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JP7731902B2 - 蓄電システム、車両、および電子機器 - Google Patents
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JP7731902B2 - 蓄電システム、車両、および電子機器 - Google Patents

蓄電システム、車両、および電子機器

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Description

本発明の一態様は、計測回路、制御システム、及び蓄電システムに関する。また、本発明の一態様は、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器に関する。また、本発明の一態様は、二次電池に関する。また、本発明の一態様は、半導体装置、及び半導体装置の動作方法に関する。
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技術分野は、物、または方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。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、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
蓄電装置（バッテリ、二次電池ともいう）は、小型の電子機器から自動車に至るまで幅広い分野で利用されるようになっている。電池の応用範囲が広がるにつれて、複数の電池セルを直列に接続したマルチセル構成のバッテリスタックを使ったアプリケーションが増えている。
蓄電装置は、過放電、過充電、過電流、または短絡といった充放電時の異常を把握するための回路を備えている。このように、電池の保護、及び制御を行う回路において、充放電時の異常を検知するため、電圧および電流等のデータを取得する。また、このような回路においては、観測されるデータに基づいて、充放電の停止およびセル・バランシングなどの制御を行う。
特許文献１は、電池保護回路として機能する保護ＩＣについて開示している。特許文献１では、内部に複数のコンパレータ（比較器）を設け、参照電圧と、電池が接続された端子の電圧と、を比較して充放電時の異常を検出する保護ＩＣについて開示している。
また特許文献２では、二次電池の微小短絡を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パックを開示している。
また特許文献３では、二次電池のセルが直列接続された組電池を保護する保護用半導体装置を開示している。また特許文献４では、二次電池の内部抵抗値を検出する装置を開示している。
また特許文献５には、電池の制御を行う半導体装置に用いられるパワーＭＯＳＦＥＴについて述べられている。
米国特許出願公開第２０１１－２６７７２６号明細書 特開２０１０－６６１６１号公報 特開２０１０－２２０３８９号公報 特開２００８－１７５５５６号公報 国際公開第２０１７／０９４１８５号
本発明の一態様は、新規な、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低い、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、集積度の高い、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することを課題の一とする。
また、本発明の一態様は、新規なシステム、計測回路、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することを課題の一とする。
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの課題から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、抵抗素子の他方の端子は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極および負極の一方と電気的に接続され、計測回路は、抵抗素子の電流を測定することにより、二次電池のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、抵抗素子の他方の端子は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極と電気的に接続され、計測回路は、抵抗素子の電流を測定することにより、二次電池のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、容量素子の他方の電極は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極および負極の一方と電気的に接続され、計測回路は、抵抗素子の電流を測定することにより、二次電池のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、容量素子の他方の電極は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極と電気的に接続され、計測回路は、抵抗素子の電流を測定することにより、二次電池のインピーダンスを測定する機能を有する蓄電システムである。
また上記構成において、インピーダンスの測定を、二次電池へ充電電流または放電電流を供給しながら行う機能を有することが好ましい。
また上記構成において、インダクタの他方の端子は、第１の回路に電気的に接続され、第１の回路は、二次電池の充電を制御する機能を有することが好ましい。
また上記構成において、二次電池の充電電流は、第１の回路からインダクタを介して二次電池へ与えられることが好ましい。
また上記構成において、計測回路は、二次電池に、交流成分を有する電圧を与える機能を有し、計測回路は、交流成分の周波数を掃引する機能を有し、周波数と、抵抗素子の電流値との相関に基づき、二次電池の状態を推定する機能を有することが好ましい。
また上記構成において、推定された状態に基づき、二次電池の充電条件の決定を行う機能を有することが好ましい。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、交流信号源と、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、抵抗素子の他方の端子は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極および負極の一方と電気的に接続され、交流信号源は、容量素子の他方の電極と、二次電池の正極および負極の他方と、に電気的に接続される蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、交流信号源と、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、抵抗素子の他方の端子は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極と電気的に接続され、交流信号源は、容量素子の他方の電極と、二次電池の負極と、に電気的に接続される蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、交流信号源と、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、容量素子の他方の電極は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極および負極の一方と電気的に接続され、交流信号源は、抵抗素子の他方の端子と、二次電池の正極および負極の他方と、に電気的に接続される蓄電システムである。
または、本発明の一態様は、二次電池と、計測回路と、を有し、計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、交流信号源と、を有し、抵抗素子の一方の端子は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、容量素子の他方の電極は、インダクタの一方の端子と電気的に接続され、インダクタの一方の端子は、二次電池の正極と電気的に接続され、交流信号源は、抵抗素子の他方の端子と、二次電池の負極と、に電気的に接続される蓄電システムである。
また上記構成において、交流信号源から出力される信号の周波数を掃引し、抵抗素子の電流値と、周波数との相関を取得する機能を有することが好ましい。
また上記構成において、抵抗素子の電流値と、周波数との相関に基づき、二次電池の状態を推定する機能を有し、推定された状態に基づき、二次電池の充電条件の決定を行う機能を有することが好ましい。
また上記構成において、抵抗素子の電流値の測定は、二次電池への充電電流または放電電流が供給されている状態において行われることが好ましい。
また、本発明の一態様の蓄電システムは、温度センサを有することが好ましい。
または、本発明の一態様は、上記のいずれか一に搭載の蓄電システムを有する車両である。
または、本発明の一態様は、上記のいずれか一に搭載の蓄電システムを有する電子機器である。
本発明の一態様により、新規な、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力の低い、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することができる。または、本発明の一態様により、集積度の高い、蓄電システム、二次電池の制御システム、二次電池の計測回路、等を提供することができる。
また、本発明の一態様により、新規なシステム、計測回路、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、半導体装置、車両、電子機器等を提供することができる。
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
図１Ａ乃至図１Ｄは、本発明の一態様の蓄電システムを示す回路図である。図１Ｅは二次電池の一例を示す回路図である。
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一態様の蓄電システムを示す回路図である。
図３Ａ乃至図３Ｃは、本発明の一態様の蓄電システムを示す回路図である。
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一態様の蓄電システムを示す回路図である。
図５Ａおよび図５Ｂは、ニューラルネットワークの構成例を示す図である。図５Ｃは、制御システムがスイッチ部を有する構成の一例を示す図である。図５Ｄは、スイッチ部の構成例を示す図である。図６は、正極活物質の結晶構造を説明する図である。
図７は、正極活物質の結晶構造を説明する図である。
図８Ａ及び図８Ｂは、二次電池の断面図の一例である。
図９Ａ及び図９Ｂは、二次電池の外観の一例を示す図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは二次電池の作製方法を説明する図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは二次電池の作製方法を説明する図である。
図１２Ａおよび図１２Ｂは二次電池の一例を示す図である。図１２Ｃおよび図１２Ｄは蓄電システムの一例を示す図である。
図１３Ａ乃至図１３Ｃは電池パックの一例を示す図である。
図１４は、二次電池の一例を示す断面図である。
図１５Ａは、二次電池の一例を示す図である。図１５Ｂ及び図１５Ｃは、積層体の作製方法の一例を示す図である。
図１６Ａ乃至図１６Ｃは、二次電池の作製方法の一例を示す図である。
図１７Ａ及び図１７Ｂは、積層体の一例を示す断面図である。図１７Ｃは、二次電池の一例を示す断面図である。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、二次電池の一例を示す図である。図１８Ｃは、捲回体の一例を示す図である。
図１９Ａは、二次電池の捲回体の一例を示す図である。図１９Ｂは、二次電池の構成の一例を示す図である。図１９Ｃは、二次電池の一例を示す図である。
図２０Ａは、電池パックの一例を示す斜視図である。図２０Ｂは、電池パックの一例を示すブロック図である。図２０Ｃは、モータを有する車両の一例を示すブロック図である。
図２１Ａ乃至図２１Ｅは、輸送用車両の一例を示す図である。
図２２Ａは、電動自転車を示す図であり、図２２Ｂは、電動自転車の二次電池を示す図であり、図２２Ｃは電動バイクを説明する図である。
図２３Ａ及び図２３Ｂは、蓄電装置の一例を示す図である。
図２４Ａ乃至図２４Ｅは、電子機器の一例を示す図である。
図２５Ａ乃至図２５Ｈは、電子機器の一例を説明する図である。
図２６Ａ乃至図２６Ｃは、電子機器の一例を説明する図である。
図２７は電子機器の一例を説明する図である。
図２８Ａ乃至図２８Ｃは、電子機器の一例を説明する図である。
図２９Ａ乃至図２９Ｃは、電子機器の一例を示す図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。従って、本発明は、以下の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。
なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、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、理解を容易とするために図に反映しないことがある。
また、上面図（「平面図」ともいう）および斜視図などにおいて、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。
また、本明細書等において「電極」および「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」および「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」および「配線」の用語は、複数の「電極」および複数の「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
また、本明細書等において「端子」は例えば、配線、あるいは配線に接続される電極を指す場合がある。また、本明細書等において「配線」の一部を「端子」と呼ぶ場合がある。
なお、本明細書等において「上」および「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合、または回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、直接接続している場合と、「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、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
