(57)【要約】【課題】可撓性を有する安全性の高いリチウムイオン蓄電池または電子機器を提供する。【解決手段】内部構造物と外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第１のセパレータと、第２の集電体と、を有し、第２の積層体は、第３の集電体と、第２のセパレータと、第４の集電体と、を有し、第２の集電体の一方の面上に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面上に第２の電極活物質層有し、第２の集電体の他方の面は複数の凸部を有し、第３の集電体の他方の面は平坦な領域を有し、複数の凸部は、平坦な領域と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。複数の凸部を有する集電体面と、平坦な面を有する集電体面とが面した場合、蓄電池の変形に応じて摺動し、応力を緩和することができる。【選択図】図３
2016207493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部構造物と、前記内部構造物を包む外装体と、を有し、
前記内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、
前記第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、前記第１の集電体と前記第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、
前記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、前記第３の集電体と前記第４の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、
前記第２の集電体の一方の面と、前記第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、
前記第３の集電体の一方の面と、前記第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、
前記第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部を有し、
前記第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、
前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項２】
内部構造物と、前記内部構造物を包む外装体と、を有し、
前記内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、
前記第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、前記第１の集電体と前記第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、
前記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、前記第３の集電体と前記第４の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、
前記第２の集電体の一方の面と、前記第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、
前記第３の集電体の一方の面と、前記第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、
前記第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部を有し、
前記第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、
前記複数の凸部は、先端が丸みを持つ形状であり、
前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項３】
内部構造物と、前記内部構造物を包む外装体と、を有し、
前記内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、
前記第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、前記第１の集電体と前記第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、
前記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、前記第３の集電体と前記第４の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、
前記第２の集電体の一方の面と、前記第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、
前記第３の集電体の一方の面と、前記第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、
前記第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部が設けられた被覆層で覆われており、
前記第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、
前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項４】
内部構造物と、前記内部構造物を包む外装体と、を有し、
前記内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、
前記第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、前記第１の集電体と前記第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、
前記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、前記第３の集電体と前記第４の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、
前記第２の集電体の一方の面と、前記第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、
前記第３の集電体の一方の面と、前記第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、
前記第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部が設けられた被覆層で覆われており、
前記第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、
前記複数の凸部は先端が丸みを持つ形状であり、
前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項５】
内部構造物と、前記内部構造物を包む外装体と、を有し、
前記内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、
前記第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、前記第１の集電体と前記第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、
前記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、前記第３の集電体と前記第４の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、
前記第２の集電体の一方の面と、前記第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、
前記第３の集電体の一方の面と、前記第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、
前記第２の集電体の他方の面の少なくとも一部第１の平坦な領域を有し、
前記第３の集電体の他方の面の少なくとも一部第２の平坦な領域を有し、
前記第１の平坦な領域と、前記第２の平坦な領域との間に複数のスペーサが設けられ、
前記第１の平坦な領域と、前記第２の平坦な領域は、前記複数のスペーサの少なくとも１つと接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記第２の集電体は正極集電体であり、前記第３の集電体は正極集電体である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記第２の集電体は負極集電体であり、前記第３の集電体は負極集電体である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記外装体は表面の少なくとも一部に凹凸部で形成される模様を有する、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記外装体は無機膜を有する、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１０】
請求項１乃至２いずれか一項において、
前記複数の凸部を設けた前記第２集電体の他方の面の平均粗さは、前記第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１１】
請求項１乃至２のいずれか一項において、
前記複数の凸部の密度は、１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１２】
請求項３乃至４いずれか一項において、
前記複数の凸部を設けた前記被覆層の表面の平均粗さは、前記第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１３】
請求項３乃至４のいずれか一項において、
前記複数の凸部の密度は、１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１４】
請求項５において、
前記スペーサは球状である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１５】
請求項５において、
前記スペーサの粒径は、前記第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１６】
請求項５において、
前記スペーサの密度は、１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下である、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池。
【請求項１７】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の可撓性を有するリチウムイオン蓄電池と、
ディスプレイと、
操作ボタンと、を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、電極、蓄電池、及び電子機器に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書において電子機器とは、電気によって駆動する装置全般を指し、電気工学装置、および情報端末装置などをすべて含む。電子機器は蓄電池を内蔵する場合がある。なお、ここで内蔵という定義は、取り外して交換できないように内蔵することは言うまでもなく、バッテリーパックなどとして自由に取り外しできるものも内蔵と呼ぶ。
【背景技術】
【０００４】
近年、リチウムイオン蓄電池、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蓄電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型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子機器、あるいは医療機器、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、また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、半導体産業の発展と併せて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。
【０００５】
さらに近年、使用者が体に身につけて使用するウェアラブルデバイスに対する期待が高まっている。使用者がより快適に使用するために、ウェアラブルデバイスは、可撓性を有するものが多く、このようなウェアラブルデバイスの変形に追従して変形することができる可撓性を有しているリチウムイオン蓄電池、すなわち、可撓性を有する蓄電池の開発が急務であり、一部開発が行われている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、少なくとも一軸方向に湾曲することのできるシート状の蓄電装置と、該蓄電装置を搭載した電子デバイスが開示されている。
【０００７】
リチウムイオン蓄電池は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、これらを覆う外装体と、を有する。一般的に、リチウムイオン蓄電池では、アルミニウム等の金属からなる正極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極と、銅等からなる負極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極が用いられる。また、これら正極と負極の間にセパレータが挟まれることで絶縁され、正極及び負極は、外装体に設けられた正極端子及び負極端子と電気的に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２１１２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
可撓性を有するリチウムイオン蓄電池が積層型のリチウムイオン蓄電池である場合、変形に伴い、蓄電池にかかる応力は、積層された構造物の各部で異なる。例えば、積層型のリチウムイオン蓄電池をある軸を巻きつけるように変形させると、蓄電池内部の積層された構造物は、軸に近い部分においては圧縮応力が加わり、軸から遠い部分においては引っ張り応力が加わる。
【００１０】
蓄電池内部の構造物が可撓性を有していないと、蓄電池の変形に伴い各部に生じる応力が緩和する余地がなく、蓄電池の変形を繰り返すとやがて内部の積層構造物に疲労（ダメージ）が蓄積され、破壊に至る場合がある。
【００１１】
こうした蓄電池の変形に伴い各部に生じる応力を緩和する手段の一つとして、蓄電池内部の構造物に滑り面を設けることが挙げられる。例えば、正極集電体あるいは負極集電体の片面に電極活物質を形成しない面を設けるように、正極集電体、正極活物質、セパレータ、負極活物質、正極活物質が積層された積層体を複数積層した蓄電池内部の構造物において、各積層体を構成する層の積層順が互い違いに逆の関係になるように積層する。すなわち、各積層体と隣り合う積層体とが、正極集電体同士もしくは負極集電体同士が重なるように積層される。正極集電体と負極集電体の表面は平坦であるため、このような構造物を変形させる場合、この正極集電体同士もしくは負極集電体同士が重なった面が滑り面となり、蓄電池内部の構造物に生じる応力を緩和できる。
【００１２】
しかしながら、こうした平坦な面同士を重ね合わせる場合においては、吸盤効果により集電体間に吸着力が生じることがある。そのため、隣り合う集電体同士を互いに摺動させる場合、該吸着力に起因した摩擦が生じる。この摩擦が大きいと、蓄電池の変形により内部の構造物に生じる応力を十分に緩和することができず、変形を繰り返すと、やがて内部の構造物に疲労（ダメージ）が蓄積される。また、これらの疲労（ダメージ）により、各積層体に不可逆的な剥離が生じることがある。さらに、これらの疲労（ダメージ）が進むと、やがて破壊に至る場合がある。例えば、正極や負極が積層体から剥離することにより、正極と負極の間の距離が不均一となり、蓄電池の容量およびサイクル特性が悪化する。
【００１３】
上記に鑑み、本発明の一態様は、変形に伴う内部構造物の破損が抑制された蓄電池を提供することを課題の一つとする。または、可撓性を有する蓄電池における安全性の確保を実現することを課題の一つとする。
【００１４】
また、本発明の一態様は、可撓性を有する安全性の高いリチウムイオン蓄電池または電子機器を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、新規のリチウムイオン蓄電池、または、新規な電子機器などを提供することを課題の一つとする。
【００１５】
または、本発明の一態様は、新規な電極、新規な蓄電池、新規な蓄電装置などを提供することを課題とする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
内部構造物と、内部構造物を包む外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、第１の集電体と第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、記第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、第３の集電体と第３の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、第２の集電体の一方の面と第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面と第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部を有し、第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、複数の凸部の少なくとも一部は、平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池である。
【００１７】
また、本発明の他の一態様は、内部構造物と、内部構造物を包む外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、第１の集電体と第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、第３の集電体と第３の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、第２の集電体の一方の面と第１のセパレータの間に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面と第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部を有し、第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、複数の凸部は、先端が丸みを持つ形状であり、複数の凸部の少なくとも一部は、平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池である。
【００１８】
