(57)【要約】【課題】負極の電解液の分解により生じる正極と負極とのキャリアイオンの挿入脱離量の不均衡を調整又は修正して、蓄電装置等の容量の低下を抑制する又は容量を補填することを課題の一とする。【解決手段】二相共存反応をする活物質を用いた正極と、負極と、電解液とを有する蓄電装置において、定電流充電を行った後、電解液の分解の生じない電圧を用いた定電圧充電により、充電電流が下限電流値以下となるまで充電を行い、定電圧充電の後、蓄電装置の抵抗が規定の抵抗値に達するまで、電解液の分解が生じる電圧によって追加の充電を行う蓄電装置の充電方法。【選択図】図１
2018137230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相共存反応をする活物質を用いた正極と、負極と、電解液と、メモリとを有する蓄電装置の充電方法であって、
定電流充電を行った後、前記正極側において前記電解液の分解の生じない電圧を用いた定電圧充電により、充電電流が下限電流値以下となるまで充電を行い、
前記定電圧充電した後の前記蓄電装置の容量が、前記メモリに記憶された前記蓄電装置の出荷時の容量よりも規定の容量分低いとき、前記蓄電装置の抵抗が規定の抵抗値に達するまで、前記正極側において前記電解液の溶媒の分解が生じる電圧によって追加の充電を行うことを特徴とする蓄電装置の充電方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記活物質は、オリビン型構造を有することを特徴とする蓄電装置の充電方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記活物質は、リン酸鉄リチウムであることを特徴とする蓄電装置の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物（プロダクト。機械（マシン）、製品（マニュファクチャ）、組成物（コン
ポジション・オブ・マター）を含む。）、及び方法（プロセス。単純方法及び生産方法を
含む。）に関する。特に本発明の一態様は、蓄電装置、蓄電システム、半導体装置、表示
装置、発光装置、若しくはその他の電気機器、又はそれらの製造方法及び駆動方法に関す
る。特に本発明の一態様は、酸化物半導体を有する蓄電装置、蓄電システム、半導体装置
、表示装置、発光装置、若しくはその他の電気機器、又はそれらの製造方法及び駆動方法
に関する。また、特に本発明の一態様は、蓄電装置及びその充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電
池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であ
るリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型パーソナルコンピュ
ータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ等の電気機器、あるいは医療
機器、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車
（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展に伴い急速に
その需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なも
のとなっている。
【０００３】
非水系二次電池の中でも高エネルギー密度を有することで広く普及しているリチウムイオ
ン二次電池は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ
４）などの活物質を含む正極と、リチウムの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からな
る負極と、エチレンカーボネートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒に、ＬｉＢＦ４
やＬｉＰＦ６等のリチウム塩からなる電解質を溶解させた非水電解液などにより構成され
る。
【０００４】
リチウムイオン二次電池の充放電は、二次電池中のリチウムイオンが非水電解液を介して
正極−負極間を移動し、正極負極の活物質にリチウムイオンが挿入脱離することにより行
われる。
【０００５】
このようなリチウムイオン二次電池などでは、電池の容量は、リチウムの正極における挿
入脱離量により決定される。一方、負極では電解液の分解反応などが生じるため、ＳＥＩ
（Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）とよばれる被膜の形成
などにリチウムが消費され、電池の容量が減少していくこともある。
【０００６】
このような負極における電解液の分解反応が正極においても生じれば、負極での分解反応
と相殺することができる。しかし、電解液の酸化電位に対し正極の電位は十分に高いもの
ではないため、正極における酸化反応の反応量よりも負極における還元反応の反応量が多
い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】小久見善八  編著、「リチウム二次電池」、オーム社、平成２０年３月２０日第１版第１刷発行、ｐ．１１６−１１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このため、従来の蓄電装置においては、負極では電解液の分解も生じるため、正極でのリ
チウムの挿入脱離量に比べ負極でのリチウムの挿入脱離量が少ない。従って、正極と負極
とでリチウムの挿入脱離量が不均衡となるため、蓄電装置の容量が低下してしまう。
【０００９】
そこで、本発明の一態様は、負極の電解液の分解により生じる正極と負極とのキャリアイ
オンの挿入脱離量の不均衡を調整又は修正して、蓄電装置の容量の低下を抑制する又は容
量を補填することを課題の一とする。
【００１０】
または、本発明の一態様は、低下した蓄電装置の容量を回復することを課題の一とする。
【００１１】
または、本発明の一態様では、蓄電装置の制御を低消費電力で行うことを課題の一つとす
る。
【００１２】
または、本発明の一態様では、蓄電装置の信頼性を向上させることを課題の一つとする。
【００１３】
または、本発明の一態様では、新規な蓄電装置を提供することを課題の一つとする。
【００１４】
または、本発明の一態様は、信頼性の高い半導体層を用いた半導体装置を提供することを
課題とする。
【００１５】
特に、本発明の一態様は、上記に掲げる課題のうち少なくとも一つを解決することができ
る場合がある。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないもの
とする。なお、上記に掲げる課題に含まれていない課題であっても、明細書、図面又は特
許請求の範囲等の記載から自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面又は特許請求の
範囲等などの記載から、課題として抽出することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のように、正極と負極とで生じるリチウムの挿入脱離量の不均衡は、正極においても
電解液が分解されることで解消しうる。例えば、正極活物質をリン酸鉄リチウム（ＬｉＦ
ｅＰＯ４）とした場合、リチウムの反応電位は約３．５Ｖであるため終止電圧は４Ｖとす
れば十分であるが、あえて終止電圧を４．５Ｖまで上げることで正極での電解液の分解が
発生する。このようにして、正極での電解液の分解量と負極での電解液の分解量とを均等
にすることで、正極及び負極の容量のバランスを均等にし、電池の容量の低下を抑制する
ことができる。
【００１７】
しかし一方で、正極において電解液の分解を生じさせた場合、正極の抵抗が増加してしま
うおそれがある。
【００１８】
そこで、本願発明者等は、電池の容量がある一定の値を下回った場合に限り、充電電圧を
上げて保持し、一定程度の容量を充電するための充電動作を行うことで電池の容量を増加
させることに想到した。例えば正極活物質をリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）とした
場合、通常は４．０Ｖ以下で十分に充電することができる。このため、通常充電により蓄
積される電池の容量が、出荷時の容量からある規定量減少した場合に、電解液の分解が生
じる高電圧を印加して、その電荷量の減少した分を補うように追加の充電を行う。これに
より、正極の抵抗の増加を抑制しつつ電池の容量の回復を図ることができる。
【００１９】
そこで、本発明の一態様は、二相共存反応をする活物質を用いた正極と、負極と、電解液
とを有する蓄電装置において、定電流充電を行った後、電解液の分解の生じない第１の電
圧（ある規定量の電解液の分解の生じにくい電圧）を用いた定電圧充電により、充電電流
が規定の下限電流値以下となるまで充電を行い、定電圧充電の後、蓄電装置の抵抗が規定
の抵抗値に達するまで、電解液の分解が生じる第２の電圧によって追加の充電を行う蓄電
装置の充電方法である。なお、第２の電圧は、第１の電圧よりも高く、具体的には、少な
くとも１Ｖ以上高い電圧値とする。
【００２０】
また、本発明の一態様は、二相共存反応をする活物質を用いた正極と、負極と、電解液と
、メモリとを有する蓄電装置において、定電流充電を行った後、電解液の分解の生じにく
い電圧（第１の電圧）を用いた定電圧充電により、充電電流が規定の下限電流値以下とな
るまで充電を行い、定電圧充電した後の前記蓄電装置の容量が、メモリに記憶された前記
蓄電装置の出荷時の容量よりも規定の容量分低いとき、蓄電装置の抵抗が規定の抵抗値に
達するまで、電解液の分解が生じる電圧によって追加の充電を行う蓄電装置の充電方法で
ある。
【００２１】
また、本発明の一態様は、二相共存反応をする活物質を用いた正極と、負極と、電解液と
を有する蓄電体と、蓄電体の出荷時の容量を記憶したメモリと、回路と、を有し、回路は
、充電後の前記蓄電体の容量と、メモリに記憶された蓄電体の出荷時の容量とを比較し、
充電後の蓄電体の容量が蓄電体の出荷時の容量よりも低いとき、蓄電体の抵抗が規定の抵
抗値に達するまで、電解液の分解が生じる電圧によって追加の充電を行うように制御する
機能を有する蓄電装置である。
【００２２】
特に、正極はグラフェンを有するとよい。グラフェンは、層間距離が０．３４ｎｍ以上０
．５ｎｍ以下の多層グラフェンであるとよい。
【００２３】
また、メモリは、データの書き込み及び保持を制御する機能を有する酸化物半導体膜をチ
ャネル形成領域に用いたトランジスタを有するとよい。また、回路は、酸化物半導体膜を
チャネル形成領域に用いたトランジスタを有するとよい。特に、酸化物半導体膜をチャネ
ル形成領域に用いたトランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流は、１００ｚＡ以
下であるとよい。
【００２４】
また、本発明の一態様は、蓄電体に第１の充電を行い、充電後の蓄電体の容量を検出して
第１の容量値データを取得し、第１の容量値データとメモリに記憶されている値とを比較
した後、蓄電体に第２の充電を行う充電方法であり、第２の充電は、蓄電体の抵抗が所定
の抵抗になるまで第１の充電よりも高い電圧で行う充電方法である。なお、この充電方法
において、メモリに記憶されている値は、蓄電体の出荷時の容量値である。また、この充
電方法において、第１の充電は、蓄電体の電解液の分解が生じない電圧の範囲内とし、第
１の充電よりも高い電圧は、蓄電体の電解液の分解が生じる電圧の範囲内とする。
【００２５】
また、本発明の一態様は、容量値を検出する検出回路と、ある容量値が記憶されたメモリ
と、第１の充電が終わった後、第１の充電の条件を第２の充電の条件に切り替える回路と
を有し、切り替える回路は、第１の充電後の容量値を検出してメモリに記憶されたある容
量値と比較する回路と、比較した後、第１の充電よりも高い電圧で行う第２の充電を開始
する回路と、第２の充電が、蓄電池の抵抗値を検出して所定の抵抗値になる時点で終了さ
せる回路とを有する蓄電装置である。なお、この蓄電装置において、メモリに記憶されて
いる値は、蓄電体の出荷時の容量値である。また、この蓄電装置において、第１の充電は
、蓄電体の電解液の分解が生じない電圧の範囲内とし、第１の充電よりも高い電圧は、蓄
電体の電解液の分解が生じる電圧の範囲内とする。
【発明の効果】
【００２６】
蓄電装置の容量の低下を抑制することができる。
【００２７】
低下した蓄電装置の容量を回復することができる。
【００２８】
または、蓄電装置の制御を低消費電力で行うことができる。
【００２９】
または、蓄電装置の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
または、新規な蓄電装置を提供することができる。
【００３１】
または、オフ電流の低い半導体装置を提供することができる。または、消費電力の低い半
導体装置を提供することができる。または、透明な半導体層を用いた半導体装置を提供す
ることができる。または、信頼性の高い半導体層を用いた半導体装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】充電方法を説明するフロー図。
【図２】電圧に対する充電容量の変化を示す模式図。
【図３】蓄電体を充放電する蓄電装置について説明する図。
【図４】蓄電体を充放電する蓄電装置について説明する図。
【図５】蓄電体を充放電する蓄電装置について説明する図。
【図６】制御回路を説明する図。
【図７】制御回路を説明する図。
【図８】メモリを説明する図。
【図９】メモリを説明する図。
【図１０】メモリを説明する図。
【図１１】メモリを説明する図。
【図１２】クーロンカウンタを説明する図。
【図１３】トランジスタの構造例を説明する図。
【図１４】トランジスタの構造例を説明する図。
【図１５】正極を説明する図。
【図１６】負極を説明する図。
【図１７】蓄電装置を説明する図。
【図１８】蓄電装置を説明する図。
【図１９】蓄電装置を説明する図。
【図２０】電気機器を説明する図。
【図２１】電気機器を説明する図。
【図２２】電気機器を説明する図。
【図２３】蓄電装置の充放電特性を示す図。
【図２４】高電圧の印加による電流値の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下、詳細に説明する。
【００３４】
ただし、本発明はこれらの説明に限定されず、その形態及び態様を様々に変更し得ること
は、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内
容に限定して解釈されるものではない。
【００３５】
なお、本明細書で説明する各図において、膜や層、基板などの厚さや領域の大きさ等の各
構成要素の大きさは、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、
必ずしも各構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相対的な大きさに
限定されない。
【００３６】
また、本明細書等において、第１、第２などとして付される序数詞は、便宜上用いるもの
であって工程の順番や積層の順番などを示すものではない。また、本明細書等において発
明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
【００３７】
また、本明細書等で説明する本発明の構成において、同一部分又は同様の機能を有する部
分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また
、同様の機能を有する部分を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さ
ない場合がある。
【００３８】
また、実際の製造工程において、エッチングなどの処理によりレジストマスクなどが意図
せずに目減りすることがあるが、理解を容易にするため、図面においては省略して示すこ
とがある。
【００３９】
また、本明細書等において、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」又
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外し
ない。
【００４０】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である
。
【００４１】
また、本明細書等において、「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００４２】
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や
、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため
、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることが
できるものとする。
【００４３】
また、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（
容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断す
ることが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数考えられる場合には、その端子の
接続先を特定の箇所に限定する必要はない。従って、能動素子（トランジスタ、ダイオー
ドなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有する一部の端子についてのみ、
その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。
【００４４】
また、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。又は、ある回路について、少なく
とも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つま
り、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断
することが可能な場合がある。従って、ある回路について、機能を特定しなくても、接続
先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成す
ることが可能である。又は、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定す
れば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可
能である。
【００４５】
また、本明細書等において、二次電池用の正極及び負極の双方を併せて電極とよぶことが
あるが、この場合、電極は正極及び負極のうち少なくともいずれか一方を示すものとする
。
【００４６】
また、本明細書等において充電レートＣとは、二次電池を充電する際の速さを表す。例え
ば、容量１Ａｈの電池を１Ａで充電する場合の充電レートは１Ｃである。また、放電レー
トＣとは、二次電池を放電する際の速さを表す。例えば、容量１Ａｈの電池を１Ａで放電
する場合の放電レートは１Ｃである。
【００４７】
また、この発明を実施するための形態に記載の内容は、適宜組み合わせて用いることがで
きる。
【００４８】
［１．蓄電装置及びその充電方法］
本発明の一態様に係る蓄電装置の充放電方法及びそのシステムについて、図１及び図２を
用いて説明する。
【００４９】
［１．１．二相共存反応する活物質］
本発明の一態様に係る蓄電装置は、正極と、負極と、電解液とを有する蓄電体を有する。
特に、正極には少なくとも二相共存反応をする活物質を用いるとよい。
【００５０】
ここで二相共存反応とは、正極において充電状態の結晶相と放電状態の結晶相との二つの
相が共存して進行する反応である。この二相共存反応により、充放電中に電位平坦領域（
プラトー領域）が生じると考えられている。
【００５１】
また、二相共存反応をする活物質を用いた場合、充電中の電位の平坦性とともに、充電末
期の電圧変化が急峻となる。
【００５２】
二相共存反応をする活物質として、例えばオリビン型のリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ
４）やスピネル型のリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）を用いることができる。
【００５３】
正極活物質に二相共存反応をする活物質としてリン酸鉄リチウムを用いた場合の電池の充
放電特性を、図２３に示す。充電曲線及び放電曲線のいずれも、電位変化において電位平
坦領域（プラトー領域）が確認できる。
【００５４】
なお、上記に示す平坦とは、二相共存反応をする活物質を用いた場合に示される充放電特
性の一部の定性的な表現であり、定量的な議論には及ぶべきものではない。
【００５５】
ただし、あえて定量的に表現するならば、充電曲線又は放電曲線が平坦な領域（プラトー
領域）を有するとは、充放電容量（ｍＡｈ／ｇ）の値に依らず電圧が一定又は概略一定で
あることをいう。電圧が概略一定であるとは、充放電容量の変化量が１０ｍＡｈ／ｇに対
して、電圧の変化の絶対値が５ｍＶ以内であることをいう。
【００５６】
ここで、特に本発明の一態様においては、二相共存反応をする活物質を用いることで、充
電の末期の電圧変化が急峻となるため好ましい。
【００５７】
なお、正極、負極、電解液等の蓄電体の構成については後に詳述する。
【００５８】
［１．２．蓄電装置の充電方法］
次に、本発明の一態様に係る蓄電装置の充電方法について、図１及び図２を用いて説明す
る。
【００５９】
図１は、本発明の一態様に係る蓄電装置の充電方法を示すフロー図である。まず、蓄電装
置の充電を開始する（ステップＳ０５０）と、第１の電圧を用いた充電を行う（ステップ
Ｓ０５１）。第１の電圧とは、電解液の分解がほとんど生じない電圧である。ただし、第
１の電圧の範囲においても、電解液中の不純物の反応や熱的な揺らぎ等により、微量に分
解は生じ得る。しかし、分解電位を超えた、電解液の分解の生じる電圧下では、対数的に
電流値が増加する。従って、電解液の分解の生じない電圧とは、厳密に分解の生じない電
圧のみを指す場合に限らず、電解液の分解の生じる電位と比較して、ほとんど電流の流れ
ない電圧を指す趣旨である。
【００６０】
ステップＳ０５１における充電方法は、定電流定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）を行うことが
好ましい。ＣＣＣＶ充電を用いた場合は高い容量まで充電することができ、例えば定電流
充電（ＣＣ充電）よりも高い容量まで充電することができるためである。ただし充電方法
はこれに限られず、定電流充電、定電圧充電、パルス充電、あるいはその他の充電方法に
より充電を行ってもよい。
【００６１】
例えば、ＣＣＣＶ充電を行う場合、充電の終了は、蓄電装置を流れる電流値が、適宜設定
する下限電流値以下か否かを判定することによって決定することができる。例えば電流値
が０．０１Ｃ以下となった場合に充電を終了する。
【００６２】
次に、上記の充電によって、蓄電装置の容量が規定の容量に達しているか否かを判定する
（ステップＳ０５２）。
【００６３】
当該判定を行うために、蓄電装置の出荷時の容量をあらかじめ記憶させておくとよい。
【００６４】
本明細書でいう蓄電装置の出荷時の容量とは、蓄電装置の製造後出荷する際の容量であり
、ユーザーが最初に使用する前の容量である。なお、蓄電装置の製造後、蓄電装置をエー
ジング処理する場合には、エージング処理後の容量である。
【００６５】
また、蓄電装置の出荷時の容量とは、蓄電装置を出荷する段階において、通常の充電方法
により最大限に充電し得る容量（最大容量）である。当該容量は、蓄電装置の出荷前の充
電により形成される負極の不可逆容量に相当する容量を含んでもよい。なお、この出荷前
に形成される負極の不可逆容量に相当する容量分を、あらかじめ本発明の一態様に係る追
加の充電により充電しておくとよい。
【００６６】
このような蓄電装置の出荷時の容量を記憶させておくために、蓄電装置にメモリを実装さ
せておくとよい。メモリについては後述するが、不揮発性のＲＡＭを用いるとよい。また
は、マスクＲＯＭ等の読み出し専用のメモリを用いてもよい。また、メモリは、本発明の
一態様に係る充電方法を制御するための機能を有する回路内に設けてもよい。
【００６７】
蓄電装置の容量が規定の容量に達しているか否かの判定は、蓄電装置の出荷時の容量（最