また、本明細書などにおいて、「平行」とは、例えば、二つの直線が－１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、－５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」および「直交」とは、例えば、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
なお、本明細書などにおいて、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
また、本明細書において、レジストマスクを形成した後にエッチング処理を行う場合は、特段の説明がない限り、レジストマスクは、エッチング処理終了後に除去するものとする。
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位は互いに言い換えることが可能な場合が多い。
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「絶縁体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「絶縁体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「絶縁体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する。よって、「半導体」を「導電体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「導電体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「導電体」は、互いに読み換えることができる場合がある。
なお、本明細書等において、トランジスタの「オン状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡しているとみなせる状態（「導通状態」ともいう。）をいう。また、トランジスタの「オフ状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断しているとみなせる状態（「非導通状態」ともいう。）をいう。
また、本明細書等において、「オン電流」とは、トランジスタがオン状態の時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。また、「オフ電流」とは、トランジスタがオフ状態である時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。
また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
また、本明細書等において、ゲートとは、ゲート電極およびゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極または別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
また、本明細書等において、ソースとは、ソース領域、ソース電極、およびソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極または別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
また、本明細書等において、ドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極または別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の計測回路、制御システムおよび蓄電システムについて説明する。
図１Ａには、本発明の一態様の計測回路を用いた蓄電システムの一例を示す。
図１Ａに示す蓄電システム１００は、計測回路７５０と、計測回路７５０に電気的に接続される二次電池１２０と、を有する。また図１Ａにおいて、計測回路７５０は端子７７１および端子７７２に電気的に接続される。また図１Ａにおいて、二次電池１２０は電圧計７８２と電気的に接続される。電圧計７８２は、二次電池１２０と並列に接続され、二次電池１２０の電圧を測定する機能を有する。
二次電池１２０として様々な蓄電デバイスを用いることができる。例えば、二次電池１２０としてリチウムイオン二次電池を用いることができる。
また、二次電池１２０として、図１Ｅに示すように、複数の電池セル１２１を直列に接続した組電池を用いることができる。直列に接続された複数の電池セルをひとつの組電池として、組電池の両端に計測回路７５０を接続して、計測回路７５０により計測することができる。なお、直列に接続された複数の電池セル１２１のそれぞれの両端に計測回路７５０を接続して計測を行ってもよい。電池セル１２１として様々な蓄電デバイスを用いることができる。例えば、電池セル１２１としてリチウムイオン二次電池を用いることができる。
計測回路７５０は、二次電池１２０の状態を推定するためのパラメータを計測することができる。例えば計測回路７５０は、二次電池１２０の周波数特性を取得することができる。また例えば計測回路７５０は、二次電池１２０のインピーダンス測定を行うことができる。
計測回路７５０は、交流信号を二次電池１２０に与えて、交流信号の周波数と、二次電池１２０に流れる電流と、の関係を取得することが好ましい。また、計測回路７５０は、二次電池１２０に流れる電流において、特定の周波数範囲の成分を抽出して取得できることが好ましい。
計測回路７５０は、交流信号源、容量素子（キャパシタ）、抵抗素子、等を有する。図１Ａに示す計測回路７５０は、交流信号源７５１と、容量素子７５２と、抵抗素子７５３と、インダクタ７５４と、電圧計７８１と、を有する。図１Ａにおいて、二次電池１２０の負極は、端子７７２と、交流信号源７５１の一方の端子と、に電気的に接続される。交流信号源７５１の他方の端子は、容量素子７５２の一方の端子に電気的に接続される。容量素子７５２の他方の端子は、抵抗素子７５３の一方の端子に電気的に接続される。抵抗素子７５３の他方の端子は、二次電池１２０の正極と、インダクタ７５４の一方の端子と、に電気的に接続される。インダクタ７５４の他方の端子は、端子７７１に電気的に接続される。
計測回路７５０は、交流信号源７５１から出力される交流信号の周波数を変化させ、抵抗素子７５３に流れる電流の該周波数依存性を解析する機能を有する。抵抗素子７５３に流れる電流は例えば、抵抗素子７５３と並列に接続された電圧計７８１の電圧から求めることができる。
計測回路７５０は二次電池１２０に、交流成分を有する信号を与える機能を有する。例えば、計測回路７５０は、二次電池の電圧に微小振幅の交流電圧信号を重畳させる機能を有する。計測回路７５０は、交流信号源７５１から第１の交流電圧信号を出力することができる。計測回路７５０は、第１の交流電圧信号の周波数を変化させることにより、周波数の変化する微小振幅の交流電圧信号である第２の交流電圧信号を、二次電池の電圧に重畳させることができる。第２の交流電圧信号の周波数は例えば、第１の交流電圧信号の周波数に対応する。二次電池に重畳させる第２の交流信号は、０．０１Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数を有することが好ましい。例えば、０．０１Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下の範囲から２以上の周波数を選択し、選択されたそれぞれの周波数を有する交流信号を二次電池の電圧にそれぞれ重畳させた場合の抵抗素子７５３の電流を求めればよい。また、重畳させる交流信号の周波数のうち、少なくとも一は、０．０１Ｈｚ以上０．５Ｈｚ以下から選ばれることが好ましい。
抵抗素子７５３に流れる電流は、二次電池１２０の内部インピーダンスに対応して変化する。計測回路７５０は、抵抗素子７５３に流れる電流を測定することにより、二次電池１２０の内部インピーダンスを評価する機能を有する。
計測回路７５０が二次電池の電圧に重畳させる微小振幅の交流電圧信号の振幅は例えば、二次電池１２０の両端の電圧の０．０００２５倍以上０．０１２５倍以下であることが好ましい。また、二次電池１２０が一つのリチウムイオン二次電池である場合には、交流信号の振幅は例えば、１ｍＶ以上５０ｍＶ以下であることが好ましい。電池の種類および構造に依存するが、例えば１０ｍＶの交流電圧信号を入力すると、約１０μＡの交流電流が得られる。この電流値は測定可能であるため、好ましい。
端子７７１は、インダクタ７５４を介して二次電池１２０の正極に電気的に接続される。二次電池１２０がｎ個の電池セル１２１にて構成され、第１の電池セル１２１から順に直列に接続され、第１の電池セル１２１の負極が第２の電池セル１２１の正極に接続される場合は、端子７７１は、インダクタ７５４を介して、第１の電池セル１２１の正極に電気的に接続される。インダクタは、コイル、リアクタル、等と呼ばれる場合がある。
端子７７１は、二次電池からの出力が与えられる回路、電子機器、移動体、等に電気的に接続される。二次電池１２０の放電電流は、インダクタ７５４を介して端子７７１から出力される。二次電池の出力が与えられる対象物と、端子７７１との間に、後述する放電保護回路７０３、選択回路７０４、出力制御回路７０５および出力保護回路７０６の少なくとも一を設けることが好ましい。
また、二次電池への充電電流は、端子７７１からインダクタ７５４を介して二次電池に与えられる。
端子７７２は二次電池の負極に電気的に接続される。二次電池１２０がｎ個の電池セル１２１にて構成され、第１の電池セル１２１から順に直列に接続され、第１の電池セル１２１の負極が第２の電池セル１２１の正極に接続される場合は、端子７７２は、第ｎの電池セル１２１の負極に電気的に接続される。
図１Ａにおいてインダクタ７５４の一方の電極は端子７７１に、他方の電極は二次電池１２０の正極にそれぞれ電気的に接続されている。また端子７７２は二次電池１２０の負極に電気的に接続されている。インダクタ７５４の他方の電極と、端子７７２と、はそれぞれ、二次電池の正極と負極との間の電位が抵抗分割された電位に接続されてもよい。
容量素子７５２は、二次電池１２０から端子７７１へ供給される直流電流、および端子７７１から二次電池に与えられる直流電流が抵抗素子７５３に流れないように遮断する機能を有する。また、容量素子７５２は、交流電流を通過させる機能を有する。
計測回路７５０において、インダクタ７５４は周波数の高い信号を遮断し、周波数の低い信号を通過するローパスフィルターとして機能することができる。計測回路７５０がインダクタ７５４等を有することにより例えば、交流信号源７５１から出力される交流信号が端子７７１から出力されることを抑制することができる。
本発明の一態様の計測回路は、二次電池１２０から端子７７１へ供給される放電電流を妨げることなく、あるいは、放電電流への影響が極めて小さい状態として、二次電池１２０の状態の推定を行うためのパラメータを取得することができる。本発明の一態様の計測回路を用いることにより、二次電池１２０から端子７７１へ放電電流を供給しながら、二次電池１２０の状態の推定を行うためのパラメータを取得することができる。また本発明の一態様の計測回路は、端子７７１から二次電池１２０へ充電電流を供給しながら、二次電池１２０の状態の推定を行うためのパラメータを取得することができる。
二次電池１２０の状態の推定を行うためのパラメータとして、温度、電池電圧または充電状態（ＳＯＣ）、充電電流、放電電流、等が挙げられる。また、これらのパラメータを時刻と紐づけて取得することが好ましい。時刻と紐付けてこれらのパラメータを取得することにより、一定時刻前の値との比較を行い、二次電池１２０の状態の推定を行うことができる。推定の演算方法としては、例えば機械学習の各手法を使うことができる。機械学習には例えば、ニューラルネットワークを用いることができる。
本発明の一態様の計測回路は特に、交流信号に対する電流特性を取得することにより、二次電池の内部インピーダンスに対応する値を得ることができる。
電圧計７８１は、抵抗素子７５３の両端と電気的に接続され、抵抗素子７５３の電圧を測定する機能を有する。抵抗素子７５３の電圧を測定することにより、抵抗素子７５３に流れる電流を検知することができる。
二次電池１２０の両端には、交流信号源７５１から出力される交流信号と、容量素子７５２の両端の電位差に相当する電圧と、抵抗素子７５３の両端の電位差に相当する電圧と、で決定される電圧が印加される。また、二次電池１２０に流れる電流量は、抵抗素子７５３に流れる電流量と、インダクタ７５４に流れる電流量に対応する。
信号が有する交流成分をインダクタ７５４により制限することができる。例えば、交流信号源７５１から出力される交流信号等を、インダクタ７５４により制限することができる。よってインダクタ７５４を設けることにより、端子７７１に接続される回路等に交流信号、あるいは信号が有する交流成分が流れることを抑制することができる。端子７７１に接続される回路等として例えば、充電回路、負荷などが挙げられる。ここで負荷として例えば、本発明の一態様の蓄電システムの電力により駆動される電子機器、移動体、等が挙げられる。よって、本発明の一態様の計測器は、蓄電システムからの電力の駆動、および蓄電システムへの充電を行いながら、二次電池の診断を行うことができる。
容量素子７５２を抵抗素子７５３と直列に接続することにより、抵抗素子７５３に流れる電流のうち直流成分を制限することができる。よって、容量素子７５２を設けることにより、本発明の一態様の計測器は、二次電池１２０から出力される直流電流、および充電回路から入力される直流電流の影響を小さくすることができる。よって、本発明の一態様の計測器は、蓄電システムからの電力の駆動、および蓄電システムへの充電を行いながら、二次電池の診断を行うことができる。
すなわち本発明の一態様の計測器は、蓄電システムが動作した状態で、リアルタイムで計測を行うことができる、と表現することもできる。
図１Ｂに示す蓄電システム１００は、二つの二次電池１２０（以下、二次電池１２０（１）および二次電池１２０（２）と呼ぶ）と、２つの計測回路７５０と、２つの電圧計７８２と、を有する。二次電池１２０（１）と二次電池１２０（２）の間に設けられる計測回路７５０を計測回路７５０（１）と呼び、他方を計測回路７５０（２）と呼ぶ。
計測回路７５０（１）が有するインダクタ７５４の一方の端子は二次電池１２０（１）の正極に電気的に接続され、他方の端子は二次電池１２０（２）の正極に電気的に接続される。計測回路７５０（１）が有するインダクタ７５４により、計測回路７５０（１）が有する交流信号源７５１から出力される交流信号が、二次電池１２０（２）に流れることを抑制することができる。よって、計測回路７５０（１）は、二次電池１２０（２）からの影響を小さくした状態で、二次電池１２０（１）の診断を行うことができる。また、計測回路７５０（２）は、二次電池１２０（１）からの影響を小さくした状態で、二次電池１２０（２）の診断を行うことができる。