また、上記の一態様における構成では、第２の集電体は正極集電体であり、第３の集電体は正極集電体でもよい。また、上記構成において、第２の集電体は負極集電体であり、第３の集電体は負極集電体でもよい。また、上記構成において、複数の凸部を設けた第２集電体の他方の面の平均粗さは、第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下であってもよい。また、上記構成において、複数の凸部の密度は、１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下であってもよい。また、上記構成において、外装体は表面の少なくとも一部に凹部または凸部で形成される模様を有していてもよい。また、上記構成において、外装体は無機膜を有してもよい。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、内部構造物と、内部構造物を包む外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、第１の集電体と第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、第３の集電体と第３の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、第２の集電体の一方の面と第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面と第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部が設けられた被覆層で覆われており、第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、複数の凸部の少なくとも一部は、平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池である。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、内部構造物と、内部構造物を包む外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、第１の集電体と第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、第３の集電体と第３の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、第２の集電体の一方の面と第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面と第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は複数の凸部が設けられた被覆層で覆われており、第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は平坦な領域を有し、複数の凸部は先端が丸みを持つ形状であり、複数の凸部の少なくとも一部は、平坦な領域の少なくとも一部と接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池である。
【００２１】
また、上記の一態様における構成では、第２の集電体は正極集電体であり、第３の集電体は正極集電体でもよい。また、上記構成において、第２の集電体は負極集電体であり、第３の集電体は負極集電体でもよい。また、上記構成において、複数の凸部を設けた被覆層の表面の平均粗さは、第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下であってもよい。また、上記構成において、複数の凸部の密度は、１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下であってもよい。また、上記構成において、外装体は表面の少なくとも一部に凹部または凸部で形成される模様を有していてもよい。また、上記構成において、外装体は無機膜を有してもよい。
【００２２】
また、本発明の他の一態様は、内部構造物と、内部構造物を包む外装体と、を有し、内部構造物は、第１の積層体と、第２の積層体と、を少なくとも有し、第１の積層体は、第１の集電体と、第２の集電体と、第１の集電体と第２の集電体との間に設けられた第１のセパレータと、を有し、第２の積層体は、第３の集電体と、第４の集電体と、第３の集電体と第３の集電体との間に設けられた第２のセパレータと、を有し、第２の集電体の一方の面と第１のセパレータとの間に第１の電極活物質層を有し、第３の集電体の一方の面と第２のセパレータとの間に第２の電極活物質層を有し、第２の集電体の他方の面の少なくとも一部は第１の平坦な領域を有し、第３の集電体の他方の面の少なくとも一部は第２の平坦な領域を有し、第１の平坦な領域と、第２の平坦な領域との間に複数のスペーサが設けられ、第１の平坦な領域と、第２の平坦な領域は、複数のスペーサの少なくとも１つと接している、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池である。
【００２３】
また、上記構成において、第２の集電体は正極集電体であり、第３の集電体は正極集電体でもよい。また、上記構成において、第２の集電体は負極集電体であり、第３の集電体は負極集電体でもよい。また、上記構成において、外装体は表面の少なくとも一部に凹部または凸部で形成される模様を有していてもよい。また、上記構成において、外装体は無機膜を有してもよい。また、上記構成において、スペーサは球状であってもよい。また、上記構成において、スペーサの粒径は、第３の集電体の厚みに対して０．５％以上５０％以下であってもよい。また、上記構成において、スペーサの散布密度は１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下であってもよい。
【００２４】
また、本発明の一態様に係る可撓性を有するリチウムイオン蓄電池と、ディスプレイと、操作ボタンと、を有する電子機器としてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
また、本発明の一態様は、変形に伴う内部構造物の破損が抑制された蓄電池を提供することができる。または、可撓性を有する蓄電池における安全性の確保を実現することができる。
【００２６】
また、本発明の一態様は、可撓性を有する安全性の高いリチウムイオン蓄電池または電子機器を提供することができる。または、本発明の一態様は、新規のリチウムイオン蓄電池、または、新規な電子機器などを提供することができる。また、本発明の一態様は、新規な電極、新規な蓄電池、新規な蓄電装置などを提供することができる。
【００２７】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】リチウムイオン蓄電池を説明する図。
【図２】リチウムイオン蓄電池の断面構造を説明する図。
【図３】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の断面構造を説明する図。
【図４】リチウムイオン蓄電池とその断面構造を説明する図。
【図５】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の断面構造を説明する図。
【図６】曲率半径を説明する図。
【図７】曲率半径を説明する図。
【図８】ラミネート型の蓄電池を説明する図。
【図９】蓄電池の外観を示す図。
【図１０】蓄電池の外観を示す図。
【図１１】可撓性を有するラミネート型の蓄電池を説明する図。
【図１２】蓄電池の例を説明するための図。
【図１３】円筒型の蓄電池を説明する図。
【図１４】円筒型の蓄電池を説明する図。
【図１５】蓄電池の例を説明するための図。
【図１６】蓄電池の例を説明するための図。
【図１７】蓄電池の例を説明するための図。
【図１８】蓄電池の例を説明するための図。
【図１９】蓄電池の例を説明するための図。
【図２０】蓄電池の応用形態を示す図。
【図２１】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図２２】本発明の一態様を説明する概念図。
【図２３】本発明の一態様を説明する回路図。
【図２４】本発明の一態様を説明する回路図。
【図２５】本発明の一態様を説明する概念図。
【図２６】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図２７】本発明の一態様を説明するフローチャート。
【図２８】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図２９】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３０】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３１】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３２】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３３】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３４】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３５】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図、上面図および断面図。
【図３６】リチウムイオン蓄電池の内部構造物の例を説明する斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細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。また、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。
【００３０】
なお、本明細書で説明する各図において、正極、負極、活物質層、セパレータ、外装体などの各構成要素の大きさや厚さ等は、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。
【００３１】
「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限はない。
【００３２】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３３】
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。
【００３４】
また、本明細書等において、第１、第２、第３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上下の位置関係などを示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００３５】
また、本明細書において可撓性とは、物体が柔軟であり、曲がることが可能である性質を指す。物体にかかる外力に応じて物体が変形することができる性質であり、弾性や変形前の形状への復元性の有無を問題にはしない。可撓性を有する蓄電池は、外力に応じて変形することができる。可撓性を有する蓄電池は、変形した状態で固定して使用することもでき、繰り返し変形させて使用してもよく、変形していない状態で使用することもできる。また、本明細書等において、外装体の内部とは、リチウムイオン蓄電池において外装体で囲われた領域を指し、正極、負極、活物質層、セパレータ等の構造物、及び、電解液等が存在する領域である。
【００３６】
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。
【００３７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池１１０と、その作製方法について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池１１０を示した図である。リチウムイオン蓄電池１１０は、外装体１１６に包まれた内部構造物１１７を有している。内部構造物１１７は、電極とセパレータとを有しており、電極はリード電極１１５と電気的に接続されている。
【００３９】
図２は、本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池１１０を、図１のＡ１−Ａ２で切断した際の断面図と、内部構造物１１７の端部の拡大図である。本実施の形態において説明するリチウムイオン蓄電池１１０は、図２に示す通り、電解液１０７と、内部構造物１１７として、第１の積層体１００ａ、第２の積層体１００ｂ、第３の積層体１００ｃ、第４の積層体１００ｄ、を有する。なお、本実施の形態において説明するリチウムイオン蓄電池１１０が有する積層体の数は主に４であるが、これに限定されない。各積層体は負極集電体１０１、負極活物質層１０２、セパレータ１０３、正極活物質層１０４、正極集電体１０５を有する。
【００４０】
また、本実施の形態において説明するリチウムイオン蓄電池１１０において、図２の拡大図に示す通り、第１の積層体１００ａ乃至第４の積層体１００ｄは、それぞれ同様の層が積層された構造ではあるが、各積層体は、構成する層の積層順が互い違いに逆の関係となっている。ただし、各積層体は互いに同一の層が積層された構造であることには限定されない。
【００４１】
本実施の形態において説明するリチウムイオン蓄電池１１０においては、第１の積層体１００ａの正極集電体の活物質が形成されていない面と、第２の積層体１００ｂの正極集電体の活物質が形成されていない面とが接しており、第２の積層体１００ｂの負極集電体の活物質が形成されていない面と、第３の積層体１００ｃの負極集電体の活物質が形成されていない面とが接しており、第３の積層体１００ｃの負極集電体の活物質が形成されていない面と、第４の積層体１００ｄの負極集電体の活物質が形成されていない面とが接している。ただし、本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池１１０において、すべての積層体が、互いの集電体同士で接していることには限定されない。
【００４２】
図３は、図２に示す第１の積層体１００ａ乃至第４の積層体１００ｄをさらに拡大した断面模式図である。各集電体の表面に活物質層が形成された面において、一般的には、活物質が形成されていない集電体の表面より大きな凹凸を有する形状となり、摩擦係数が大きくなり、さらに活物質層を形成する材料の構成によっては、表面に接する構造物に対して、接着性を発現する場合もある。
【００４３】
すなわち、各積層体内部においては、集電体及びセパレータが活物質層を介して積層している構造であるため、各層間の摩擦が大きく、積層体を構成する構造体すべてが一体として扱われることができ、外部から一定以上の大きさの力が加えられない限り、各層が互いに分離することはない。
【００４４】
一方、各積層体の集電体表面が隣り合う積層体の集電体表面と接触している。本発明の一態様において、図３（Ａ）では、隣り合う２つの集電体のうち一方の集電体（例えば、１０５ａ、１０１ｂ、１０５ｃ）の表面の少なくとも一部は、複数の凸部を設けた面を有し、他方の集電体（例えば、１０５ｂ、１０１ｃ、１０５ｄ）は平坦な面を有する。また、図３（Ｂ）では、隣り合う２つの集電体のうち一方の集電体（例えば、１０５ａ、１０１ｂ、１０５ｃ）は平坦な面を有し、他方の集電体（例えば、１０５ｂ、１０１ｃ、１０５ｄ）の表面の少なくとも一部は、複数の凸部を設けた面を有する。つまり、凸部を有する集電体面と平坦な集電体面とが接触することになる。これにより、集電体同士を重ね合わせた場合に互いに接触する領域の面積は、凸部を有する集電体面と平坦な集電体面を重ね合わせた場合の方が、平坦な集電体面同士を重ね合わせた場合より小さくなる。
【００４５】
ここで、集電体間に生じる吸盤効果による吸着力の影響は以下のように説明できる。集電体間の吸着力により生じる摩擦力をＦ、摩擦係数をμ、垂直抗力をＮとすると、Ｆ＝μＮとなる。ここで、一方の集電体に働く吸着力をｆとすると、吸着力ｆと垂直抗力Ｎとの関係は、Ｎ＝ｆとなる。また吸着力ｆは外圧との差によって生じる集電体間の圧力Ｐと接触する領域の面積Ａとの積で表すことができ、ｆ＝ＰＡとなる。以上のことから、吸着力により生じる摩擦力Ｆは、Ｆ＝μＰＡとなる。つまり、この式から吸着力により生じる摩擦力の大きさは、接触する領域の面積Ａに影響されることが分かる。つまり、該吸着力は、隣り合う集電体同士が接触する面積が大きいほど増加し、小さいほど減少する。即ち、本発明の一態様は、吸盤効果による集電体間の吸着力が減少する。従って、該吸着力に起因した摩擦を低減することができるため、各積層体は外部からの力に応じて摺動しやすくすることができる。
【００４６】
本発明の一態様に係る可撓性を有する積層型のリチウムイオン蓄電池１１０においては、各積層体は集電体表面と隣り合う積層体の集電体表面が接触しているが、一方の集電体の表面は、複数の凸部を設けた面を有し、他方の集電体表面は平坦な面を有する。これらの集電体表面同士が接触することにより、集電体同士が接触する面積を小さくすることができ、積層体間に生じる摩擦力を低減することができる。つまり、平坦な表面を有する集電体同士が接触する場合では、摺動面は面接触であるが、複数の凸部を集電体の一方の表面に設けることによって、摺動面は多数の点接触となることによって、集電体間に生じる摩擦を低減することができる。
【００４７】
集電体表面に設ける複数の凸部の断面形状は、積層体間に生じる摩擦力を低減できる形状であれば良く、特定の形状に限定されない。例えば、凸部の先端が丸みを持った形状であっても良いし、凸部の角に丸みを有し、先端に平らな面あるいは緩やかな曲面を持つ形状であっても良い。また、複数の凸部は積層体間に生じる摩擦力を低減できる密度で形成されていれば良く、規則的（例えば、正方格子状、斜方格子状）に形成されていても良いし、不規則に形成されていても良い。
【００４８】
なお、図３では、集電体表面に、平面形状が円形状の複数の凸部を設けているが、本発明の一態様はこれに限定されず、凸部の平面形状は楕円または正方形、長方形、三角形、菱形であってもよく、それ以上の多角形であってもよい。さらに曲線、波線、円弧、または複数の変曲点を有する形状であってもよい。さらに、該凸部の形状は１つの形状に限定されず、上記平面形状の凸部を混在させて設けてもよい。
【００４９】
図２８乃至図３５に、凸部の平面形状および断面形状の例を模式図で示す。図２８乃至図３５に示す形状の凸部を隣り合う２つの負極集電体１０１または隣り合う２つの正極集電体１０５の一方に設けることで積層体間に生じる摩擦力を低減することができる。なお、図２８乃至図３５では、複数の凸部を集電体上に規則的に設けているが、特定の配置に限定されず、不規則に設けても良い。
【００５０】
図２８に凸部の平面形状が円形状の例を示す。図２８（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図であり、複数の凸部を正方格子状に規則的に設けている。図２８（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図２８（Ｃ）に図２８（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図２８（Ｄ）に図２８（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５１】
図２９に凸部の平面形状が円形状の例を示す。図２９（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図であり、複数の凸部を斜方格子状に規則的に設けている。図２９（Ｂ）に図２９（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図２９（Ｃ）に図２９（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５２】
図３０に凸部の平面形状が楕円形状の例を示す。図３０（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３０（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３０（Ｃ）に図３０（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３０（Ｄ）に図３０（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５３】
図３１に凸部の平面形状が正方形の例を示す。図３１（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３１（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３１（Ｃ）に図３０（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３１（Ｄ）に図３１（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５４】
図３２に凸部の平面形状が長方形の例を示す。図３２（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３２（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３２（Ｃ）に図３２（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３２（Ｄ）に図３２（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５５】