大容量）に対する差分を求めればよい。例えば、ステップＳ０５１における充電後の蓄電
装置の容量が、蓄電装置の出荷時の容量よりも規定の容量分低いか否かを求める。
【００６８】
ステップＳ０５１における充電後の蓄電装置の容量と、蓄電装置の出荷時の容量との差が
、規定の容量を超えない場合には、蓄電装置の充電を終了とする（ステップＳ０５６）。
【００６９】
一方、ステップＳ０５１における充電後の蓄電装置の容量と、蓄電装置の出荷時の容量と
の差が、規定の容量を超える場合には、蓄電装置に対して追加の充電を行うため、ステッ
プＳ０５３に移行する。
【００７０】
なお、当該判定を行うために、蓄電装置にこれらの判定を行うための回路を設けるとよい
。
【００７１】
次に、蓄電装置の抵抗値が規定の抵抗値に達しているか否かを判定する（ステップＳ０５
３）。蓄電装置の抵抗値、すなわち正極の抵抗値がすでに十分高い場合には、正極が劣化
してこれ以上の充電は困難であるため、充電は行わずに終了する（ステップＳ０５６）。
【００７２】
一方、蓄電装置の抵抗値が規定の抵抗値に達していない場合には、高電圧を用いた追加の
充電を行うために、ステップＳ０５４へ移行する。
【００７３】
ここで、蓄電装置の抵抗値は、蓄電装置に所定の放電電流を流し、蓄電装置の電圧降下を
測定することで算出することができる。
【００７４】
ステップＳ０５４に示す追加の充電は、蓄電装置の電解液の分解が生じる電圧を用いて行
う。正極に二相共存反応をする活物質としてリン酸鉄リチウムを用いる場合、電解液の分
解が生じる電圧として４．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）よりも大きい電圧を用いるとよい
。好ましくは４．３Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上、より好ましくは４．６Ｖ（ｖｓ．Ｌ
ｉ／Ｌｉ＋）以上である。ただし、高電圧にすると正極の抵抗値が増大するため、目的に
応じて追加の充電の際に電圧は、電解液の分解が生じる電圧の範囲において適宜設定すれ
ばよい。
【００７５】
また、ステップＳ０５４に示す追加の充電は、所定の期間（例えば時刻０から時刻ｔ１の
期間）に限って行う。このため、蓄電装置にタイマカウンタ等の期間の計測手段を設けて
おくことが好ましい。
【００７６】
所定の期間の経過後、追加の充電を停止し、蓄電装置の抵抗値が規定の抵抗値に達してい
るか否かの判定を行う（ステップＳ０５５）。蓄電装置の抵抗値が規定の抵抗値に達して
いない場合には、ステップＳ０５４に戻り、再び高電圧を用いた追加の充電を行う。一方
、蓄電装置の抵抗値が規定の抵抗値に達している場合には、充電は終了する（ステップＳ
０５６）。
【００７７】
ステップＳ０５５における抵抗値の判定は、ステップＳ０５３における抵抗値の判定と同
様に行う。
【００７８】
このように、追加の充電を所定の期間に区分し、蓄電装置の抵抗値を定期的に判定するこ
とで、蓄電装置の抵抗値の大幅な増大を防止しつつ、追加の充電を行うことができる。
【００７９】
図２は、ＣＣＣＶ充電を行った後に、追加の充電を行った場合の電圧に対する充電容量の
変化を示す模式図である。充電の対象である蓄電装置には、二相共存反応する活物質を正
極に用いる。横軸に充電容量を示し、縦軸に電圧を示す。
【００８０】
ＣＣ充電においては、その大部分において、電圧の変化の少ないプラトー領域が現れる。
ＣＣ充電の末期では電圧が急激に上昇する。ＣＣ充電の終止電圧をＶ１とすると、電圧が
Ｖ１に達した後は、電圧をＶ１の定電圧としたＣＶ充電に切り換える。このときの充電容
量をＣ１とすると、さらにＣＶ充電によって、充電容量はＣ２まで増加する。
【００８１】
以上のＣＣＣＶ充電によって用いる電圧は、図２に示すとおり、最大がＶ１であり、蓄電
装置の電解液の分解が生じることのない範囲である。
【００８２】
この後、追加の充電を行う場合には、蓄電装置の電解液の分解が生じる電圧Ｖ２を用いて
行う。追加の充電を行うことによって、蓄電装置の充電容量は、Ｃ２よりも高いＣ３まで
増大させることができる。ここで、追加の充電により増大した容量Ｃ３は、蓄電装置の出
荷時の容量（最大容量）を上限とするものである。
【００８３】
［１．３．蓄電体を充放電する蓄電装置］
本発明の一態様に係る蓄電体を充放電する蓄電装置の一例を、図３乃至図５を用いて説明
する。
【００８４】
図３に示す蓄電体を充放電する蓄電装置では、蓄電体２０１と、コンバータ２０２と、回
路２０３と、負荷２０４と、電源２０５と、スイッチ２０６と、スイッチ２０７と、スイ
ッチ２０８と、クーロンカウンタ２０９と、抵抗２１０と、コンバータ２１１とを用いる
。なお、各構成要素を同一の装置に設けることにより、接続点数などを減らすこともでき
る。例えば、蓄電体２０１と回路２０３とを同一の装置に設けてもよい。あるいは、蓄電
体２０１とコンバータ２０２と回路２０３とを同一の装置に設けてもよい。
【００８５】
蓄電体２０１を有する蓄電装置については後に詳説するが、上記したように、正極に二相
共存反応をする活物質を用いた蓄電体２０１を用いるとよい。
【００８６】
コンバータ２０２は、蓄電体２０１及び回路２０３に接続される。
【００８７】
コンバータ２０２は、例えば電源２０５から供給される電圧を変換することにより、蓄電
体２０１の充放電の際の電流値を制御することができる機能を有する。
【００８８】
コンバータ２０２としては、例えば昇降圧型コンバータを用いることができる。昇降圧型
コンバータは、例えばスイッチングレギュレータ及び制御回路を有する。スイッチングレ
ギュレータは、例えばインダクタ、スイッチを有する。昇降圧型コンバータは、例えば制
御回路によりスイッチを制御することにより、入力電圧の昇圧又は降圧を切り換えること
ができ、昇圧又は降圧された電圧の値を制御することができる。これにより、任意の定電
圧を蓄電体２０１に出力することができ、また定電流充電や定電圧充電を行うことができ
る。なお、これに限定されず、制御回路の代わりに回路２０３によりスイッチングレギュ
レータのスイッチを制御してもよい。昇降圧型コンバータとしては、例えばＳＥＰＩＣ（
Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｄｅｄ  Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｉｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）
型コンバータ又はＺｅｔａ型コンバータ等を用いることができる。
【００８９】
回路２０３は、蓄電体２０１に接続される。回路２０３には、蓄電体２０１又は電源２０
５から電力が供給される。
【００９０】
回路２０３は、コンバータ２０２の状態を指示する命令信号を生成して出力することによ
り、コンバータ２０２の出力電圧の値を制御することができる機能を有する。なお、回路
２０３を制御回路としてもよい。または、回路２０３をマイクロコンピュータ、マイクロ
プロセッサ（ＭＰＵともいう）、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵともいう）、フ
ィールド  プログラマブル  ゲート  アレイ（ＦＰＧＡともいう）、中央演算装置（ＣＰ
Ｕともいう）、若しくはバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵともいう）としてもよい
。
【００９１】
また、回路２０３は、蓄電体２０１の出荷時の容量（最大容量）を記憶させておくための
メモリを有しているとよい。ただし、メモリは回路２０３内に必ずしも設ける必要はなく
、別途蓄電装置が有していてもよい。
【００９２】
負荷２０４は、蓄電体２０１、コンバータ２０２、回路２０３に接続される。負荷２０４
には、蓄電体２０１又は電源２０５から電力が供給される。なお、回路２０３には、負荷
２０４から制御信号が入力されてもよい。負荷２０４にパワーゲートを設け、パワーゲー
トにより負荷２０４を構成する回路に対する電力の供給を制御してもよい。なお、回路２
０３は、必ずしも負荷２０４に接続されていなくてもよい。
【００９３】
電源２０５としては、例えば系統電源を用いた電源回路などを用いることができる。また
、これに限定されず、例えば給電装置などを用いて非接触で電力を供給することができる
装置を用いてもよい。
【００９４】
スイッチ２０６は、例えば蓄電体２０１の正極に接続され、蓄電体２０１とコンバータ２
０２との導通を制御することができる機能を有する。スイッチ２０６は、コンバータ２０
２の制御回路又は回路２０３により制御してもよい。
【００９５】
スイッチ２０７は、蓄電体２０１と負荷２０４との導通を制御することができる機能を有
する。スイッチ２０７は、コンバータ２０２の制御回路又は回路２０３により制御しても
よい。
【００９６】
スイッチ２０８は、電源２０５とコンバータ２０２との導通を制御することができる機能
を有する。スイッチ２０８は、コンバータ２０２の制御回路又は回路２０３により制御し
てもよい。
【００９７】
スイッチ２０６、スイッチ２０７、スイッチ２０８としては、例えばトランジスタ、ダイ
オードなどを用いることができる。
【００９８】
抵抗２１０は、スイッチ２０６を介して蓄電体２０１と電気的に接続する。
【００９９】
クーロンカウンタ２０９は、抵抗２１０の両端子と電気的に接続する。クーロンカウンタ
２０９は、抵抗２１０に流れる電流値を検出することで、蓄電体２０１の容量（電荷量）
を検出する。検出された蓄電体２０１の容量は、蓄電体２０１に対して上述した追加の充
電を行うか否かの判定の情報として用いることができる。クーロンカウンタ２０９につい
ては、後に詳述する。
【０１００】
クーロンカウンタ２０９は、回路２０３と電気的に接続され、回路２０３によって制御さ
れる。また、クーロンカウンタ２０９により検出した蓄電体２０１の容量に係る情報を、
回路２０３に送信する。
【０１０１】
図３においては、クーロンカウンタ２０９は回路２０３とは別に示したが、回路２０３内
に設けられていてもよい。また、抵抗２１０やクーロンカウンタ２０９は蓄電装置が必ず
しも有する必要はなく、蓄電装置を充電するための充電器などが有していてもよい。
【０１０２】
次に、図３で示した蓄電体２０１を充放電する蓄電装置の充放電方法について、図４を用
いて説明する。
【０１０３】
蓄電体２０１のＣＣＣＶ充電の期間、及び追加の充電の期間では、図４（Ａ）に示すよう
に、回路２０３等で制御することにより、スイッチ２０７をオフ状態にし、スイッチ２０
６及びスイッチ２０８をオン状態にする。これにより、蓄電体２０１の正極と電源２０５
とをコンバータ２０２を介して電気的に接続する。これにより、電源２０５からコンバー
タ２０２を介して蓄電体２０１に電流が流れ、蓄電体２０１が充電される。蓄電装置に入
力する電圧及び電流は、コンバータ２０２等を用いて適宜調整することができる。
【０１０４】
ここで、追加の充電において、追加の充電を行うか否かの判定を行うために、定期的に蓄
電体２０１の抵抗値を確認する。抵抗値の測定は、図４（Ｂ）に示すように、コンバータ
２０２を用いて所定の電流を蓄電体２０１に流し、そのときの蓄電体２０１の電圧降下を
コンバータ２１１により測定することで算出すればよい。
【０１０５】
例えば、コンバータ２０２により所定の電流Ｉ１を蓄電体２０１に流し、このときの電圧
Ｖ１ａをコンバータ２１１により測定する。さらに、コンバータ２０２により所定の電流
Ｉ２を蓄電体２０１に流し、このときの電圧Ｖ２ａをコンバータ２１１により測定する。
蓄電体２０１の抵抗をＲとすると、以上の測定により、Ｒ＝（Ｖ１ａ−Ｖ２ａ）／（Ｉ１
−Ｉ２）の関係から抵抗を算出することができる。
【０１０６】
このために、回路２０３を用い、コンバータ２０２とコンバータ２１１を同期させて制御
する。また、蓄電体２０１の抵抗の算出は、回路２０３を用いて演算すればよい。
【０１０７】
なお、以上のような蓄電体２０１の抵抗値の測定方法は一例であって、これに限らず、そ
の他の方法により抵抗値の測定を行ってもよい。
【０１０８】
蓄電体２０１の放電の期間では、図５に示すように、回路２０３等で制御することにより
、スイッチ２０８をオフ状態にし、スイッチ２０６及びスイッチ２０７をオン状態にする
。これにより、蓄電体２０１の正極及び負極と負荷２０４とを電気的に接続し、蓄電体２
０１から負荷２０４に電流が流れる。
【０１０９】
なお、負荷２０４への電力の供給は、電源２０５が接続されている状態においては、蓄電
体２０１を必ずしも用いる必要はない。電源２０５から負荷２０４へ電力の供給を行って
もよい。なお、この場合には、負荷２０４への電力供給を行うと同時に、蓄電体２０１へ
の充電を行うこともできる。
【０１１０】
［２．制御回路］
回路２０３の例について図６を用いて説明する。
【０１１１】
［２．１．回路構成］
回路２０３は、プロセッサ７１０、バスブリッジ７１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃ
ｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）７１２、メモリインターフェース７１３、コントローラ７２０、
割り込みコントローラ７２１、Ｉ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）７２
２、及びパワーゲートユニット７３０を有する。
【０１１２】
さらに、回路２０３は、水晶発振回路７４１、タイマー回路７４５、Ｉ／Ｏインターフェ
ース７４６、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１、Ｉ／Ｏインターフェース７５２
、バスライン７６１、バスライン７６２、バスライン７６３、及びデータバスライン７６
４を有する。さらに、回路２０３は、外部装置との接続部として少なくとも接続端子７７
０乃至接続端子７７６を有する。なお、各接続端子７７０乃至接続端子７７６は、１つの
端子又は複数の端子でなる端子群を表す。また、水晶振動子７４３を有する発振子７４２
が、接続端子７７２、及び接続端子７７３を介して回路２０３に接続されている。
【０１１３】
プロセッサ７１０はレジスタ７８５を有し、バスブリッジ７１１を介してバスライン７６
１乃至バスライン７６３、及びデータバスライン７６４に接続されている。
【０１１４】
メモリ７１２は、プロセッサ７１０のメインメモリとして機能することができる記憶装置
であり、例えばランダムアクセスメモリが用いられる。メモリ７１２は、プロセッサ７１
０が実行する命令、命令の実行に必要なデータ、及びプロセッサ７１０の処理によるデー
タを記憶する装置である。プロセッサ７１０が処理する命令により、メモリ７１２へのデ
ータの書き込み、読み出しが行われる。
【０１１５】
回路２０３では、低消費電力モードのときにメモリ７１２に対する電力供給が遮断される
。そのため、メモリ７１２は電源が供給されていない状態でもデータを保持することがで
きるメモリで構成することが好ましい。
【０１１６】
メモリインターフェース７１３は、外部記憶装置との入出力インターフェースである。プ
ロセッサ７１０が処理する命令により、メモリインターフェース７１３を介して、接続端
子７７６に接続される外部記憶装置へのデータの書き込み及び読み出しが行われる。
【０１１７】
クロック生成回路７１５は、プロセッサ７１０で使用されるクロック信号ＭＣＬＫ（以下
、単に「ＭＣＬＫ」ともよぶ。）を生成する回路であり、ＲＣ発振器などを有する。ＭＣ
ＬＫはコントローラ７２０及び割り込みコントローラ７２１にも出力される。
【０１１８】
コントローラ７２０は回路２０３の制御を行う回路であり、例えば、回路２０３の電源制
御、クロック生成回路７１５、水晶発振回路７４１の制御などを行うことができる。
【０１１９】
接続端子７７０は、外部の割り込み信号入力用の端子であり、接続端子７７０を介してマ
スク不可能な割り込み信号ＮＭＩがコントローラ７２０に入力される。コントローラ７２
０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩが入力されると、コントローラ７２０は直ちにプ
ロセッサ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ２を出力し、プロセッサ７１０に割
り込み処理を実行させる。
【０１２０】
また、割り込み信号ＩＮＴが、接続端子７７０を介して割り込みコントローラ７２１に入
力される。割り込みコントローラ７２１には、周辺回路からの割り込み信号（Ｔ０ＩＲＱ
、Ｐ０ＩＲＱ、Ｃ０ＩＲＱ）も、バス（７６１乃至７６４）を経由せずに入力される。
【０１２１】
割り込みコントローラ７２１は割り込み要求の優先順位を割り当てる機能を有する。割り
込みコントローラ７２１は割り込み信号を検出すると、その割り込み要求が有効であるか
否かを判定する。有効な割り込み要求であれば、コントローラ７２０に割り込み信号ＩＲ
Ｑを出力する。
【０１２２】
また、割り込みコントローラ７２１はＩ／Ｏインターフェース７２２を介して、バスライ
ン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。
【０１２３】
コントローラ７２０は、割り込み信号ＩＮＴが入力されると、プロセッサ７１０に割り込
み信号ＩＮＴ２を出力し、プロセッサ７１０に割り込み処理を実行させる。
【０１２４】
また、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが割り込みコントローラ７２１を介さず直接的にコントロ
ーラ７２０に入力される場合がある。コントローラ７２０は、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱが
入力されると、プロセッサ７１０にマスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ２を出力し、プロ
セッサ７１０に割り込み処理を実行させる。
【０１２５】
コントローラ７２０のレジスタ７８０は、コントローラ７２０内に設けられ、割り込みコ
ントローラ７２１のレジスタ７８６は、Ｉ／Ｏインターフェース７２２に設けられている
。
【０１２６】
続いて、回路２０３が有する周辺回路を説明する。回路２０３は、周辺回路として、タイ
マー回路７４５、Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１を有する。これらの周辺回
路は一例であり、回路２０３が使用される電気機器に応じて、必要な回路を設けることが
できる。
【０１２７】
タイマー回路７４５は、クロック生成回路７４０から出力されるクロック信号ＴＣＬＫ（
以下、単に「ＴＣＬＫ」ともよぶ。）を用いて、時間を計測することができる機能を有す
る。また、タイマー回路７４５は、決められた時間間隔で、割り込み信号Ｔ０ＩＲＱを、
コントローラ７２０及び割り込みコントローラ７２１に出力する。タイマー回路７４５は
、Ｉ／Ｏインターフェース７４６を介して、バスライン７６１及びデータバスライン７６
４に接続されている。
【０１２８】
ＴＣＬＫはＭＣＬＫよりも低い周波数のクロック信号である。例えば、ＭＣＬＫの周波数
を数ＭＨｚ程度（例えば、８ＭＨｚ）とし、ＴＣＬＫは、数十ｋＨｚ程度（例えば、３２
ｋＨｚ）とする。クロック生成回路７４０は、回路２０３に内蔵された水晶発振回路７４
１と、接続端子７７２及び接続端子７７３に接続された発振子７４２を有する。発振子７
４２の振動子として、水晶振動子７４３が用いられている。なお、ＣＲ発振器などでクロ
ック生成回路７４０を構成することで、クロック生成回路７４０の全てのモジュールを回
路２０３に内蔵することが可能である。
【０１２９】
Ｉ／Ｏポート７５０は、接続端子７７４を介して接続された外部機器と情報の入出力を行
うためのインターフェースであり、デジタル信号の入出力インターフェースである。これ
により、回路２０３にデータ信号を入力することができる。例えば、Ｉ／Ｏポート７５０
は、入力されたデジタル信号に応じて、割り込み信号Ｐ０ＩＲＱを割り込みコントローラ
７２１に出力する。なお、接続端子７７４を複数設けてもよい。
【０１３０】
コンパレータ７５１は、例えば接続端子７７５から入力されるアナログ信号の電位（又は
電流）と基準信号の電位（又は電流）との大小を比較でき、値が０又は１のデジタル信号
を生成することができる。さらに、コンパレータ７５１は、このデジタル信号に応じて、
割り込み信号Ｃ０ＩＲＱを生成することができる。割り込み信号Ｃ０ＩＲＱは、割り込み
コントローラ７２１に出力される。
【０１３１】
Ｉ／Ｏポート７５０及びコンパレータ７５１は共通のＩ／Ｏインターフェース７５２を介
してバスライン７６１及びデータバスライン７６４に接続されている。ここでは、Ｉ／Ｏ
ポート７５０、コンパレータ７５１各々のＩ／Ｏインターフェースに共有することができ
る回路があるため、１つのＩ／Ｏインターフェース７５２で構成しているが、Ｉ／Ｏポー
ト７５０、コンパレータ７５１のＩ／Ｏインターフェースを別々に設けることもできる。
【０１３２】
また、周辺回路のレジスタは、対応する入出力インターフェースに設けられている。タイ
マー回路７４５のレジスタ７８７はＩ／Ｏインターフェース７４６に設けられ、Ｉ／Ｏポ
ート７５０のレジスタ７８３及びコンパレータ７５１のレジスタ７８４は、それぞれ、Ｉ
／Ｏインターフェース７５２に設けられている。
【０１３３】
回路２０３は内部回路への電力供給を遮断するためのパワーゲートユニット７３０を有す
る。パワーゲートユニット７３０により、動作に必要な回路のみに電力供給を行うことで
、回路２０３全体の消費電力を低くすることができる。
【０１３４】
図６に示すように、回路２０３内の破線で囲んだユニット７０１、ユニット７０２、ユニ
ット７０３、ユニット７０４の回路は、パワーゲートユニット７３０を介して、接続端子
７７１に接続されている。接続端子７７１は、例えば図３に示す蓄電体２０１に接続され
る。なお、接続端子７７１と蓄電体２０１の間にコンバータを設けてもよい。
【０１３５】
本発明の一態様においては、ユニット７０１は、タイマー回路７４５、及びＩ／Ｏインタ
ーフェース７４６を含み、ユニット７０２は、Ｉ／Ｏポート７５０、コンパレータ７５１
、及びＩ／Ｏインターフェース７５２を含み、ユニット７０３は、割り込みコントローラ
７２１、及びＩ／Ｏインターフェース７２２を含み、ユニット７０４は、プロセッサ７１
０、メモリ７１２、バスブリッジ７１１、及びメモリインターフェース７１３を含む。
【０１３６】
パワーゲートユニット７３０は、コントローラ７２０により制御される。パワーゲートユ
ニット７３０は、ユニット７０１乃至７０４への電源電圧の供給を遮断するためのスイッ
チ７３１及びスイッチ７３２を有する。このときの電源電圧としては、例えば蓄電体２０
１の電源電圧などを用いることができる。
【０１３７】
スイッチ７３１、スイッチ７３２のオン／オフはコントローラ７２０により制御される。
具体的には、コントローラ７２０は、プロセッサ７１０の要求によりパワーゲートユニッ
ト７３０が有するスイッチの一部又は全部をオフ状態とする信号を出力する（電力供給の
停止）。また、コントローラ７２０は、マスク不可能な割り込み信号ＮＭＩ、又はタイマ
ー回路７４５からの割り込み信号Ｔ０ＩＲＱをトリガーにして、パワーゲートユニット７
３０が有するスイッチをオン状態とする信号を出力する（電力供給の開始）。
【０１３８】
なお、図６では、パワーゲートユニット７３０に、２つのスイッチ（スイッチ７３１、ス
イッチ７３２）を設ける構成を示しているが、これに限定されず、電源遮断に必要な数の
スイッチを設ければよい。
【０１３９】
また、ここでは、ユニット７０１に対する電力供給を独立して制御することができるよう
にスイッチ７３１を設け、ユニット７０２乃至７０４に対する電力供給を独立して制御す
ることができるようにスイッチ７３２を設けているが、このような電力供給経路に限定さ
れるものではない。例えば、スイッチ７３２とは別のスイッチを設けて、メモリ７１２の
電力供給を独立して制御することができるようにしてもよい。また、１つの回路に対して
、複数のスイッチを設けてもよい。
【０１４０】
また、コントローラ７２０には、パワーゲートユニット７３０を介さず、常時、接続端子
７７１から電源電圧が供給される。また、ノイズの影響を少なくするため、クロック生成
回路７１５の発振回路、水晶発振回路７４１には、それぞれ、電源電圧の電源回路と異な
る外部の電源回路から電源電位が供給される。
【０１４１】
［２．２駆動方法例］
コントローラ７２０及びパワーゲートユニット７３０などを備えることにより、回路２０
３を３種類の動作モードで動作させることが可能である。第１の動作モードは、通常動作
モードであり、回路２０３の全ての回路がアクティブな状態である。ここでは、第１の動