図１Ｂに示す蓄電システム１００において、計測回路７５０のインダクタを介して並列に接続された２つの二次電池１２０のそれぞれについて、計測回路７５０を用いて診断を行うことができる。
並列に接続される二次電池１２０の個数は２つに限定されず、図１Ｃに示すように、ｎ個の二次電池１２０を計測回路７５０を介して並列に接続し、それぞれの診断を行ってもよい。
また図１Ｄに示すように、二次電池１２０の電圧を測定する機能を有する電圧計７８２の個数を一とし、二次電池１２０の個数分、電圧計７８２を設けない構成としてもよい。
図２Ａに示すように、計測回路７５０において、電圧計７８２により測定される二次電池１２０の電圧は、容量素子７８６を介して測定されてもよい。図２Ａに示す構成においては、二次電池１２０の正極と負極との間に、容量素子７８６と、電圧計７８２と、が直列に接続されている。容量素子７８６の一方の端子は二次電池１２０の正極と電気的に接続され、他方は電圧計７８２と電気的に接続される。
また図２Ｂに示すように、交流信号源７５１と容量素子７５２との間に抵抗素子７５３を設けて交流信号源と容量素子の間の電流を検知してもよい。
なお、図２Ａにおいては、抵抗素子７５３は二次電池１２０の正極と、容量素子７５２との間に設けられる例を示したが、図３Ａに示すように、抵抗素子７５３の一方の端子を二次電池１２０の正極と電気的に接続させ、他方の端子をインダクタ７５４の一方の端子と電気的に接続させる構成としてもよい。このような構成とすることにより、抵抗素子７５３を用いて二次電池１２０の充電電流、および放電電流の測定を行うこともできる。一方、図１Ａ、図２Ａおよび図２Ｂに示す構成はそれぞれ、図３Ａに示す構成と比較して、二次電池の状態の診断の精度が、より向上する。
図３Ｂに示すように、インダクタ７５４に替えてスイッチ７５５を設ける構成としてもよい。図３Ｂではスイッチの一例としてトランジスタを設ける例を示す。図３Ｂに示す計測回路７５０において、交流信号源７５１、容量素子７５２、抵抗素子７５３および電圧計７８１により構成される部分を回路７５０ａとする。図３Ｂに示す計測回路７５０は、回路７５０ａと、スイッチ７５５と、を有する。
図３Ｃに示す蓄電システム１００は、図３Ｂに示す計測回路７５０をｎ個有し、ｎ個の二次電池１２０にそれぞれを接続する構成を有する。全ての計測回路７５０において、スイッチ７５５を同時にオフ状態とすると、蓄電システム１００からの電力の供給が停止してしまう。よって、少なくとも一の計測回路７５０において、スイッチ７５５をオン状態とすることが好ましい。また、図３Ｃに示すように、バイパスとなる配線を設けることにより、スイッチ７５５をオフ状態とする計測回路７５０に接続する二次電池１２０からでなく、バイパスを経由して他の計測回路７５０に接続する二次電池１２０から電力を供給することで、端子７７１と二次電池１２０の正極との間の電流経路の遮断を回避することができる。
なお、蓄電システム１００において、交流信号源７５１を設けない構成としてもよい。交流信号源７５１を設けない構成とする場合には、交流信号源に替えてスイッチ、あるいはスイッチを含む回路を用い、スイッチのオンとオフにより矩形波などのステップ関数を生成し、電流の時間変化を取得することにより、ステップ応答特性を評価することができる。交流信号源に替えてスイッチ、あるいはスイッチを含む回路を用いる場合には、二次電池の充電時には、スイッチをオフ状態とすることにより、二次電池の内部抵抗に起因する電圧降下が生じる。この電圧降下をステップ関数信号として用いた解析を行うことができる。また、信号源を用いてステップ関数信号を生成してもよい。ステップ関数として三角波、ノコギリ波、等を用いることができる。入力される電圧の波形と、出力される電流の波形を用いて、伝達関数を求めることができる。伝達関数は、複素数ｓの関数として求められる。複素数ｓとして、ｊωを代入することにより、交流の周波数特性が得られる。
二次電池の充電に用いる信号は、連続的な信号ではなく、間欠信号でもよい。例えば、充電にパルス信号を用いてもよい。また、連続な一定電流にパルス信号を合わせてもよい。充電にパルス信号を用いる場合には、インダクタ７５４を設けない構成とすればよい。
充電において、パルス信号を用い、二次電池に流れる電流を解析することにより、二次電池の内部インピーダンスを測定することができる。
図４Ａには、本発明の一態様の蓄電システムを示す。
図４Ａに示す蓄電システム１００は、制御システム７００と、二次電池１２０と、を有する。制御システム７００は、計測回路７５０を有する。制御システム７００は、二次電池１２０に電気的に接続される。なお、制御システム７００は複数の計測回路７５０を有してもよい。制御システム７００が有する複数の計測回路７５０のそれぞれは例えば、複数の二次電池１２０のそれぞれの状態を推定する機能を有する。図４Ｂには、蓄電システム１００において、複数の計測回路７５０のそれぞれが、複数の二次電池１２０のそれぞれに電気的に接続される例を示す。
制御システム７００は、入力端子７３１、出力端子７３２、入力保護回路７０１、充電保護回路７０２、放電保護回路７０３、選択回路７０４、出力制御回路７０５、出力保護回路７０６、電位調整回路７１１、電源生成回路７１２および制御回路７１３を有する。また制御システム７００は、充電制御回路７２１を有することが好ましい。
また、蓄電システム１００は温度センサを有することが好ましい。
図４Ａにおいて、計測回路７５０が有する端子７７１は、充電保護回路７０２、放電保護回路７０３、及び電源生成回路７１２と接続される。また図４Ｂにおいて、複数の計測回路７５０のそれぞれの端子７７１は、充電保護回路７０２、放電保護回路７０３、及び電源生成回路７１２と接続される。
入力端子７３１には、入力信号が与えられる。制御システム７００は入力端子を複数有してもよい。
入力端子７３１には例えば、直流信号および交流信号が与えられる。入力端子７３１に交流信号を与える場合には、与えられる交流信号を直流信号に変換する機能を有する回路を制御システム７００に設けることが好ましい。
入力保護回路７０１は、入力端子７３１に静電気、過電圧、または過電流等が与えられる場合に、制御システム７００の内部の回路が破壊されることを抑制する機能を有する。
出力保護回路７０６は、出力端子７３２から過電圧、または過電流等が制御システム７００の外部の回路または機器に出力されることを抑制する機能を有する。
入力保護回路７０１および出力保護回路７０６は、非線形素子を用いて構成されることが好ましい。
充電保護回路７０２は、二次電池１２０の過充電を検知する機能を有する。また充電保護回路７０２は二次電池１２０の充電過電流を検知する機能を有する。
放電保護回路７０３は、二次電池１２０の過放電を検知する機能を有する。また放電保護回路７０３は、二次電池１２０の放電過電流を検知する機能を有する。
過充電、過放電、充電過電流、および放電過電流の検知は、コンパレータを用いて行うことができる。またコンパレータとして、ヒステリシスコンパレータを用いてもよい。コンパレータの比較結果は例えば、制御回路７１３に与えられる。制御回路７１３は例えば、コンパレータの比較結果に基づき、二次電池１２０への充電電流の遮断、二次電池１２０からの放電電流の遮断、または二次電池１２０の充電条件の変更、等を行うための信号を生成する。制御回路７１３は例えば、コンパレータの比較結果に基づき、充電条件の変更を行うための信号を充電制御回路７２１に与えることができる。
充電制御回路７２１は、本発明の一態様の計測回路において計測された値に基づき、充電条件の変更を行う機能を有する。また、充電制御回路７２１は、充電の停止を行う機能を有してもよい。
充電制御回路７２１は例えば、計測回路７５０において診断される二次電池１２０の内部抵抗に応じて、充電終止電圧を変更する機能を有する。
内部インピーダンスを用いた診断の結果、二次電池１２０の劣化が小さいと判断される場合には例えば、充電制御回路７２１は充電終止電圧を高くする。充電終止電圧を高くすることにより、蓄電システム１００が供給する電力を高めることができる。充電終止電圧を高くするのに伴い、必要に応じて過充電検知電圧の変更を行う。
また、内部インピーダンスを用いた診断の結果に応じて例えば、放電終止電圧を低くすることができる。放電終止電圧を低くするのに伴い、必要に応じて過放電検知電圧の変更を行う。
また、内部抵抗を用いた診断の結果、内部抵抗が高く、二次電池１２０の劣化が示唆される場合には例えば、充電制御回路７２１は充電終止電圧を低くする。充電終止電圧を低くすることにより、蓄電システム１００の寿命を長くすることができる。あるいは、安全性を高めることができる。充電終止電圧を低くするのに伴い、過充電検知電圧を低くすることが好ましい。
本発明の一態様の計測回路は、簡単な回路構成により実現することができるため、簡便に二次電池の状態を取得することができる。また、本発明の一態様の計測回路は、二次電池を使用しながら、例えば充電または放電を行いながら二次電池の状態を取得することができる。本発明の一態様の計測回路を用いることにより、二次電池の監視を行いながら二次電池を使用することができるため、二次電池の劣化、あるいは異常の兆候をいち早く検出することができる。本発明の一態様の蓄電システムは、二次電池の劣化、あるいは異常の兆候を検出すると、二次電池の充電条件、または放電条件を変更することにより、二次電池の劣化を抑制し、二次電池の安全性を高めることができる。
制御システム７００は、電流遮断素子を有することが好ましい。電流遮断素子としてトランジスタを用いることができ、特に、パワーＭＯＳＦＥＴを好適に用いることができる。制御システム７００は電流遮断素子を用いて、二次電池１２０への充電電流の遮断、及び二次電池１２０からの放電電流の遮断を行うことが好ましい。
図５Ｃには、制御システム７００がスイッチ部７１４を有する構成の一例を示す。スイッチ部７１４としては、電流遮断素子を用いることができる。また、スイッチ部７１４は複数の電流遮断素子を組み合わせて構成することができる。電流遮断素子として、トランジスタを用いることができる。トランジスタとして、ｎチャネル型のトランジスタ及びｐチャネル型のトランジスタをそれぞれ、用いることができる。また、スイッチ部７１４は例えば、複数のトランジスタを組み合わせて構成してもよい。例えば、複数のｎチャネル型のトランジスタを組み合わせて構成することができる。また、複数のｐチャネル型のトランジスタを組み合わせて構成することができる。また、ｎチャネル型のトランジスタと、ｐチャネル型のトランジスタと、を組み合わせて構成することができる。
電流遮断素子として、単結晶シリコンを用いるＳｉトランジスタを用いることができる。また、電流遮断素子として、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＯｘ（酸化ガリウム；ｘは０より大きい実数）などを有するパワートランジスタを用いることができる。
スイッチ部７１４の構成例を図５Ｄに示す。図５Ｄに示すスイッチ部７１４はトランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を有する。トランジスタ１４０とトランジスタ１５０は直列に接続されている。トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０としてそれぞれ、パワートランジスタを用いることができる。また、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０はそれぞれ、寄生ダイオードを有する。トランジスタ１４０のゲートおよびトランジスタ１５０のゲートにはそれぞれ、制御回路７１３からの信号が与えられる。トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０において、寄生ダイオードの向きは互いに異なる。
電位調整回路７１１は、信号の電圧、増幅、および周波数等を変換する機能を有する。例えば、入力端子７３１から与えられる電源電位の降圧、あるいは昇圧を行うことができる。電位調整回路７１１には例えば、入力端子７３１から入力保護回路７０１を介して信号が与えられる。
例えば、電位調整回路７１１は、蓄電システム１００の外部からの電源が入力端子７３１に供給される場合には、与えられた電源の電圧を、放電保護回路７０３から選択回路７０４に与えられる電圧よりも高い電圧となるように調整する。選択回路７０４は、電位調整回路７１１からの信号と放電保護回路７０３からの信号のうち、電圧が高い方の信号を選択し、出力する。
入力端子７３１に電源が供給されない場合には、電位調整回路７１１から出力される信号は、放電保護回路７０３からの信号より低くなるように調整される。
選択回路７０４は、入力端子７３１から電位調整回路７１１を経由した信号と、二次電池１２０から放電保護回路７０３を経由した信号と、のいずれかを選択する機能を有する。
出力制御回路７０５は、選択回路７０４から出力制御回路７０５に与えられる信号を監視し、制御システム７００からの出力の遮断を行うことができる。例えば、信号の上限電圧、下限電圧、上限電流、下限電流、等を設け、信号の監視を行うことができる。また出力制御回路７０５は例えば、信号の電圧、増幅、および周波数等を変換する機能を有してもよい。
出力端子７３２から、蓄電システム１００の外部の回路、および外部の電子機器等へ、電力が与えられる。蓄電システム１００は、出力端子を複数有してもよい。
制御回路７１３は、蓄電システム１００が有する各回路に信号を与える機能を有する。また制御回路７１３は、計測回路７５０の計測データを受信する機能と、受信したデータの解析を行う機能と、受信したデータに基づき蓄電システム１００が有する各回路に信号を与える機能と、を有することが好ましい。
また制御回路７１３は、二次電池１２０が有する電池セルの電圧、電流、等の計測データを受信する機能と、受信したデータの解析を行う機能と、受信したデータに基づき蓄電システム１００が有する各回路に信号を与える機能と、を有することが好ましい。
制御回路７１３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、等を有することが好ましい。また、制御回路７１３は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を有してもよい。
電源生成回路７１２は、制御回路７１３に与える高電位信号、定電位信号、接地信号等を生成する機能を有する。また電源生成回路７１２は、クロック信号を生成する機能を有する。また電源生成回路７１２は、交流信号を生成する機能を有する。
電源生成回路７１２は、生成した交流信号を計測回路７５０に与える機能を有する。
あるいは、計測回路７５０に与える交流信号は、制御システム７００の外部の回路から入力端子７３１を介して計測回路７５０に与えてもよい。
また、制御システム７００は、記憶部を有することが好ましい。記憶部は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、等を有することができる。記憶部は不揮発性メモリを有することが好ましい。