図３３に凸部の平面形状が三角形の例を示す。図３３（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３３（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３３（Ｃ）に図３３（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３３（Ｄ）に図３３（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５６】
図３４に凸部の平面形状が菱形の例を示す。図３４（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３４（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３４（Ｃ）に図３４（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３４（Ｄ）に図３４（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５７】
図３５に凸部の平面形状が星形曲線を有する形状の例を示す。図３５（Ａ）に負極集電体１０１または正極集電体の表面に凸部を設けた場合の斜視図、図３５（Ｂ）に半球形状の凸部単体の上面図及び断面図、図３５（Ｃ）に図３５（Ａ）のＸ１−Ｘ２で切断した際の断面図、図３５（Ｄ）に図３５（Ａ）のＹ１−Ｙ２で切断した際の断面図を示す。
【００５８】
また、凸部を設ける負極集電体または正極集電体（例えば、図３（Ａ）の１０５ａ、１０１ｂ、１０５ｃ）の表面の平均粗さＲａは、平坦な表面を有する負極集電体または正極集電体（例えば、図３（Ａ）の１０５ｂ、１０１ｃ、１０５ｄ）の厚みに対して０．５％以上５０％以下であると好ましい。また、平坦な面を有する集電体面（例えば、１０５ｂ、１０１ｃ、１０５ｄ）の平均粗さＲａは、平坦な表面を有する負極集電体または正極集電体の厚みに対して０．１％以下であると好ましい。また、集電体表面に設ける凸部の高さは、積層体間に生じる摩擦力を低減できる高さに設けてあればよく、全ての凸部が一定の高さに揃ってなくてもよい。なお、算術平均粗さＲａとは、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値をいう。算術平均粗さＲａの測定には、接触式測定方式の表面粗さ計や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）もしくは非接触式測定方式の白色干渉計やレーザー顕微鏡等を用いて測定することができる。
【００５９】
さらに、集電体表面に設ける凸部の密度は１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下であることが好ましい。
【００６０】
集電体表面に設ける凸部は、集電体表面に対するショットピーニング処理やドライエッチング、ウェットエッチング、等の表面加工により設けることができる。ショットピーニング処理は、投射材となる粒子を圧縮空気や遠心力、高圧な水等で金属表面に打ち付けることによって、金属表面に微細な凹凸を設ける表面加工である。また、投射材となる粒子の粒子径によって、凸部を所望の大きさに制御することができる。例えば、粒子径は一般的に１μｍから５００μｍの間の大きさから選択することができる。なお、投射材は、加工する表面によって、さまざまな材料を選択できる。例えば、ステンレス、ガラス、セラミック、インジウム鉛、錫、銀、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、アルミナ、ジルコニア、樹脂材料、クロム、鉄、等から選択することができる。
【００６１】
本発明の一態様に係る可撓性を有する積層型のリチウムイオン蓄電池１１０において、リチウムイオン蓄電池１１０が変形すると外装体及び内部の構造物も変形し、該変形に起因する応力がかかる。ここで、積層型リチウムイオン蓄電池の内部構造の変形前後の様子を、図４を用いて説明する。
【００６２】
図４（Ａ）は、図１のＡ１−Ａ２で切断した際の断面図である図２において、積層型のリチウムイオン蓄電池１１０の内部構造物１１７のみを取り出した図であり、変形前の様子を示す。図４（Ｂ）に、変形した状態における積層型のリチウムイオン蓄電池１１０の内部構造物１１７の断面図を示す。なお、図４において１００ａ乃至１００ｄは、各積層体を示している。図４においては積層体の数は４であるが、積層体の数はこれに限定されない。
【００６３】
図４（Ｂ）は、内部構造物１１７の左端部において各積層体が固定され、各積層体間は集電体の活物質が形成されていない面同士で接している図である。ここで、図示されてはいないが、集電体同士が接する積層体間において、一方の集電体面に複数の凸部を設けた面を有し、他方の集電体面は平坦な面を有している。これにより、リチウムイオン蓄電池１１０の変形に応じて各積層体にかかる応力は、各積層体間の摩擦が小さくなり各積層体間が容易に摺動できるため、緩和されやすくなる。
【００６４】
そのため、図４（Ｂ）のようにリチウムイオン蓄電池１１０が大きく変形しても、各積層体間が摺動し、生じる応力は摺動により容易に緩和されるため、各積層体間に剥離は生じにくい。または、各積層体を構成する各層にかかる応力も緩和されるため、各層に与えられる損傷（ダメージ）が小さくなり亀裂や破断も生じにくくなる。さらに、変形を数多く繰り返す場合においても、応力が緩和されやすい構造であるため、ダメージの蓄積も少ない。
【００６５】
本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池は、各積層体間の摩擦が小さく、蓄電池の変形に応じて各積層体が互いに摺動できるため、変形に伴う外装体の破損が抑制された蓄電池となる。または、変形に伴う内部構造物の破損が抑制された蓄電池となる。したがって、可撓性を有する蓄電池における安全性の確保を実現することができる。
【００６６】
なお、本明細書中において、摺動性とは、滑りやすさ、または、部品の表面が滑らかで部品同士の摩擦が少なく、接触部分・可動部分が滑らかに動く様子を指す。
【００６７】
本発明の一態様において、各積層体が接触する集電体面同士の一方の集電体面に設けた凸部の代わりに、一方の集電体面上に凸部を有する被覆層を設け、他方の集電体面と接触する構造であっても良い。または、各積層体が接触する集電体面同士の一方の集電体面に設けた凸部の代わりに、一方の集電体面と他方の集電体面の間にスペーサを設けても良い。これらの構造であっても、集電体間の摩擦を低減することができる。これらの例について、図を用いて説明する。
【００６８】
図５に、第１の積層体１００ａ乃至第４の積層体１００ｄの断面模式図を示す。図５（Ａ）は、一方の集電体面に凸部を設ける代わりに凸部を有する被覆層を設けた例を示し、図５（Ｂ）には、一方の集電体面に凸部を設ける代わりに一方の集電体と他方の集電体の間にスペーサを設けた例を示す。
【００６９】
図５（Ａ）では、第１の積層体１００ａ乃至第４の積層体１００ｄが積層され、各積層体が接触する面の一方に、被覆層１１０１が設けられている。被覆層１１０１は正極集電体１０５ａ、１０５ｃ、負極集電体１０１ｂ上に設けられ、表面には複数の凸部を有し、隣接する積層体の平坦な面を有する正極集電体１０５ｂ、１０５ｄ、負極集電体１０１ｃと接触する。これにより、集電体同士を重ね合わせたときに互いに接触する領域の面積は、凸部を有する集電体面と平坦な集電体面を重ね合わせた場合の方が、平坦な集電体面同士を重ね合わせた場合より小さくなる。即ち、吸盤効果による集電体間の吸着力が減少する。従って、該吸着力に起因した摩擦を低減することができるため、各積層体は外部からの力に応じて摺動しやすくすることができる。
【００７０】
被覆層１１０１としては、導電性を有する膜でも、絶縁性を有する膜でも良く、有機膜、無機膜、金属膜等を用いることができる。
【００７１】
有機膜の例として、樹脂膜、または、低分子化合物により形成される膜が挙げられる。
【００７２】
樹脂膜は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂から選ばれる一種若しくは複数種の樹脂材料、またはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリエチレンナフタレート等の熱可塑性樹脂から選ばれる一種若しくは複数種の樹脂材料を用いて形成することができる。また、ポリオキシメチレンを用いてもよい。
【００７３】
低分子化合物により形成される膜として、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を用いてもよい。集電体１０５ａ、１０１ｂ、１０５ｃの表面に、被覆層１１０１としてＳＡＭを形成することにより、集電体間の摺動性を向上させることができ、好ましい。また、撥液性ＳＡＭを用いてもよい。撥液性ＳＡＭとして、例えば、フルオロアルキル基を有するシランカップリング剤（フルオロアルキルシラン。以下、ＦＡＳという。）を用いればよい。
【００７４】
無機膜及び金属膜として、負極集電体１０１または正極集電体１０５に付着することができる材料を用いることができる。また、リチウムイオンの挿入及び脱離を起こさず、また、リチウムと合金化・脱合金化反応を起こさない材料を用いると、特に好ましい。例えば無機膜として、固体潤滑剤として代表的な二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、又は二硫化タングステン（ＷＳ２）等の金属硫化物、窒化ホウ素（ＢＮ）等を用いると電極２１の摺動性を向上させることができる。また、無機膜は絶縁性を有していてもよく、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素膜を用いることができる。
【００７５】
金属膜として、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、チタンもしくはパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金、アルミニウム、ニッケル、及びランタンの合金（Ａｌ−Ｎｉ−Ｌａ）等のアルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）や、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、ＡＰＣとも記す）、銀とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。
【００７６】
また、被覆層１１０１は、上述した有機膜、無機膜、及び金属膜等のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【００７７】
また、被覆層１１０１の表面に設ける凸部は、被覆層表面にショットピーニング処理やドライエッチング、ウェットエッチング、等の表面加工によって凸部を設けることができる。
【００７８】
なお、図５（Ａ）では、一方の被覆層の表面に、円形状の複数の凸部を設けているが、本発明の一態様はこれに限定されず、凸部の平面形状は楕円または正方形、長方形、三角形、菱形であってもよく、それ以上の多角形であってもよい。さらに曲線、波線、円弧、または複数の変曲点を有する形状であってもよい。また図２８乃至図３５に示すような凸部の平面形状としてもよい。さらに、該凸部の形状は１つの形状に限定されず、上記平面形状の凸部を混在させて設けてもよい。これらの平面形状を有する凸部を被覆層の表面に設けても積層体間に生じる摩擦力を低減することができる。
【００７９】
また、凸部を設ける被覆層１１０１の表面の平均粗さＲａは、負極集電体１０１または正極集電体１０５の厚みに対して０．５％以上５０％以下であることが好ましい。また、平坦な面を有する負極集電体１０１または正極集電体１０５の表面の平均粗さＲａは、負極集電体１０１または正極集電体１０５の厚みに対して０．１％以下であると好ましい。
【００８０】
さらに、被覆層表面に設ける凸部の密度は１平方ミリメートル当たり１００個以上５０００個以下であることが好ましい。
【００８１】
被覆層１１０１としては、導電性を有する膜でも、絶縁性を有する膜でも良く、有機膜、無機膜、金属膜等を用いることができる。
【００８２】
図５（Ｂ）では、第１の積層体１００ａ乃至第４の積層体１００ｄが積層され、各積層体の間に、スペーサ１１０２が設けられている。スペーサ１１０２は正極集電体１０５ａ、１０５ｃ、負極集電体１０１ｂ上に設けられ、隣接する積層体の平坦な面を有する正極集電体１０５ｂ、１０５ｄ、負極集電体１０１ｃと接触する。スペーサ１１０２としては、絶縁性を有していれば良く、メラミン樹脂、尿素樹脂あるいはポリスチレン樹脂等の樹脂材料を用いたスペーサや、シリカ、ガラス、アルミナ等の無機材料を用いたスペーサを用いることができる。
【００８３】
また、スペーサの粒径は、負極集電体１０１または正極集電体１０５の厚みに対して０．５％以上５０％以下であることが好ましい。
【００８４】
また、スペーサの散布密度は１平方ミリメートル当たり１００個以上１０００個以下であることが好ましい。なお、スペーサの散布は既存の液晶ディスプレイの製造プロセスで用いる乾式散布法や湿式散布法を用いることができる。
【００８５】
また、スペーサの形状として、円柱形状のスペーサや球状のスペーサを用いることができる。これにより、スペーサが各集電体と接触する領域の面積の方が、平坦な面同士を重ね合わせた時の接触面積よりも小さくなる。即ち、吸盤効果による集電体間の吸着力が減少する。従って、該吸着力に起因した摩擦を低減することができるため、各積層体は外部からの力に応じて摺動しやすくすることができる。
【００８６】
図３６に、スペーサ形状の例を模式図で示す。図３６（Ａ）は負極集電体１０１または正極集電体１０５上に球状のスペーサ１１０２が散布された斜視図を示す。図３６（Ｂ）は負極集電体１０１または正極集電体１０５上に円柱状のスペーサ１１０２が散布された斜視図を示す。複数のスペーサ１１０２を隣り合う２つの負極集電体１０１または隣り合う２つの正極集電体１０５の間に設けることで積層体間に生じる摩擦力を低減することができる。
【００８７】
また、スペーサ１１０２の粒径は、負極集電体１０１または正極集電体１０５の厚みに対して０．５％以上５０％以下であると好ましい。これによって、内部構造物１１７の厚みが過剰に増加するのを抑制することができる。従って、内部構造物１１７を有する蓄電池において、厚みが増加するのを抑制し、湾曲させやすい電池とすることができる。
【００８８】
ここで、球状とは、例えばその断面積が概略円形であることを指す。あるいは、球状とは、例えばその断面積の角が丸みを有し、アスペクト比が２以下である場合を指す。ここでアスペクト比とは、断面積の縦の長さと横の長さのうち、大きい値を有するものを小さい値を有するもので割った値である。
【００８９】
次に、本発明の一態様に係わるリチウムイオン蓄電池について説明する。
【００９０】
≪正極の構成≫
まず、正極について説明する。正極は、正極活物質層１０４と、正極集電体１０５とを含む。
【００９１】
正極活物質層１０４に用いられる正極活物質材料としては、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を用いることができ、例えば、オリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、又はスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料等が挙げられる。
【００９２】
オリビン型構造のリチウム含有材料（一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）またはＮｉ（ＩＩ）））の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅａＮｉｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＭｎｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＭｎｂＰＯ４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅｃＮｉｄＣｏｅＰＯ４、ＬｉＦｅｃＮｉｄＭｎｅＰＯ４、ＬｉＮｉｃＣｏｄＭｎｅＰＯ４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅｆＮｉｇＣｏｈＭｎｉＰＯ４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等がある。
【００９３】
例えば、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）は、安全性、安定性、高容量密度、高電位、初期酸化（充電）時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たしているため、好ましい。
【００９４】
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有材料としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ＬｉＮｉＯ２、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、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏ１−ｘ−ｙＯ２（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ＜１））が挙げられる。さらに、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２、Ｌｉ２ＭｎＯ３−ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、ＮｉまたはＭｎ）等も挙げられる。
【００９５】
特に、ＬｉＣｏＯ２は、容量が大きいこと、ＬｉＮｉＯ２に比べて大気中で安定であること、ＬｉＮｉＯ２に比べて熱的に安定であること等の利点があるため、好ましい。
【００９６】
スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４、Ｌｉ（ＭｎＡｌ）２Ｏ４、ＬｉＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４等が挙げられる。
【００９７】
ＬｉＭｎ２Ｏ４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２やＬｉＮｉ１−ｘＭＯ２（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する等の利点があり好ましい。
【００９８】
また、正極活物質として、一般式Ｌｉ（２−ｊ）ＭＳｉＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、またはＮｉ（ＩＩ））（ｊは０以上２以下）で表される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）ＮｉｋＭｎｌＳｉＯ４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮｉｎＣｏｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮｉｎＭｎｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉｍＣｏｎＭｎｑＳｉＯ４（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）等が挙げられる。
【００９９】