作モードを「Ａｃｔｉｖｅモード」とよぶ。
【０１４２】
第２、及び第３の動作モードは低消費電力モードであり、一部の回路をアクティブにする
モードである。第２の動作モードでは、コントローラ７２０、並びにタイマー回路７４５
とその関連回路（水晶発振回路７４１、Ｉ／Ｏインターフェース７４６）がアクティブで
ある。第３の動作モードでは、コントローラ７２０のみがアクティブである。ここでは、
第２の動作モードを「Ｎｏｆｆ１モード」と呼び、第３の動作モードを「Ｎｏｆｆ２モー
ド」とよぶことにする。Ｎｏｆｆ１モードでは、コントローラ７２０と周辺回路の一部（
タイマー動作に必要な回路）が動作し、Ｎｏｆｆ２モードでは、コントローラ７２０のみ
が動作している。
【０１４３】
なお、クロック生成回路７１５の発振器、及び水晶発振回路７４１は、動作モードに関わ
らず、電源が常時供給される。クロック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１を非アク
ティブにするには、コントローラ７２０から又は外部からイネーブル信号を入力し、クロ
ック生成回路７１５及び水晶発振回路７４１の発振を停止させることにより行われる。
【０１４４】
また、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードでは、パワーゲートユニット７３０により電力供給
が遮断されるため、Ｉ／Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェース７５２は非Ａｃｔｉｖ
ｅになるが、接続端子７７４に接続されている外部機器を正常に動作させるために、Ｉ／
Ｏポート７５０、Ｉ／Ｏインターフェース７５２の一部には電力が供給される。具体的に
は、Ｉ／Ｏポート７５０の出力バッファ、Ｉ／Ｏポート７５０用のレジスタ７８３である
。
【０１４５】
なお、本明細書では、回路が非アクティブとは、電力の供給が遮断されて回路が停止して
いる状態の他、Ａｃｔｉｖｅモード（通常動作モード）での主要な機能が停止している状
態や、Ａｃｔｉｖｅモードよりも省電力で動作している状態を含む。
【０１４６】
上記構成にすることにより、例えばユーザーが蓄電装置の充電動作を強制的に終了させた
場合に、プロセッサ７１０の要求によりパワーゲートユニット７３０が有するスイッチの
一部又は全部をオフ状態とする信号を出力し、Ｎｏｆｆ１、Ｎｏｆｆ２モードに切り換え
、不要な回路ブロックに対する電力の供給を停止させることもできる。
【０１４７】
［２．３．レジスタ］
さらに、各回路ブロックに適用可能なレジスタの構成例について図７を参照して説明する
。
【０１４８】
［２．３．１．回路構成例］
図７（Ａ）に示すレジスタは、記憶回路６５１と、記憶回路６５２と、セレクタ６５３と
、を有する。
【０１４９】
記憶回路６５１には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信号Ｄが入
力される。記憶回路６５１は、クロック信号ＣＬＫに従って入力されるデータ信号Ｄのデ
ータを保持し、データ信号Ｑとして出力することができる機能を有する。記憶回路６５１
としては、例えばバッファレジスタや、汎用レジスタなどのレジスタを構成することがで
きる。又は、記憶回路６５１としては、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃ
ｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるキャッシュメモリを設けることもできる。これらの
レジスタやキャッシュメモリは記憶回路６５２にデータを退避させることができる。
【０１５０】
記憶回路６５２には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデータ信号が
入力される。書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤなどは、例えば端子を介して
入力されてもよい。
【０１５１】
記憶回路６５２は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号のデータを記
憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータをデータ信号として出力するこ
とができる機能を有する。
【０１５２】
セレクタ６５３は、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄ又は記憶回路６５２か
ら出力されるデータ信号を選択して、記憶回路６５１に入力する。
【０１５３】
記憶回路６５２には、トランジスタ６３１及び容量素子６３２が設けられている。
【０１５４】
トランジスタ６３１は、ｎチャネル型トランジスタであり、選択トランジスタとしての機
能を有する。トランジスタ６３１のソース及びドレインの一方は、記憶回路６５１の出力
端子に接続されている。さらに、トランジスタ６３１のバックゲートには、電源電位が供
給される。トランジスタ６３１は、書き込み制御信号ＷＥに従って記憶回路６５１から出
力されるデータ信号の保持を制御することができる機能を有する。
【０１５５】
トランジスタ６３１としては、例えばオフ電流の低いトランジスタを適用してもよい。オ
フ電流の低いトランジスタとしては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物
半導体を含むチャネル形成領域を有し、該チャネル形成領域が実質的にｉ型であるトラン
ジスタを適用することができる。
【０１５６】
例えば、水素又は水などの不純物を可能な限り除去し、酸素を供給して酸素欠損を可能な
限り減らすことにより、上記酸化物半導体を含むトランジスタを作製することができる。
このとき、チャネル形成領域において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ））の測定値でドナー不純物とい
われる水素の量を１×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３以下に低
減することが好ましい。トランジスタ６３１のオフ電流は、２５℃でチャネル幅１μｍあ
たり１×１０−１９Ａ（１００ｚＡ）以下である。より好ましくは１×１０−２２Ａ（１
００ｙＡ）以下である。トランジスタのオフ電流は、低ければ低いほどよいが、トランジ
スタのオフ電流の下限値は、約１×１０−３０Ａ／μｍであると見積もられる。
【０１５７】
上記酸化物半導体としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系
金属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などを適用することができる。
【０１５８】
容量素子６３２の一対の電極の一方はトランジスタ６３１のソース及びドレインの他方に
接続され、他方には低電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３２は、記憶するデータ
信号のデータに基づく電荷を保持することができる機能を有する。トランジスタ６３１の
オフ電流が非常に低いため、電源電圧の供給が停止しても容量素子６３２の電荷は保持さ
れ、データが保持される。
【０１５９】
トランジスタ６３３は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３３のソース
及びドレインの一方には高電源電位ＶＤＤが供給され、ゲートには、読み出し制御信号Ｒ
Ｄが入力される。
【０１６０】
トランジスタ６３４は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３４のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に接続されてお
り、ゲートには、読み出し制御信号ＲＤが入力される。
【０１６１】
トランジスタ６３５は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ６３５のソース
及びドレインの一方は、トランジスタ６３４のソース及びドレインの他方に接続されてお
り、ソース及びドレインの他方には、低電源電位ＶＳＳが供給される。
【０１６２】
インバータ６３６の入力端子は、トランジスタ６３３のソース及びドレインの他方に接続
されている。また、インバータ６３６の出力端子は、セレクタ６５３の入力端子に接続さ
れる。
【０１６３】
容量素子６３７の一対の電極の一方はインバータ６３６の入力端子に接続され、他方には
低電源電位ＶＳＳが供給される。容量素子６３７は、インバータ６３６に入力されるデー
タ信号のデータに基づく電荷を保持することができる機能を有する。
【０１６４】
なお、上記に限定されず、例えば相変化型メモリ（ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ
ＲＡＭ）又はＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｏｒｙ）ともいう）、抵抗変
化型メモリ（ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ＲＡＭ）ともいう）、磁気抵抗型メモリ
（ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ＲＡＭ）ともいう）などを用いて記憶
回路６５２を構成してもよい。例えば、ＭＲＡＭとしては磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ
（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｕｎｎｅｌ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）素子ともいう）を用いたＭＲＡ
Ｍを適用することができる。
【０１６５】
［２．３．２．駆動方法例］
次に、図７（Ａ）に示すレジスタの駆動方法例について説明する。
【０１６６】
まず、通常動作期間において、電力となる電源電圧、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号
ＣＬＫは、レジスタに供給された状態である。このとき、セレクタ６５３は、データ信号
Ｄのデータを記憶回路６５１に出力する。記憶回路６５１は、クロック信号ＣＬＫに従っ
て入力されたデータ信号Ｄのデータを保持する。このとき、読み出し制御信号ＲＤにより
トランジスタ６３３がオン状態になり、トランジスタ６３４がオフ状態になる。
【０１６７】
次に、電源電圧を停止する直前のバックアップ期間において、書き込み制御信号ＷＥのパ
ルスに従って、トランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２にデータ信号Ｄの
データが記憶され、トランジスタ６３１がオフ状態になる。その後レジスタに対するクロ
ック信号ＣＬＫの供給を停止させ、さらにその後レジスタに対するリセット信号ＲＳＴの
供給を停止させる。なお、トランジスタ６３１がオン状態のとき、トランジスタ６３１の
バックゲートに正電源電位を供給してもよい。このとき、読み出し制御信号ＲＤによりト
ランジスタ６３３がオン状態になり、トランジスタ６３４がオフ状態になる。
【０１６８】
次に、電源停止期間において、レジスタに対する電源電圧の供給を停止させる。このとき
、記憶回路６５２のトランジスタ６３１のオフ電流が低いため、記憶されたデータが保持
される。なお、高電源電位ＶＤＤの代わりに接地電位ＧＮＤを供給することにより、電源
電圧の供給を停止するとみなすこともできる。例えば、接地電位は、図７（Ａ）に示す端
子を介して供給される。なお、トランジスタ６３１がオフ状態のとき、トランジスタ６３
１のバックゲートに負電源電位を供給してトランジスタ６３１のオフ状態を維持してもよ
い。
【０１６９】
次に、通常動作期間に戻る直前のリカバリー期間において、レジスタに対する電源電圧の
供給を再開させ、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させ、さらにその後リセット信
号ＲＳＴの供給を再開させる。このとき、クロック信号ＣＬＫが供給される配線を高電源
電位ＶＤＤにしておき、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させる。さらに、読み出
し制御信号ＲＤのパルスに従ってトランジスタ６３３がオフ状態になり、トランジスタ６
３４がオン状態になり、記憶回路６５２に記憶された値のデータ信号がセレクタ６５３に
出力される。セレクタ６５３は、読み出し制御信号ＲＤのパルスに従って上記データ信号
を記憶回路６５１に出力する。これにより、電源停止期間の直前の状態に記憶回路６５１
を復帰させることができる。
【０１７０】
その後、通常動作期間において、再び記憶回路６５１の通常動作を行う。
【０１７１】
以上が図７（Ａ）に示すレジスタの駆動方法例である。
【０１７２】
なお、レジスタは、図７（Ａ）に示す構成に限定されない。
【０１７３】
例えば、図７（Ｂ）に示すレジスタは、図７（Ａ）に示すレジスタの構成と比較してトラ
ンジスタ６３３、トランジスタ６３４、インバータ６３６、容量素子６３７が無く、セレ
クタ６５４を有する構成である。図７（Ａ）に示すレジスタと同じ部分については、図７
（Ａ）に示すレジスタの説明を適宜援用する。
【０１７４】
このとき、トランジスタ６３５のソース及びドレインの一方は、セレクタ６５３の入力端
子に接続される。
【０１７５】
また、セレクタ６５４は、書き込み制御信号ＷＥ２に従って、データとなる低電源電位Ｖ
ＳＳ又は記憶回路６５１から出力されるデータ信号を選択して、記憶回路６５２に入力す
る。
【０１７６】
次に、図７（Ｂ）に示すレジスタの駆動方法例について説明する。
【０１７７】
まず、通常動作期間において、電源電圧、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫは、
レジスタに供給された状態である。このとき、セレクタ６５３は、データ信号Ｄのデータ
を記憶回路６５１に出力する。記憶回路６５１は、クロック信号ＣＬＫに従って入力され
たデータ信号Ｄのデータを保持する。また、書き込み制御信号ＷＥ２に従いセレクタ６５
４は、低電源電位ＶＳＳを記憶回路６５２に出力する。記憶回路６５２では、書き込み制
御信号ＷＥのパルスに従いトランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２に低電
源電位ＶＳＳがデータとして記憶される。
【０１７８】
次に、電源電圧を停止する直前のバックアップ期間において、書き込み制御信号ＷＥ２に
従いセレクタ６５４により、低電源電位ＶＳＳの供給の代わりに記憶回路６５１の出力端
子とトランジスタ６３１のソース及びドレインの一方が導通状態になる。さらに、書き込
み制御信号ＷＥのパルスに従いトランジスタ６３１がオン状態になり、記憶回路６５２に
データ信号Ｄのデータが記憶され、トランジスタ６３１がオフ状態になる。このとき、デ
ータ信号Ｄの電位が高電源電位ＶＤＤと同じ値のときのみ、記憶回路６５２のデータが書
き換わる。さらに、レジスタに対するクロック信号ＣＬＫの供給を停止させ、レジスタに
対するリセット信号ＲＳＴの供給を停止させる。なお、トランジスタ６３１がオン状態の
とき、トランジスタ６３１のバックゲートに正電源電位を供給してもよい。
【０１７９】
次に、電源停止期間において、レジスタに対する電源電圧の供給を停止させる。このとき
、記憶回路６５２において、トランジスタ６３１のオフ電流が低いため、データの値が保
持される。なお、高電源電位ＶＤＤの代わりに接地電位ＧＮＤを供給することにより、電
源電圧の供給を停止させるとみなすこともできる。なお、マルチプレクサにより、トラン
ジスタ６３１がオフ状態のとき、トランジスタ６３１のバックゲートに負電源電位を供給
してトランジスタのオフ状態を維持してもよい。
【０１８０】
次に、通常動作期間に戻る直前のリカバリー期間において、レジスタに対する電源電圧の
供給を再開し、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させ、さらにその後リセット信号
ＲＳＴの供給を再開させる。このとき、クロック信号ＣＬＫが供給される配線を高電源電
位ＶＤＤにしておき、その後クロック信号ＣＬＫの供給を再開させる。セレクタ６５３は
、読み出し制御信号ＲＤのパルスに従って記憶回路６５２の記憶されたデータに応じた値
のデータ信号を記憶回路６５１に出力する。これにより、電源停止期間の直前の状態に記
憶回路６５１を復帰させることができる。
【０１８１】
その後、通常動作期間において、再び記憶回路６５１の通常動作を行う。
【０１８２】
以上が図７（Ｂ）に示すレジスタの駆動方法例である。
【０１８３】
図７（Ｂ）に示す構成にすることにより、バックアップ期間における低電源電位ＶＳＳで
あるデータの書き込みを無くすことができるため、動作を速くすることができる。
【０１８４】
上記レジスタをレジスタ７８４乃至７８７に用いた場合、ＡｃｔｉｖｅモードからＮｏｆ
ｆ１、Ｎｏｆｆ２モードへ移行する際は、電源遮断に先立って、レジスタ７８４乃至７８
７の記憶回路６５１のデータは記憶回路６５２に書き込まれ、記憶回路６５１のデータを
初期値にリセットし、電源が遮断される。
【０１８５】
また、Ｎｏｆｆ１、又はＮｏｆｆ２モードからＡｃｔｉｖｅへ復帰する場合、レジスタ７
８４乃至７８７に電力供給が再開されると、まず記憶回路６５１のデータが初期値にリセ
ットされる。そして、記憶回路６５２のデータが記憶回路６５１に書き込まれる。
【０１８６】
従って、低消費電力モードでも、回路２０３の処理に必要なデータがレジスタ７８４乃至
７８７で保持されているため、回路２０３を低消費電力モードからＡｃｔｉｖｅモードへ
直ちに復帰させることが可能になる。よって、回路２０３の消費電力を低減させることが
できる。
【０１８７】
［３．メモリ］
本発明の一態様に適用可能なメモリの例について説明する。該メモリは、例えば図６に示
すメモリ７１２に適用することもできる。また、酸化物膜を用いたトランジスタを有する
メモリは、蓄電装置の出荷時の容量（最大容量）を記憶させるためのメモリに適用するこ
ともできる。
【０１８８】
［３．１．ＳＲＡＭ］
ここでは、インバータの回路を応用したフリップフロップで構成するメモリである、ＳＲ
ＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。
【０１８９】
ＳＲＡＭはフリップフロップを用いてデータを保持するため、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）とは異なり、リフレッシュ動作が不要で
ある。そのため、データの保持時の消費電力を抑えることができる。また、容量素子を用
いないため、高速動作の求められる用途に好適である。
【０１９０】
図８は、本発明の一態様に係るＳＲＡＭのメモリセルに対応する回路図である。なお、図
８には一つのメモリセルのみを示すが、当該メモリセルを複数配置したメモリセルアレイ
に適用しても構わない。
【０１９１】
図８に示すメモリセルは、トランジスタＴｒ１ｅと、トランジスタＴｒ２ｅと、トランジ
スタＴｒ３ｅと、トランジスタＴｒ４ｅと、トランジスタＴｒ５ｅと、トランジスタＴｒ
６ｅと、を有する。トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ２ｅはｐチャネル型トラ
ンジスタであり、トランジスタＴｒ３ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅはｎチャネル型トラン
ジスタである。トランジスタＴｒ１ｅのゲートは、トランジスタＴｒ２ｅのドレイン、ト
ランジスタＴｒ３ｅのゲート、トランジスタＴｒ４ｅのドレイン、並びにトランジスタＴ
ｒ６ｅのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタＴｒ１ｅのソー
スには高電源電位ＶＤＤが与えられる。トランジスタＴｒ１ｅのドレインは、トランジス
タＴｒ２ｅのゲート、トランジスタＴｒ３ｅのドレイン及びトランジスタＴｒ５ｅのソー
ス及びドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタＴｒ２ｅのソースには高電源
電位ＶＤＤが与えられる。トランジスタＴｒ３ｅのソースには接地電位ＧＮＤが与えられ
る。トランジスタＴｒ３ｅのバックゲートはバックゲート線ＢＧＬに電気的に接続される
。トランジスタＴｒ４ｅのソースには接地電位ＧＮＤが与えられる。トランジスタＴｒ４
ｅのバックゲートはバックゲート線ＢＧＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ５ｅ
のゲートはワード線ＷＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ５ｅのソース及びドレ
インの他方はビット線ＢＬＢに電気的に接続される。トランジスタＴｒ６ｅのゲートはワ
ード線ＷＬに電気的に接続される。トランジスタＴｒ６ｅのソース及びドレインの他方は
ビット線ＢＬに電気的に接続される。
【０１９２】
ここでは、トランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタＴｒ６ｅとしてｎチャネル型トランジ
スタを適用した例を示す。ただし、トランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタＴｒ６ｅは、
ｎチャネル型トランジスタに限定されず、ｐチャネル型トランジスタを適用することもで
きる。その場合、後に示す書き込み、保持及び読み出しの方法も適宜変更すればよい。
【０１９３】
このように、トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ３ｅを有するインバータと、ト
ランジスタＴｒ２ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅを有するインバータとをリング接続するこ
とで、フリップフロップが構成される。
【０１９４】
ｐチャネル型トランジスタとしては、例えばシリコンを用いたトランジスタを適用すれば
よい。ただし、ｐチャネル型トランジスタは、シリコンを用いたトランジスタに限定され
ない。また、ｎチャネル型トランジスタとしては、後述する酸化物膜を用いたトランジス
タを用いればよい。
【０１９５】
ここでは、トランジスタＴｒ３ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅとして、酸化物膜を用いたト
ランジスタを適用する。当該トランジスタは、オフ電流が極めて小さいため、貫通電流も
極めて小さくなる。
【０１９６】
なお、トランジスタＴｒ１ｅ及びトランジスタＴｒ２ｅとして、ｐチャネル型トランジス
タに代えて、ｎチャネル型トランジスタを適用することもできる。トランジスタＴｒ１ｅ
及びトランジスタＴｒ２ｅとしてｎチャネル型トランジスタを用いる場合、デプレッショ
ン型トランジスタを適用すればよい。
【０１９７】
図８に示したメモリセルの書き込み、保持及び読み出しについて以下に説明する。
【０１９８】
書き込み時は、まずビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢにデータ０又はデータ１に対応する
電位を印加する。
【０１９９】
例えば、データ１を書き込みたい場合、ビット線ＢＬを高電源電位ＶＤＤ、ビット線ＢＬ
Ｂを接地電位ＧＮＤとする。次に、ワード線ＷＬにトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタ
Ｔｒ６ｅのしきい値電圧に高電源電位ＶＤＤを加えた電位以上の電位（ＶＨ）を印加する
。
【０２００】
次に、ワード線ＷＬの電位をトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタＴｒ６ｅのしきい値電
圧未満とすることで、フリップフロップに書き込んだデータ１が保持される。ＳＲＡＭの
場合、データの保持で流れる電流はトランジスタのリーク電流のみとなる。ここで、ＳＲ
ＡＭを構成するトランジスタの一部に上記オフ電流の低いトランジスタを適用することに
より、データ保持のための待機電力を小さくすることができる。
【０２０１】
読み出し時は、あらかじめビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢを高電源電位ＶＤＤとする。