制御システム７００の記憶部は、酸化物半導体を用いたトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を含むメモリ回路を有してもよい。
酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、金属酸化物として適用できるＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物は、ＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ－Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）であることが好ましい。また、金属酸化物として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。ＣＡＡＣ－ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ－ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。
なお、「ＣＡＣ－ＯＳ」は、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。ただし、第１の領域と第２の領域は、明確な境界が観察困難な場合がある。
例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ－ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ＣＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
また、高温環境下で使用可能であるため、制御システム７００は酸化物半導体を用いるトランジスタを用いることが好ましい。プロセスを簡略なものとするため、制御システム７００は単極性のトランジスタを用いて形成してもよい。半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタは、動作周囲温度が単結晶Ｓｉよりも広く－４０℃以上１５０℃以下であり、二次電池が加熱しても特性変化が単結晶に比べて小さい。酸化物半導体を用いるトランジスタのオフ電流は、１５０℃であっても温度によらず測定下限以下であるが、単結晶Ｓｉトランジスタのオフ電流特性は、温度依存性が大きい。例えば、１５０℃では、単結晶Ｓｉトランジスタはオフ電流が上昇し、電流オン／オフ比が十分に大きくならない。制御システム７００は、安全性を向上することができる。
また、ＯＳトランジスタを用いた記憶素子は、Ｓｉトランジスタを用いた回路上などに積層することで自由に配置可能であるため、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。即ち、制御システム７００において例えば、制御回路７１３等がＳｉトランジスタを用いた回路を有する場合には、該回路上にＯＳトランジスタを用いた記憶部を積層することができる。また、スイッチ部７１４上にＯＳトランジスタを用いた記憶部を積層し、集積化することで１チップとすることもできる。制御システム７００の占有体積を小さくすることができるため、小型化が可能となる。
記憶部は、二次電池の推定を行うためのパラメータを格納する機能を有する。蓄電システム１００は、記憶部に格納されたパラメータを用いて二次電池１２０の状態の推定を行う機能を有する。
蓄電システム１００は、記憶部に格納されたパラメータと、計測回路７５０において計測されたデータと、を比較し、二次電池の充電条件または放電条件を決定する機能を有する。
記憶部に格納されるパラメータとして、二次電池の環境温度、二次電池の充電電圧、二次電池の放電電圧、二次電池の電流の周波数依存性、等が挙げられる。
また、制御システム７００はニューラルネットワークを有してもよい。ニューラルネットワークは、記憶部に格納されるパラメータを用いて、二次電池の状態の推定を行うことができる。また、記憶部には、ニューラルネットワークの重み係数が格納されてもよい。
図５Ａには、本発明の一態様のニューラルネットワークの一例を示す。図５Ａに示すニューラルネットワークＮＮは、入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、及び隠れ層（中間層）ＨＬを有する。ニューラルネットワークＮＮは、隠れ層ＨＬを複数有するニューラルネットワーク、すなわち、ディープニューラルネットワークによって構成することができる。なお、ディープニューラルネットワークにおける学習を、ディープラーニングと呼ぶことがある。出力層ＯＬ、入力層ＩＬ、隠れ層ＨＬはそれぞれ複数のニューロン回路を有し、異なる層に設けられたニューロン回路同士は、シナプス回路を介して接続されている。
ニューラルネットワークＮＮには、蓄電池の動作を解析する機能が、学習によって付加されている。そして、ニューラルネットワークＮＮに測定された蓄電池のパラメータが入力されると、各層において演算処理が行われる。各層における演算処理は、前層が有するニューロン回路の出力と重み係数との積和演算などにより実行される。
なお、層と層との結合は、全てのニューロン回路同士が結合する全結合としてもよいし、一部のニューロン回路同士が結合する部分結合としてもよい。例えば、隣接層間において、特定のユニットのみが結合を持ち、畳み込み層とプーリング層を有する、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）を用いてもよい。ＣＮＮは例えば、画像処理に用いられる。畳み込み層では例えば、画像データとフィルタとの積和演算が行われる。プーリング層は畳み込み層の直後に配置することが好ましい。
図５Ｂに、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロンＮと、ニューロンＮに信号を出力する前層の２つのニューロンを示している。ニューロンＮには、前層のニューロンの出力ｘ１と、前層のニューロンの出力ｘ２が入力される。そして、ニューロンＮにおいて、出力ｘ１と重みｗ１の乗算結果（ｘ１ｗ１）と出力ｘ２と重みｗ２の乗算結果（ｘ２ｗ２）の総和ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２が計算された後、必要に応じてバイアスｂが加算され、値ａ＝ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋ｂが得られる。そして、値ａは活性化関数ｈによって変換され、ニューロンＮから出力信号ｙ＝ｈ（ａ）が出力される。
このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる（上記のｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２）。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。積和演算回路にアナログ回路を用いる場合、積和演算回路の回路規模の縮小、又は、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上及び消費電力の低減を図ることができる。
積和演算回路は、チャネル形成領域にシリコン（単結晶シリコンなど）を含むトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタともいう）によって構成してもよいし、チャネル形成領域に酸化物半導体を含むトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタともいう）によって構成してもよい。特に、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。
ニューラルネットワークの入力層には例えば、計測回路７５０において計測される抵抗素子７５３の電流値と、二次電池の電圧と、が与えられる。また、入力層には、温度センサにより取得される温度が与えられてもよい。また、入力層には例えば、交流信号源の周波数が入力される。
また、ニューラルネットワークの入力層には、充電状態（ＳＯＣ）、充電電流、放電電流、等が与えられてもよい。あるいは、ニューラルネットワークは、入力層に与えられるデータを用いて、充電状態（ＳＯＣ）を推定し、出力層からＳＯＣに対応するデータを出力してもよい。
ニューラルネットワークは例えばあらかじめ、二次電池の劣化に関するデータを学習する。ニューラルネットワークは、二次電池の推定を行い、例えば二次電池の劣化に関する情報を出力層から出力する。ニューラルネットワークの出力層から例えば、二次電池のＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ：健全度とも呼ぶ）が出力されてもよい。
ニューラルネットワークの入力層に、本発明の一態様の蓄電システムにより取得された、二次電池に関する一定時刻前のパラメータと、現在のパラメータと、を入力してもよい。
ニューラルネットワークはあらかじめ、時間の経過に伴う二次電池のパラメータを学習していてもよい。このようなパラメータを学習することにより、時間の経過に伴う煩雑なデータを入力することなく、ある一つの時刻、あるいは、ある時刻及びその近傍辺のデータをニューラルネットワークに与えるのみで、その先の時刻における、蓄電池のパラメータの時間の経過に伴う変化を推測することができる場合がある。
また、ニューラルネットワークを用いて、二次電池の充電条件または放電条件を決定してもよい。例えば、ニューラルネットワークの入力層に、本発明の一態様の蓄電システムにより取得された二次電池に関するパラメータ、例えば、抵抗素子７５３の抵抗値と、温度センサの温度と、を与えることにより、ニューラルネットワークが二次電池の状態および環境に基づき、二次電池のエネルギー密度を高め、かつ、二次電池の安全性を確保する、好適な充電条件または放電条件を出力することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、図８Ａを用いて本発明の一態様の二次電池に適用可能な構成の一例として、リチウムイオン二次電池について説明する。二次電池は、外装体（図示せず）、正極５０３、負極５０６、セパレータ５０７、および、リチウム塩などを溶解させた電解質５０８を有する。セパレータ５０７は、正極５０３と負極５０６との間に設けられる。
正極５０３は、正極活物質を有する。また、正極５０３は正極集電体５０１上に設けられる正極活物質層５０２を有する。正極活物質層５０２は例えば、正極活物質と、導電剤と、バインダと、を有する。
負極５０６は、負極活物質を有する。また、負極５０６は負極集電体５０４上に設けられる負極活物質層５０５を有する。負極活物質層５０５は例えば、負極活物質と、導電剤と、バインダと、を有する。
正極集電体５０１または負極集電体５０４として、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５０１または負極集電体５０４には、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５０１または負極集電体５０４には、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。
なお、負極集電体５０４には、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好ましい。
導電剤として、グラフェン、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、フラーレン、等の炭素系材料を用いることができる。カーボンブラックとして例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等を用いることができる。黒鉛として例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、等を用いることができる。これらの炭素系材料は導電性が高く、活物質層において、導電剤として機能することができる。なお、これらの炭素系材料は、活物質として機能してもよい。
本明細書等においてグラフェンとは例えば、グラフェン、多層グラフェン、マルチグラフェン、酸化グラフェン、多層酸化グラフェン、マルチ酸化グラフェン、還元された酸化グラフェン、還元された多層酸化グラフェン、還元されたマルチ酸化グラフェン、グラフェン量子ドット等を含む場合がある。グラフェンとは、炭素を有し、平板状、シート状等の形状を有し、炭素６員環で形成された二次元的構造を有するものをいう。該炭素６員環で形成された二次元的構造は炭素シートといってもよい。グラフェンは官能基を有してもよい。またグラフェンは屈曲した形状を有することが好ましい。またグラフェンは丸まってカーボンナノファイバーのようになっていてもよい。
炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、等を用いることができる。カーボンナノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。
また活物質層は導電剤として銅、ニッケル、アルミニウム、銀、および金などの金属粉末、金属繊維、ならびに導電性セラミックス材料等から選ばれる一以上を有してもよい。
バインダとして、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル（ポリメチルメタクリレート、ＰＭＭＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、エチレンプロピレンジエンポリマー、ポリ酢酸ビニル、ニトロセルロース等の材料を用いることが好ましい。
ポリイミドは熱的、機械的、化学的に非常に優れた安定な性質を有する。また、バインダとしてポリイミドを用いる場合には、脱水反応および環化（イミド化）反応を行う。これらの反応は例えば、加熱処理により行うことができる。本発明の一態様の電極において、グラフェンとして酸素を含む官能基を有するグラフェン、バインダとしてポリイミドを用いる場合には、該加熱処理により、グラフェンの還元も行うことができ、工程の簡略化が可能となる。また耐熱性に優れることから、例えば２００℃以上の加熱温度にて加熱処理を行うことができる。２００℃以上の加熱温度にて加熱処理を行うことにより、グラフェンの還元反応を充分に行うことができ、電極の導電性を、より高めることができる。
フッ素を有する高分子材料であるフッ素ポリマー、具体的にはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを用いることができる。ＰＶＤＦは融点を１３４℃以上１６９℃以下の範囲に有する樹脂であり、熱安定性に優れた材料である。