また、正極活物質として、ＡｘＭ２（ＸＯ４）３（ＡはＬｉ、Ｎａ、または、Ｍｇ）（ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、または、Ａｌ）（ＸはＳ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、または、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ２（ＭｎＯ４）３、Ｆｅ２（ＳＯ４）３、Ｌｉ３Ｆｅ２（ＰＯ４）３等が挙げられる。また、正極活物質として、Ｌｉ２ＭＰＯ４Ｆ、Ｌｉ２ＭＰ２Ｏ７、Ｌｉ５ＭＯ４（ＭはＦｅまたはＭｎ）の一般式で表される化合物、ＮａＦｅＦ３、ＦｅＦ３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ４等の逆スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料、バナジウム酸化物系（Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＬｉＶ３Ｏ８等）、マンガン酸化物、有機硫黄等の材料を用いることができる。
【０１００】
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。例えば、ＮａＦｅＯ２や、Ｎａ２／３［Ｆｅ１／２Ｍｎ１／２］Ｏ２などのナトリウム含有層状酸化物を正極活物質として用いることができる。
【０１０１】
また、正極活物質として、上記材料を複数組み合わせた材料を用いてもよい。例えば、上記材料を複数組み合わせた固溶体を正極活物質として用いることができる。例えば、ＬｉＣｏ１／３Ｍｎ１／３Ｎｉ１／３Ｏ２とＬｉ２ＭｎＯ３の固溶体を正極活物質として用いることができる。
【０１０２】
正極活物質は、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いるとよい。
【０１０３】
正極活物質は負極活物質と共に、蓄電池の電池反応の中心的役割を担いキャリアイオンの放出及び吸収を行う物質である。蓄電池の寿命を高めるためには、電池反応の不可逆反応に係る容量が少ない材料であることが好ましく、充放電効率の高い材料であることが好ましい。
【０１０４】
活物質は電解液と接するため、活物質と電解液とが反応し、反応により活物質が失われ劣化すると、蓄電池の容量が低下するため、劣化の少ない蓄電池を実現するためには、蓄電池内のこのような反応が生じないことが望ましい。
【０１０５】
電極の導電助剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）、グラファイト（黒鉛）粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどを用いることができる。
【０１０６】
導電助剤により、電極中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、正極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。正極活物質層中に導電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する正極活物質層１０４を実現することができる。
【０１０７】
また、バインダーとして、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、フッ素ゴム、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。
【０１０８】
正極活物質層１０４の総量に対するバインダーの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下がより好ましく、３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がさらに好ましい。また、正極活物質層１０４の総量に対する導電助剤の含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。
【０１０９】
塗布法を用いて正極活物質層１０４を形成する場合は、正極活物質とバインダーと導電助剤と分散媒を混合して電極スラリーを作製し、正極集電体１０５上に塗布して乾燥させればよい。
【０１１０】
なお、正極集電体１０５にはステンレス、金、白金、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１０５は、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。また、電極集電体の表面の一部に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。
【０１１１】
なお、正極集電体１０５の片面に正極活物質層１０４を設け、もう一方の面に正極活物質層を設けない構成とすることができる。その場合、正極活物質層が設けられていない状態において、正極集電体１０５の表面は平坦で摩擦係数が小さい。そのため、該表面に、他の正極集電体の正極活物質層が設けられていない面が接するとき、応力に応じて両集電体は互いに摺動することができる。
【０１１２】
以上の工程でリチウムイオン蓄電池の正極を作製することができる。
【０１１３】
≪負極の構成≫
次に負極について説明する。負極は、負極活物質層１０２と、負極集電体１０１とを含む。負極を形成する工程を以下に説明する。
【０１１４】
負極活物質層１０２に用いられる負極活物質として、炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。また、黒鉛の形状としては鱗片状のものや球状のものなどがある。
【０１１５】
負極活物質として、炭素系材料以外に、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な材料も用いることができる。例えば、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高く好ましい。このような元素を用いた合金系材料としては、例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｇｅ、Ｍｇ２Ｓｎ、ＳｎＳ２、Ｖ２Ｓｎ３、ＦｅＳｎ２、ＣｏＳｎ２、Ｎｉ３Ｓｎ２、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ３Ｓｂ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ３、ＬａＳｎ３、Ｌａ３Ｃｏ２Ｓｎ７、ＣｏＳｂ３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等がある。
【０１１６】
また、負極活物質として、ＳｉＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（ＬｉｘＣ６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の酸化物を用いることができる。
【０１１７】
また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、Ｌｉ３Ｎ型構造をもつＬｉ３−ｘＭｘＮ（ＭはＣｏ、ＮｉまたはＣｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ２．６Ｃｏ０．４Ｎ３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ３）を示し好ましい。
【０１１８】
リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、正極活物質としてリチウムイオンを含まないＶ２Ｏ５、Ｃｒ３Ｏ８等の材料と組み合わせることができる。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質としてリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
【０１１９】
また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）等の、リチウムと合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＲｕＯ２、Ｃｒ２Ｏ３等の酸化物、ＣｏＳ０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ３Ｎ２、Ｃｕ３Ｎ、Ｇｅ３Ｎ４等の窒化物、ＮｉＰ２、ＦｅＰ２、ＣｏＰ３等のリン化物、ＦｅＦ３、ＢｉＦ３等のフッ化物でも起こる。
【０１２０】
負極活物質は、一例としては、粒径が５０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いるとよい。
【０１２１】
なお、正極活物質層１０４においても負極活物質層１０２においても、活物質材料は複数の材料を特定の割合で組み合わせて用いてもよい。活物質層に複数の材料を用いることで、より詳細に活物質層の性能を選択することができる。
【０１２２】
電極の導電助剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）、グラファイト（黒鉛）粒子、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどを用いることができる。
【０１２３】
導電助剤により、電極中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤により、負極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。負極活物質層中に導電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する負極活物質層１０２を実現することができる。
【０１２４】
また、バインダーとして、代表的なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド、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。
【０１２５】
負極活物質層１０２の総量に対するバインダーの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下がより好ましく、３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がさらに好ましい。また、負極活物質層１０２の総量に対する導電助剤の含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。
【０１２６】
次いで、負極集電体１０１上に負極活物質層１０２を形成する。塗布法を用いて負極活物質層１０２を形成する場合は、負極活物質とバインダーと導電助剤と分散媒を混合してスラリーを作製し、負極集電体１０１に塗布して乾燥させる。また、乾燥後に必要があればプレス処理を行ってもよい。
【０１２７】
なお、負極集電体１０１には、ステンレス、金、白金、鉄、銅、チタン、タンタル等の金属、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１０１は、箔状、板状（シート状）、網状、円柱状、コイル状、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１０１は、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。また、電極集電体の表面の一部に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。
【０１２８】
なお、負極集電体１０１の片面に負極活物質層１０２を設け、もう一方の面に負極活物質層を設けない構成とすることができる。その場合、負極活物質層が設けられていない状態において、負極集電体１０１の表面は平坦で摩擦係数が小さい。そのため、該表面に、他の負極集電体の負極活物質層が設けられていない面が接するとき、応力に応じて両集電体は互いに摺動することができる。
【０１２９】
以上の工程でリチウムイオン蓄電池の負極を作製することができる。
【０１３０】
≪セパレータの構成≫
セパレータ１０３について説明する。セパレータ１０３の材料としては、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いればよい。ただし、後述の電解液に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
【０１３１】
より具体的には、セパレータ１０３の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子及びこれらの誘導体、セルロース、紙、不織布、ガラス繊維から選ばれる一種を単独で、又は二種以上を組み合せて用いることができる。
【０１３２】
セパレータ１０３は、両極の接触を防ぐ絶縁性能、電解液を保持する性能、イオンの伝導性がなければならない。セパレータとしての機能を有する膜を製造する方法として、膜の延伸による方法がある。例えば、溶融したポリマー材料を展開して放熱させ、得られた膜を膜と平行の二軸方向に延伸して孔を形成する、延伸開孔法がある。
【０１３３】
以上の工程でリチウムイオン蓄電池にセパレータを組み込むことができる。
【０１３４】
≪電解液の構成≫
【０１３５】
本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池に用いることができる電解液１０７は、電解質（溶質）を含む非水溶液（溶媒）とすることが好ましい。
【０１３６】
電解液１０７の溶媒としては、キャリアイオンが移動可能な材料を用いる。例えば、非プロトン性有機溶媒が好ましく、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。
【０１３７】
また、電解液１０７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、リチウムイオン蓄電池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系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。
【０１３８】
また、電解液の溶媒として、難燃性及び難蒸発性であるイオン液体（常温溶融塩ともいう）を一つまたは複数用いることで、リチウムイオン蓄電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、リチウムイオン蓄電池の破裂や発火などを防ぐことができる。これにより、リチウムイオン蓄電池の安全性を高めることができる。
【０１３９】
また、蓄電池に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素（以下、単に「不純物」ともいう。）の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい。具体的には、電解液に対する不純物の質量比を１％以下、好ましくは０．１％以下、より好ましくは０．０１％以下とすることが好ましい。また、電解液にビニレンカーボネートなどの添加剤を加えてもよい。
【０１４０】
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、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ２ＳＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、Ｌｉ２Ｂ１２Ｃｌ１２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）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。
【０１４１】
なお、上記の電解質では、キャリアイオンがリチウムイオンである場合について説明したが、リチウムイオン以外のキャリアイオンも用いることができる。リチウムイオン以外のキャリアイオンとしては、アルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオンの場合、電解質として、上記リチウム塩において、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、またはマグネシウム等）を用いてもよい。
【０１４２】
なお、電解液は、正極の集電体と反応し、正極集電体を腐食する場合がある。そのような腐食を防止するため、電解液に数ｗｔ％のＬｉＰＦ６を添加することが好ましい。正極集電体表面に不導体膜を生じ、該不導体膜が電解液と正極集電体との反応を抑制するためである。ただし、正極活物質層を溶解させないために、ＬｉＰＦ６の濃度は１０ｗｔ％以下、好ましくは５ｗｔ％以下、より好ましくは３ｗｔ％以下とするとよい。
【０１４３】
≪外装体の構成≫
次に、外装体１１６について説明する。外装体１１６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。外装体を内側に折り曲げて重ねて、または、２つの外装体それぞれの内面を向い合せて重ねて熱を加えることにより、内面の材料が融け２つの外装体を融着することができ、封止構造を作製することができる。
【０１４４】
また、上記では外装体を構成する金属薄膜を一層としたが、二層以上設けても良い。金属薄膜を複数層にすることで、さらに電解液や気体の透過を遮断することができる。
【０１４５】
また、上記における外装体を構成する金属薄膜の代わりに、無機膜を用いることができる。無機膜は、珪素および／またはアルミを含む、酸化物、窒化物、炭化物、または、これらの混合物が好ましく、珪素を含む、酸化物、窒化物、炭化物、または、これらの混合物がより好ましい。さらに、無機膜を含む外装体を構成する層は所望の層構成に応じて繰り返し積層することができる。
【０１４６】
外装体が融着等され封止構造が形成されている箇所を封止部とすると、外装体を内側に折り曲げて重ねた場合は、折り目以外の個所に封止部が形成され、外装体の第１の領域と、該第１の領域と重なる第２の領域とが融着等された構造となる。また、２枚の外装体を重ねた場合は熱融着等の方法で外周すべてに封止部が形成される。
【０１４７】
≪可撓性の蓄電池≫
本実施の形態にて示された各部材の材料から、可撓性を有する材料を選択して用いると、可撓性を有するリチウムイオン蓄電池を作製することができる。近年、変形可能なデバイスの研究及び開発が盛んである。そのようなデバイスに用いる蓄電池として、可撓性を有する蓄電池の需要が生じている。
【０１４８】
２枚のフィルムを外装体として電極・電解液など１８０５を挟む蓄電池を湾曲させた場合には、蓄電池の曲率中心１８００に近い側のフィルム１８０１の曲率半径１８０２は、曲率中心１８００から遠い側のフィルム１８０３の曲率半径１８０４よりも小さい（図６（Ａ））。蓄電池を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心１８００に近いフィルムの表面には圧縮応力がかかり、曲率中心１８００から遠いフィルムの表面には引っ張り応力がかかる（図６（Ｂ））。
【０１４９】
可撓性を有するリチウムイオン蓄電池を変形させたとき、外装体に大きな応力がかかるが、外装体の表面に凹部または凸部で形成される模様を形成すると、蓄電池の変形により圧縮応力や引っ張り応力がかかったとしても、ひずみによる影響を抑えることができる。そのため、蓄電池は、曲率中心に近い側の外装体の曲率半径が５０ｍｍ好ましくは３０ｍｍとなる範囲で変形することができる。
【０１５０】
面の曲率半径について、図７を用いて説明する。図７（Ａ）において、曲面１７００を切断した平面１７０１において、曲面１７００に含まれる曲線１７０２の一部を円の弧に近似して、その円の半径を曲率半径１７０３とし、円の中心を曲率中心１７０４とする。図７（Ｂ）に曲面１７００の上面図を示す。図７（Ｃ）に、平面１７０１で曲面１７００を切断した断面図を示す。曲面を平面で切断するとき、曲面に対する平面の角度や切断する位置に応じて、断面に現れる曲線の曲率半径は異なるものとなるが、本明細書等では、最も小さい曲率半径を面の曲率半径とする。
【０１５１】
なお、蓄電池の断面形状は、単純な円弧状に限定されず、一部が円弧を有する形状にすることができ、例えば図６（Ｃ）に示す形状や、波状（図６（Ｄ））、Ｓ字形状などとすることもできる。蓄電池の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複数の曲率中心それぞれにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、２枚の外装体の曲率中心に近い方の外装体の曲率半径が、５０ｍｍ好ましくは３０ｍｍとなる範囲で蓄電池が変形することができる。