次に、ワード線ＷＬにＶＨを印加することで、ビット線ＢＬは高電源電位ＶＤＤのまま変
化しないが、ビット線ＢＬＢはトランジスタＴｒ５ｅ及びトランジスタＴｒ３ｅを介して
放電し、接地電位ＧＮＤとなる。このビット線ＢＬとビット線ＢＬＢとの電位差をセンス
アンプ（図示せず）にて増幅することにより保持されたデータ１を読み出すことができる
。
【０２０２】
なお、データ０を書き込みたい場合は、ビット線ＢＬを接地電位ＧＮＤ、ビット線ＢＬＢ
を高電源電位ＶＤＤとし、その後にワード線ＷＬにＶＨを印加すればよい。次に、ワード
線ＷＬの電位をトランジスタＴｒ５ｅ、トランジスタＴｒ６ｅのしきい値電圧未満とする
ことで、フリップフロップに書き込んだデータ０が保持される。読み出し時は、あらかじ
めビット線ＢＬ及びビット線ＢＬＢを高電源電位ＶＤＤとし、ワード線ＷＬにＶＨを印加
することで、ビット線ＢＬＢは高電源電位ＶＤＤのまま変化しないが、ビット線ＢＬはト
ランジスタＴｒ６ｅ及びトランジスタＴｒ４ｅを介して放電し、接地電位ＧＮＤとなる。
このビット線ＢＬとビット線ＢＬＢとの電位差をセンスアンプにて増幅することにより保
持されたデータ０を読み出すことができる。
【０２０３】
以上の態様により、待機電力の小さいＳＲＡＭを提供することができる。
【０２０４】
［３．２．ＤＯＳＲＡＭ］
本発明の一態様に係る酸化物膜を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくするこ
とができる。すなわち、当該トランジスタを介した電荷のリークが起こりにくい電気特性
を有する。以下では、このような電気特性を有するトランジスタを適用した、既知の記憶
素子を有すると比べ、機能的に優れた記憶素子を有するメモリとして、ＤＯＳＲＡＭ（Ｄ
ｙｎａｍｉｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。ＤＯＳＲＡＭとは、上記オフ電流の低いトランジス
タを、メモリセルの選択トランジスタ（スイッチング素子としてのトランジスタ）に用い
たメモリを指す。
【０２０５】
まず、メモリについて、図９を参照して説明する。ここで、図９（Ａ）はメモリのメモリ
セルアレイを示す回路図である。図９（Ｂ）はメモリセルの回路図である。
【０２０６】
図９（Ａ）に示すメモリセルアレイは、メモリセル１０５０と、ビット線１０５１と、ワ
ード線１０５２と、容量線１０５３と、センスアンプ１０５４と、をそれぞれ複数有する
。
【０２０７】
なお、ビット線１０５１及びワード線１０５２がグリッド状に設けられ、各メモリセル１
０５０はビット線１０５１及びワード線１０５２の交点に付き一つずつ配置される。ビッ
ト線１０５１はセンスアンプ１０５４と接続され、ビット線１０５１の電位をデータとし
て読み出す機能を有する。
【０２０８】
図９（Ｂ）より、メモリセル１０５０は、トランジスタ１０５５と、キャパシタ１０５６
と、を有する。また、トランジスタ１０５５のゲートはワード線１０５２と電気的に接続
される。トランジスタ１０５５のソースはビット線１０５１と電気的に接続される。トラ
ンジスタ１０５５のドレインはキャパシタ１０５６の一端と電気的に接続される。キャパ
シタ１０５６の他端は容量線１０５３に電気的に接続される。
【０２０９】
図１０は、メモリの斜視図である。図１０に示すメモリは上部に記憶回路としてメモリセ
ルを複数含む、メモリセルアレイ（メモリセルアレイ３４００ａ乃至メモリセルアレイ３
４００ｎ（ｎは２以上の整数））を複数層有し、下部にメモリセルアレイ３４００ａ乃至
メモリセルアレイ３４００ｎを動作させるために必要な論理回路３００４を有する。
【０２１０】
キャパシタ１０５６に保持された電圧は、トランジスタ１０５５のリークによって時間が
経つと徐々に低減していく。当初Ｖ０からＶ１まで充電された電圧は、時間が経過すると
ｄａｔａ１を読み出す限界点であるＶＡまで低減する。この期間を保持期間Ｔ＿１とする
。すなわち、２値メモリセルの場合、保持期間Ｔ＿１の間にリフレッシュをする必要があ
る。
【０２１１】
例えば、トランジスタ１０５５のオフ電流が十分小さくない場合、キャパシタ１０５６に
保持された電圧の時間変化が大きいため、保持期間Ｔ＿１が短くなる。従って、頻繁にリ
フレッシュをする必要がある。リフレッシュの頻度が高まると、メモリの消費電力が高ま
ってしまう。
【０２１２】
本実施形態では、トランジスタ１０５５のオフ電流が極めて小さいため、保持期間Ｔ＿１
を極めて長くすることができる。すなわち、リフレッシュの頻度を少なくすることが可能
となるため、消費電力を低減することができる。例えば、オフ電流が１×１０−２１Ａか
ら１×１０−２５Ａであるトランジスタ１０５５でメモリセルを構成すると、電力を供給
せずに数日間から数十年間に渡ってデータを保持することが可能となる。
【０２１３】
以上のように、本発明の一態様によって、集積度が高く、消費電力の小さいメモリを得る
ことができる。
【０２１４】
［３．３．ＮＯＳＲＡＭ］
次に、図８及び図１０に示すメモリとは異なるメモリとして、ＮＯＳＲＡＭ（Ｎｏｎ−ｖ
ｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓ
ｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）について説明する。ＮＯＳＲＡＭとは、上記オフ電流の低いトランジ
スタを、メモリセルの選択トランジスタ（スイッチング素子としてのトランジスタ）に用
い、シリコン材料などを用いたトランジスタをメモリセルの出力トランジスタに用いたメ
モリを指す。
【０２１５】
図１１（Ａ）はメモリを構成するメモリセル及び配線を含む回路図である。また、図１１
（Ｂ）は図１１（Ａ）に示すメモリセルの電気特性を示す図である。
【０２１６】
図１１（Ａ）より、メモリセルは、トランジスタ１０７１と、トランジスタ１０７２と、
キャパシタ１０７３とを有する。ここで、トランジスタ１０７１のゲートはワード線１０
７６と電気的に接続される。トランジスタ１０７１のソースはソース線１０７４と電気的
に接続される。トランジスタ１０７１のドレインはトランジスタ１０７２のゲート及びキ
ャパシタ１０７３の一端と電気的に接続され、この部分をノード１０７９とする。トラン
ジスタ１０７２のソースはソース線１０７５と電気的に接続される。トランジスタ１０７
２のドレインはドレイン線１０７７と電気的に接続される。キャパシタ１０７３の他端は
容量線１０７８と電気的に接続される。
【０２１７】
なお、図１１に示すメモリは、ノード１０７９の電位に応じて、トランジスタ１０７２の
見かけ上のしきい値電圧が変動することを利用したものである。例えば、図１１（Ｂ）は
容量線１０７８の電圧ＶＣＬと、トランジスタ１０７２を流れるドレイン電流Ｉｄ＿２と
の関係を説明する図である。
【０２１８】
なお、トランジスタ１０７１を介してノード１０７９の電位を調整することができる。例
えば、ソース線１０７４の電位を高電源電位ＶＤＤとする。このとき、ワード線１０７６
の電位をトランジスタ１０７１のしきい値電圧Ｖｔｈに高電源電位ＶＤＤを加えた電位以
上とすることで、ノード１０７９の電位をＨＩＧＨにすることができる。また、ワード線
１０７６の電位をトランジスタ１０７１のしきい値電圧Ｖｔｈ以下とすることで、ノード
１０７９の電位をＬＯＷにすることができる。
【０２１９】
そのため、トランジスタ１０７２は、ＬＯＷで示したＶＣＬ−Ｉｄ＿２カーブと、ＨＩＧ
Ｈで示したＶＣＬ−Ｉｄ＿２カーブのいずれかの電気特性となる。すなわち、ＬＯＷでは
、ＶＣＬ＝０ＶにてＩｄ＿２が小さいため、データ０となる。また、ＨＩＧＨでは、ＶＣ
Ｌ＝０ＶにてＩｄ＿２が大きいため、データ１となる。このようにして、データを記憶す
ることができる。
【０２２０】
トランジスタ１０７１としてオフ電流の低いトランジスタを用いることにより、データの
保持時間を長くすることができる。トランジスタ１０７２を用いることにより、データを
読み出す際にデータが失われないため、繰り返しデータを読み出すことができる。
【０２２１】
［４．クーロンカウンタ］
ここでは、蓄電装置の充放電容量（クーロン量）を算出し、読み出すことのできるクーロ
ンカウンタについて説明する。
【０２２２】
図１２は、クーロンカウンタの構成の一例を示す回路図である。クーロンカウンタは、抵
抗２５０、増幅回路２５１、電圧電流変換回路２５２及び積分回路２５３を有する。クー
ロンカウンタは、抵抗２５０を流れる電流Ｉｓから、被検出対象である蓄電体２０１から
出力された電荷量を検出する機能を備える。蓄電体２０１は、高電位側の端子２５４及び
低電位用の端子２５５に接続されている。
【０２２３】
増幅回路２５１は、２つ入力端子間の電圧を増幅し、増幅した電圧を出力する機能を有す
る。電流Ｉｓが流れることにより、抵抗２５０の両端には電圧Ｖｓ（＝Ｉｓ×Ｒｓ）が発
生する。増幅回路２５１の非反転入力端子と反転入力端子間には電圧Ｖｓが入力される。
増幅回路２５１は、電圧Ｖｓを増幅して、電圧Ｖａを生成する機能を有する。電圧Ｖａは
、電圧Ｖｓに比例する電圧である。
【０２２４】
電圧電流変換回路２５２（Ｖ／Ｉ）は、入力された電圧を電流に変換し、出力する機能を
有する回路である。ここでは、電圧電流変換回路２５２は電圧Ｖａを電流Ｉｃに変換する
。電流Ｉｃは、電圧Ｖａに比例する電流である。
【０２２５】
積分回路２５３は、入力される電流Ｉｃにより供給された電荷Ｑｃに応じた信号を生成す
る機能を有する回路である。積分回路２５３は、トランジスタ２５６、トランジスタ２５
７、容量素子２５８及びコンパレータ２５９を有する。
【０２２６】
トランジスタ２５６は、容量素子２５８の端子（ノード２６０）と電圧電流変換回路２５
２の出力との接続を制御するスイッチの機能を有する。トランジスタ２５６のオン、オフ
はそのゲートに入力される信号ＣＯＮにより制御される。
【０２２７】
トランジスタ２５７は、ノード２６０と、基準電圧ＶＲＥＦ３が入力されるノード２６１
間を接続するスイッチの機能を有する。そのため、トランジスタ２５７は、ノード２６０
の電圧Ｖｃをリセットするリセット回路として機能することができる。トランジスタ２５
７のオン、オフは、そのゲートに入力される信号ＳＥＴにより制御される。トランジスタ
２５７がオン状態である期間は、ノード２６０はノード２６１に接続されるため、その電
圧Ｖｃは一定電位となり、トランジスタ２５７などによる電圧降下を無視する場合は、基
準電圧ＶＲＥＦ３と等しくなる。
【０２２８】
また、ノード２６０の電位をリセットするための回路（トランジスタ２５７）は、必要に
応じて形成すればよい。
【０２２９】
トランジスタ２５６及び容量素子２５８は、サンプル−ホールド回路の機能を有する。ト
ランジスタ２５６をオンすることにより、電流Ｉｃが電圧電流変換回路２５２からノード
２６０に入力され、容量素子２５８が充電される（サンプル動作）。トランジスタ２５７
をオフすることにより、ノード２６０が電気的に浮遊状態とされ、容量素子２５８におい
て電荷量Ｑｃが保持される（ホールド動作）。
【０２３０】
ノード２６０の電圧Ｖｃは、容量素子２５８に保持されている電荷量Ｑｃに比例し、電荷
量Ｑｃは電流Ｉｃに比例するため、ノード２６０からの出力信号（電圧Ｖｃ）、または電
圧Ｖｃに応じた信号から、抵抗２５０を流れた電荷量に関するデータを得ることができる
。よって、これらの信号から、蓄電体２０１の充電容量又は残容量を算出することができ
る。
【０２３１】
電圧Ｖｃは、コンパレータ２５９を経て出力信号ＯＵＴとして、クーロンカウンタから出
力される。コンパレータ２５９の非反転入力端子は、ノード２６０（容量素子２５８の端
子）に接続され、同反転入力端子には、電位ＶＲＥＦ１が入力される。コンパレータ２５
９は、電圧Ｖｃが基準電圧よりも高ければハイレベルの信号ＯＵＴを出力し、低ければ、
ローレベルの信号ＯＵＴを出力する。
【０２３２】
コンパレータ２５９としては、ノイズ耐性が高いヒステリシスコンパレータを用いること
が好ましい。ヒステリシスコンパレータを用いることにより、ノイズの影響により出力信
号ＯＵＴの電位の切り替えが頻繁に起こることを抑制することができる。
【０２３３】
なお、積分回路２５３では、電圧Ｖｃに対応する信号を生成するアナログ回路として、コ
ンパレータ２５９が用いられているが、これに限定されない。例えば、このようなアナロ
グ回路としてアナログ−デジタル変換回路、増幅回路等を用いることができる。
【０２３４】
また、クーロンカウンタの出力信号は、コンパレータ２５９からの出力信号ＯＵＴに限定
されるものではない。例えば、ノード２６０の電圧Ｖｃを信号として出力させることがで
きる。この場合、ノード２６０に増幅回路を接続し、増幅回路で増幅された電圧を出力信
号として取り出せばよい。
【０２３５】
以上のようなクーロンカウンタを用いることで、蓄電装置が有する蓄電体の容量を検出す
ることができる。特に、蓄電体の正極に二相共存反応をする活物質を用いた場合、電位変
化にプラトーな領域を有するため、蓄電体の電圧を測定しても容量を算出することができ
ない。このため、充電容量を測定することのできる上述のクーロンカウンタが適している
。
【０２３６】
［５．半導体装置の構造例］
上記制御回路やメモリ、クーロンカウンタなどの半導体装置の構造例について説明する。
【０２３７】
［５．１．トランジスタの構造］
まず、半導体装置に適用可能なトランジスタの構造例について説明する。
【０２３８】
トランジスタの構造は、特に限定されず任意の構造とすることができる。トランジスタの
構造として、例えば、以下に説明するボトムゲート構造のスタガ型やプレーナ型などを用
いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が１つ形成されるシングルゲ
ート構造でも、２つ形成されるダブルゲート構造若しくは３つ形成されるトリプルゲート
構造などのマルチゲート構造であってもよい。また、チャネル形成領域の上下にゲート絶
縁膜を介して配置された２つのゲート電極を有する構造（本明細書においては、これをデ
ュアルゲート構造という）でもよい。
【０２３９】
［５．１．１．ボトムゲート構造］
図１３に、ボトムゲート型トランジスタの一種であるボトムゲートトップコンタクト構造
のトランジスタ４２１の構成例を示す。図１３（Ａ）は、トランジスタ４２１の平面図で
あり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ２における断面図であり、図
１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）中の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２における断面図である。
【０２４０】
トランジスタ４２１は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられたゲート電極４０１と
、ゲート電極４０１上に設けられたゲート絶縁膜４０２と、ゲート絶縁膜４０２を介して
ゲート電極４０１と重畳する酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４と接して設けられたソー
ス電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、を有する。また、ソース電極４０５ａ及び
ドレイン電極４０５ｂを覆い、酸化物膜４０４と接するように絶縁膜４０６が設けられて
いる。なお、基板４００は、他の素子が形成された被素子形成基板であってもよい。
【０２４１】
なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。
【０２４２】
［５．１．２．トップゲート構造］
図１４（Ａ）に、トップゲート構造のトランジスタ４２２を示す。
【０２４３】
トランジスタ４２２は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられた絶縁膜４０８と、絶
縁膜４０８上に設けられた酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４に接して設けられたソース
電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、酸化物膜４０４、ソース電極４０５ａ及びド
レイン電極４０５ｂ上に設けられたゲート絶縁膜４０９と、ゲート絶縁膜４０９を介して
酸化物膜４０４と重畳するゲート電極４１０と、を有する。
【０２４４】
なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。
【０２４５】
［５．１．３．デュアルゲート構造］
図１４（Ｂ）に、チャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された２つのゲー
ト電極を有する、デュアルゲート構造のトランジスタ４２３を示す。
【０２４６】
トランジスタ４２３は、絶縁表面を有する基板４００上に設けられたゲート電極４０１と
、ゲート電極４０１上に設けられたゲート絶縁膜４０２と、ゲート絶縁膜４０２を介して
ゲート電極４０１と重畳する酸化物膜４０４と、酸化物膜４０４と接して設けられたソー
ス電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂと、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０
５ｂを覆い、酸化物膜４０４と接するゲート絶縁膜４０９と、ゲート絶縁膜４０９を介し
て酸化物膜４０４と重畳するゲート電極４１０と、を有する。
【０２４７】
なお、酸化物膜４０４のうち、ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂに接する領
域にｎ型化領域４０３を有していてもよい。
【０２４８】
［５．２．トランジスタの構成要素］
トランジスタの各構成要素について説明する。
【０２４９】
［５．２．１．導電層］
ゲート電極４０１及びゲート電極４１０としては、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ
、Ｍｏ、Ｗなどを有する層を用いることができる。
【０２５０】
ソース電極４０５ａ及びドレイン電極４０５ｂとしては、例えばＡｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ
、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを有する層を用いることができる。
【０２５１】
［５．２．２．絶縁層］
ゲート絶縁膜４０２、絶縁膜４０６、ゲート絶縁膜４０９としては、例えば酸化シリコン
膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化
アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、又は酸化窒化アルミニウム膜を用いることができ
る。
【０２５２】
［５．２．３．酸化物膜］
さらに、酸化物膜４０４に適用可能な材料について説明する。
【０２５３】
［５．２．３．１．単層膜］
酸化物膜４０４としては、例えばＩｎ系金属酸化物、Ｚｎ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ系金
属酸化物、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などの膜を適用することができる。
【０２５４】
また、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物に含まれるＧａの一部若しくは全部の代わりに
他の金属元素を含む金属酸化物を用いてもよい。上記他の金属元素としては、例えばガリ
ウムよりも多くの酸素原子と結合が可能な金属元素を用いればよく、例えばチタン、ジル
コニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、及び錫のいずれか一つ又は複数の元素を用いれば
よい。また、上記他の金属元素としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム
、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム
、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムのいずれか一つ又は複数の元
素を用いればよい。これらの金属元素は、スタビライザーとしての機能を有する。なお、
これらの金属元素の添加量は、金属酸化物が半導体として機能することが可能な量である
。ガリウムよりも多くの酸素原子と結合が可能な金属元素を用い、さらには金属酸化物中
に酸素を供給することにより、金属酸化物中の酸素欠陥を少なくすることができる。
【０２５５】
酸化物膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ
Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすること
ができる。
【０２５６】
また、酸化物膜中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未
満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすること
ができる。
【０２５７】
また、酸化物膜中の炭素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未
満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすること
ができる。
【０２５８】
また、酸化物膜中のシリコン濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする
ことができる。
【０２５９】
また、酸化物膜では、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析によるｍ／ｚが２（水素分子など）である気体分
子（原子）、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）、ｍ／ｚが２８である気体分子（原子
）及びｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の放出量が、それぞれ１×１０１９個／ｃｍ
３以下、好ましくは１×１０１８個／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【０２６０】
酸化物膜４０４には、例えば酸化物半導体膜を用いることができる。
【０２６１】
以上のように、本実施の形態に示すように酸化物半導体に接し酸化物を形成し、酸化物半
導体と酸化物とを含む酸化物積層とすることによって、水素、水分等の不純物又は酸化物
半導体に接する絶縁膜からの不純物が、酸化物半導体膜中に入り込むことによってキャリ
アの形成を抑制することができる。
【０２６２】
また、上記酸化物積層膜をトランジスタに用いることにより、トランジスタのオフ電流を
低くすることができる。よって、上記オフ電流の低いトランジスタとして上記酸化物積層
膜を用いたトランジスタを用いることができる。
【０２６３】
以上のように、本発明の一態様によって、集積度が高く、消費電力の小さいメモリを得る
ことができる。
【０２６４】
［６．蓄電装置］
蓄電装置の一例として、以下にリチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池につ
いて説明する。
【０２６５】
［６．１．正極］
まず、蓄電装置の正極について、図１５を用いて説明する。
【０２６６】
正極６０００は、正極集電体６００１と、正極集電体６００１上に塗布法、ＣＶＤ法、又
はスパッタリング法等により形成された正極活物質層６００２などにより構成される。図
１５（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の正極集電体６００１の両面に正極活物質
層６００２を設けた例を示しているが、これに限られず、正極活物質層６００２は、正極
集電体６００１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図１５（Ａ）においては、正極活
物質層６００２は、正極集電体６００１上の全域に設けているが、これに限られず、正極
集電体６００１の一部に設けても良い。例えば、正極集電体６００１と正極タブとが接続
する部分には、正極活物質層６００２を設けない構成とするとよい。
【０２６７】
正極集電体６００１には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン
等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化
しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、
モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることが
できる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シ
リコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフ
ニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト
、ニッケル等がある。正極集電体６００１は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチン
グメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。正極集電体６０
０１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。
【０２６８】
図１５（Ｂ）は、正極活物質層６００２の縦断面を示した模式図である。正極活物質層６
００２は、粒状の正極活物質６００３と、導電助剤としてのグラフェン６００４と、バイ
ンダ６００５（結着剤）とを含む。
【０２６９】
導電助剤としては、後述するグラフェンの他、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェン
ブラック、グラファイト（黒鉛）粒子、カーボンナノチューブなどを用いることができる
が、ここでは一例として、グラフェン６００４を用いた正極活物質層６００２について説
明する。
【０２７０】
正極活物質６００３は、原料化合物を所定の比率で混合し焼成した焼成物を、適当な手段
により粉砕、造粒及び分級した、平均粒径や粒径分布を有する二次粒子からなる粒状の正
極活物質である。このため、図１５（Ｂ）においては、正極活物質６００３を模式的に球
で示しているが、この形状に限られるものではない。
【０２７１】
正極活物質６００３としては、リチウムイオン等のキャリアイオンの挿入及び脱離が可能
な材料であればよい。
【０２７２】
例えば、オリビン型構造の材料（一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ
）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ
４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ
４、ＬｉＦｅａＮｉｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＭｎｂＰＯ４、Ｌｉ
ＮｉａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＭｎｂＰＯ４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜
１）、ＬｉＦｅｃＮｉｄＣｏｅＰＯ４、ＬｉＦｅｃＮｉｄＭｎｅＰＯ４、ＬｉＮｉｃＣｏ
ｄＭｎｅＰＯ４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦ
ｅｆＮｉｇＣｏｈＭｎｉＰＯ４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０
＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を正極活物質として用いることができる。
【０２７３】
又は、一般式Ｌｉ（２−ｊ）ＭＳｉＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（Ｉ
Ｉ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合酸化物を用いることができる。一般
式Ｌｉ（２−ｊ）ＭＳｉＯ４の代表例としては、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ（２
−ｊ）ＮｉＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＣｏＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ
（２−ｊ）ＦｅｋＮｉｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｋＣｏｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ
）ＦｅｋＭｎｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉｋＣｏｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）Ｎｉｋ
ＭｎｌＳｉＯ４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮ
ｉｎＣｏｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮｉｎＭｎｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）Ｎｉ
ｍＣｏｎＭｎｑＳｉＯ４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）
、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｒＮｉｓＣｏｔＭｎｕＳｉＯ４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ
＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等の化合物を正極活物質として用いること
ができる。
【０２７４】
また、層状岩塩型の結晶構造を有する、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ＬｉＮｉ
Ｏ２、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２等のＮｉＣｏ系（
一般式は、ＬｉＮｉｘＣｏ１−ｘＯ２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２
等のＮｉＭｎ系（一般式は、ＬｉＮｉｘＭｎ１−ｘＯ２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ１／
３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２等のＮｉＭｎＣｏ系（ＮＭＣともいう。一般式は、ＬｉＮｉ
ｘＭｎｙＣｏ１−ｘ−ｙＯ２（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ＜１））などのリチウム含有材料
を用いることができる。
【０２７５】
また、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のスピネル型の結晶構造を有する活物質、ＬｉＭＶＯ４等の逆ス
ピネル型の結晶構造を有する活物質等、その他種々の化合物を用いることができる。
【０２７６】
なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属
イオンの場合、正極活物質６００３として、上記化合物や酸化物において、リチウムの代
わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば
、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、マグネシウム等）を用いてもよ
い。
【０２７７】
なお、図示しないが、正極活物質６００３の表面に炭素層を設けてもよい。炭素層を設け
ることで、電極の導電性を向上させることができる。正極活物質６００３への炭素層の被
覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することがで
きる。
【０２７８】
また、導電助剤として正極活物質層６００２に添加するグラフェン６００４は、酸化グラ
フェンに還元処理を行うことによって形成することができる。
【０２７９】
ここで、本明細書においてグラフェンは、単層のグラフェン、又は２層以上１００層以下
の多層グラフェンを含むものである。単層グラフェンとは、π結合を有する１原子層の炭
素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された
化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化
グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グ
ラフェンに酸素が含まれる場合、酸素の割合は、ＸＰＳで測定した場合にグラフェン全体
の２ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％以下、好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以上１５
ａｔｏｍｉｃ％以下である。
【０２８０】
ここで、グラフェンが多層グラフェンである場合、酸化グラフェンを還元したグラフェン
を有することで、グラフェンの層間距離は０．３４ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、好ましくは
０．３８ｎｍ以上０．４２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３９ｎｍ以上０．４１ｎｍ以
下である。通常のグラファイトは、単層グラフェンの層間距離が０．３４ｎｍであり、本
発明の一態様に係る蓄電装置に用いるグラフェンの方が、その層間距離が長いため、多層
グラフェンの層間におけるキャリアイオンの移動が容易となる。
【０２８１】
酸化グラフェンは、例えばＨｕｍｍｅｒｓ法とよばれる酸化法を用いて作製することがで
きる。
【０２８２】
Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、グラファイト粉末に、過マンガン酸カリウムの硫酸溶液、過酸化水
素水等を加えて酸化反応させて酸化グラファイトを含む分散液を作製する。酸化グラファ
イトは、グラファイトの炭素の酸化により、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基
、ヒドロキシル基等の官能基が結合する。このため、複数のグラフェンの層間距離がグラ
ファイトと比較して長くなり、層間の分離による薄片化が容易となる。次に、酸化グラフ
ァイトを含む混合液に、超音波振動を加えることで、層間距離が長い酸化グラファイトを
劈開し、酸化グラフェンを分離するとともに、酸化グラフェンを含む分散液を作製するこ
とができる。そして、酸化グラフェンを含む分散液から溶媒を取り除くことで、粉末状の
酸化グラフェンを得ることができる。
【０２８３】
なお、酸化グラフェンの作製は過マンガン酸カリウムの硫酸溶液を用いたＨｕｍｍｅｒｓ
法に限られず、例えば硝酸、塩素酸カリウム、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等
を使用するＨｕｍｍｅｒｓ法、又はＨｕｍｍｅｒｓ法以外の酸化グラフェンの作製方法を
適宜用いてもよい。
【０２８４】
また、酸化グラファイトの薄片化は、超音波振動の付加の他、マイクロ波やラジオ波、又
は熱プラズマの照射や、物理的応力の付加により行ってもよい。
【０２８５】
作製した酸化グラフェンは、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル
基等を有する。酸化グラフェンはＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン、１−メチル−２−ピロ
リドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどともいう。）に代表される極性溶媒の中におい
ては、官能基中の酸素がマイナスに帯電するため、ＮＭＰと相互作用する一方で異なる酸
化グラフェンどうしとは反発し、凝集しにくい。このため、極性溶媒中においては、酸化
グラフェンが均一に分散しやすい。
【０２８６】
また、酸化グラフェンの一辺の長さ（フレークサイズともいう。）は一辺の長さが５０ｎ
ｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下とするとよい。
【０２８７】
図１５（Ｂ）に示す正極活物質層６００２の断面図のように、複数の粒状の正極活物質６
００３は、複数のグラフェン６００４によって被覆されている。一枚のシート状のグラフ
ェン６００４は、複数の粒状の正極活物質６００３と接続する。特に、グラフェン６００
４がシート状であるため、粒状の正極活物質６００３の表面の一部を包むように面接触す
ることができる。正極活物質と点接触するアセチレンブラック等の粒状の導電助剤と異な
り、グラフェン６００４は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、導電助剤
の量を増加させることなく、粒状の正極活物質６００３とグラフェン６００４との電気伝
導性を向上させることができる。
【０２８８】
また、複数のグラフェン６００４どうしも面接触している。これはグラフェン６００４の
形成に、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いるためである。均一に
分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元
してグラフェンとするため、正極活物質層６００２に残留するグラフェン６００４は部分
的に重なり合い、互いに面接触する程度に分散していることで電気伝導の経路を形成して
いる。
【０２８９】
また、グラフェン６００４の一部は複数の正極活物質６００３の間に設けられ、三次元的
に配置されるように形成されている。また、グラフェン６００４は炭素分子の単層又はこ
れらの積層で構成される極めて薄い膜（シート）であるため、個々の粒状の正極活物質６
００３の表面をなぞるようにその表面の一部を覆って接触しており、正極活物質６００３
と接していない部分は複数の粒状の正極活物質６００３の間で撓み、皺となり、あるいは
引き延ばされて張った状態を呈する。
【０２９０】
従って、複数のグラフェン６００４により正極６０００中に電気伝導のネットワークを形
成している。このため正極活物質６００３どうしの電気伝導の経路が維持されている。以
上のことから、酸化グラフェンを原料とし、溶媒などと混ぜてペーストとした後に還元し
たグラフェンを導電助剤として用いることで、高い電気伝導性を有する正極活物質層６０
０２を形成することができる。
【０２９１】
また、正極活物質６００３とグラフェン６００４との接触点を増やすために、導電助剤の
添加量を増加させなくてもよいため、正極活物質６００３の正極活物質層６００２におけ
る比率を増加させることができる。これにより、二次電池の放電容量を増加させることが
できる。
【０２９２】
粒状の正極活物質６００３の一次粒子の平均粒径は、５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎ
ｍ以上５００ｎｍ以下のものを用いるとよい。この粒状の正極活物質６００３の複数と面
接触するために、グラフェン６００４は一辺の長さが５０ｎｍ以上１００μｍ以下、好ま
しくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下であると好ましい。
【０２９３】
また、正極活物質層６００２に含まれるバインダ（結着剤）には、代表的なポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロ
ライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニト
リル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリ
エチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。
【０２９４】
以上に示した正極活物質層６００２は、正極活物質６００３、導電助剤としてのグラフェ
ン６００４及びバインダを、正極活物質層６００２の総量に対して、それぞれ正極活物質
を９０ｗｔ％以上９４ｗｔ％以下、グラフェンを１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、バインダを
１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の割合で含有することが好ましい。
【０２９５】
［６．２．負極］
次に、蓄電装置の負極について、図１６を用いて説明する。
【０２９６】
負極６１００は、負極集電体６１０１と、負極集電体６１０１上に塗布法、ＣＶＤ法、又
はスパッタリング法等により形成された負極活物質層６１０２などにより構成される。図
１６（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の負極集電体６１０１の両面に負極活物質
層６１０２を設けた例を示しているが、これに限られず、負極活物質層６１０２は、負極
集電体６１０１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図１６（Ａ）においては、負極活
物質層６１０２は、負極集電体６１０１上の全域に設けているが、これに限られず、負極
集電体６１０１の一部に設けても良い。例えば、負極集電体６１０１と負極タブとが接続
する部分には、負極活物質層６１０２を設けない構成とするとよい。
【０２９７】
負極集電体６１０１には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、チタン等の金属、及び
これらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用
いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成して
もよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チ
タン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン
、コバルト、ニッケル等がある。負極集電体６１０１は、箔状、板状（シート状）、網状
、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極
集電体６１０１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。
【０２９８】
図１６（Ｂ）は、負極活物質層６１０２の一部の断面を模式的に示した図である。ここで
は負極活物質層６１０２に、負極活物質６１０３とバインダ６１０５（結着剤）を有する
例を示すが、これに限られず、少なくとも負極活物質６１０３を有していればよい。
【０２９９】
負極活物質６１０３は、金属の溶解・析出、又は金属イオンの挿入・脱離が可能な材料で
あれば、特に限定されない。負極活物質６１０３の材料としては、リチウム金属の他、蓄
電分野に一般的な炭素材である黒鉛を用いることができる。黒鉛は、低結晶性炭素として
軟質炭素や硬質炭素等が挙げられ、高結晶性炭素として、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分
解炭素、液晶ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、液晶ピッチ
、石油又は石炭系コークス等が挙げられる。
【０３００】
また、負極活物質６１０３には上述の材料の他、キャリアイオンとの合金化、脱合金化反
応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料を用いることができる。キャリアイオ
ンがリチウムイオンである場合、合金系材料としては、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ
、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ及びＩｎ等のう
ちの少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような金属は黒鉛に対して容
量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に高い。このため、
負極活物質６１０３にシリコンを用いることが好ましい。
【０３０１】
図１６（Ｂ）においては、負極活物質６１０３を粒状の物質として表しているが、これに
限られず、負極活物質６１０３の形状としては、例えば板状、棒状、円柱状、粉状、鱗片
状等任意の形状とすることができる。また、板状の表面に凹凸形状を有するものや、表面
に微細な凹凸形状を有するもの、多孔質形状を有するものなど立体形状を有するものであ
ってもよい。
【０３０２】
塗布法を用いて負極活物質層６１０２を形成する場合は、負極活物質６１０３に、導電助
剤（図示せず）や結着剤６１０５を添加して、負極ペーストを作製し、負極集電体６１０
１上に塗布して乾燥させればよい。
【０３０３】
なお、負極活物質層６１０２にリチウムをプレドープしてもよい。プレドープの方法とし
ては、スパッタリング法により負極活物質層６１０２表面にリチウム層を形成してもよい
。また、負極活物質層６１０２の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層６１０
２にリチウムをプレドープすることもできる。
【０３０４】
また、負極活物質６１０３の表面に、グラフェン（図示せず）を形成することが好ましい
。例えば、負極活物質６１０３をシリコンとした場合、充放電サイクルにおけるキャリア
イオンの吸蔵・放出に伴う体積の変化が大きいため、負極集電体６１０１と負極活物質層
６１０２との密着性が低下し、充放電により電池特性が劣化してしまう。そこで、シリコ
ンを含む負極活物質６１０３の表面にグラフェンを形成すると、充放電サイクルにおいて
、シリコンの体積が変化したとしても、負極集電体６１０１と負極活物質層６１０２との
密着性の低下を抑制することができ、電池特性の劣化が低減されるため好ましい。
【０３０５】
負極活物質６１０３の表面に形成するグラフェンは、正極の作製方法と同様に、酸化グラ
フェンを還元することによって形成することができる。該酸化グラフェンは、上述した酸
化グラフェンを用いることができる。
【０３０６】
また、負極活物質６１０３の表面に、酸化物等の被膜６１０４を形成してもよい。充電時
において電解液の分解等により形成される皮膜（ＳＥＩとも呼ばれる）は、その形成時に
消費された電荷量を放出することができず、不可逆容量を形成する。これに対し、酸化物
等の被膜６１０４をあらかじめ負極活物質６１０３の表面に設けておくことで、不可逆容
量の発生を抑制又は防止することができる。
【０３０７】
このような負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４には、ニオブ、チタン、バナジウ
ム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、アルミ
ニウム若しくはシリコンのいずれか一の酸化膜、又はこれら元素のいずれか一とリチウム
とを含む酸化膜を用いることができる。このような被膜６１０４は、従来の電解液の分解
生成物により負極表面に形成される被膜に比べ、十分緻密な膜である。
【０３０８】
例えば、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）は、電気伝導度が１０−９Ｓ／ｃｍと低く、高い絶縁
性を示す。このため、酸化ニオブ膜は負極活物質と電解液との電気化学的な分解反応を阻
害する。一方で、酸化ニオブのリチウム拡散係数は１０−９ｃｍ２／ｓｅｃであり、高い
リチウムイオン伝導性を有する。このため、リチウムイオンを透過させることが可能であ
る。
【０３０９】
負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４の形成には、例えばゾル−ゲル法を用いるこ