またバインダとして、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン－イソプレン－スチレンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。またバインダとして、フッ素ゴムを用いることができる。
また、バインダとしては、例えば水溶性の高分子を用いることが好ましい。水溶性の高分子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、および再生セルロースなどのセルロース誘導体、ならびに澱粉などから選ばれる一以上を用いることができる。また、これらの水溶性の高分子を、前述のゴム材料と併用して用いると、さらに好ましい。
バインダは上記のうち複数を組み合わせて使用してもよい。
＜負極活物質＞
負極活物質として、二次電池のキャリアイオンとの反応が可能な材料、キャリアイオンの挿入および脱離が可能な材料、キャリアイオンとなる金属との合金化反応が可能な材料、キャリアイオンとなる金属の溶解および析出が可能な材料、等を用いることが好ましい。
負極活物質として、シリコンを用いることができる。
また、負極活物質として、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウムから選ばれる一以上の元素を有する金属、または化合物を用いることができる。このような元素を用いた合金系化合物としては、例えば、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｇｅ、Ｍｇ２Ｓｎ、ＳｎＳ２、Ｖ２Ｓｎ３、ＦｅＳｎ２、ＣｏＳｎ２、Ｎｉ３Ｓｎ２、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ３Ｓｂ、Ｎｉ２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ３、ＬａＳｎ３、Ｌａ３Ｃｏ２Ｓｎ７、ＣｏＳｂ３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等が挙げられる。
また、シリコンに不純物元素としてリン、ヒ素、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等を添加し、低抵抗化した材料を用いてもよい。また、リチウムをプリドープしたシリコン材料を用いても良い。プリドープの方法としてはフッ化リチウム、炭酸リチウム等とシリコンを混合してアニールする、リチウム金属とシリコンとのメカニカルアロイ、等の方法がある。また、電極として形成した後にリチウム金属等の電極と組み合わせて充放電反応によりリチウムをドープし、その後、ドープされた電極を用いて対極となる電極（例えば、プリドープされた負極に対して、正極）を組み合わせて二次電池を作製してもよい。
負極活物質として例えば、シリコンナノ粒子を用いることができる。シリコンナノ粒子の平均径は例えば、好ましくは５ｎｍ以上１μｍ未満、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
シリコンナノ粒子は結晶性を有してもよい。また、シリコンナノ粒子が、結晶性を有する領域と、非晶質の領域と、を有してもよい。
シリコンを有する材料として例えば、ＳｉＯｘ（ｘは好ましくは２より小さく、より好ましくは０．５以上１．６以下）で表される材料を用いることができる。
シリコンを有する材料として例えば、一つの粒子内に複数の結晶粒を有する形態を用いることができる。例えば、一つの粒子内に、シリコンの結晶粒を一または複数有する形態を用いることができる。また、該一つの粒子は、シリコンの結晶粒の周囲に酸化シリコンを有してもよい。また、該酸化シリコンは非晶質であってもよい。シリコンの２次粒子にグラフェンをまとわりつかせた粒子であってもよい。
また、シリコンを有する化合物として例えば、Ｌｉ２ＳｉＯ３およびＬｉ４ＳｉＯ４を用いることができる。Ｌｉ２ＳｉＯ３およびＬｉ４ＳｉＯ４はそれぞれ結晶性を有してもよく、非晶質であってもよい。
シリコンを有する化合物の分析は、ＮＭＲ、ＸＲＤ、ラマン分光、ＳＥＭ、ＴＥＭ、ＥＤＸ等を用いて行うことができる。
また負極活物質として例えば、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、カーボンナノチューブ、カーボンブラックおよびグラフェンなどの炭素系材料を用いることができる。
また、負極活物質として例えば、チタン、ニオブ、タングステンおよびモリブデンから選ばれる一以上の元素を有する酸化物を用いることができる。
負極活物質として上記に示す金属、材料、化合物、等を複数組み合わせて用いることができる。
負極活物質として例えば、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。
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＝Ｃｏ、Ｎｉ、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）を示し好ましい。
リチウムと遷移金属の複窒化物を負極材料として用いると、正極材料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好ましい。なお、正極材料にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あらかじめ正極材料に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極材料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。
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。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極材料として用いてもよい。
また、活物質粒子は、充放電で体積変化が生じる場合があるが、電極内において、複数の活物質粒子の間にフッ素を有する電解質を配置させることで充放電時に体積変化が生じても滑りやすく、クラックを抑制するため、サイクル特性が飛躍的に向上するという効果がある。電極を構成する複数の活物質の間にはフッ素を有する有機化合物が存在していることが重要である。
＜正極活物質＞
正極活物質として例えばオリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等がある。例えば、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２等の化合物があげられる。
また、正極活物質として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、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２またはＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（０＜ｘ＜１）（Ｍ＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合すると好ましい。該構成とすることによって、二次電池の特性を向上させることができる。
また、正極活物質として、組成式ＬｉａＭｎｂＭｃＯｄで表すことができるリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。ここで、元素Ｍは、リチウム、マンガン以外から選ばれた金属元素、またはシリコン、リンを用いることが好ましく、ニッケルであることがさらに好ましい。また、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体を測定する場合、放電時に０＜ａ／（ｂ＋ｃ）＜２、かつｃ＞０、かつ０．２６≦（ｂ＋ｃ）／ｄ＜０．５を満たすことが好ましい。なお、リチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の金属、シリコン、リン等の組成は、例えばＩＣＰ－ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）を用いて測定することができる。またリチウムマンガン複合酸化物の粒子全体の酸素の組成は、例えばＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）を用いて測定することが可能である。また、ＩＣＰＭＳ分析と併用して、融解ガス分析、ＸＡＦＳ（Ｘ線吸収微細構造）分析の価数評価を用いることで求めることができる。なお、リチウムマンガン複合酸化物とは、少なくともリチウムとマンガンとを含む酸化物をいい、クロム、コバルト、アルミニウム、ニッケル、鉄、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、インジウム、ガリウム、銅、チタン、ニオブ、シリコン、およびリンなどからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。
また、正極活物質として、上記に挙げた正極活物質を複数有する粒子を用いてもよい。例えば、第１の材料として上記に挙げた正極活物質の一を用い、第２の材料として上記に挙げた正極活物質の他の一を用い、第１の材料の少なくとも一部を、第２の材料が覆う構造を有する粒子、としてもよい。このような、第１の材料の少なくとも一部を第２の材料が覆う構造を有する粒子を、正極活物質複合体と呼ぶ場合がある。複合化処理としては、例えば、メカノケミカル法、メカノフュージョン法、及びボールミル法などの機械的エネルギーによる複合化処理、共沈法、水熱法、及びゾル－ゲル法などの液相反応による複合化処理、ならびに、バレルスパッタ法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、及びＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの気相反応による複合化処理、のいずれか一以上の複合化処理をおこなうことができる。また、複合化処理の後に、加熱処理を行うことが好ましい。なお、複合化処理とは、表面コーティング処理、又はコーティング処理、と呼ばれる場合もある。
＜正極活物質の構造＞
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などの層状岩塩型の結晶構造を有する材料は、放電容量が高く、二次電池の正極活物質として優れることが知られている。層状岩塩型の結晶構造を有する材料として例えば、ＬｉＭＯ２で表される複合酸化物が挙げられる。金属Ｍは金属Ｍｅ１を含む。金属Ｍｅ１は、コバルトを含む１種以上の金属である。また、金属Ｍは金属Ｍｅ１に加えてさらに、金属Ｘを含むことができる。金属Ｘは、マグネシウム、カルシウム、ジルコニウム、ランタン、バリウム、銅、カリウム、ナトリウム、亜鉛から選ばれる一以上の金属である。
遷移金属化合物におけるヤーン・テラー効果は、遷移金属のｄ軌道の電子の数により、その効果の強さが異なることが知られている。
ニッケルを有する化合物においては、ヤーン・テラー効果により歪みが生じやすい場合がある。よって、ＬｉＮｉＯ２において高電圧における充放電を行った場合、歪みに起因する結晶構造の崩れが生じる懸念がある。ＬｉＣｏＯ２においてはヤーン・テラー効果の影響が小さいことが示唆され、高電圧における充放電の耐性がより優れる場合があり好ましい。
ここで、ＬｉＭＯ２で表されるリチウム複合酸化物の組成はＬｉ：Ｍ：Ｏ＝１：１：２には限定されない。またＬｉＭＯ２で表されるリチウム複合酸化物として、コバルト酸リチウム、ニッケル－コバルト－マンガン酸リチウム、ニッケル－コバルト－アルミニウム酸リチウム、およびニッケル－コバルト－マンガン－アルミニウム酸リチウム、等が挙げられる。
元素Ｍとしてコバルトを７５原子％以上、好ましくは９０原子％以上、さらに好ましくは９５原子％以上用いると、合成が比較的容易で取り扱いやすく、優れたサイクル特性を有するなど利点が多い。
一方、元素Ｍとしてニッケルを３３原子％以上、好ましくは６０原子％以上、さらに好ましくは８０原子％以上用いると、コバルトが多い場合と比較して原料が安価になる場合があり、また重量あたりの充放電容量が増加する場合があり好ましい。
また、元素Ｍとしてニッケルを３３原子％以上、好ましくは６０原子％以上、さらに好ましくは８０原子％以上用いると、粒子径が小さくなる場合がある。よって例えば、上述の第３の粒子は、元素Ｍとしてニッケルを３３原子％以上、好ましくは６０原子％以上、さらに好ましくは８０原子％以上有することが好ましい。
さらに元素Ｍとしてコバルトと共に一部ニッケルを有すると、コバルトと酸素の八面体からなる層状構造のずれを抑制する場合がある。そのため特に高温での充電状態において結晶構造がより安定になる場合があり好ましい。これは、ニッケルがコバルト酸リチウム中の内部まで拡散しやすく、また放電時はコバルトサイトに存在しつつも充電時はカチオンミキシングしてリチウムサイトに位置しうる考えられるためである。充電時にリチウムサイトに存在するニッケルは、コバルトと酸素の八面体からなる層状構造を支える柱として機能し、結晶構造の安定化に寄与すると考えられる。
なお元素Ｍとして、必ずしもマンガンを含まなくてもよい。また必ずしもニッケルを含まなくてもよい。また必ずしもコバルトを含まなくてもよい。
充電時には粒子の表面からリチウムが抜けていくので、粒子の表層部は内部よりもリチウム濃度が低くなりやすく、結晶構造が崩れやすい。
本発明の一態様の粒子は、リチウムと、元素Ｍと、酸素と、を有する。また、本発明の一態様の粒子は、ＬｉＭＯ２で表されるリチウム複合酸化物（Ｍはコバルトを含む一以上の金属）を含む。また、本発明の一態様の粒子は、表層部にマグネシウム、フッ素、アルミニウム、ニッケルから選ばれる一以上を有する。本発明の一態様の粒子が表層部にこれらの元素の一以上を有することにより、粒子の表層部において、充放電に伴う構造変化を小さくし、クラックの生成を抑制することができる。また、粒子の表層部における不可逆的な構造変化を抑制することができ、充放電の繰り返しに伴う容量低下を抑制することができる。また、表層部におけるこれらの元素の濃度は、粒子全体におけるこれらの元素の濃度よりも高いことが好ましい。また、本発明の一態様の粒子は、表層部において例えば、該リチウム複合酸化物において、原子の一部がマグネシウム、フッ素、アルミニウム、ニッケルから選ばれる一以上に置換された構造を有する場合がある。
図６および図７を用いて、正極活物質について説明する。
図６に示す正極活物質は、高電圧の充放電の繰り返しにおいて、ＣｏＯ２層のずれを小さくすることができる。さらに、体積の変化を小さくすることができる。よって、図６に示す正極活物質は、優れたサイクル特性を実現することができる。また、高電圧の充電状態において安定な結晶構造を取り得る。よって、高電圧の充電状態を保持した場合において、ショートが生じづらい場合がある。そのような場合には安全性がより向上するため、好ましい。