【０１５２】
≪蓄電池の組み立て及びエージング≫
次に、上述の構成部材を組み合わせて、外装体１１６を封止することにより図１及び図２に示す通り、正極集電体１０５と、正極活物質層１０４と、セパレータ１０３と、負極活物質層１０２と、負極集電体１０１とを積み重ねた積層体を複数有する内部構造物を、電解液１０７とともに外装体１１６により封止された状態とする。
【０１５３】
次に、エージング工程を行う。まず環境温度を例えば室温程度に保ち、低いレートで一致電圧まで定電流充電を行う。次に、充電により外装体内部の領域に発生したガスを、外装体外部に放出させる。次に、さらに初回の充電よりも高いレートで充電を行う。
【０１５４】
その後、やや高い温度環境下で長時間保存する。例えば４０℃以上の環境下で２４時間以上保存する。
【０１５５】
やや高い温度環境下で長時間保存した後、再び外装体内部の領域に発生したガスを放出させる。さらに室温環境下で０．２Ｃのレートで放電し、同レートにて充電し、再び同レートで放電した後、さらに同レートで充電する。そして、同レートで放電することによりエージング工程を終了する。
【０１５６】
以上のようにして、本発明に係る蓄電池を製造することができる。
【０１５７】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１５８】
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、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。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
【０１５９】
なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）は、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。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、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。同様に、図の一部を取り出した図についても、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。そして、その発明の一態様は明確であると言える。
【０１６０】
なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、可撓性を有するリチウムイオン二次電池に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、様々な二次電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、固体電池、空気電池、一次電池、キャパシタ、または、電気二重層キャパシタ、ウルトラ・キャパシタ、スーパー・キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、などに適用してもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、リチウムイオン二次電池に適用しなくてもよい。
【０１６１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電池の構造について、図８または図１３、図１４を参照して説明する。
【０１６２】
≪ラミネート型蓄電池≫
次に、ラミネート型の蓄電池の一例について、図８（Ａ）を参照して説明する。図８（Ａ）は、後述するラミネート型蓄電池の外観図である図９におけるＣ１−Ｃ２の断面図と拡大模式図を示す。ラミネート型の蓄電池は、可撓性を有する構成とすれば、可撓性を有する部位を少なくとも一部有する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電池も曲げることもできる。
【０１６３】
図８（Ａ）に示すラミネート型の蓄電池５００は、正極集電体５０１および正極活物質層５０２を有する正極５０３と、負極集電体５０４および負極活物質層５０５を有する負極５０６と、セパレータ５０７と、電解液５０８と、外装体５０９と、を有する。外装体５０９内に設けられた正極５０３と負極５０６との間にセパレータ５０７が設置されている。また、外装体５０９内は、電解液５０８で満たされている。電解液５０８には、実施の形態１で示した電解液を用いることができる。
【０１６４】
図８（Ａ）に示すラミネート型の蓄電池５００において、正極集電体５０１および負極集電体５０４は、外部との電気的接触を得る端子の役割も兼ねている。そのため、正極集電体５０１および負極集電体５０４の一部は、外装体５０９から外側に露出するように配置してもよい。また、正極集電体５０１および負極集電体５０４を、外装体５０９から外側に露出させず、タブ電極を用いてそのタブ電極と正極集電体５０１、或いは負極集電体５０４と超音波接合させてタブ電極を外側に露出するようにしてもよい。
【０１６５】
ラミネート型の蓄電池５００において、外装体５０９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ラミネートフィルムを用いることができる。
【０１６６】
また、上記における外装体５０９を構成する金属薄膜の代わりに、無機膜を用いることができる。無機膜は、珪素および／またはアルミを含む、酸化物、窒化物、炭化物、または、これらの混合物が好ましく、珪素を含む、酸化物、窒化物、炭化物、または、これらの混合物がより好ましい。さらに、無機膜を含む外装体を構成する層は所望の層構成に応じて繰り返し積層することができる。
【０１６７】
また、ラミネート型の蓄電池５００の断面構造の一例を図８（Ｂ）に示す。図８（Ａ）では、２つの電極で構成するラミネート型の蓄電池の例を示しているが、図８（Ｂ）では、複数の電極層で構成する場合のラミネート型の蓄電池の例を示す。
【０１６８】
図８（Ｂ）では、一例として、電極層数を１２としている。なお、電極層数を１２としても蓄電池５００は、可撓性を有する。図８（Ｂ）では負極集電体５０４が６層と、正極集電体５０１が６層の合計１２層の構造を示している。勿論、電極層数は１２に限定されず、多くてもよいし、少なくてもよい。電極層数が多い場合には、より多くの容量を有する蓄電池とすることができる。また、電極層数が少ない場合には、薄型化でき、可撓性に優れた蓄電池とすることができる。さらに、実施の形態１で示したように、負極集電体５０４同士、または正極集電体５０１同士が接する面において、一方の集電体面に複数の凸部を設けた面を有し、他方の集電体面は平坦な面を有する構造とすることができる。または、一方の集電体面に複数の凸部を設けた被覆層を有し、他方の集電体面は平坦な面を有する構造とすることができる。または、平坦な面を有する一方または他方の集電体間にスペーサを設ける構造とすることができる。これにより、集電体同士が接する面に生ずる吸着力に起因した摩擦を低減することができ、より可撓性に優れた蓄電池とすることができる。
【０１６９】
ここで、ラミネート型の蓄電池５００の外観図の一例を図９及び図１０に示す。図９及び図１０は、正極５０３、負極５０６、セパレータ５０７、外装体５０９、正極タブ電極５１０及び負極タブ電極５１１を有する。
【０１７０】
図１１（Ａ）は正極５０３及び負極５０６の外観図を示す。正極５０３は正極集電体５０１を有し、正極活物質層５０２は正極集電体５０１の表面に形成されている。また、正極５０３は正極集電体５０１が一部露出する領域（タブ領域という）を有する。負極５０６は負極集電体５０４を有し、負極活物質層５０５は負極集電体５０４の表面に形成されている。また、負極５０６は負極集電体５０４が一部露出する領域、すなわちタブ領域を有する。正極及び負極が有するタブ領域の面積や形状は、図１１（Ａ）に示す例に限られない。
【０１７１】
≪ラミネート型蓄電池の作製方法≫
ここで、図９に外観図を示すラミネート型蓄電池の作製方法の一例について、図１１（Ｂ）、（Ｃ）を用いて説明する。
【０１７２】
まず、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を積層する。図１１（Ｂ）に積層された負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を示す。ここでは負極を５組、正極を４組使用する例を示す。次に、正極５０３のタブ領域同士の接合と、最表面の正極のタブ領域への正極タブ電極５１０の接合を行う。接合には、例えば超音波溶接等を用いればよい。同様に、負極５０６のタブ領域同士の接合と、最表面の負極のタブ領域への負極タブ電極５１１の接合を行う。
【０１７３】
次に外装体５０９上に、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を配置する。
【０１７４】
次に、図１１（Ｃ）に示すように、外装体５０９を破線で示した部分で折り曲げる。その後、外装体５０９の外周部を接合する。接合には例えば熱圧着等を用いればよい。この時、後に電解液５０８を入れることができるように、外装体５０９の一部（または一辺）に接合されない領域（以下、導入口という）を設ける。
【０１７５】
次に、外装体５０９に設けられた導入口から、電解液５０８を外装体５０９の内側へ導入する。電解液５０８の導入は、減圧雰囲気下、或いは不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。そして最後に、導入口を接合する。このようにして、ラミネート型の蓄電池である蓄電池５００を作製することができる。
【０１７６】
なお、本実施の形態では、蓄電池として、コイン型、ラミネート型及び円筒型の蓄電池を示したが、その他の封止型蓄電池、角型蓄電池等様々な形状の蓄電池を用いることができる。また、正極、負極、及びセパレータが複数積層された構造、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【０１７７】
また、可撓性を有するラミネート型の蓄電池を電子機器に実装する例を図１４に示す。フレキシブルな形状を備える蓄電池を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０１７８】
また、フレキシブルな形状を備える蓄電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
【０１７９】
図１２（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、蓄電池７４０７を有している。
【０１８０】
図１２（Ｂ）は、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４００を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電池７４０７も湾曲される。また、その時、曲げられた蓄電池７４０７の状態を図１２（Ｃ）に示す。蓄電池７４０７はラミネート型の蓄電池である。
【０１８１】
図１２（Ｄ）は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置７１００は、筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び蓄電池７１０４を備える。また、図１２（Ｅ）に曲げられた蓄電池７１０４の状態を示す。
【０１８２】
≪コイン型蓄電池≫
図１３（Ａ）は、コイン型（単層偏平型）の蓄電池の外観図であり、図１３（Ｂ）は、その断面図である。
【０１８３】
コイン型の蓄電池３００は、正極端子を兼ねた正極缶３０１と負極端子を兼ねた負極缶３０２とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット３０３で絶縁シールされている。正極３０４は、正極集電体３０５と、これと接するように設けられた正極活物質層３０６により形成される。正極活物質層３０６は、正極活物質の他、正極活物質の密着性を高めるための結着剤（バインダー）、正極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。
【０１８４】
また、負極３０７は、負極集電体３０８と、これに接するように設けられた負極活物質層３０９により形成される。負極活物質層３０９は、負極活物質の他、負極活物質の密着性を高めるための結着剤（バインダー）、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。正極活物質層３０６と負極活物質層３０９との間には、セパレータ３１０と、電解質（図示せず）とを有する。
【０１８５】
各構成部材には、実施の形態１で示した材料を用いることができる。また、可撓性を有する材料を用いて、コイン型蓄電池に可撓性を持たせる構成としてもよい。
【０１８６】
正極缶３０１、負極缶３０２には、電解液に対して耐腐食性のある、ニッケル、チタン等の金属、また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、ニッケル等を被覆することが好ましい。正極缶３０１は正極３０４と、負極缶３０２は負極３０７とそれぞれ電気的に接続する。
【０１８７】
これら負極３０７、正極３０４及びセパレータ３１０を電解質に含浸させ、図１３（Ｂ）に示すように、正極缶３０１を下にして正極３０４、セパレータ３１０、負極３０７、負極缶３０２をこの順で積層し、正極缶３０１と負極缶３０２とをガスケット３０３を介して圧着してコイン形の蓄電池３００を製造する。
【０１８８】
ここで図１３（Ｃ）を用いて蓄電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた蓄電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きになる。なお、リチウムを用いた蓄電池では、充電と放電でアノード（陽極）とカソード（陰極）が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書においては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「＋極（プラス極）」と呼び、負極は「負極」または「−極（マイナス極）」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連したアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード（陽極）やカソード（陰極）という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極（プラス極）と負極（マイナス極）のどちらに対応するものかも併記することとする。
【０１８９】
図１３（Ｃ）に示す２つの端子には充電器が接続され、蓄電池４００が充電される。蓄電池４００の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図１３（Ｃ）では、蓄電池４００の外部の端子から、正極４０２の方へ流れ、蓄電池４００の中において、正極４０２から負極４０４の方へ流れ、負極から蓄電池４００の外部の端子の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしている。
【０１９０】
≪円筒型蓄電池≫
次に、円筒型の蓄電池の一例について、図１４を参照して説明する。円筒型の蓄電池６００は図１４（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）６０１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）６０２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）６０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）６１０によって絶縁されている。なお、可撓性を有する材料を用いて、コイン型蓄電池に可撓性を持たせる構成としてもよい。
【０１９１】
図１４（Ｂ）は、円筒型の蓄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６０２の内側には、帯状の正極６０４と負極６０６とがセパレータ６０５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６０２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶６０２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、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、ニッケル等を被覆することが好ましい。電池缶６０２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６０８、６０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶６０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。非水電解液は、コイン型の蓄電池と同様のものを用いることができる。
【０１９２】
正極６０４及び負極６０６は、上述したコイン型の蓄電池の正極及び負極と同様に製造すればよいが、円筒型の蓄電池に用いる正極及び負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成する点において異なる。正極６０４には正極端子（正極集電タブ）６０３が接続され、負極６０６には負極端子（負極集電タブ）６０７が接続される。正極端子６０３及び負極端子６０７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６０３は安全弁機構６１２に、負極端子６０７は電池缶６０２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構６１２は、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）６１１を介して正極キャップ６０１と電気的に接続されている。安全弁機構６１２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６０１と正極６０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子６１１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。
【０１９３】
≪蓄電池の構造例≫
蓄電池の構造例について、図１５乃至図１９を用いて説明する。
【０１９４】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、蓄電池の外観図を示す図である。蓄電池は、回路基板９００と、蓄電池９１３と、を有する。蓄電池９１３には、ラベル９１０が貼られている。さらに、図１５（Ｂ）に示すように、蓄電池は、端子９５１と、端子９５２と、アンテナ９１５と、を有する。
【０１９５】
回路基板９００は、端子９１１と、回路９１２と、を有する。端子９１１は、端子９５１、端子９５２、アンテナ９１４、アンテナ９１５、及び回路９１２に接続される。なお、端子９１１を複数設けて、複数の端子９１１のそれぞれを、制御信号入力端子、電源端子などとしてもよい。
【０１９６】
回路９１２は、回路基板９００の裏面に設けられていてもよい。なお、アンテナ９１４及びアンテナ９１５は、コイル状に限定されず、例えば線状、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。又は、アンテナ９１４若しくはアンテナ９１５は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する２つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ９１４若しくはアンテナ９１５を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
【０１９７】
アンテナ９１４の線幅は、アンテナ９１５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９１４により受電する電力量を大きくできる。
【０１９８】