とができる。ゾル−ゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩等からなる溶液を、加水分解
反応・重縮合反応により流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成して薄膜を形成する方
法である。ゾル−ゲル法は液相から薄膜を形成する方法であるから、原料を分子レベルで
均質に混合することができる。このため、溶媒の段階の金属酸化膜の原料に、黒鉛等の負
極活物質を加えることで、容易にゲル中に活物質を分散させることができる。このように
して、負極活物質６１０３の表面に被膜６１０４を形成することができる。
【０３１０】
当該被膜６１０４を用いることで、上述した間歇的な放電を伴う充電とあわせて、蓄電装
置の容量の低下を防止することができる。
【０３１１】
［６．３．電解液］
蓄電装置に用いる電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エ
チレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート
、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレ
ロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチ
ルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、１，３−ジオ
キサン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメチルスルホキシド、ジ
エチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフ
ラン、スルホラン、スルトン等の１種、又はこれらのうちの２種以上を任意の組み合わせ
及び比率で用いることができる。
【０３１２】
また、電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安
全性が高まる。また、蓄電装置の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材
料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチ
レンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
【０３１３】
また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つ
又は複数用いることで、蓄電装置の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても
、蓄電装置の破裂や発火などを防ぐことができる。
【０３１４】
また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、キャリアにリチウムイオンを用いる場合
、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ
ＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、Ｌｉ２Ｂ１２Ｃｌ１
２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２
Ｆ５ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）（ＣＦ３ＳＯ２
）、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を
任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。
【０３１５】
［６．４．セパレータ］
蓄電装置のセパレータには、セルロースや、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポ
リフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用いることができる。
また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜を用いてもよい
。
【０３１６】
［６．５．非水系二次電池］
次に、非水系二次電池の構造について、図１７及び図１８を用いて説明する。
【０３１７】
［６．５．１．コイン型二次電池］
図１７（Ａ）は、コイン型（単層偏平型）のリチウムイオン二次電池の外観図であり、部
分的にその断面構造を併せて示した図である。
【０３１８】
コイン型の二次電池９５０は、正極端子を兼ねた正極缶９５１と負極端子を兼ねた負極缶
９５２とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット９５３で絶縁シールされている。
正極９５４は、正極集電体９５５と、これと接するように設けられた正極活物質層９５６
により形成される。また、負極９５７は、負極集電体９５８と、これに接するように設け
られた負極活物質層９５９により形成される。正極活物質層９５６と負極活物質層９５９
との間には、セパレータ９６０と、電解液（図示せず）とを有する。
【０３１９】
負極９５７は負極集電体９５８上に負極活物質層９５９を有し、正極９５４は正極集電体
９５５上に正極活物質層９５６を有する。
【０３２０】
正極９５４、負極９５７、セパレータ９６０、電解液には、それぞれ上述した部材を用い
ることができる。
【０３２１】
正極缶９５１、負極缶９５２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウ
ム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレ
ス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミ
ニウム等を被覆することが好ましい。正極缶９５１は正極９５４と、負極缶９５２は負極
９５７とそれぞれ電気的に接続する。
【０３２２】
これら負極９５７、正極９５４及びセパレータ９６０を電解液に含浸させ、図１７（Ａ）
に示すように、正極缶９５１を下にして正極９５４、セパレータ９６０、負極９５７、負
極缶９５２をこの順で積層し、正極缶９５１と負極缶９５２とをガスケット９５３を介し
て圧着してコイン型の二次電池９５０を製造する。
【０３２３】
［６．５．２．薄型二次電池］
次に、薄型の二次電池の一例について、図１７（Ｂ）を参照して説明する。図１７（Ｂ）
では、説明の便宜上、部分的にその内部構造を露出して記載している。
【０３２４】
図１７（Ｂ）に示す薄型の二次電池９７０は、正極集電体９７１及び正極活物質層９７２
を有する正極９７３と、負極集電体９７４及び負極活物質層９７５を有する負極９７６と
、セパレータ９７７と、電解液（図示せず）と、外装体９７８と、を有する。外装体９７
８内に設けられた正極９７３と負極９７６との間にセパレータ９７７が設置されている。
また、外装体９７８内は、電解液で満たされている。なお、図１７（Ｂ）においては、正
極９７３、負極９７６、セパレータ９７７をそれぞれ一枚ずつ用いているが、これらを交
互に積層した積層型の二次電池としてもよい。
【０３２５】
正極、負極、セパレータ、電解液（電解質及び溶媒）には、それぞれ上述した部材を用い
ることができる。
【０３２６】
図１７（Ｂ）に示す薄型の二次電池９７０において、正極集電体９７１及び負極集電体９
７４は、外部との電気的接触を得る端子（タブ）の役割も兼ねている。そのため、正極集
電体９７１及び負極集電体９７４の一部は、外装体９７８から外側に露出するように配置
される。
【０３２７】
薄型の二次電池９７０において、外装体９７８には、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アルミニウ
ム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上
に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設
けた三層構造の積層フィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、
電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する。
【０３２８】
［６．５．３．円筒型二次電池］
次に、円筒型の二次電池の一例について、図１８を参照して説明する。円筒型の二次電池
９８０は図１８（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）９８１を有し、側面
及び底面に電池缶（外装缶）９８２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶
）９８２とは、ガスケット（絶縁パッキン）９９０によって絶縁されている。
【０３２９】
図１８（Ｂ）は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池
缶９８２の内側には、帯状の正極９８４と負極９８６とがセパレータ９８５を間に挟んで
捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に
捲回されている。電池缶９８２は、一端が閉じられ、他端が開いている。
【０３３０】
正極９８４、負極９８６、セパレータ９８５には、上述した部材を用いることができる。
【０３３１】
電池缶９８２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の
金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用い
ることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆
することが好ましい。電池缶９８２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回さ
れた電池素子は、対向する一対の絶縁板９８８、９８９により挟まれている。
【０３３２】
また、電池素子が設けられた電池缶９８２の内部は、電解液（図示せず）が注入されてい
る。電解液には、上述した電解質及び溶媒を用いることができる。
【０３３３】
円筒型の二次電池に用いる正極９８４及び負極９８６は捲回するため、集電体の両面に活
物質層を形成する。正極９８４には正極端子（正極集電リード）９８３が接続され、負極
９８６には負極端子（負極集電リード）９８７が接続される。正極端子９８３及び負極端
子９８７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子９８３
は安全弁機構９９２に、負極端子９８７は電池缶９８２の底にそれぞれ抵抗溶接される。
安全弁機構９９２は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｔ）素子９９１を介して正極キャップ９８１と電気的に接続されている。安全
弁機構９９２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ９８１と正
極９８４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子９９１は温度が上昇
した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常
発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系半導
体セラミックス等を用いることができる。
【０３３４】
［６．５．４．角型二次電池］
次に、角型の二次電池の一例について、図１７（Ｃ）を参照して説明する。図１７（Ｃ）
に示す捲回体９９３は、負極９９４と、正極９９５と、セパレータ９９６と、を有する。
捲回体９９３は、セパレータ９９６を挟んで負極９９４と、正極９９５とが重なり合って
積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体９９３を角型の封止缶などで
覆うことにより角型の二次電池が形成される。なお、負極９９４、正極９９５及びセパレ
ータ９９６からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい
。
【０３３５】
円筒型の二次電池と同様に、負極９９４は端子９９７及び端子９９８の一方を介して負極
タブ（図示せず）に接続され、正極９９５は端子９９７及び端子９９８の他方を介して正
極タブ（図示せず）に接続される。その他、安全弁機構等の周辺構造は、円筒型の二次電
池に準ずる。
【０３３６】
以上のように二次電池として、コイン型、薄型（ラミネート型とも呼ばれる）、円筒型及
び角型の二次電池を示したが、その他様々な形状の二次電池を用いることができる。また
、正極と負極とセパレータとが複数積層された構造や、正極と負極とセパレータとが捲回
された構造であってもよい。
【０３３７】
［６．６．電気回路等を有する蓄電装置］
次に、電気回路等を有する蓄電装置について説明する。
【０３３８】
図１９は、上述した角型の二次電池に電気回路等を設けた蓄電装置の例を示す図である。
図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示す蓄電装置６６００は、電池缶６６０４の内部に捲回体６６
０１を収納したものである。捲回体６６０１は、端子６６０２及び端子６６０３を有し、
電池缶６６０４の内部で電解液に含浸される。端子６６０３は電池缶６６０４に接し、端
子６６０２は、絶縁材などを用いることにより電池缶６６０４から絶縁する構成としても
よい。電池缶６６０４は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることが
できる。
【０３３９】
さらに、図１９（Ｂ）に示す蓄電装置６６００に電気回路等を設けることができる。図１
９（Ｃ）及び（Ｄ）は、蓄電装置６６００に、電気回路等を設けた回路基板６６０６、ア
ンテナ６６０９、アンテナ６６１０、ラベル６６０８を設けた例を示す図である。
【０３４０】
回路基板６６０６は、電気回路６６０７、端子６６０５等を有する。回路基板６６０６と
しては、例えばプリント基板（ＰＣＢ）を用いることができる。プリント基板を回路基板
６６０６として用いた場合、プリント基板上に抵抗素子、コンデンサ等の容量素子、コイ
ル（インダクタ）、半導体集積回路（ＩＣ）などの電子部品を実装し結線して電気回路６
６０７を形成することができる。電子部品としてはこれらの他に、サーミスタ等の温度検
出素子、ヒューズ、フィルタ、水晶発振器、ＥＭＣ対策部品等、種々の部品を実装するこ
とができる。
【０３４１】
ここで、上記の半導体集積回路（ＩＣ）には、上述した酸化物半導体をチャネル形成領域
などに用いたトランジスタを有する回路を用いることができる。これにより、電気回路６
６０７の消費電力を大幅に低減することが可能となる。
【０３４２】
これらの電子部品によって形成された電気回路６６０７は、例えば蓄電装置６６００の過
充電監視回路、過放電監視回路、過電流に対する保護回路等として機能させることができ
る。電気回路６６０７には、例えば図３に示す回路２０３を設けることができる。なお、
蓄電装置６６００に図３に示すコンバータ２０２を設けてもよい。
【０３４３】
回路基板６６０６が有する端子６６０５は、端子６６０２、端子６６０３、アンテナ６６
０９、アンテナ６６１０、及び電気回路６６０７に接続される。図１９（Ｃ）及び（Ｄ）
においては５つの端子を示しているが、これに限らず、任意の端子数とすればよい。端子
６６０５を用いて蓄電装置６６００の充放電を行う他、蓄電装置６６００を搭載する電気
機器との信号の授受を行うことができる。
【０３４４】
アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０は、例えば蓄電装置の外部との電力の授受、信号
の授受を行うために用いることができる。アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０の一方
又は双方を上述した電気回路６６０７に電気的に接続することで、電気回路６６０７によ
り外部との電力の授受又は信号の授受を制御することができる。あるいは、アンテナ６６
０９及びアンテナ６６１０の一方又は双方を端子６６０５に電気的に接続することで、蓄
電装置６６００を搭載する電気機器の制御回路により外部との電力の授受又は信号の授受
を制御することもできる。
【０３４５】
なお、図１９（Ｃ）及び（Ｄ）では２種類のアンテナを設けた蓄電装置６６００の例であ
るが、アンテナは複数種設けてもよく、あるいはアンテナを設けない構成としてもよい。
【０３４６】
図１９（Ｃ）及び（Ｄ）においては、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０がコイル形
状である場合を示すが、これに限られず、例えば線状、平板状であってもよい。また、平
面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体ア
ンテナ等のアンテナを用いてもよい。
【０３４７】
なお、無線による電力の授受（非接触電力伝送、無接点電力伝送あるいはワイヤレス給電
などともいう）には、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式等を用いることができる。
【０３４８】
アンテナ６６０９の線幅は、アンテナ６６１０の線幅よりも大きいことが好ましい。これ
により、アンテナ６６０９により受電する電力量を上げることができる。
【０３４９】
また、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０と、蓄電装置６６００との間に層６６１１
を有する。層６６１１は、例えば捲回体６６０１による電界又は磁界の遮蔽を防止するこ
とができる機能を有する。この場合、層６６１１には、例えば磁性体を用いることができ
る。あるいは、層６６１１を遮蔽層としてもよい。
【０３５０】
なお、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０は、外部との電力の授受又は信号の授受と
は異なる用途として用いることができる。例えば、蓄電装置６６００を搭載する電気機器
がアンテナを有さない機器である場合、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０を用いて
電気機器への無線通信を実現することができる。
【０３５１】
［７．電気機器］
本発明の一態様に係る蓄電装置は、様々な電気機器の電源として用いることができる。
【０３５２】
［７．１．電気機器の範疇］
ここで電気機器とは、電気の力によって作用する部分を含む工業製品をいう。電気機器は
、家電等の民生用に限られず、業務用、産業用、軍事用等、種々の用途のものを広くこの
範疇とする。
【０３５３】
［７．２．電気機器の一例］
本発明の一態様に係る蓄電装置を用いた電気機器としては、例えば、テレビやモニタ等の
表示装置、照明装置、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、ワードプ
ロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に
記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）
プレーヤやデジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生機器、携帯型又
は据置型のラジオ受信機、テープレコーダやＩＣレコーダ（ボイスレコーダ）等の録音再
生機器、ヘッドホンステレオ、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計
等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話機、自動車電話、携帯型又は据
置型のゲーム機、歩数計、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、マイ
クロフォン等の音声入力機器、スチルカメラやビデオカメラ等の写真機、玩具、電気シェ
ーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃
除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和
設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電
気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、補聴器、心臓ペー
スメーカ、携帯型Ｘ線撮影装置、放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機
器や医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ガスメータや水道メータ等の
計量器、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、自動販売機、自動券売機、現金自
動支払機（ＣＤ。Ｃａｓｈ  Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒの略）や現金自動預金支払機（ＡＴＭ。
ＡｕｔｏＭａｔｅｄ  Ｔｅｌｌｅｒ  Ｍａｃｈｉｎｅの略）、デジタルサイネージ（電子
看板）、産業用ロボット、無線用中継局、携帯電話の基地局、電力貯蔵システム、電力の
平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、蓄電装置
からの電力を用いて電動機により推進する移動体（輸送体）なども、電気機器の範疇に含
まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機
を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これ
らのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、農業機械、電動アシスト自転車を含む原動
機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼
機や回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが
挙げられる。
【０３５４】
なお、上記電気機器は、消費電力のほぼ全てを賄うための主電源として、本発明の一態様
に係る蓄電装置を用いることができる。また、上記電気機器は、主電源や商用電源からの
電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行うことができる無停電電源と
して、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。あるいは上記電気機器は、
主電源や商用電源からの電気機器への電力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を
行うための補助電源として、本発明の一態様に係る蓄電装置を用いることができる。
【０３５５】
［７．３．電力系のネットワークの一例］
上述した電気機器は、個々に蓄電装置を搭載する場合に限らず、複数の電気機器と蓄電装
置とこれらの電力系を制御する制御装置とを有線又は無線で接続した電力系のネットワー
ク（電力網）を形成してもよい。電力系のネットワークを制御装置により制御することに
よって、ネットワーク全体における電力の使用効率を向上させることができる。
【０３５６】
図２０（Ａ）に、複数の家電機器、制御装置、及び蓄電装置等を住宅内で接続したＨＥＭ
Ｓ（家庭内エネルギー管理システム。Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  
Ｓｙｓｔｅｍの略）の例を示す。このようなシステムによって、家全体の電力消費量を容
易に把握することが可能になる。また、複数の家電機器の運転を遠隔操作することができ
る。また、センサや制御装置を用いて家電機器を自動制御する場合には、電力の節約にも
貢献することができる。
【０３５７】
住宅８０００に設置された分電盤８００３は、引込み線８００２を介して電力系統８００