図６に示す正極活物質では、十分に放電された状態と、高電圧で充電された状態における、結晶構造の変化および同数の遷移金属原子あたりで比較した場合の体積の差が小さい。
図６に示す正極活物質は、層状岩塩型構造で表すことができる。図６には、正極活物質の一態様の充放電前後の結晶構造の一例を示す。また、正極活物質の一態様において、その表層部は、以下の図６等に説明する層状岩塩型構造で表される領域に加えて、あるいは替えて、チタン、マグネシウムおよび酸素を有し、層状岩塩型構造と異なる構造で表される結晶を有してもよい。例えば、チタン、マグネシウムおよび酸素を有し、スピネル構造で表される結晶を有してもよい。
図６の充電深度０（放電状態）の結晶構造は、図７と同じＲ－３ｍ（Ｏ３）である。一方、図６に示す正極活物質は、十分に充電された充電深度の場合、Ｈ１－３型結晶構造とは異なる構造の結晶を有する。本構造は、空間群Ｒ－３ｍに帰属される結晶構造を有し、ＣｏＯ２層の対称性がＯ３型と同じである。よって、本構造を本明細書等ではＯ３’型結晶構造と呼ぶ。なお、図６に示されているＯ３’型結晶構造の図では、いずれのリチウムサイトにも約２０％の確率でリチウムが存在しうるとしているが、これに限らない。特定の一部のリチウムサイトにのみ存在していてもよい。また、Ｏ３型結晶構造およびＯ３’型結晶構造のいずれの場合も、ＣｏＯ２層の間、つまりリチウムサイトに、希薄にマグネシウムが存在することが好ましい。また、酸素サイトに、ランダムかつ希薄に、フッ素等のハロゲンが存在してもよい。
なお、Ｏ３’型結晶構造は、コバルト、マグネシウム等のイオンが６配位位置を占める。なおリチウムなどの軽元素は酸素４配位位置を占める場合がありうる。
またＯ３’型結晶構造は、層間にランダムにＬｉを有するもののＣｄＣｌ２型の結晶構造に類似する結晶構造であるということもできる。このＣｄＣｌ２型に類似した結晶構造は、ニッケル酸リチウムを充電深度０．９４まで充電したとき（Ｌｉ０．０６ＮｉＯ２）の結晶構造と近いが、純粋なコバルト酸リチウム、またはコバルトを多く含む層状岩塩型の正極活物質では通常ＣｄＣｌ２型の結晶構造を取らないことが知られている。
層状岩塩型結晶、および岩塩型結晶の陰イオンは立方最密充填構造（面心立方格子構造）をとる。Ｏ３’型結晶も、陰イオンは立方最密充填構造をとると推定される。これらが接するとき、陰イオンにより構成される立方最密充填構造の向きが揃う結晶面が存在する。ただし、層状岩塩型結晶およびＯ３’型結晶の空間群はＲ－３ｍであり、岩塩型結晶の空間群Ｆｍ－３ｍ（一般的な岩塩型結晶の空間群）とは異なるため、上記の条件を満たす結晶面のミラー指数は層状岩塩型結晶およびＯ３’型結晶と、岩塩型結晶では異なる。本明細書では、層状岩塩型結晶、Ｏ３’型結晶、および岩塩型結晶において、陰イオンにより構成される立方最密充填構造の向きが揃うとき、結晶の配向が概略一致する、と言う場合がある。
図６に示す正極活物質では、放電状態のＲ－３ｍ（Ｏ３）と、Ｏ３’型結晶構造とでは、結晶構造の変化が、図７に示す正極活物質と比較して、より抑制されている。例えば、図６中に点線で示すように、放電状態のＲ－３ｍ（Ｏ３）と、Ｏ３’型結晶構造とではＣｏＯ２層のずれがほとんどない。
より詳細に説明すれば、図６に示す正極活物質は、充電電圧が高い場合にも構造の安定性が高い。例えば、図７に示す正極活物質おいてはＨ１－３型結晶構造となる充電電圧、例えばリチウム金属の電位を基準として４．６Ｖ程度の電圧においても、図６に示す正極活物質は、Ｒ－３ｍ（Ｏ３）の結晶構造を保持できる。さらに高い充電電圧、例えばリチウム金属の電位を基準として４．６５Ｖ乃至４．７Ｖ程度の電圧においてもＯ３’型結晶構造を取り得る領域が存在する。さらに充電電圧を４．７Ｖより高めるとようやく、Ｈ１－３型結晶が観測される場合がある。また、充電電圧がより低い場合（例えば充電電圧がリチウム金属の電位を規準として４．５Ｖ以上４．６Ｖ未満）でも、図６に示す正極活物質はＯ３’型結晶構造を取り得る場合がある。なお、二次電池において例えば負極活物質として黒鉛を用いる場合には、上記よりも黒鉛の電位の分だけ二次電池の電圧が低下する。黒鉛の電位はリチウム金属の電位を規準として０．０５Ｖ乃至０．２Ｖ程度である。そのため例えば負極活物質に黒鉛を用いた二次電池の電圧が４．３Ｖ以上４．５Ｖ以下においても図６に示す正極活物質はＲ－３ｍ（Ｏ３）の結晶構造を保持でき、さらに充電電圧を高めた領域、例えば二次電池の電圧が４．５Ｖを超えて４．６Ｖ以下においてもＯ３’型結晶構造を取り得る領域が存在する。さらには、充電電圧がより低い場合、例えば二次電池の電圧が４．２Ｖ以上４．３Ｖ未満でも、本発明の一態様の正極活物質はＯ３’型結晶構造を取り得る場合がある。
そのため、図６に示す正極活物質においては、高電圧で充放電を繰り返しても結晶構造が崩れにくい。
また図６に示す正極活物質では、放電状態のＲ－３ｍ（Ｏ３）と、Ｏ３’型結晶構造の同数のコバルト原子あたりの体積の差は２．５％以下、より詳細には２．２％以下、代表的には１．８％である。
なおＯ３’型結晶構造は、ユニットセルにおけるコバルトと酸素の座標を、Ｃｏ（０，０，０．５）、Ｏ（０，０，ｘ）、０．２０≦ｘ≦０．２５の範囲内で示すことができる。またユニットセルの格子定数は、ａ軸は０．２７９７≦ａ≦０．２８３７（ｎｍ）が好ましく、０．２８０７≦ａ≦０．２８２７（ｎｍ）がより好ましく、代表的にはａ＝０．２８１７（ｎｍ）である。ｃ軸は１．３６８１≦ｃ≦１．３８８１（ｎｍ）が好ましく、１．３７５１≦ｃ≦１．３８１１（ｎｍ）がより好ましく、代表的にはｃ＝１．３７８１（ｎｍ）である。
ＣｏＯ２層間、つまりリチウムサイトにランダムかつ希薄に存在するマグネシウムは、高電圧で充電した時に、ＣｏＯ２層のずれを抑制する効果がある。そのためＣｏＯ２層間にマグネシウムが存在すると、Ｏ３’型結晶構造になりやすい。
しかしながら、加熱処理の温度が高すぎると、カチオンミキシングが生じてマグネシウムがコバルトサイトに入る可能性が高まる。コバルトサイトに存在するマグネシウムは、ＬｉｘＣｏＯ２中のｘが小さいときＲ－３ｍの構造を保つ効果が小さい場合がある。さらに、加熱処理の温度が高すぎると、コバルトが還元されて２価になってしまう、リチウムが蒸散するなどの悪影響も懸念される。
そこで、マグネシウムを粒子全体に分布させるための加熱処理よりも前に、コバルト酸リチウムにフッ素化合物等のハロゲン化合物を加えておくことが好ましい。ハロゲン化合物を加えることでコバルト酸リチウムの融点降下が起こる。融点降下させることで、カチオンミキシングが生じにくい温度で、マグネシウムを粒子全体に分布させることが容易となる。さらにフッ素化合物が存在すれば、電解質が分解して生じたフッ酸に対する耐食性が向上することが期待できる。
なお、マグネシウム濃度を所望の値以上に高くすると、結晶構造の安定化への効果が小さくなってしまう場合がある。マグネシウムが、リチウムサイトに加えて、コバルトサイトにも入るようになるためと考えられる。本発明の一態様によって作製された正極活物質が有するマグネシウムの原子数は、コバルトの原子数の０．００１倍以上０．１倍以下が好ましく、０．０１倍より大きく０．０４倍未満がより好ましく、０．０２倍程度がさらに好ましい。ここで示すマグネシウムの濃度は例えば、ＩＣＰ－ＭＳ等を用いて正極活物質の粒子全体の元素分析を行った値であってもよいし、正極活物質の作製の過程における原料の配合の値に基づいてもよい。
正極活物質が有するニッケルの原子数は、コバルトの原子数の７．５％以下が好ましく、０．０５％以上４％以下が好ましく、０．１％以上２％以下がより好ましい。ここで示すニッケルの濃度は例えば、ＩＣＰ－ＭＳ等を用いて正極活物質の粒子全体の元素分析を行った値であってもよいし、正極活物質の作製の過程における原料の配合の値に基づいてもよい。
図６に示す正極活物質は、極めて高い充電電圧においても、結晶構造の崩れを抑制することができるため、極めて高い充電終止電圧において繰り返して充電を行うことができる。充電終止電圧を高めることにより、二次電池のエネルギー密度を高めることができ、二次電池が有するエネルギーを有効に引き出すことができる。このように高い充電終止電圧で二次電池を用いる場合においても、本発明の一態様の蓄電システムでは、簡便に二次電池の状態の推定を行うことができ、推定された状態に合わせて二次電池の制御を行うことができるため、蓄電システムを安全に動作させることができる。本発明の一態様の正極活物質を、本発明の一態様の蓄電システムに搭載することにより、広い充放電電圧の範囲で二次電池を安定に動作させることができる。
＜粒径＞
正極活物質の粒径は、大きすぎるとリチウムの拡散が難しくなる、集電体に塗工したときに活物質層の表面が粗くなりすぎる、等の問題がある。一方、小さすぎると、集電体への塗工時に活物質層を担持しにくくなる、電解質との反応が過剰に進む等の問題点も生じる。そのため、平均粒子径（Ｄ５０：メディアン径ともいう。）が、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２μｍ以上４０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下がさらに好ましい。
＜分析方法＞
ある正極活物質が、高電圧で充電されたときＯ３’型結晶構造を示す否かは、高電圧で充電された正極を、ＸＲＤ、電子線回折、中性子線回折、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）、核磁気共鳴（ＮＭＲ）等を用いて解析することで判断できる。特にＸＲＤは、正極活物質が有するコバルト等の遷移金属の対称性を高分解能で解析できる、結晶性の高さおよび結晶の配向性を比較できる、格子の周期性歪みおよび結晶子サイズの解析ができる、二次電池を解体して得た正極をそのまま測定しても十分な精度を得られる、等の点で好ましい。
正極活物質は、これまで述べたように高電圧で充電した状態と放電状態とで結晶構造の変化が少ないことが特徴である。高電圧で充電した状態で、放電状態との変化が大きな結晶構造が５０ｗｔ％以上を占める材料は、高電圧の充放電に耐えられないため好ましくない。そして不純物元素を添加するだけでは目的の結晶構造をとらない場合があることに注意が必要である。例えばマグネシウムおよびフッ素を有するコバルト酸リチウム、という点で共通していても、高電圧で充電した状態でＯ３’型結晶構造が６０ｗｔ％以上になる場合と、Ｈ１－３型結晶構造が５０ｗｔ％以上を占める場合と、がある。また、所定の電圧では、Ｏ３’型結晶構造がほぼ１００ｗｔ％になり、さらに当該所定の電圧をあげるとＨ１－３型結晶構造が生じる場合もある。そのため、正極活物質はＸＲＤ等により結晶構造が分析されると好ましい。ＸＲＤ等の測定と組み合わせて用いることにより、さらに詳細に分析を行うことができる。
ただし、高電圧で充電した状態または放電状態の正極活物質は、大気に触れると結晶構造の変化を起こす場合がある。例えばＯ３’型結晶構造からＨ１－３型結晶構造に変化する場合がある。そのため、サンプルはすべてアルゴンを含む雰囲気等の不活性雰囲気でハンドリングすることが好ましい。
図７に示す正極活物質は、金属Ｘが添加されないコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）である。図７に示すコバルト酸リチウムは、充電深度によって結晶構造が変化する。
図７に示すように、充電深度０（放電状態）であるコバルト酸リチウムは、空間群Ｒ－３ｍの結晶構造を有する領域を有し、ユニットセル中にＣｏＯ２層が３層存在する。そのためこの結晶構造を、Ｏ３型結晶構造と呼ぶ場合がある。なお、ＣｏＯ２層とはコバルトに酸素が６配位した８面体構造が、稜共有の状態で平面に連続した構造をいうこととする。
また充電深度１のときは、空間群Ｐ－３ｍ１の結晶構造を有し、ユニットセル中にＣｏＯ２層が１層存在する。そのためこの結晶構造を、Ｏ１型結晶構造と呼ぶ場合がある。
また充電深度が０．８程度のときのコバルト酸リチウムは、空間群Ｒ－３ｍの結晶構造を有する。この構造は、Ｐ－３ｍ１（Ｏ１）のようなＣｏＯ２の構造と、Ｒ－３ｍ（Ｏ３）のようなＬｉＣｏＯ２の構造と、が交互に積層された構造ともいえる。そのためこの結晶構造を、Ｈ１－３型結晶構造と呼ぶ場合がある。なお、実際にはＨ１－３型結晶構造は、ユニットセルあたりのコバルト原子の数が他の構造の２倍となっている。しかし図７をはじめ本明細書では、他の構造と比較しやすくするためＨ１－３型結晶構造のｃ軸をユニットセルの１／２にした図で示すこととする。
Ｈ１－３型結晶構造は一例として、ユニットセルにおけるコバルトと酸素の座標を、Ｃｏ（０、０、０．４２１５０±０．０００１６）、Ｏ１（０、０、０．２７６７１±０．０００４５）、Ｏ２（０、０、０．１１５３５±０．０００４５）と表すことができる。Ｏ１およびＯ２はそれぞれ酸素原子である。このようにＨ１－３型結晶構造は、１つのコバルトおよび２つの酸素を用いたユニットセルにより表される。一方、本発明の一態様のＯ３’型結晶構造は好ましくは、１つのコバルトおよび１つの酸素を用いたユニットセルにより表される。これは、Ｏ３’型結晶構造の場合とＨ１－３型構造の場合では、コバルトと酸素との対称性が異なり、Ｏ３’型結晶構造の方が、Ｈ１－３型構造に比べてＯ３の構造からの変化が小さいことを示す。正極活物質が有する結晶構造をいずれのユニットセルを用いて表すのがより好ましいか、の選択は例えば、ＸＲＤのリートベルト解析において、ＧＯＦ（ｇｏｏｄ ｏｆ ｆｉｔｎｅｓｓ）の値がより小さくなるように選択すればよい。
充電電圧がリチウム金属の酸化還元電位を基準に４．６Ｖ以上になるような高電圧の充電、あるいは充電深度が０．８以上になるような深い深度の充電と、放電とを繰り返すと、コバルト酸リチウムはＨ１－３型結晶構造と、放電状態のＲ－３ｍ（Ｏ３）の構造と、の間で結晶構造の変化（つまり、非平衡な相変化）を繰り返すことになる。
しかしながら、これらの２つの結晶構造は、ＣｏＯ２層のずれが大きい。図７に点線および矢印で示すように、Ｈ１－３型結晶構造では、ＣｏＯ２層がＲ－３ｍ（Ｏ３）から大きくずれている。このようなダイナミックな構造変化は、結晶構造の安定性に悪影響を与えうる。
さらに体積の差も大きい。同数のコバルト原子あたりで比較した場合、Ｈ１－３型結晶構造と放電状態のＯ３型結晶構造の体積の差は３．０％以上である。
加えて、Ｈ１－３型結晶構造が有する、Ｐ－３ｍ１（Ｏ１）のようなＣｏＯ２層が連続した構造は不安定である可能性が高い。
そのため、高電圧の充放電を繰り返すとコバルト酸リチウムの結晶構造は崩れていく。結晶構造の崩れが、サイクル特性の悪化を引き起こす。これは、結晶構造が崩れることで、リチウムが安定して存在できるサイトが減少し、またリチウムの挿入脱離が難しくなるためだと考えられる。
＜電解質＞
電解質は、溶媒と、キャリアイオンとなる金属の塩と、を有することが好ましい。電解質の溶媒としては、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、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、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、またはこれらのうちの２種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。