蓄電池は、アンテナ９１４及びアンテナ９１５と、蓄電池９１３との間に層９１６を有する。層９１６は、例えば蓄電池９１３による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層９１６としては、例えば磁性体を用いることができる。
【０１９９】
なお、蓄電池の構造は、図１５に限定されない。
【０２００】
例えば、図１６（Ａ−１）及び図１６（Ａ−２）に示すように、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池９１３のうち、対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設けてもよい。図１６（Ａ−１）は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図１６（Ａ−２）は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池と同じ部分については、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池の説明を適宜援用できる。
【０２０１】
図１６（Ａ−１）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の一方に層９１６を挟んでアンテナ９１４が設けられ、図１６（Ａ−２）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の他方に層９１７を挟んでアンテナ９１５が設けられる。層９１７は、例えば蓄電池９１３による電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層９１７としては、例えば磁性体を用いることができる。
【０２０２】
上記構造にすることにより、アンテナ９１４及びアンテナ９１５の両方のサイズを大きくすることができる。
【０２０３】
又は、図１６（Ｂ−１）及び図１６（Ｂ−２）に示すように、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池９１３のうち、対向する一対の面のそれぞれに別のアンテナを設けてもよい。図１６（Ｂ−１）は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図１６（Ｂ−２）は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池と同じ部分については、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示す蓄電池の説明を適宜援用できる。
【０２０４】
図１６（Ｂ−１）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の一方に層９１６を挟んでアンテナ９１４及びアンテナ９１５が設けられ、図１６（Ｂ−２）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の他方に層９１７を挟んでアンテナ９１８が設けられる。アンテナ９１８は、例えば、外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ９１８には、例えばアンテナ９１４及びアンテナ９１５に適用可能な形状のアンテナを適用することができる。アンテナ９１８を介した蓄電池と他の機器との通信方式としては、ＮＦＣなど、蓄電池と他の機器との間で用いることができる応答方式などを適用することができる。
【０２０５】
又は、図１７（Ａ）に示すように、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池９１３に表示装置９２０を設けてもよい。表示装置９２０は、端子９１９を介して端子９１１に電気的に接続される。なお、表示装置９２０が設けられる部分にラベル９１０を設けなくてもよい。なお、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池と同じ部分については、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池の説明を適宜援用できる。
【０２０６】
表示装置９２０には、例えば充電中であるか否かを示す画像、蓄電量を示す画像などを表示してもよい。表示装置９２０としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス（ＥＬともいう）表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペーパーを用いることにより表示装置９２０の消費電力を低減することができる。
【０２０７】
又は、図１７（Ｂ）に示すように、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池９１３にセンサ９２１を設けてもよい。センサ９２１は、端子９２２を介して端子９１１に電気的に接続される。なお、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池と同じ部分については、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す蓄電池の説明を適宜援用できる。
【０２０８】
センサ９２１としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい。センサ９２１を設けることにより、例えば、蓄電池が置かれている環境を示すデータ（温度など）を検出し、回路９１２内のメモリに記憶しておくこともできる。
【０２０９】
さらに、蓄電池９１３の構造例について図１８及び図１９を用いて説明する。
【０２１０】
図１８（Ａ）に示す蓄電池９１３は、筐体９３０の内部に端子９５１と端子９５２が設けられた捲回体９５０を有する。捲回体９５０は、筐体９３０の内部で電解液に含浸される。端子９５２は、筐体９３０に接し、端子９５１は、絶縁材などを用いることにより筐体９３０に接していない。なお、図１８（Ａ）では、便宜のため、筐体９３０を分離して図示しているが、実際は、捲回体９５０が筐体９３０に覆われ、端子９５１及び端子９５２が筐体９３０の外に延在している。筐体９３０としては、金属材料又は樹脂材料を用いることができる。
【０２１１】
なお、図１８（Ｂ）に示すように、図１８（Ａ）に示す筐体９３０を複数の材料によって形成してもよい。例えば、図１８（Ｂ）に示す蓄電池９１３は、筐体９３０ａと筐体９３０ｂが貼り合わされており、筐体９３０ａ及び筐体９３０ｂで囲まれた領域に捲回体９５０が設けられている。
【０２１２】
筐体９３０ａとしては、有機樹脂など、絶縁材料を用いることができる。特に、アンテナが形成される面に有機樹脂などの材料を用いることにより、蓄電池９１３による電界の遮蔽を抑制できる。なお、筐体９３０ａによる電界の遮蔽が小さければ、筐体９３０ａの内部にアンテナ９１４やアンテナ９１５などのアンテナを設けてもよい。筐体９３０ｂとしては、例えば金属材料を用いることができる。
【０２１３】
さらに、捲回体９５０の構造について図１９に示す。捲回体９５０は、負極９３１と、正極９３２と、セパレータ９３３と、を有する。捲回体９５０は、セパレータ９３３を挟んで負極９３１と、正極９３２が重なり合って積層され、該積層シートを捲回させた捲回体である。なお、負極９３１と、正極９３２と、セパレータ９３３と、の積層を、さらに複数重ねてもよい。
【０２１４】
負極９３１は、端子９５１及び端子９５２の一方を介して図１５に示す端子９１１に接続される。正極９３２は、端子９５１及び端子９５２の他方を介して図１５に示す端子９１１に接続される。
【０２１５】
≪電子機器の一例：車両に搭載する例≫
次に、蓄電池を車両に搭載する例について示す。蓄電池を車両に搭載すると、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を実現できる。
【０２１６】
図１５において、本発明の一態様を用いた車両を例示する。図２０（Ａ）に示す自動車８１００は、走行のための動力源として電気モーター８２０６を用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーター８２０６とエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、繰り返し充放電することができる車両を実現することができる。また、自動車８１００は蓄電池を有する。蓄電池は電気モーター８２０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８１０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。
【０２１７】
また、蓄電池は、自動車８１００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電池は、自動車８１００が有するナビゲーションゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。
【０２１８】
図２０（Ｂ）に示す自動車８１００は、自動車８１００が有する蓄電池に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（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８１００に搭載された蓄電池に、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、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８１００に搭載された蓄電池８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
【０２１９】
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、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、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電池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。
【０２２０】
本発明の一態様によれば、蓄電池のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させることができる。また、本発明の一態様によれば、蓄電池の特性を向上することができ、よって、蓄電池自体を小型軽量化することができる。蓄電池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、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した蓄電池を車両以外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。
【０２２１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２２２】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２で説明した蓄電池を電池セルとして、これと組み合わせて用いることができる電池制御ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：ＢＭＵ）、及び該電池制御ユニットを構成する回路に適したトランジスタについて、図２１乃至図２７を参照して説明する。本実施の形態では、特に直列に接続された電池セルを有する蓄電池の電池制御ユニットについて説明する。
【０２２３】
直列に接続された複数の電池セルに対して充放電を繰り返していくと、電池セル間の特性のばらつきに応じて、容量（出力電圧）が異なってくる。直列に接続された電池セルでは、全体の放電時の容量が、容量の小さい電池セルに依存する。容量にばらつきがあると放電時の容量が小さくなる。また、容量が小さい電池セルを基準にして充電を行うと、充電不足となる虞がある。また、容量の大きい電池セルを基準にして充電を行うと、過充電となることがある。
【０２２４】
そのため、直列に接続された電池セルを有する蓄電池の電池制御ユニットは、充電不足や、過充電の原因となる、電池セル間の容量のばらつきを揃える機能を有する。電池セル間の容量のばらつきを揃える回路構成には、抵抗方式、キャパシタ方式、あるいはインダクタ方式等あるが、ここではオフ電流の小さいトランジスタを利用して容量のばらつきを揃えることのできる回路構成を一例として挙げて説明する。
【０２２５】
オフ電流の小さいトランジスタとしては、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）が好ましい。オフ電流の小さいＯＳトランジスタを蓄電池の電池制御ユニットの回路構成に用いることで、電池から漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。
【０２２６】
チャネル形成領域に用いる酸化物半導体は、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）を用いる。酸化物半導体膜を成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１とすると、ｘ１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ１／ｙ１を１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜としてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。
【０２２７】
ここで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【０２２８】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
【０２２９】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２３０】
試料面と略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０２３１】
一方、試料面と略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０２３２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０２３３】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０２３４】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【０２３５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
【０２３６】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０２３７】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【０２３８】
なお、ＯＳトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）に比べてバンドギャップが大きいため、高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。直列に電池セルを接続する場合、数１００Ｖの電圧が生じることになるが、このような電池セルに適用される蓄電池の電池制御ユニットの回路構成には、前述のＯＳトランジスタで構成することが適している。
【０２３９】
図２１には、蓄電池のブロック図の一例を示す。図２１に示す蓄電池ＢＴ００は、端子対ＢＴ０１と、端子対ＢＴ０２と、切り替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０４と、切り替え回路ＢＴ０５と、変圧制御回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７と、直列に接続された複数の電池セルＢＴ０９を含む電池部ＢＴ０８と、を有する。
【０２４０】
また、図２１の蓄電池ＢＴ００において、端子対ＢＴ０１と、端子対ＢＴ０２と、切り替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０４と、切り替え回路ＢＴ０５と、変圧制御回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７とにより構成される部分を、電池制御ユニットと呼ぶことができる。
【０２４１】
切り替え制御回路ＢＴ０３は、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の動作を制御する。具体的には、切り替え制御回路ＢＴ０３は、電池セルＢＴ０９毎に測定された電圧に基づいて、放電する電池セル（放電電池セル群）、及び充電する電池セル（充電電池セル群）を決定する。
【０２４２】
さらに、切り替え制御回路ＢＴ０３は、当該決定された放電電池セル群及び充電電池セル群に基づいて、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ１は、切り替え回路ＢＴ０４へ出力される。この制御信号Ｓ１は、端子対ＢＴ０１と放電電池セル群とを接続させるように切り替え回路ＢＴ０４を制御する信号である。また、制御信号Ｓ２は、切り替え回路ＢＴ０５へ出力される。この制御信号Ｓ２は、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群とを接続させるように切り替え回路ＢＴ０５を制御する信号である。
【０２４３】
また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、切り替え回路ＢＴ０４、切り替え回路ＢＴ０５、及び変圧回路ＢＴ０７の構成を踏まえ、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士が接続されるように、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を生成する。
【０２４４】
切り替え制御回路ＢＴ０３の動作の詳細について述べる。
【０２４５】
まず、切り替え制御回路ＢＴ０３は、複数の電池セルＢＴ０９毎の電圧を測定する。そして、切り替え制御回路ＢＴ０３は、例えば、所定の閾値以上の電圧の電池セルＢＴ０９を高電圧の電池セル（高電圧セル）、所定の閾値未満の電圧の電池セルＢＴ０９を低電圧の電池セル（定電圧セル）と判断する。
【０２４６】
なお、高電圧セル及び低電圧セルを判断する方法については、様々な方法を用いることができる。例えば、切り替え制御回路ＢＴ０３は、複数の電池セルＢＴ０９の中で、最も電圧の高い、又は最も電圧の低い電池セルＢＴ０９の電圧を基準として、各電池セルＢＴ０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断してもよい。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、各電池セルＢＴ０９の電圧が基準となる電圧に対して所定の割合以上か否かを判定する等して、各電池セルＢＴ０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断することができる。そして、切り替え制御回路ＢＴ０３は、この判断結果に基づいて、放電電池セル群と充電電池セル群とを決定する。
【０２４７】
なお、複数の電池セルＢＴ０９の中には、高電圧セルと低電圧セルが様々な状態で混在し得る。例えば、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルと低電圧セルが混在する中で、高電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を放電電池セル群とする。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、低電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を充電電池セル群とする。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、過充電又は過放電に近い電池セルＢＴ０９を、放電電池セル群又は充電電池セル群として優先的に選択するようにしてもよい。