１に接続される。分電盤８００３は、引込み線８００２から供給される商用電力である交
流電力を、複数の家電機器それぞれに供給するものである。制御装置８００４は分電盤８
００３と接続されるとともに、複数の家電機器や蓄電システム８００５、太陽光発電シス
テム８００６等と接続される。また制御装置８００４は、住宅８０００の屋外などに駐車
され、分電盤８００３とは独立した電気自動車８０１２とも接続することができる。
【０３５８】
制御装置８００４は、分電盤８００３と複数の家電機器とを繋ぎネットワークを構成する
ものであり、ネットワークに接続された複数の家電機器を制御するものである。
【０３５９】
また、制御装置８００４は、インターネット８０１１に接続され、インターネット８０１
１を経由して、管理サーバ８０１３と接続することができる。管理サーバ８０１３は、使
用者の電力の使用状況を受信してデータベースを構築することができ、当該データベース
に基づき、種々のサービスを使用者に提供することができる。また、管理サーバ８０１３
は、例えば時間帯に応じた電力の料金情報を使用者に随時提供することができ、当該情報
に基づいて、制御装置８００４は住宅８０００内における最適な使用形態を設定すること
もできる。
【０３６０】
複数の家電機器は、例えば、図２０（Ａ）に示す表示装置８００７、照明装置８００８、
空気調和設備８００９、電気冷蔵庫８０１０であるが、勿論これに限られず、上述した電
気機器など住宅内に設置可能なあらゆる電気機器を指す。
【０３６１】
例えば、表示装置８００７は、表示部に液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕ
ｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装
置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌ
ａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄ
ｉｓｐｌａｙ）などの半導体表示装置が組み込まれ、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコ
ンピュータ用、広告表示用など、情報表示用表示装置として機能するものが含まれる。
【０３６２】
また、照明装置８００８は、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を含むものであり
、人工光源としては、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉ
ｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ素子などの発光素子を用いることができる。図２０
（Ａ）に示す照明装置８００８は天井に設置されたものであるが、この他、壁面、床、窓
等に設けられた据付け型であってもよく、卓上型であってもよい。
【０３６３】
また、空気調和設備８００９は、温度、湿度、空気清浄度等の室内環境の調整を行う機能
を有する。図２０（Ａ）では、一例としてエアコンディショナを示す。エアコンディショ
ナは、圧縮機や蒸発器を一体とした室内機と、凝縮器を内蔵した室外機（図示せず）を備
えるものや、これらを一体としたもの等で構成される。
【０３６４】
また、電気冷蔵庫８０１０は、食料品等を低温で保管するための電気機器であり、０℃以
下で凍らせる目的の冷凍庫を含む。圧縮器により圧縮したパイプ内の冷媒が気化する際に
熱を奪うことにより、庫内を冷却するものである。
【０３６５】
これら複数の家電機器は、それぞれに蓄電装置を有していてもよく、また蓄電装置を有さ
ずに、蓄電システム８００５の電力や商用電源からの電力を利用してもよい。家電機器が
蓄電装置を内部に有する場合には、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられな
い場合であっても、蓄電装置を無停電電源として用いることで、当該家電機器の利用が可
能となる。
【０３６６】
以上のような家電機器のそれぞれの電源供給端子の近傍に、電流センサ等の電力検出手段
を設けることができる。電力検出手段により検出した情報を制御装置８００４に送信する
ことによって、使用者が家全体の電力使用量を把握することができる他、該情報に基づい
て、制御装置８００４が複数の家電機器への電力の配分を設定し、住宅８０００内におい
て効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。
【０３６７】
また、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち電力使用率が低い時間帯において、
商用電源から蓄電システム８００５に充電することができる。また、太陽光発電システム
８００６によって、日中に蓄電システム８００５に充電することができる。なお、充電す
る対象は、蓄電システム８００５に限られず、制御装置８００４に接続された電気自動車
８０１２に搭載された蓄電装置でもよく、複数の家電機器が有する蓄電装置であってもよ
い。
【０３６８】
このようにして、種々の蓄電装置に充電された電力を制御装置８００４が効率的に配分し
て使用することで、住宅８０００内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行う
ことができる。
【０３６９】
以上のように、電力系をネットワーク化して制御する例として、家庭内規模の電力網を示
したがこれに限らず、スマートメーター等の制御機能や通信機能を組み合わせた都市規模
、国家規模の電力網（スマートグリッドという）を構築することもできる。また、工場や
事業所の規模で、エネルギー供給源と消費施設を構成単位とするマイクログリッドを構築
することもできる。
【０３７０】
［７．４．電気機器の一例（電気自動車の例）］
次に、電気機器の一例として移動体の例について、図２０（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて説明
する。本発明の一態様に係る蓄電装置を、移動体の制御用の蓄電装置に用いることができ
る。
【０３７１】
図２０（Ｂ）は、電気自動車の内部構造の一例を示している。電気自動車８０２０には、
充放電の可能な蓄電装置８０２４が搭載されている。蓄電装置８０２４の電力は、電子制
御ユニット８０２５（ＥＣＵともいう。Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉ
ｔの略）により出力が調整されて、インバータユニット８０２６を介して走行モータユニ
ット８０２７に供給される。インバータユニット８０２６は、蓄電装置８０２４から入力
された直流電力を３相交流電力に変換するとともに、変換した交流電力の電圧、電流及び
周波数を調整して走行モータユニット８０２７に出力することができる。
【０３７２】
従って、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏むと、走行モータユニット８０２７が
作動し、走行モータユニット８０２７で生じたトルクが出力軸８０２８及び駆動軸８０２
９を介して後輪（駆動輪）８０３０に伝達される。これに追従して前輪８０２３も併せて
稼働することで、電気自動車８０２０を駆動走行させることができる。
【０３７３】
各ユニットには、例えば電圧センサ、電流センサ、温度センサ等の検出手段が設けられ、
電気自動車８０２０の各部位における物理量が適宜監視される。
【０３７４】
電子制御ユニット８０２５は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリやＣＰＵを有する処
理装置である。電子制御ユニット８０２５は、電気自動車８０２０の加速、減速、停止等
の操作情報、走行環境や各ユニットの温度情報、制御情報、蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ
）などの入力情報に基づき、インバータユニット８０２６や走行モータユニット８０２７
、蓄電装置８０２４に制御信号を出力する。当該メモリには、各種のデータやプログラム
が格納される。
【０３７５】
走行モータユニット８０２７は、交流電動機の他、直流電動機やこれらの電動機と内燃機
関とを組み合わせて用いることができる。
【０３７６】
なお、本発明の一態様に係る蓄電装置を具備していれば、上記で示した移動体に特に限定
されないことは言うまでもない。
【０３７７】
電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４は、プラグイン方式や非接触給電方式
等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図２０（Ｃ）に
、地上設置型の充電装置８０２１から電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４
に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法
やコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えば
よい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭
の電源であってもよい。例えば、図２０（Ｂ）に示す、蓄電装置８０２４と接続する接続
プラグ８０３１を充電装置８０２１と電気的に接続させるプラグイン技術によって、外部
からの電力供給により電気自動車８０２０に搭載された蓄電装置８０２４を充電すること
ができる。充電は、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する
直流定電圧に変換して行うことができる。
【０３７８】
また、図示しないが、受電装置を移動体に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供
給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を
組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給
電の方式を利用して、移動体どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、移動体の外
装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置８０２４の充電を行ってもよい。この
ような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
【０３７９】
なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により、搭載する
蓄電装置に充電することができる。
【０３８０】
蓄電装置８０２４として、本発明の一態様に係る蓄電装置を搭載することで、蓄電装置の
サイクル特性が良好となり、利便性を向上させることができる。また、蓄電装置８０２４
の特性の向上により、蓄電装置８０２４自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与
するため、燃費を向上させることができる。また、移動体に搭載した蓄電装置８０２４が
比較的大容量であることから、屋内等の電力供給源として用いることもできる。この場合
、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。
【０３８１】
［７．５．電気機器の一例（携帯情報端末の例）］
さらに、電気機器の一例として携帯情報端末の例について、図２１を用いて説明する。
【０３８２】
図２１（Ａ）は、携帯情報端末８０４０の正面及び側面を示した斜視図である。携帯情報
端末８０４０は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、イ
ンターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である
。携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１の正面に表示部８０４２、カメラ８０４５、マ
イクロフォン８０４６、スピーカ８０４７を有し、筐体８０４１の左側面には操作用のボ
タン８０４３、底面には接続端子８０４８を有する。
【０３８３】
表示部８０４２には、表示モジュール又は表示パネルが用いられる。表示モジュール又は
表示パネルとして、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発
光装置、液晶表示装置、電気泳動方式や電子粉流体方式等により表示を行う電子ペーパ、
ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓ
ｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓ
ｐｌａｙ）、ＳＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍ
ｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）
ディスプレイ、カーボンナノチューブディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ、量子ドット
ディスプレイ等が用いることができる。
【０３８４】
図２１（Ａ）に示す携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１に表示部８０４２を一つ設け
た例であるが、これに限らず、表示部８０４２を携帯情報端末８０４０の背面に設けても
よいし、折り畳み型の携帯情報端末として、二以上の表示部を設けてもよい。
【０３８５】
また、表示部８０４２には、指やスタイラス等の指示手段により情報の入力が可能なタッ
チパネルが入力手段として設けられている。これにより、表示部８０４２に表示されたア
イコン８０４４を指示手段により簡単に操作することができる。また、タッチパネルの配
置により携帯情報端末８０４０にキーボードを配置する領域が不要となるため、広い領域
に表示部を配置することができる。また、指やスタイラスで情報の入力が可能となること
から、ユーザフレンドリなインターフェースを実現することができる。タッチパネルとし
ては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式等、種々
の方式を採用することができるが、本発明に係る表示部８０４２は湾曲するものであるた
め、特に抵抗膜方式、静電容量方式を用いることが好ましい。また、このようなタッチパ
ネルは、上述の表示モジュール又は表示パネルと一体として組み合わされた、いわゆるイ
ンセル方式のものであってもよい。
【０３８６】
また、タッチパネルは、イメージセンサとして機能させることができるものであってもよ
い。この場合、例えば、表示部８０４２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで
、本人認証を行うことができる。また、表示部８０４２に近赤外光を発光するバックライ
ト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像する
こともできる。
【０３８７】
また、表示部８０４２にタッチパネルを設けずにキーボードを設けてもよく、さらにタッ
チパネルとキーボードの双方を設けてもよい。
【０３８８】
操作用のボタン８０４３には、用途に応じて様々な機能を持たせることができる。例えば
、ボタン８０４３をホームボタンとし、ボタン８０４３を押すことで表示部８０４２にホ
ーム画面を表示する構成としてもよい。また、ボタン８０４３を所定の時間押し続けるこ
とで、携帯情報端末８０４０の主電源をオフするようにしてもよい。また、スリープモー
ドの状態に移行している場合、ボタン８０４３を押すことで、スリープモード状態から復
帰させるようにしてもよい。その他、押し続ける期間や、他のボタンと同時に押す等によ
り、種々の機能を起動させるスイッチとして用いることができる。
【０３８９】
また、ボタン８０４３を音量調整ボタンやミュートボタンとし、音出力のためのスピーカ
８０４７の音量の調整等を行う機能を持たせてもよい。スピーカ８０４７からは、オペレ
ーティングシステム（ＯＳ）の起動音等特定の処理時に設定した音、音楽再生アプリケー
ションソフトからの音楽等各種アプリケーションにおいて実行される音ファイルによる音
、電子メールの着信音等様々な音を出力する。なお、図示しないが、スピーカ８０４７と
ともに、あるいはスピーカ８０４７に替えて、ヘッドフォン、イヤフォン、ヘッドセット
等の装置に音を出力するためのコネクタを設けてもよい。
【０３９０】
このようにボタン８０４３には、種々の機能を与えることができる。図２１（Ａ）では、
左側面にボタン８０４３を２つ設けた携帯情報端末８０４０を図示しているが、勿論、ボ
タン８０４３の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。
【０３９１】
マイクロフォン８０４６は、音声入力や録音に用いることができる。また、カメラ８０４
５により取得した画像を表示部８０４２に表示させることができる。
【０３９２】
携帯情報端末８０４０の操作には、上述した表示部８０４２に設けられたタッチパネルや
ボタン８０４３の他、カメラ８０４５や携帯情報端末８０４０に内蔵されたセンサ等を用
いて使用者の動作（ジェスチャー）を認識させて操作を行うこともできる（ジェスチャー
入力という）。あるいは、マイクロフォン８０４６を用いて、使用者の音声を認識させて
操作を行うこともできる（音声入力という）。このように、人間の自然な振る舞いにより
電気機器に入力を行うＮＵＩ（Ｎａｔｕｒａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）技術を
実装することで、携帯情報端末８０４０の操作性をさらに向上させることができる。
【０３９３】
接続端子８０４８は、外部機器との通信のための信号や電力供給のための電力の入力端子
である。例えば、携帯情報端末８０４０に外部メモリドライブするために、接続端子８０
４８を用いることができる。外部メモリドライブとして、例えば外付けＨＤＤ（ハードデ
ィスクドライブ）やフラッシュメモリドライブ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔ
ｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）ドライブやＤＶＤ−Ｒ（ＤＶＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライブ、
ＤＶＤ−ＲＷ（ＤＶＤ−ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）ドライブ、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉ
ｓｃ）ドライブ、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライ
ブ、ＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）ドライブ、ＭＯ（
Ｍａｇｎｅｔｏ−  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ）ドライブ、ＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ  Ｄｉ
ｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、又は他の不揮発性のソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔ
ａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）デバイスなどの記録メディアドライブが挙げられる。また
、携帯情報端末８０４０は表示部８０４２上にタッチパネルを有しているが、これに替え
て筐体８０４１上にキーボードを設けてもよく、またキーボードを外付けしてもよい。
【０３９４】
図２１（Ａ）では、底面に接続端子８０４８を１つ設けた携帯情報端末８０４０を図示し
ているが、接続端子８０４８の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することが
できる。
【０３９５】
図２１（Ｂ）は、携帯情報端末８０４０の背面及び側面を示した斜視図である。携帯情報
端末８０４０は、筐体８０４１の表面に太陽電池８０４９とカメラ８０５０を有し、また
、充放電制御回路８０５１、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３等を有する
。なお、図２１（Ｂ）では充放電制御回路８０５１の一例として蓄電装置８０５２、ＤＣ
ＤＣコンバータ８０５３を有する構成について示しており、蓄電装置８０５２には、上記
実施の形態で説明した本発明の一態様に係る蓄電装置を用いる。
【０３９６】
携帯情報端末８０４０の背面に装着された太陽電池８０４９によって、電力を表示部、タ
ッチパネル、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池８０４９は
、筐体８０４１の片面又は両面に設けることができる。携帯情報端末８０４０に太陽電池
８０４９を搭載させることで、屋外などの電力の供給手段がない場所においても、携帯情
報端末８０４０の蓄電装置８０５２の充電を行うことができる。
【０３９７】
また、太陽電池８０４９としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、
非晶質シリコン又はこれらの積層からなるシリコン系の太陽電池や、ＩｎＧａＡｓ系、Ｇ
ａＡｓ系、ＣＩＳ系、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系の太陽電池、有機色素を
用いた色素増感太陽電池、導電性ポリマーやフラーレン等を用いた有機薄膜太陽電池、ｐ
ｉｎ構造におけるｉ層中にシリコン等による量子ドット構造を形成した量子ドット型太陽
電池等を用いることができる。
【０３９８】
ここで、図２１（Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１の構成、及び動作についての一例を
、図２１（Ｃ）に示すブロック図を用いて説明する。
【０３９９】
図２１（Ｃ）には、太陽電池８０４９、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３
、コンバータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６、表示
部８０４２について示しており、蓄電装置８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３、コン
バータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６が、図２１（
Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１に対応する箇所となる。
【０４００】
外光により太陽電池８０４９で発電した電力は、蓄電装置８０５２を充電するために必要
な電圧とするために、ＤＣＤＣコンバータ８０５３で昇圧又は降圧される。そして、表示
部８０４２の動作に太陽電池８０４９からの電力が用いられる際には、スイッチ８０５４
をオンにし、コンバータ８０５７で表示部８０４２に必要な電圧に昇圧又は降圧する。ま
た、表示部８０４２での表示を行わない際には、スイッチ８０５４をオフにし、スイッチ
８０５５をオンにして蓄電装置８０５２の充電を行う。
【０４０１】
なお、発電手段の一例として太陽電池８０４９を示したが、これに限定されず、圧電素子
（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段を用いて蓄電装置
８０５２の充電を行ってもよい。また、携帯情報端末８０４０の蓄電装置８０５２への充
電方法はこれに限られず、例えば上述した接続端子８０４８と電源とを接続して充電を行
ってもよい。また、無線で電力を送受信して充電する非接触電力伝送モジュールを用いて
もよく、以上の充電方法を組み合わせてもよい。
【０４０２】
ここで、蓄電装置８０５２の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が、