また、電解質の溶媒として、難燃性および難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つまたは複数用いることで、二次電池の内部短絡または過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電池の破裂および発火などを防ぐことができる。イオン液体は、カチオンとアニオンからなり、有機カチオンとアニオンとを含む。電解質に用いる有機カチオンとして、四級アンモニウムカチオン、三級スルホニウムカチオン、および四級ホスホニウムカチオン等の脂肪族オニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、ならびにピリジニウムカチオン等の芳香族カチオンが挙げられる。また、電解質に用いるアニオンとして、１価のアミド系アニオン、１価のメチド系アニオン、フルオロスルホン酸アニオン、パーフルオロアルキルスルホン酸アニオン、テトラフルオロボレートアニオン、パーフルオロアルキルボレートアニオン、ヘキサフルオロホスフェートアニオン、またはパーフルオロアルキルホスフェートアニオン等が挙げられる。
また、上記の溶媒に溶解させる塩としては、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、またはこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。
二次電池に用いる電解質は、粒状のごみ、あるいは電解質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、電解質に対する不純物の重量比を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、電解質にビニレンカーボネート、プロパンスルトン（ＰＳ）、ｔｅｒｔ－ブチルベンゼン（ＴＢＢ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）、またスクシノニトリル、アジポニトリル等のジニトリル化合物などの添加剤を添加してもよい。添加する材料の濃度は、例えば溶媒全体に対して０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とすればよい。ＶＣまたはＬｉＢＯＢは良好な被膜を形成しやすく、特に好ましい。
溶媒と、キャリアイオンとなる塩と、を有する溶液を電解液と呼ぶ場合がある。
ポリマーを電解液で膨潤させたポリマーゲル電解質を用いてもよい。
ポリマーゲル電解質を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化および軽量化が可能である。
ゲル化されるポリマーとして、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を用いることができる。
ポリマーとしては、例えばポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）などのポリアルキレンオキシド構造を有するポリマー、ＰＶＤＦ、およびポリアクリロニトリル等、ならびにそれらを含む共重合体等を用いることができる。例えばＰＶＤＦとヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体であるＰＶＤＦ－ＨＦＰを用いることができる。また、形成されるポリマーは、多孔質形状を有してもよい。
また、電解質として、硫化物系または酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質、ならびにＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータおよびスペーサの少なくとも一の設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。
＜セパレータ＞
セパレータ５０７には、例えば、紙、不織布、ガラス繊維、セラミックス等で形成されたものを用いることができる。或いはナイロン（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、ポリプロピレン、ポリエチレン等で形成されたものを用いることができる。セパレータはエンベロープ状に加工し、正極または負極のいずれか一方を包むように配置することが好ましい。
また、セパレータ５０７に、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等を有するポリマー膜を用いることが出来る。ポリイミドはイオン液体の濡れ性がよく、セパレータ５０７の材料として、より好ましい場合がある。
ポリプロピレン、ポリエチレン等を有するポリマー膜は、乾式法または湿式法で作製することができる。乾式法とはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等を有するポリマー膜を加熱しながら延伸することで結晶と結晶の間に隙間を生じさせ、微細な孔を空ける製法である。湿式法は、あらかじめ樹脂に溶剤を混ぜ込みフィルム状に成形した後、溶剤を抽出して孔を空ける製法である。
図８Ｂ左図は、セパレータ５０７の一例（湿式法により作製した場合）として、領域５０７ａの拡大図を示す。この例では、ポリマー膜５８１に複数の孔５８２が空いた構造が示されている。また、図８Ｂ右図は、セパレータ５０７の別の一例（乾式法により作製した場合）として、領域５０７ｂの拡大図を示す。この例では、ポリマー膜５８４に複数の孔５８５が空いた構造が示されている。
セパレータの孔の径は、充放電後に正極に向かい合う面の表層部と、負極に向かい合う面の表層部とで異なることがある。本明細書等において、セパレータの表層部とは例えば、表面から５μｍ以内、より好ましくは３μｍ以内の領域であることが好ましい。
セパレータは多層構造であってもよい。例えば、二種類のポリマー材料を積層した構造を用いてもよい。
また、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等を有するポリマー膜上に、セラミック系材料、フッ素系材料、ポリアミド系材料、またはこれらを混合したもの等をコートした構造を用いることができる。また例えば不織布上に、セラミック系材料、フッ素系材料、ポリアミド系材料、またはこれらを混合したもの等をコートした構造を用いることができる。ポリイミドはイオン液体の濡れ性がよく、コートを行う材料として、より好ましい場合がある。
フッ素系材料としては、例えばＰＶｄＦ、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。
ポリアミド系材料としては、例えばナイロン、アラミド（メタ系アラミド、パラ系アラミド）等を用いることができる。
＜外装体＞
二次電池が有する外装体としては、例えばアルミニウムなどの金属材料、および樹脂材料から選ばれる一以上を用いることができる。また、フィルム状の外装体を用いることもできる。フィルムとしては、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。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、二次電池の作製方法を説明する。
＜ラミネート型の二次電池の作製方法１＞
ここで、図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃに外観図を示すラミネート型の二次電池の作製方法の一例について、図１０Ａ及び図１０Ｂならびに図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて説明する。図９Ａ及び図９Ｂに示す二次電池５００は、正極５０３、負極５０６、セパレータ５０７、外装体５０９、正極リード電極５１０及び負極リード電極５１１を有する。なお、図９Ａ等に示すラミネート型の二次電池の断面図として例えば、後述する図１９に示すように、正極、セパレータおよび負極を積層し、外装体で囲んだ構造を用いることができる。
まず、正極５０３、負極５０６及びセパレータ５０７を準備する。図１０Ａは正極５０３及び負極５０６の一例を示す。正極５０３は、正極集電体５０１上に正極活物質層５０２を有する。また、正極５０３は、正極集電体５０１が露出したタブ領域を有することが好ましい。負極５０６は、負極集電体５０４上に負極活物質層５０５を有する。また、負極５０６は、負極集電体５０４が露出したタブ領域を有することが好ましい。
次に、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を積層する。図１０Ｂ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。負極とセパレータと正極からなる積層体とも呼べる。
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リード電極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リード電極５１１の接合を行う。
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。
次に、図１１Ａ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、後に電解質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５１６という）を設ける。
次に、図１１Ｂに示すように、外装体５０９に設けられた導入口５１６から、電解質５０８を外装体５０９の内側へ導入する。電解質５０８の導入は、減圧雰囲気下、或いは不活性雰囲気下で行うことが好ましい。そして最後に、導入口５１６を接合する。このようにして、ラミネート型の二次電池５００を作製することができる。
上記では、正極リード電極５１０と負極リード電極５１１を同じ辺から外装体の外に導出し、図９Ａに示す二次電池５００を作製した。正極リード電極５１０と負極リード電極５１１を向かい合う辺からそれぞれ外装体の外に導出することにより図９Ｂに示す二次電池５００を作製することもできる。
＜円筒型二次電池＞
円筒型の二次電池の例について図１２Ａを参照して説明する。円筒型の二次電池４００は、図１２Ａに示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）４０１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）４０２を有している。これら正極キャップ４０１と電池缶（外装缶）４０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）４１０によって絶縁されている。
図１２Ｂは、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。図１２Ｂに示す円筒型の二次電池は、上面に正極キャップ（電池蓋）６０１を有し、側面および底面に電池缶（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。
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、アルミニウム、チタン等の金属、これらの合金、又は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、ニッケル又はアルミニウム等を電池缶６０２に被覆することが好ましい。電池缶６０２の内側において、正極、負極およ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、絶縁板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、コイン型の二次電池と同様のものを用いることができる。
円筒型の蓄電池に用いる正極およ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ことが好ましい。正極６０４には正極端子（正極集電リード）６０３が接続され、負極６０６には負極端子（負極集電リード）６０７が接続される。正極端子６０３および負極端子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６１３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６１３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６１３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。
図１２Ｃは蓄電システム４１５の一例を示す。蓄電システム４１５は複数の二次電池４００を有する。それぞれの二次電池の正極は、絶縁体４２５で分離された導電体４２４に接触し、電気的に接続されている。導電体４２４は配線４２３を介して、制御システム４２０に電気的に接続されている。また、それぞれの二次電池の負極は、配線４２６を介して制御システム４２０に電気的に接続されている。制御システム４２０として、先の実施の形態にて述べた制御システムを用いることができる。制御システム４２０は、先の実施の形態にて述べた計測回路を有する。蓄電システム４１５では、本発明の一態様の計測回路を用いて二次電池４００の状態を推定することができる。また、蓄電システム４１５は、本発明の一態様の計測回路において推定された状態を基に、二次電池４００の充電条件または放電条件を決定する機能を有する。
また、図１２Ｄに示すように、蓄電システム４１５が有する制御システム４２０のうち、一部の構成を回路４２０ａとしてそれぞれの二次電池４００ごとのチップとして設け、残りの構成を一つのチップとして、回路４２０ｂとして設けてもよい。例えば、制御システム４２０のうち、本発明の一態様の計測回路を回路４２０ａに搭載すればよい。
複数の二次電池４００の間に温度制御装置を有していてもよい。二次電池４００が過熱されたときは、温度制御装置により冷却し、二次電池４００が冷えすぎているときは温度制御装置により加熱することができる。そのため蓄電システム４１５の性能が外気温に影響されにくくなる。
なお、図１２Ａ等には円筒型の缶の形状に合わせて捲回された、正極、負極およびセパレータで構成された捲回体を有する例を示すが、例えば捲回体を角型の缶の形状に合わせることにより、角型の二次電池とすることもできる。
＜二次電池パック＞
次に本発明の一態様の蓄電システムの例について、図１３Ａ乃至図１３Ｃを用いて説明する。
図１３Ａは、二次電池パック５３１の外観を示す図である。図１３Ｂは二次電池パック５３１の構成を説明する図である。二次電池パック５３１は、回路基板５２１と、二次電池５１３と、を有する。二次電池５１３は、正極リード及び負極リードの一方５５１と、正極リード及び負極リードの他方５５２とを有し、ラベル５１４で覆われている。回路基板５２１は、シール５１５により固定されている。また、二次電池パック５３１は、アンテナ５１７を有する。