【０２４８】
ここで、本実施形態における切り替え制御回路ＢＴ０３の動作例を、図２２を用いて説明する。図２２は、切り替え制御回路ＢＴ０３の動作例を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図２２では４個の電池セルＢＴ０９が直列に接続されている場合を例に説明する。
【０２４９】
まず、図２２（Ａ）の例では、電池セルａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、低電圧セルＤを充電電池セル群として決定する。
【０２５０】
次に、図２２（Ｂ）の例では、Ｖｃ＞Ｖｂ＝Ｖｃ＞＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する２つの低電圧セルａ、ｂと、１つの高電圧セルｃと、１つの過放電間近の低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、低電圧セルｄが過放電間近であるため、連続する２つの低電圧セルａ及びｂではなく、低電圧セルｄを充電電池セル群として優先的に決定する。
【０２５１】
最後に、図２２（Ｃ）の例では、Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、１つの高電圧セルａと、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルａを放電電池セル群と決定する。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄを充電電池セル群として決定する。
【０２５２】
切り替え制御回路ＢＴ０３は、上記図２２（Ａ）乃至（Ｃ）の例のように決定された結果に基づいて、切り替え回路ＢＴ０４の接続先である放電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ１と、切り替え回路ＢＴ０５の接続先である充電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ２を、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５に対してそれぞれ出力する。
【０２５３】
以上が、切り替え制御回路ＢＴ０３の動作の詳細に関する説明である。
【０２５４】
切り替え回路ＢＴ０４は、切り替え制御回路ＢＴ０３から出力される制御信号Ｓ１に応じて、端子対ＢＴ０１の接続先を、切り替え制御回路ＢＴ０３により決定された放電電池セル群に設定する。
【０２５５】
端子対ＢＴ０１は、対を成す端子Ａ１及びＡ２により構成される。切り替え回路ＢＴ０４は、この端子Ａ１及びＡ２のうち、いずれか一方を放電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続し、他方を放電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続することにより、端子対ＢＴ０１の接続先を設定する。なお、切り替え回路ＢＴ０４は、制御信号Ｓ１に設定された情報を用いて放電電池セル群の位置を認識することができる。
【０２５６】
切り替え回路ＢＴ０５は、切り替え制御回路ＢＴ０３から出力される制御信号Ｓ２に応じて、端子対ＢＴ０２の接続先を、切り替え制御回路ＢＴ０３により決定された充電電池セル群に設定する。
【０２５７】
端子対ＢＴ０２は、対を成す端子Ｂ１及びＢ２により構成される。切り替え回路ＢＴ０５は、この端子Ｂ１及びＢ２のうち、いずれか一方を充電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続し、他方を充電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続することにより、端子対ＢＴ０２の接続先を設定する。なお、切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に設定された情報を用いて充電電池セル群の位置を認識することができる。
【０２５８】
切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の構成例を示す回路図を図２３及び図２４に示す。
【０２５９】
図２３では、切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタＢＴ１０と、バスＢＴ１１及びＢＴ１２とを有する。バスＢＴ１１は、端子Ａ１と接続されている。また、バスＢＴ１２は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バスＢＴ１１及びＢＴ１２と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続されている。
【０２６０】
なお、複数のトランジスタＢＴ１０のうち、最上流に位置するトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１０のうち、最下流に位置するトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。
【０２６１】
切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタＢＴ１０のゲートに与える制御信号Ｓ１に応じて、バスＢＴ１１に接続される複数のトランジスタＢＴ１０のうちの１つと、バスＢＴ１２に接続される複数のトランジスタＢＴ１０のうちの１つとをそれぞれ導通状態にすることにより、放電電池セル群と端子対ＢＴ０１とを接続する。これにより、放電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか一方と接続される。また、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか他方、すなわち正極端子と接続されていない方の端子に接続される。
【０２６２】
トランジスタＢＴ１０には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、放電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、放電電池セル群の出力電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタＢＴ１０が接続された電池セルＢＴ０９と端子対ＢＴ０１とを絶縁状態とすることができる。
【０２６３】
また、図２３では、切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタＢＴ１３と、電流制御スイッチＢＴ１４と、バスＢＴ１５と、バスＢＴ１６とを有する。バスＢＴ１５及びＢＴ１６は、複数のトランジスタＢＴ１３と、電流制御スイッチＢＴ１４との間に配置される。複数のトランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バスＢＴ１５及びＢＴ１６と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続されている。
【０２６４】
なお、複数のトランジスタＢＴ１３のうち、最上流に位置するトランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１３のうち、最下流に位置するトランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。
【０２６５】
トランジスタＢＴ１３には、トランジスタＢＴ１０と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、充電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、充電電池セル群を充電するための電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタＢＴ１３が接続された電池セルＢＴ０９と端子対ＢＴ０２とを絶縁状態とすることができる。
【０２６６】
電流制御スイッチＢＴ１４は、スイッチ対ＢＴ１７とスイッチ対ＢＴ１８とを有する。スイッチ対ＢＴ１７の一端は、端子Ｂ１に接続されている。また、スイッチ対ＢＴ１７の他端は２つのスイッチで分岐しており、一方のスイッチはバスＢＴ１５に接続され、他方のスイッチはバスＢＴ１６に接続されている。スイッチ対ＢＴ１８の一端は、端子Ｂ２に接続されている。また、スイッチ対ＢＴ１８の他端は２つのスイッチで分岐しており、一方のスイッチはバスＢＴ１５に接続され、他方のスイッチはバスＢＴ１６に接続されている。
【０２６７】
スイッチ対ＢＴ１７及びスイッチ対ＢＴ１８が有するスイッチは、トランジスタＢＴ１０及びトランジスタＢＴ１３と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
【０２６８】
切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に応じて、トランジスタＢＴ１３、及び電流制御スイッチＢＴ１４のオン／オフ状態の組み合わせを制御することにより、充電電池セル群と端子対ＢＴ０２とを接続する。
【０２６９】
切り替え回路ＢＴ０５は、一例として、以下のようにして充電電池セル群と端子対ＢＴ０２とを接続する。
【０２７０】
切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタＢＴ１０のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されているトランジスタＢＴ１３を導通状態にする。また、切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタＢＴ１０のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子に接続されているトランジスタＢＴ１３を導通状態にする。
【０２７１】
端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性は、端子対ＢＴ０１と接続される放電電池セル群、及び変圧回路ＢＴ０７の構成によって変わり得る。また、充電電池セル郡を充電する方向に電流を流すためには、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士を接続する必要がある。そこで、電流制御スイッチＢＴ１４は、制御信号Ｓ２により、端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性に応じてスイッチ対ＢＴ１７及びスイッチ対ＢＴ１８の接続先をそれぞれ切り替えるように制御される。
【０２７２】
一例として、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対ＢＴ０２に印加されている状態を挙げて説明する。この時、電池部ＢＴ０８の最下流の電池セルＢＴ０９が充電電池セル群である場合、スイッチ対ＢＴ１７は、制御信号Ｓ２により、当該電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対ＢＴ１７のバスＢＴ１６に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対ＢＴ１７のバスＢＴ１５に接続されるスイッチがオフ状態となる。一方、スイッチ対ＢＴ１８は、制御信号Ｓ２により、当該電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対ＢＴ１８のバスＢＴ１５に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対ＢＴ１８のバスＢＴ１６に接続されるスイッチがオフ状態となる。このようにして、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対ＢＴ０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。
【０２７３】
また、電流制御スイッチＢＴ１４は、切り替え回路ＢＴ０５ではなく、切り替え回路ＢＴ０４に含まれていてもよい。この場合、電流制御スイッチＢＴ１４、制御信号Ｓ１に応じて、端子対ＢＴ０１に印加される電圧の極性を制御することにより、端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性を制御する。そして、電流制御スイッチＢＴ１４は、端子対ＢＴ０２から充電電池セル群に流れる電流の向きを制御する。
【０２７４】
図２４は、図２３とは異なる、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の構成例を示す回路図である。
【０２７５】
図２４では、切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタ対ＢＴ２１と、バスＢＴ２４及びバスＢＴ２５とを有する。バスＢＴ２４は、端子Ａ１と接続されている。また、バスＢＴ２５は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ対ＢＴ２１の一端は、それぞれトランジスタＢＴ２２とトランジスタＢＴ２３とにより分岐している。トランジスタＢＴ２２のソース又はドレインの一方は、バスＢＴ２４と接続されている。また、トランジスタＢＴ２３のソース又はドレインの一方は、バスＢＴ２５と接続されている。また、複数のトランジスタ対の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続されている。なお、複数のトランジスタ対ＢＴ２１のうち、最上流に位置するトランジスタ対ＢＴ２１の他端は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対ＢＴ２１のうち、最下流に位置するトランジスタ対ＢＴ２１の他端は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。
【０２７６】
切り替え回路ＢＴ０４は、制御信号Ｓ１に応じてトランジスタＢＴ２２及びトランジスタＢＴ２３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対ＢＴ２１の接続先を、端子Ａ１又は端子Ａ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタＢＴ２２が導通状態であれば、トランジスタＢＴ２３は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ１になる。一方、トランジスタＢＴ２３が導通状態であれば、トランジスタＢＴ２２は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ２になる。トランジスタＢＴ２２及びトランジスタＢＴ２３のどちらが導通状態になるかは、制御信号Ｓ１によって決定される。
【０２７７】
端子対ＢＴ０１と放電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対ＢＴ２１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ１に基づいて、２つのトランジスタ対ＢＴ２１の接続先がそれぞれ決定されることにより、放電電池セル群と端子対ＢＴ０１とが接続される。２つのトランジスタ対ＢＴ２１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ａ１となり、他方が端子Ａ２となるように、制御信号Ｓ１によって制御される。
【０２７８】
切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタ対ＢＴ３１と、バスＢＴ３４及びバスＢＴ３５とを有する。バスＢＴ３４は、端子Ｂ１と接続されている。また、バスＢＴ３５は、端子Ｂ２と接続されている。複数のトランジスタ対ＢＴ３１の一端は、それぞれトランジスタＢＴ３２とトランジスタＢＴ３３とにより分岐している。トランジスタＢＴ３２により分岐する一端は、バスＢＴ３４と接続されている。また、トランジスタＢＴ３３により分岐する一端は、バスＢＴ３５と接続されている。また、複数のトランジスタ対ＢＴ３１の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続されている。なお、複数のトランジスタ対ＢＴ３１のうち、最上流に位置するトランジスタ対ＢＴ３１の他端は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対ＢＴ３１のうち、最下流に位置するトランジスタ対ＢＴ３１の他端は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。
【０２７９】
切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に応じてトランジスタＢＴ３２及びトランジスタＢＴ３３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対ＢＴ３１の接続先を、端子Ｂ１又は端子Ｂ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタＢＴ３２が導通状態であれば、トランジスタＢＴ３３は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ１になる。逆に、トランジスタＢＴ３３が導通状態であれば、トランジスタＢＴ３２は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ２になる。トランジスタＢＴ３２及びトランジスタＢＴ３３のどちらが導通状態となるかは、制御信号Ｓ２によって決定される。
【０２８０】
端子対ＢＴ０２と充電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対ＢＴ３１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ２に基づいて、２つのトランジスタ対ＢＴ３１の接続先がそれぞれ決定されることにより、充電電池セル群と端子対ＢＴ０２とが接続される。２つのトランジスタ対ＢＴ３１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ｂ１となり、他方が端子Ｂ２となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。
【０２８１】
また、２つのトランジスタ対ＢＴ３１のそれぞれの接続先は、端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性によって決定される。具体的には、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対ＢＴ０２に印加されている場合、上流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トランジスタＢＴ３２が導通状態となり、トランジスタＢＴ３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トランジスタＢＴ３３が導通状態、トランジスタＢＴ３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。また、端子Ｂ１が負極、端子Ｂ２が正極となるような電圧が端子対ＢＴ０２に印加されている場合は、上流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トランジスタＢＴ３３が導通状態となり、トランジスタＢＴ３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トランジスタＢＴ３２が導通状態、トランジスタＢＴ３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。このようにして、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対ＢＴ０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。
【０２８２】