表示部８０４２の左上（破線枠内）に表示される。これにより、使用者は、蓄電装置８０
５２の充電状態を把握することができ、これに応じて携帯情報端末８０４０を節電モード
と選択することもできる。使用者が省電力モードを選択する場合には、例えば上述したボ
タン８０４３やアイコン８０４４を操作し、携帯情報端末８０４０に搭載される表示モジ
ュール又は表示パネルや、ＣＰＵ等の演算装置、メモリ等の構成部品を省電力モードに切
り換えることができる。具体的には、これらの構成部品のそれぞれにおいて、任意の機能
の使用頻度を低減し、停止させる。省電力モードでは、また、充電状態に応じて設定によ
って自動的に省電力モードに切り替わる構成とすることもできる。また、携帯情報端末８
０４０に光センサ等の検出手段を設け、携帯情報端末８０４０の使用時における外光の光
量を検出して表示輝度を最適化することで、蓄電装置８０５２の電力の消費を抑えること
ができる。
【０４０３】
また、太陽電池８０４９等による充電時には、図２１（Ａ）に示すように、表示部８０４
２の左上（破線枠内）にそれを示す画像等の表示を行ってもよい。
【０４０４】
また、本発明の一態様に係る蓄電装置を具備していれば、図２１に示した電気機器に限定
されないことは言うまでもない。
【０４０５】
［７．６．電気機器の一例（蓄電システムの例）］
さらに、電気機器の一例として蓄電システムの例について、図２２を用いて説明する。こ
こで説明する蓄電システム８１００は、上述した蓄電システム８００５として家庭で用い
ることができる。また、ここでは一例として家庭用の蓄電システムについて説明するが、
これに限られず、業務用として又はその他の用途で用いることができる。
【０４０６】
図２２（Ａ）に示すように、蓄電システム８１００は、系統電源８１０３と電気的に接続
するためのプラグ８１０１を有する。また、蓄電システム８１００は、家庭内に設けられ
た分電盤８１０４と電気的に接続する。
【０４０７】
また、蓄電システム８１００は、動作状態等を示すための表示パネル８１０２などを有し
ていてもよい。表示パネルはタッチスクリーンを有していてもよい。また、表示パネルの
他、主電源のオンオフを行うためのスイッチや蓄電システムの操作を行うためのスイッチ
等を有していてもよい。
【０４０８】
なお、図示しないが、蓄電システム８１００を操作するために、蓄電システム８１００と
は別に、例えば室内の壁に操作スイッチを設けてもよい。あるいは、蓄電システム８１０
０と家庭内に設けられたパーソナルコンピュータ、サーバ等と接続し、間接的に蓄電シス
テム８１００を操作してもよい。さらに、スマートフォン等の情報端末機やインターネッ
ト等を用いて蓄電システム８１００を遠隔操作してもよい。これらの場合、蓄電システム
８１００とその他の機器とは有線により又は無線により通信を行う機構を、蓄電システム
８１００に設ければよい。
【０４０９】
図２２（Ｂ）は、蓄電システム８１００の内部を模式的に示した図である。蓄電システム
８１００は、複数の蓄電装置群８１０６とＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎ
ｔ  Ｕｎｉｔ）８１０７とＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅ
ｍ）８１０８とを有する。
【０４１０】
蓄電装置群８１０６は、上述した蓄電装置８１０５を複数並べて接続したものである。系
統電源８１０３からの電力を、蓄電装置群８１０６に蓄電することができる。複数の蓄電
装置群８１０６のそれぞれは、ＢＭＵ８１０７と電気的に接続されている。
【０４１１】
ＢＭＵ８１０７は、蓄電装置群８１０６が有する複数の蓄電装置８１０５の状態を監視及
び制御し、また蓄電装置８１０５を保護する機能を有する。具体的には、ＢＭＵ８１０７
は、蓄電装置群８１０６が有する複数の蓄電装置８１０５のセル電圧、セル温度データ収
集、過充電及び過放電の監視、過電流の監視、セルバランサ制御、電池劣化状態の管理、
電池残量（（充電率）Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の算出演算、駆動用蓄
電装置の冷却ファンの制御、又は故障検出の制御等を行う。なお、これらの機能の一部又
は全部は上述のように、蓄電装置８１０５内に含めてもよく、あるいは蓄電装置群ごとに
当該機能を付与してもよい。また、ＢＭＵ８１０７はＰＣＳ８１０８と電気的に接続する
。
【０４１２】
ここで、ＢＭＵ８１０７を構成する電子回路には、上述した酸化物半導体を有するトラン
ジスタを用いた電子回路を有するとよい。この場合、ＢＭＵ８１０７の消費電力を大幅に
低減することが可能となる。
【０４１３】
ＰＣＳ８１０８は、交流（ＡＣ）電源である系統電源８１０３と電気的に接続され、直流
−交流変換を行う。例えば、ＰＣＳ８１０８は、インバータや、系統電源８１０３の異常
を検出して動作を停止する系統連系保護装置などを有する。蓄電システム８１００の充電
時には、例えば系統電源８１０３の交流の電力を直流に変換してＢＭＵ８１０７へ送電し
、蓄電システム８１００の放電時には、蓄電装置群８１０６に蓄えられた電力を屋内など
の負荷に交流に変換して供給する。なお、蓄電システム８１００から負荷への電力の供給
は、図２２（Ａ）に示すように分電盤８１０４を介してもよく、あるいは蓄電システム８
１００と負荷とを有線又は無線により直接行ってもよい。
【０４１４】
なお、蓄電システム８１００への充電は上述する系統電源８１０３からに限らず、例えば
屋外に設置した太陽発電システムから電力を供給してもよいし、電気自動車に搭載した蓄
電システムから供給してもよい。
【実施例１】
【０４１５】
本実施例では、二相共存反応をする活物質としてリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）を
用いて蓄電装置を作製し、その充放電特性を評価した。
【０４１６】
（リン酸鉄リチウムの作製）
蓄電装置には、表面に炭素層が形成されたＬｉＦｅＰＯ４を用いた。ＬｉＦｅＰＯ４は、
固相法を用いて作製した材料である。表面に炭素層が形成されたＬｉＦｅＰＯ４の作製で
は、ドライルーム環境下（露点−７０℃以上−５５℃以下）において、原料としてＬｉ２
ＣＯ３：ＦｅＣ２Ｏ４・２Ｈ２Ｏ：ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４＝２：１：１のモル比となるように
原料を秤量した。
【０４１７】
次に、これらを、ボールミルを用いて混合・粉砕した。ボールミルは、遊星回転式ボール
ミルであり、５００ｍｌのジルコニアポットと、直径３ｍｍ、３００ｇのジルコニアボー
ルを用い、総量１５０ｇの上記原料を回転数３００ｒｐｍで２時間処理を行った。混合・
粉砕には、溶媒として２５０ｍｌのアセトン（関東化学株式会社製、全体に対して０．０
０６８％の水を含む）を用いた。
【０４１８】
次に、ドライルーム環境下において、ホットプレートを用いて、５０℃で１時間以上２時
間以下の乾燥を行った。その後、上記ドライルーム環境下で真空乾燥機を用いて０．１Ｍ
Ｐａの真空中で、８０℃で２時間の乾燥を行った。
【０４１９】
次に、マッフル炉を用いて、３５０℃１０時間の焼成を行った。このとき、Ｎ２流量は、
５ｌ／ｍｉｎである。
【０４２０】
次に、炭素層を形成するために、焼成した試料に対してグルコースを１０ｗｔ％秤量し、
焼成した試料とグルコースを、ボールミルを用いて混合・粉砕した。ここでは、上記混合
・粉砕の工程と同じ装置、方法を用いて混合・粉砕を行った。
【０４２１】
次に、上記ドライルーム環境下において、ホットプレートを用いて、５０℃で１時間以上
２時間以下の乾燥を行った。その後、上記ドライルーム環境下で真空乾燥機を用いて０．
１ＭＰａの真空中で、８０℃で２時間乾燥を行った。
【０４２２】
次に、マッフル炉を用いて、６００℃１０時間の焼成を行った。
【０４２３】
その後、上記ドライルーム環境下で、ボールミルを用いて凝集した活物質粒子の解砕を行
った。この解砕工程は、上述した原料の混合・粉砕と同一の条件で行ったが、回転数２０
０ｒｐｍ、処理時間を３０分とした点において異なる。
【０４２４】
次に、上記ドライルーム環境下において、ホットプレートを用いて、５０℃で１時間以上
２時間以下の乾燥を行った。
【０４２５】
その後、上記ドライルーム環境下で、真空乾燥機を用いて０．１ＭＰａの真空中で、１７
５℃の温度で２時間乾燥を行った。
【０４２６】
以上の工程により、表面に炭素層が形成されたＬｉＦｅＰＯ４を作製した。得られたＬｉ
ＦｅＰＯ４の一次粒子の径は、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、二次粒子の径は、２
μｍ以下であった。
【０４２７】
（正極の作製）
正極を作製するために、まず表面に炭素層が形成されたＬｉＦｅＰＯ４とＮＭＰ（Ｎ−メ
チル−ピロリドン）を混練機により２０００ｒｐｍで３分間攪拌・混合を行った。次に、
超音波振動を３分間加え、混練機により２０００ｒｐｍで１分間攪拌・混合を行う工程を
５回繰り返し行った。
【０４２８】
次に、酸化グラフェンを該混合物に加え、混練機により２０００ｒｐｍでの２分間の攪拌
・混合を８回行った。その後、結着剤としてＰＶＤＦ（呉羽化学株式会社製）を加え混練
機により２０００ｒｐｍでの２分間の攪拌・混合を１回行った。さらに、ＮＭＰを添加し
て２０００ｒｐｍで２分間の攪拌・混合を行う工程を、試料が塗工に適した粘度になるま
で繰り返し行った。
【０４２９】
なお、炭素層が形成されたＬｉＦｅＰＯ４、酸化グラフェン、ＰＶＤＦの配合比を９１．
４：０．６：８（単位：ｗｔ％）とした。
【０４３０】
ここで、酸化グラフェンは、Ｈｕｍｍｅｒｓ法を用いて作製した。まずグラファイトと、
ＫＭＯ４と、硫酸と混合しグラファイトを酸化させ、さらに塩酸で洗浄した後、水に分散
させ超音波洗浄機を用いてグラファイトの一部を剥離した。その後塩酸を除去し、減圧下
でエバポレータ、エタノールを用いて水分を除去した。さらに、得られた試料をダンシン
グミルで粉砕し乾燥させることにより、酸化グラフェンを作製した。
【０４３１】
以上の工程によりスラリーを形成した。さらに、スラリーを、塗工装置（アプリケータ）
を用いて厚さ２０μｍのアルミニウム箔上に塗工した。このとき、塗工装置の塗工部と塗
工面との間隔を２３０μｍとし、塗工の速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【０４３２】
これを８０℃の温度で４０分間熱風乾燥した後、ロールプレス機を用いてプレスを行った
。さらに、減圧雰囲気下で１７０℃の温度で１０時間加熱し、再度プレスを行い、得られ
た電極の一部を打ち抜くことにより正極を作製した。
【０４３３】
なお、プレス機のロールの温度を１２０℃とし、正極の厚さが２０％減少する条件でプレ
スを行った。正極において、活物質層の厚さは、５８μｍであり、電極密度は、１．８２
ｇ／ｃｍ３であり、ＬｉＦｅＰＯ４の担持量は約９．７ｍｇ／ｃｍ２であり、単極理論容
量は約１．６ｍＡｈ／ｃｍ２である。
【０４３４】
（負極の作製）
【０４３５】
負極の作製では、粒子の表面に酸化珪素層が形成されたＭＣＭＢと、ＮＭＰと、ＰＶＤＦ
（呉羽化学社製）と、を混練機により２０００ｒｐｍで５分間攪拌・混合を行った。なお
、ＭＣＭＢに対するＰＶＤＦの重量比を１０ｗｔ％（重量パーセント）とした。
【０４３６】
さらに、ＮＭＰを添加して２０００ｒｐｍで５分間の攪拌・混合を行う工程を、試料が塗
工に適した粘度になるまで繰り返し行った。
【０４３７】
以上の工程によりスラリーを形成した。さらに、スラリーを、塗工装置（アプリケータ）
を用いて厚さ１８μｍの銅箔上に塗工した。このとき、塗工装置の塗工部と塗工面との間
隔を２３０μｍとし、塗工の速度を１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【０４３８】
これを７０℃の温度で４０分間熱風乾燥させた後、ロールプレス機を用いプレスを行った
。さらに減圧雰囲気下で１７０℃の温度で１０時間加熱し、再度プレスを行い、得られた
電極の一部を打ち抜くことにより負極を作製した。なお、プレス機のロールの温度を１２
０℃とし、正極の厚さが２０％減少する条件でプレスを行った。なお、負極において、活
物質層の厚さは８９μｍであり、電極密度は１．４２ｇ／ｃｍ３であり、ＭＣＭＢの担持
量は約１１．４ｍｇ／ｃｍ２であり、単極理論容量は約４．２ｍＡｈ／ｃｍ２である。
【０４３９】
酸化珪素層が形成されたＭＣＭＢは、ゾルゲル法を用いて作製した材料である。酸化珪素
層が形成されたＭＣＭＢの作製では、シリコンエトキシドと、塩酸と、トルエンを加え、
撹拌してＳｉ（ＯＥｔ）４トルエン溶液を作製した。このとき、後に生成される酸化珪素
の割合がＭＣＭＢに対して１ｗｔ％（重量パーセント）になるようにシリコンエトキシド
の量を決定した。この溶液の配合比は、Ｓｉ（ＯＥｔ）４を３．１４×１０―４ｍｏｌ、
１Ｎの塩酸を２．９１×１０―４ｍｏｌ、トルエンを２ｍｌとした。
【０４４０】
次に、上記ドライルーム環境下において、Ｓｉ（ＯＥｔ）４トルエン溶液に、平均粒径が
９μｍのＭＣＭＢを添加して撹拌した。この後、湿気環境において、７０℃で３時間溶液
を保持した。
【０４４１】
次に、マッフル炉を用いて、窒素雰囲気下において５００℃、３時間の焼成を行った。そ
の後、凝集した活物質粒子の解砕を乳鉢で行うことにより、酸化珪素層が形成されたＭＣ
ＭＢを作製した。
【０４４２】
（評価用セル）
以上のようにして作製した正極及び負極を用いて、ＣＲ２０３２タイプ（直径２０ｍｍ、
高さ３．２ｍｍ）のコイン型セルを作製した。このとき、セパレータには、厚さ２５μｍ
のポリプロピレンを用いた。また、電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチ
ルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比で３：７の割合で混合し、混合した溶液に六フッ化
リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解した電解液を用いた。
【０４４３】
作製したコイン型セルの充放電容量の評価には、定電流充放電装置（東洋システム製ＴＯ
ＳＣＡＴ−３１００）を用い、環境温度を２５℃、充放電レートを０．２Ｃ（３４ｍＡ／
ｇ）、上限電圧を４．０Ｖ、下限電圧２．０Ｖとして、充放電試験を行った。
【０４４４】
充放電試験の結果を図２３に示す。図２３は、横軸に容量（ｍＡｈ／ｇ）を、縦軸に電圧
（Ｖ）を示す。充電容量及び放電容量は、ともに１２０ｍＡｈ／ｇを上回る値となった。
また、図２３の充放電結果から明らかなように、リン酸鉄リチウムを正極活物質に用いた
蓄電装置を作製することにより、その充電特性は充電中に平坦な領域（プラトー領域）を
有するとともに、充電の末期において、電圧変化が急峻となることが確認できた。
【実施例２】
【０４４５】
本実施例では、正極活物質に二相共存反応をするリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）を
用いた場合における、高電圧印加時の電流値の変化を測定した。
【０４４６】
測定は、ＣＲ２０３２タイプ（直径２０ｍｍ、高さ３．２ｍｍ）のコイン型セルを作製し
て行った。正極には、配合比（重量％）を、炭素層を被覆したリン酸鉄リチウム：アセチ
レンブラック：ＰＶＤＦ＝８５：８：７とした電極を用いた。膜厚は７５μｍ、担持量は
９．８ｍｇ／ｃｍ２、単極理論容量は１．６７ｍＡｈ／ｃｍ２である。また負極には、配
合比（重量％）を、黒鉛：アセチレンブラック：ＰＶＤＦ＝９３：２：５とした電極を用
いた。膜厚は１２０μｍ、担持量は１２ｍｇ／ｃｍ２、単極理論容量は４．４６ｍＡｈ／
ｃｍ２である。
【０４４７】
このとき、セパレータには、厚さ２５μｍのポリプロピレンを用いた。また、電解液には
、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比で１：１
の割合で混合し、混合した溶液に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リッ
トルの濃度で溶解した電解液を用いた。測定の環境温度は６０℃とした。
【０４４８】
以上の試料及び測定条件で評価を行った。図２４（Ａ）は、定電流充電（ＣＣ充電）後の
定電圧充電（ＣＶ充電）時における、電流値の電圧依存性を示す図である。横軸に時間（
単位：秒）、縦軸に電流値（単位：ｍＡ）を示す。
【０４４９】
定電圧充電に用いる電圧が３．８Ｖ、３．９Ｖ、４．０Ｖと比較的低い電圧の場合、定電
圧保持時に流れる電流値は０．０１ｍＡ以下と低かった。しかし、定電圧を４．１Ｖ以上
に上げた場合、電流値は増加し、４．６Ｖでは０．１２ｍＡ程度の高い電流値となった。
従って、電圧を上げるほど電流値は増加する傾向が確認された。
【０４５０】
図２４（Ｂ）に、保持電圧（定電圧）と、電流値がおおよそ安定した３００秒後の電流値
（単位：ｍＡ／ｇ）との関係を示す。電圧が４．０Ｖ程度まではセルに流れる電流値は微
量であるが、電圧を増加させるとセルに流れる電流値は指数関数的に増大することが確認
された。なお、このような電流値は電圧に依存することから、電流値の増大はセル内の電
気化学的な反応によるものと考えられる。
【０４５１】
以上のことから、通常のＣＣＣＶ充電の後に、さらに定電圧として高い電圧を電池に印加
することによって、電池に電流を流して追加の充電を行うことができることが確認できた
。例えば、正極活物質にリン酸鉄リチウムを用いる場合、通常のＣＣＣＶ充電における定
電圧は４．０Ｖ以下で十分であるが、例えば４．６Ｖ等の高電圧を用いて追加的に充電を
行うことで、さらに充電を行うことができる。
【符号の説明】
【０４５２】
２０１    蓄電体
２０２    コンバータ
２０３    回路
２０４    負荷
２０５    電源
２０６    スイッチ
２０７    スイッチ
２０８    スイッチ
２０９    クーロンカウンタ
２１０    抵抗
２１１    コンバータ
２５０    抵抗
２５１    増幅回路
２５２    電圧電流変換回路
２５３    積分回路
２５４    端子
２５５    端子
２５６    トランジスタ
２５７    トランジスタ
２５８    容量素子
２５９    コンパレータ
２６０    ノード
２６１    ノード
４００    基板
４０１    ゲート電極
４０２    ゲート絶縁膜
４０３    ｎ型化領域
４０４    酸化物膜
４０５ａ    ソース電極
４０５ｂ    ドレイン電極
４０６    絶縁膜
４０８    絶縁膜
４０９    ゲート絶縁膜
４１０    ゲート電極
４２１    トランジスタ
４２２    トランジスタ
４２３    トランジスタ
６３１    トランジスタ
６３２    容量素子
６３３    トランジスタ
６３４    トランジスタ
６３５    トランジスタ
６３６    インバータ
６３７    容量素子
６５１    記憶回路
６５２    記憶回路
６５３    セレクタ
６５４    セレクタ
７０１    ユニット
７０２    ユニット
７０３    ユニット
７０４    ユニット
７１０    プロセッサ
７１１    バスブリッジ
７１２    メモリ
７１３    メモリインターフェース
７１５    クロック生成回路
７２０    コントローラ
７２１    コントローラ
７２２    Ｉ／Ｏインターフェース
７３０    パワーゲートユニット
７３１    スイッチ
７３２    スイッチ
７４０    クロック生成回路
７４１    水晶発振回路
７４２    発振子
７４３    水晶振動子
７４５    タイマー回路
７４６    Ｉ／Ｏインターフェース
７５０    Ｉ／Ｏポート
７５１    コンパレータ
７５２    Ｉ／Ｏインターフェース
７６１    バスライン
７６２    バスライン
７６３    バスライン
７６４    データバスライン
７７０    接続端子
７７１    接続端子
７７２    接続端子
７７３    接続端子
７７４    接続端子
７７５    接続端子
７７６    接続端子
７８０    レジスタ
７８３    レジスタ
７８４    レジスタ
７８５    レジスタ
７８６    レジスタ
７８７    レジスタ
９５０    二次電池
９５１    正極缶
９５２    負極缶
９５３    ガスケット
９５４    正極
９５５    正極集電体
９５６    正極活物質層
９５７    負極
９５８    負極集電体
９５９    負極活物質層
９６０    セパレータ
９７０    二次電池
９７１    正極集電体
９７２    正極活物質層
９７３    正極
９７４    負極集電体
９７５    負極活物質層
９７６    負極
９７７    セパレータ
９７８    外装体
９８０    二次電池
９８１    正極キャップ
９８２    電池缶
９８３    正極端子
９８４    正極
９８５    セパレータ
９８６    負極
９８７    負極端子
９８８    絶縁板
９８９    絶縁板
９９１    ＰＴＣ素子
９９２    安全弁機構
９９３    捲回体
９９４    負極
９９５    正極
９９６    セパレータ
９９７    端子
９９８    端子
６０００    正極
６００１    正極集電体
６００２    正極活物質層
６００３    正極活物質
６００４    グラフェン
６００５    バインダ
６１００    負極
６１０１    負極集電体
６１０２    負極活物質層
６１０３    負極活物質
６１０４    被膜
６１０５    バインダ
６６００    蓄電装置
６６０１    捲回体
６６０２    端子
６６０３    端子
６６０４    電池缶
６６０５    端子
６６０６    回路基板
６６０７    電気回路
６６０８    ラベル
６６０９    アンテナ
６６１０    アンテナ
６６１１    層
８０００    住宅
８００１    電力系統
８００２    引込み線
８００３    分電盤
８００４    制御装置
８００５    蓄電システム
８００６    太陽光発電システム
８００７    表示装置
８００８    照明装置
８００９    空気調和設備
８０１０    電気冷蔵庫
８０１１    インターネット
８０１２    電気自動車
８０１３    管理サーバ
８０２０    電気自動車
８０２１    充電装置
８０２２    ケーブル
８０２３    前輪
８０２４    蓄電装置
８０２５    電子制御ユニット
８０２６    インバータユニット
８０２７    走行モータユニット
８０２８    出力軸
８０２９    駆動軸
８０３０    後輪（駆動輪）
８０３１    接続プラグ
８０４０    携帯情報端末
８０４１    筐体
８０４２    表示部
８０４３    ボタン
８０４４    アイコン
８０４５    カメラ
８０４６    マイクロフォン
８０４７    スピーカ
８０４８    接続端子
８０４９    太陽電池
８０５０    カメラ
８０５１    充放電制御回路
８０５２    蓄電装置
８０５３    ＤＣＤＣコンバータ
８０５４    スイッチ
８０５５    スイッチ
８０５６    スイッチ
８０５７    コンバータ
８１００    蓄電システム
８１０１    プラグ
８１０２    表示パネル
８１０３    系統電源
８１０４    分電盤
８１０５    蓄電装置
８１０６    蓄電装置群
８１０７    ＢＭＵ
８１０８    ＰＣＵ
【図１】
2018137230.tif 000003
【図２】
2018137230.tif 000004
【図３】
2018137230.tif 000005
【図４】
2018137230.tif 000006
【図５】
2018137230.tif 000007
【図６】
2018137230.tif 000008
【図７】
2018137230.tif 000009
【図８】
2018137230.tif 000010
【図９】
2018137230.tif 000011
【図１０】
2018137230.tif 000012
【図１１】
2018137230.tif 000013
【図１２】
2018137230.tif 000014
【図１３】
2018137230.tif 000015
【図１４】
2018137230.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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