三電極施加電位， 其中，所述第一電極、所述第二電極及所述第三電極以相互分開的方式位于所述電解液中。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述第三電極包括包含鋰的活性物質(zhì)粒子。3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中所述活性物質(zhì)粒子是正極活性物質(zhì)粒子。4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述第一電極包括所述堿金屬元素的金屬。5.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中所述電解液包含鋰離子及所述堿金屬元素的離子。6.—種二次電池，該二次電池包括使用權利要求1所述的裝置制造的電極。7.—種電子設備，包括: 權利要求6所述的二次電池；以及 天線、操作開關、麥克風或揚聲器。8.一種電極的制造方法，包括如下步驟: 將第一電極、第二電極及第三電極放入電解液中； 在所述電解液中對所述第一電極施加第一電位；以及 在對所述第一電極施加所述第一電位后，對所述第二電極施加第二電位并且對所述第三電極施加第三電位， 其中，所述電解液包含鋰及鋰以外的堿金屬元素， 所述第一電位為鋰平衡電位以上且低于所述堿金屬元素的平衡電位， 并且，所述第二電位低于所述第三電位。9.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中所述堿金屬元素是鈉或鉀。10.根據(jù)權利要求8所述的制造方法， 其中所述第一電極包含所述堿金屬元素， 并且所述第二電極包含金屬鋰。11.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中所述第三電極包括活性物質(zhì)粒子。12.根據(jù)權利要求11所述的制造方法，其中所述活性物質(zhì)粒子是正極活性物質(zhì)粒子。13.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中所述堿金屬元素的金屬在施加所述第一電位的期間內(nèi)沉積。14.根據(jù)權利要求8所述的制造方法， 其中金屬鋰在施加所述第二電位及所述第三電位的期間內(nèi)沉積， 并且電流在施加所述第二電位及所述第三電位的期間內(nèi)從所述第二電極流向所述第三電極。15.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其中電流在施加所述第一電位的期間從所述第一電極流向所述第二電極。16.根據(jù)權利要求8所述的制造方法， 其中所述堿金屬元素在施加所述第一電位的期間沉積在所述第一電極的表面上，并且沉積在所述第一電極的所述表面上的所述堿金屬元素在施加所述第二電位及所述第三電位的期間與雜質(zhì)起反應。17.一種二次電池的制造方法，包括如下步驟: 將第一電極、第二電極及第三電極放入第一電解液中，所述第三電極包括正極活性物質(zhì)層或負極活性物質(zhì)層； 對所述第一電極施加第一電位； 在施加所述第一電位后，在所述第一電解液中對所述第二電極施加第二電位且對所述第三電極施加第三電位以引起電化學反應； 在施加所述第二電位及所述第三電位后，在被具有開口部的外包裝體包圍的區(qū)域中收容包括所述第三電極及第四電極的疊層體； 在收容所述疊層體后，在被所述外包裝體包圍的所述區(qū)域中放入第二電解液；以及 在放入所述第二電解液后封閉所述外包裝體的所述開口部， 其中，所述第四電極包括活性物質(zhì)層， 并且，所述第一電解液包含鋰及鋰以外的堿金屬元素。18.根據(jù)權利要求17所述的制造方法，其中所述第四電極包含負極活性物質(zhì)。19.根據(jù)權利要求17所述的制造方法， 其中所述堿金屬元素在施加所述第一電位的期間內(nèi)沉積在所述第一電極的表面上，并且沉積在所述第一電極的所述表面上的所述堿金屬元素在所述施加第二電位及所述第三電位的期間內(nèi)與雜質(zhì)起反應。20.根據(jù)權利要求17所述的制造方法， 其中金屬鋰在施加所述第二電位及所述第三電位的期間內(nèi)沉積， 并且電流在施加所述第二電位及所述第三電位的期間內(nèi)從所述第二電極流向所述第三電極。
【文檔編號】H01M4/04GK105914392SQ201610100897
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】桃純平, 門馬洋平
【申請人】株式會社半導體能源研究所