変圧制御回路ＢＴ０６は、変圧回路ＢＴ０７の動作を制御する。変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数とに基づいて、変圧回路ＢＴ０７の動作を制御する変圧信号Ｓ３を生成し、変圧回路ＢＴ０７へ出力する。
【０２８３】
なお、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数よりも多い場合は、充電電池セル群に対して過剰に大きな充電電圧が印加されることを防止する必要がある。そのため、変圧制御回路ＢＴ０６は、充電電池セル群を充電できる範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を降圧させるように変圧回路ＢＴ０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。
【０２８４】
また、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数以下である場合は、充電電池セル群を充電するために必要な充電電圧を確保する必要がある。そのため、変圧制御回路ＢＴ０６は、充電電池セル群に過剰な充電電圧が印加されない範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を昇圧させるように変圧回路ＢＴ０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。
【０２８５】
なお、過剰な充電電圧とする電圧値は、電池部ＢＴ０８で使用される電池セルＢＴ０９の製品仕様等に鑑みて決定することができる。また、変圧回路ＢＴ０７により昇圧及び降圧された電圧は、充電電圧（Ｖｃｈａ）として端子対ＢＴ０２に印加される。
【０２８６】
ここで、本実施形態における変圧制御回路ＢＴ０６の動作例を、図２５（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。図２５（Ａ）乃至（Ｃ）は、図２２（Ａ）乃至（Ｃ）で説明した放電電池セル群及び充電電池セル群に対応させた、変圧制御回路ＢＴ０６の動作例を説明するための概念図である。なお図２５（Ａ）乃至（Ｃ）は、電池制御ユニットＢＴ４１を図示している。電池制御ユニットＢＴ４１は、上述したように、端子対ＢＴ０１と、端子対ＢＴ０２と、切り替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０４と、切り替え回路ＢＴ０５と、変圧制御回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７とにより構成される。
【０２８７】
図２５（Ａ）に示される例では、図２２（Ａ）で説明したように、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、図２２（Ａ）を用いて説明したように、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定し、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。そして、変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とした時の、充電電地セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比に基づいて、放電電圧（Ｖｄｉｓの昇降圧比Ｎを算出する。
【０２８８】
なお放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数よりも多い場合に、放電電圧を変圧せずに端子対ＢＴ０２にそのまま印加すると、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９に、端子対ＢＴ０２を介して過剰な電圧が印加される可能性がある。そのため、図２５（Ａ）に示されるような場合では、端子対ＢＴ０２に印加される充電電圧（Ｖｃｈａ）を、放電電圧よりも降圧させる必要がある。さらに、充電電池セル群を充電するためには、充電電圧は、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の合計電圧より大きい必要がある。そのため、変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とした時の、充電電地セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比よりも、昇降圧比Ｎを大きく設定する。
【０２８９】
変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とした時の、充電電地セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比に対して、昇降圧比Ｎを１乃至１０％程度大きくするのが好ましい。この時、充電電圧は充電電池セル群の電圧よりも大きくなるが、実際には充電電圧は充電電池セル群の電圧と等しくなる。ただし、変圧制御回路ＢＴ０６は昇降圧比Ｎに従い充電電池セル群の電圧を充電電圧と等しくするために、充電電池セル群を充電する電流を流すこととなる。この電流は変圧制御回路ＢＴ０６に設定された値となる。
【０２９０】
図２５（Ａ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が３個で、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の数が１個であるため、変圧制御回路ＢＴ０６は、１／３より少し大きい値を昇降圧比Ｎとして算出する。そして、変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電圧を当該昇降圧比Ｎに応じて降圧し、充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を変圧回路ＢＴ０７に出力する。そして、変圧回路ＢＴ０７は、変圧信号Ｓ３に応じて変圧された充電電圧を、端子対ＢＴ０２に印加する。そして、端子対ＢＴ０２に印加される充電電圧によって、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９が充電される。
【０２９１】
また、図２５（Ｂ）や図２５（Ｂ）に示される例でも、図２５（Ａ）と同様に、昇降圧比Ｎが算出される。図２５（Ｂ）や図２５（Ｃ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数以下であるため、昇降圧比Ｎは１以上となる。よって、この場合は、変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電圧を昇圧して受電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を出力する。
【０２９２】
変圧回路ＢＴ０７は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対ＢＴ０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換する。そして、変圧回路ＢＴ０７は、変換された充電電圧を端子対ＢＴ０２に印加する。ここで、変圧回路ＢＴ０７は、端子対ＢＴ０１と端子対ＢＴ０２との間を電気的に絶縁している。これにより、変圧回路ＢＴ０７は、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子の絶対電圧と、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子の絶対電圧との差異による短絡を防止する。さらに、変圧回路ＢＴ０７は、上述したように、変圧信号Ｓ３に基づいて放電電池セル群の合計電圧である放電電圧を充電電圧に変換する。
【０２９３】
また、変圧回路ＢＴ０７は、例えば絶縁型ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣコンバータ等を用いることができる。この場合、変圧制御回路ＢＴ０６は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのオン／オフ比（デューティー比）を制御する信号を変圧信号Ｓ３として出力することにより、変圧回路ＢＴ０７で変換される充電電圧を制御する。
【０２９４】
なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータには、フライバック方式、フォワード方式、ＲＣＣ（Ｒｉｎｇｉｎｇ  Ｃｈｏｋｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式、及びフルブリッジ方式等が存在するが、目的とする出力電圧の大きさに応じて適切な方式が選択される。
【０２９５】
絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた変圧回路ＢＴ０７の構成を図２６に示す。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータＢＴ５１は、スイッチ部ＢＴ５２とトランス部ＢＴ５３とを有する。スイッチ部ＢＴ５２は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作のオン／オフを切り替えるスイッチであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やバイポーラ型トランジスタ等を用いて実現される。また、スイッチ部ＢＴ５２は、変圧制御回路ＢＴ０６から出力される、オン／オフ比を制御する変圧信号Ｓ３に基づいて、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータＢＴ５１のオン状態とオフ状態を周期的に切り替える。なお、スイッチ部ＢＴ５２は、使用される絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの方式によって様々な構成を取り得る。トランス部ＢＴ５３は、端子対ＢＴ０１から印加される放電電圧を充電電圧に変換する。詳細には、トランス部ＢＴ５３は、スイッチ部ＢＴ５２のオン／オフ状態と連動して動作し、そのオン／オフ比に応じて放電電圧を充電電圧に変換する。この充電電圧は、スイッチ部ＢＴ５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が長いほど大きくなる。一方、充電電圧は、スイッチ部ＢＴ５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が短いほど小さくなる。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合、トランス部ＢＴ５３の内部で、端子対ＢＴ０１と端子対ＢＴ０２は互いに絶縁することができる。
【０２９６】
本実施形態における蓄電池ＢＴ００の処理の流れを、図２７を用いて説明する。図２７は、蓄電池ＢＴ００の処理の流れを示すフローチャートである。
【０２９７】
まず、蓄電池ＢＴ００は、複数の電池セルＢＴ０９毎に測定された電圧を取得する（ステップＳ００１）。そして、蓄電池ＢＴ００は、複数の電池セルＢＴ０９の電圧を揃える動作の開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ００２）。この開始条件は、例えば、複数の電池セルＢＴ０９毎に測定された電圧の最大値と最小値との差分が、所定の閾値以上か否か等とすることができる。この開始条件を満たさない場合は（ステップＳ００２：ＮＯ）、各電池セルＢＴ０９の電圧のバランスが取れている状態であるため、蓄電池ＢＴ００は、以降の処理を実行しない。一方、開始条件を満たす場合は（ステップＳ００２：ＹＥＳ）、蓄電池ＢＴ００は、各電池セルＢＴ０９の電圧を揃える処理を実行する。この処理において、蓄電池ＢＴ００は、測定されたセル毎の電圧に基づいて、各電池セルＢＴ０９が高電圧セルか低電圧セルかを判定する（ステップＳ００３）。そして、蓄電池ＢＴ００は、判定結果に基づいて、放電電池セル群及び充電電池セル群を決定する（ステップＳ００４）。さらに、蓄電池ＢＴ００は、決定された放電電池セル群を端子対ＢＴ０１の接続先に設定する制御信号Ｓ１、及び決定された充電電池セル群を端子対ＢＴ０２の接続先に設定する制御信号Ｓ２を生成する（ステップＳ００５）。蓄電池ＢＴ００は、生成された制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５へそれぞれ出力する。そして、切り替え回路ＢＴ０４により、端子対ＢＴ０１と放電電池セル群とが接続され、切り替え回路ＢＴ０５により、端子対ＢＴ０２と放電電池セル群とが接続される（ステップＳ００６）。また、蓄電池ＢＴ００は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数とに基づいて、変圧信号Ｓ３を生成する（ステップＳ００７）。そして、蓄電池ＢＴ００は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対ＢＴ０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換し、端子対ＢＴ０２に印加する（ステップＳ００８）。これにより、放電電池セル群の電荷が充電電池セル群へ移動される。
【０２９８】
また、図２７のフローチャートでは、複数のステップが順番に記載されているが、各ステップの実行順序は、その記載の順番に制限されない。
【０２９９】
以上、本実施形態によれば、放電電池セル群から充電電池セル群へ電荷を移動させる際、キャパシタ方式のように、放電電池セル群からの電荷を一旦蓄積し、その後充電電池セル群へ放出させるような構成を必要としない。これにより、単位時間あたりの電荷移動効率を向上させることができる。また、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５により、放電電池セル群及び充電電池セル群が各々個別に切り替えられる。
【０３００】
さらに、変圧回路ＢＴ０７により、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９群の個数とに基づいて、端子対ＢＴ０１に印加される放電電圧が充電電圧に変換され、端子対ＢＴ０２に印加される。これにより、放電側及び充電側の電池セルＢＴ０９がどのように選択されても、問題なく電荷の移動を実現できる。
【０３０１】
さらに、トランジスタＢＴ１０及びトランジスタＢＴ１３にＯＳトランジスタを用いることにより、充電電池セル群及び放電電池セル群に属しない電池セルＢＴ０９から漏洩する電荷量を減らすことができる。これにより、充電及び放電に寄与しない電池セルＢＴ０９の容量の低下を抑制することができる。また、ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタに比べて熱に対する特性の変動が小さい。これにより、電池セルＢＴ０９の温度が上昇しても、制御信号Ｓ１、Ｓ２に応じた導通状態と非導通状態の切り替えといった、正常な動作をさせることができる。
【０３０２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３０３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０３０４】
１００ａ    積層体
１００ｂ    積層体
１００ｃ    積層体
１００ｄ    積層体
１０１    負極集電体
１０１ａ    負極集電体
１０１ｂ    負極集電体
１０１ｃ    負極集電体
１０１ｄ    負極集電体
１０２    負極活物質層
１０３    セパレータ
１０４    正極活物質層
１０５    正極集電体
１０５ａ    正極集電体
１０５ｂ    正極集電体
１０５ｃ    正極集電体
１０５ｄ    正極集電体
１０７    電解液
１１０    リチウムイオン蓄電池
１１５    リード電極
１１６    外装体
１１７    内部構造物
３００    蓄電池
３０１    正極缶
３０２    負極缶
３０３    ガスケット
３０４    正極
３０５    正極集電体
３０６    正極活物質層
３０７    負極
３０８    負極集電体
３０９    負極活物質層
３１０    セパレータ
４００    蓄電池
４０２    正極
４０４    負極
５００    蓄電池
５０１    正極集電体
５０２    正極活物質層
５０３    正極
５０４    負極集電体
５０５    負極活物質層
５０６    負極
５０７    セパレータ
５０８    電解液
５０９    外装体
５１０    正極タブ電極
５１１    負極タブ電極
６００    蓄電池
６０１    正極キャップ
６０２    電池缶
６０３    正極端子
６０４    正極
６０５    セパレータ
６０６    負極
６０７    負極端子
６０８    絶縁板
６０９    絶縁板
６１０    ガスケット
６１１    ＰＴＣ素子
６１２    安全弁機構
９００    回路基板
９１０    ラベル
９１１    端子
９１２    回路
９１３    蓄電池
９１４    アンテナ
９１５    アンテナ
９１６    層
９１７    層
９１８    アンテナ
９１９    端子
９２０    表示装置
９２１    センサ
９２２    端子
９３０    筐体
９３０ａ    筐体
９３０ｂ    筐体
９３１    負極
９３２    正極
９３３    セパレータ
９５１    端子
９５２    端子
１１０１    被覆層
１１０２    スペーサ
１７００    曲面
１７０１    平面
１７０２    曲線
１７０３    曲率半径
１７０４    曲率中心
１８００    曲率中心
１８０１    フィルム
１８０２    曲率半径
１８０３    フィルム
１８０４    曲率半径
１８０５    電極・電解液など
７１００    携帯表示装置
７１０１    筐体
７１０２    表示部
７１０３    操作ボタン
７１０４    蓄電池
７４００    携帯電話機
７４０１    筐体
７４０２    表示部
７４０３    操作ボタン
７４０４    外部接続ポート
７４０５    スピーカ
７４０６    マイク
７４０７    蓄電池
８０２１    充電装置
８０２２    ケーブル
８０２４    蓄電池
８１００    自動車
８１０１    ヘッドライト
８２０６    電気モーター
Ｓ１    制御信号
Ｓ２    制御信号
Ｓ３    変圧信号
ＢＴ００    蓄電池
ＢＴ０１    端子対
ＢＴ０２    端子対
ＢＴ０３    切り替え制御回路
ＢＴ０４    切り替え回路
ＢＴ０５    切り替え回路
ＢＴ０６    変圧制御回路
ＢＴ０７    変圧回路
ＢＴ０８    電池部
ＢＴ０９    電池セル
ＢＴ１０    トランジスタ
ＢＴ１１    バス
ＢＴ１２    バス
ＢＴ１３    トランジスタ
ＢＴ１４    電流制御スイッチ
ＢＴ１５    バス
ＢＴ１６    バス
ＢＴ１７    スイッチ対
ＢＴ１８    スイッチ対
ＢＴ２１    トランジスタ対
ＢＴ２２    トランジスタ
ＢＴ２３    トランジスタ
ＢＴ２４    バス
ＢＴ２５    バス
ＢＴ３１    トランジスタ対
ＢＴ３２    トランジスタ
ＢＴ３３    トランジスタ
ＢＴ３４    バス
ＢＴ３５    バス
ＢＴ４１    電池制御ユニット
ＢＴ５１    絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＢＴ５２    スイッチ部
ＢＴ５３    トランス部
Ｓ００１    ステップ
Ｓ００２    ステップ
Ｓ００３    ステップ
Ｓ００４    ステップ
Ｓ００５    ステップ
Ｓ００６    ステップ
Ｓ００７    ステップ
Ｓ００８    ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016207493.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016207493.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2016207493.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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