回路基板５２１は制御システム５９０を有する。制御システム５９０は、先の実施の形態に示す蓄電システムが有する制御システムを用いることができ、制御システム５９０は、先の実施の形態に示す計測回路を有する。二次電池パック５３１では、本発明の一態様の計測回路を用いて二次電池５１３の状態を推定することができる。また、二次電池パック５３１は、本発明の一態様の計測回路において推定された状態を基に、二次電池５１３の充電条件または放電条件を決定する機能を有する。例えば、図１３Ｂに示すように、回路基板５２１上に、制御システム５９０を有する。また、回路基板５２１は、端子５２２と電気的に接続されている。また回路基板５２１は、アンテナ５１７、二次電池５１３の正極リード及び負極リードの一方５５１、正極リード及び負極リードの他方５５２と電気的に接続される。
あるいは、図１３Ｃに示すように、回路基板５２１上に設けられる回路システム５９０ａと、端子５２２を介して回路基板５２１に電気的に接続される回路システム５９０ｂと、を有してもよい。例えば、本発明の一態様の制御システムの一部分が回路システム５９０ａに、他の一部分が回路システム５９０ｂに、それぞれ設けられる。例えば回路システム５９０ａは、本発明の一態様の計測回路を有することが好ましい。
なお、アンテナ５１７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５１７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５１７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。
二次電池パック５３１は、アンテナ５１７と、二次電池５１３との間に層５１９を有する。層５１９は、例えば二次電池５１３による電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層５１９としては、例えば磁性体を用いることができる。
二次電池５１３は、例えば、セパレータを挟んで負極と、正極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。
以下には、様々な形態の二次電池の一例を示す。
＜その他の二次電池とその作製方法１＞
本発明の一態様の積層体の断面図の一例を図１４に示す。図１４に示す積層体５５０は、１枚のセパレータを折り曲げながら正極と負極との間に配置することで作製される。
積層体５５０では、１枚のセパレータ５０７が正極活物質層５０２と負極活物質層５０５の間に挟まれるように複数回折り返されている。図１４では、正極５０３及び負極５０６を６層ずつ積層しているため、セパレータ５０７を少なくとも５回折り返す。セパレータ５０７は、正極活物質層５０２と負極活物質層５０５の間に挟まれるように設けるだけでなく、延在部をさらに折り曲げることで、複数の正極５０３と負極５０６をひとまとめにテープなどで結束するようにしてもよい。
本発明の一態様の二次電池の作製方法では、正極５０３を配置した後に、正極５０３に対して電解質を滴下することができる。同様に、負極５０６を配置した後に、負極５０６に対して電解質を滴下することができる。また、本発明の一態様の二次電池の作製方法では、セパレータを折り曲げる前、または、セパレータ５０７を折り曲げて負極５０６または正極５０３と重ねた後に、セパレータ５０７に対して電解質を滴下することができる。負極５０６、セパレータ５０７、及び、正極５０３の少なくとも一つに、電解質を滴下することで、負極５０６、セパレータ５０７、または、正極５０３に電解質を含浸させることができる。
図１５Ａに示す二次電池９７０は、筐体９７１の内部に積層体９７２を有する。積層体９７２には端子９７３ｂ及び端子９７４ｂが電気的に接続される。端子９７３ｂの少なくとも一部と、端子９７４ｂの少なくとも一部と、は筐体９７１の外部に露出する。
積層体９７２として、正極、負極、及び、セパレータが積層された構造を適用することができる。また、積層体９７２として、正極、負極、及び、セパレータが捲回された構造、等を適用することができる。
例えば、積層体９７２として、図１４に示す、セパレータを折り返した構造を有する積層体を用いることができる。
図１５Ｂ及び図１５Ｃを用いて、積層体９７２の作製方法の一例を説明する。
まず、図１５Ｂに示すように、正極９７５ａ上に帯状のセパレータ９７６を重ね、セパレータ９７６を間に挟んで正極９７５ａに負極９７７ａを重ねる。その後、セパレータ９７６を折り返して負極９７７ａ上に重ねる。次に、図１５Ｃに示すように、セパレータ９７６を間に挟んで負極９７７ａ上に正極９７５ｂを重ねる。このように、セパレータを折り返して順に正極、負極を配置していくことにより、積層体９７２を作製することができる。このように作製された積層体を含む構造を「つづら折り構造」と呼ぶ場合がある。
次に、図１６Ａ乃至図１６Ｃを用いて、二次電池９７０の作製方法の一例を説明する。
まず、図１６Ａに示すように、積層体９７２が有する正極に正極リード電極９７３ａを電気的に接続する。具体的には、例えば、積層体９７２が有する正極のそれぞれにタブ領域を設け、それぞれのタブ領域と、正極リード電極９７３ａと、を溶接等により電気的に接続することができる。また、積層体９７２が有する負極に負極リード電極９７４ａを電気的に接続する。
筐体９７１の内部に一の積層体９７２が配置されてもよいし、複数の積層体９７２が配置されてもよい。図１６Ｂには積層体９７２を２組準備する例を示す。
次に、図１６Ｃに示すように、準備した積層体９７２を筐体９７１内に収納し、端子９７３ｂ及び端子９７４ｂを装着し、筐体９７１を封止する。複数の積層体９７２が有するそれぞれの正極リード電極９７３ａには、導電体９７３ｃを電気的に接続することが好ましい。また、複数の積層体９７２が有するそれぞれの負極リード電極９７４ａには、導電体９７４ｃを電気的に接続することが好ましい。端子９７３ｂは導電体９７３ｃに、端子９７４ｂは導電体９７４ｃに、それぞれ電気的に接続される。なお、導電体９７３ｃは、導電性を有する領域と、絶縁性を有する領域と、を有してもよい。また、導電体９７４ｃは、導電性を有する領域と、絶縁性を有する領域と、を有してもよい。
筐体９７１として、金属材料（例えばアルミニウムなど）を用いることができる。また、筐体９７１として金属材料を用いる場合には、表面を樹脂等で被覆することが好ましい。また、筐体９７１として樹脂材料を用いることができる。
筐体９７１には安全弁または過電流保護素子等を設けることが好ましい。安全弁は、電池破裂を防止するため、筐体９７１の内部が所定の圧力となった場合にガスを開放する弁である。
＜その他の二次電池とその作製方法２＞
本発明の別の一態様の二次電池の断面図の一例を図１７Ｃに示す。図１７Ｃに示す二次電池５６０は、図１７Ａに示す積層体１３０と、図１７Ｂに示す積層体１３１と、を用いて作製される。なお、図１７Ｃでは図を明瞭にするため、積層体１３０、積層体１３１、及び、セパレータ５０７を抜粋して示す。
図１７Ａに示すように、積層体１３０は、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極５０３、セパレータ５０７、負極集電体の両面に負極活物質層を有する負極５０６、セパレータ５０７、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極５０３がこの順に積層されている。
図１７Ｂに示すように、積層体１３１は、負極集電体の両面に負極活物質層を有する負極５０６、セパレータ５０７、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極５０３、セパレータ５０７、負極集電体の両面に負極活物質層を有する負極５０６がこの順に積層されている。
本発明の一態様の二次電池の作製方法は、積層体の作製時に応用することができる。具体的には、積層体を作製するために、負極５０６、セパレータ５０７、及び、正極５０３を積層する際に、負極５０６、セパレータ５０７、及び、正極５０３の少なくとも一つに、電解質を滴下する。電解質を複数滴、滴下することで、負極５０６、セパレータ５０７、または、正極５０３に電解質を含浸させることができる。
図１７Ｃに示すように、複数の積層体１３０と、複数の積層体１３１と、は、捲回したセパレータ５０７によって覆われている。
また、本発明の一態様の二次電池の作製方法では、積層体１３０を配置した後に、積層体１３０に対して電解質を滴下することができる。同様に、積層体１３１を配置した後に、積層体１３１に対して電解質を滴下することができる。また、セパレータ５０７を折り曲げる前、または、セパレータ５０７を折り曲げて積層体と重ねた後に、セパレータ５０７に対して電解質を滴下することができる。電解質を複数滴、滴下することで、積層体１３０、積層体１３１、または、セパレータ５０７に電解質を含浸させることができる。
＜その他の二次電池とその作製方法３＞
本発明の別の一態様の二次電池について、図１８Ａ乃至図１９Ｃを用いて説明する。ここで示す二次電池は、捲回型の二次電池などと呼ぶことができる。
図１８Ａに示す二次電池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の内部で電解質中に浸される。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１８Ａ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（例えばアルミニウムなど）又は樹脂材料を用いることができる。
なお、図１８Ｂに示すように、図１８Ａ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１８Ｂに示す二次電池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。
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、二次電池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。
さらに、捲回体９５０の構造について図１８Ｃ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。
本発明の一態様の二次電池の作製方法では、負極９３１、セパレータ９３３、及び、正極９３２を積層する際に、負極９３１、セパレータ９３３、及び、正極９３２の少なくとも一つに、電解質を滴下する。つまり、上記積層シートを捲回させる前に、電解質を滴下することが好ましい。電解質を複数滴、滴下することで、負極９３１、セパレータ９３３、または、正極９３２に電解質を含浸させることができる。
また、図１９に示すような捲回体９５０ａを有する二次電池９１３としてもよい。図１９Ａに示す捲回体９５０ａは、負極９３１と、正極９３２と、セパレータ９３３と、を有する。負極９３１は負極活物質層９３１ａを有する。正極９３２は正極活物質層９３２ａを有する。
セパレータ９３３は、負極活物質層９３１ａ及び正極活物質層９３２ａよりも広い幅を有し、負極活物質層９３１ａ及び正極活物質層９３２ａと重畳するように捲回されている。また、正極活物質層９３２ａよりも負極活物質層９３１ａの幅が広いことが安全性の点で好ましい。また、このような形状の捲回体９５０ａは安全性及び生産性がよく好ましい。
図１９Ｂに示すように、負極９３１は端子９５１と電気的に接続される。端子９５１は端子９１１ａと電気的に接続される。正極９３２は端子９５２と電気的に接続される。端子９５２は端子９１１ｂと電気的に接続される。
図１９Ｃに示すように、筐体９３０により捲回体９５０ａ及び電解質が覆われ、二次電池９１３となる。筐体９３０には安全弁、過電流保護素子等を設けることが好ましい。安全弁は、電池破裂を防止するため、筐体９３０の内部が所定の内圧を超えた時のみ一時的に開放する。
図１９Ｂに示すように二次電池９１３は複数の捲回体９５０ａを有していてもよい。複数の捲回体９５０ａを用いることで、より充放電容量の大きい二次電池９１３とすることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電システムを適用可能な構成例について図２０Ａ乃至図２９Ｃを用いて説明する。
＜車両＞
まず、本発明の一態様の蓄電システムを電気自動車（ＥＶ）に適用する例を示す。
図２０Ｃに、モータを有する車両のブロック図を示す。電気自動車には、メインの駆動用の二次電池として第１のバッテリ１３０１ａ、第１のバッテリ１３０１ｂと、モータ１３０４を始動させるインバータ１３１２に電力を供給する第２のバッテリ１３１１が設置されている。第２のバッテリ１３１１はクランキングバッテリまたはスターターバッテリとも呼ばれる。第２のバッテリ１３１１は高出力であればよく、大容量はそれほど必要とされず、第２のバッテリ１３１１の容量は第１のバッテリ１３０１ａ、第１のバッテリ１３０１ｂと比較して小さい。
例えば、第１のバッテリ１３０１ａ、第１のバッテリ１３０１ｂの一方または双方に、本発明の一態様に係る二次電池を用いることができる。
本実施の形態では、第１のバッテリ１３０１ａ、第１のバッテリ１３０１ｂを２つ並列に接続させている例を示しているが３つ以上並列に接続させてもよい。また、第１のバッテリ１３０１ａで十分な電力を貯蔵できるのであれば、第１のバッテリ１３０１ｂはなくてもよい。複数の二次電池を有する電池パックを構成することで、大きな電力を取り出すことができる。複数の二次電池は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後、さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池を組電池とも呼ぶ。
また、車載用の二次電池において、複数の二次電池からの電力を遮断するため、工具を使わずに高電圧を遮断できるサービスプラグまたはサーキットブレーカを有しており、第１のバッテリ１３０１ａに設けられる。
また、第１のバッテリ１３０１ａ、第１のバッテリ１３０１ｂの電力は、主にモータ１３０４を回転させることに使用されるが、ＤＣＤＣ回路１３０６を介して４２Ｖ系（高電圧系）の車載部品（電動パワステ１３０７、ヒーター１３０８、デフォッガ１３０９など）に電力を供給する。後輪にリアモータ１３１７を有している場合にも、第１のバッテリ１３０１ａがリアモータ１３１７を回転させることに使用される。
また、第２のバッテリ１３１１は、ＤＣＤＣ回路１３１０を介して１４Ｖ系（低電圧系）の車載部品（オーディオ１３１３、パワーウィンドウ１３１４、ランプ類１３１５など）に電力を供給する。
また、第１のバッテリ１３０１ａについて、図２０Ａを用いて説明する。
図２０Ａに大型の電池パック１４１５の一例を示す。電池パック１４１５の一方の電極は配線１４２１によって制御システム１３２０に電気的に接続されている。またもう一方の電極は配線１４２２によって制御システム１３２０に電気的に接続されている。なお、電池パックは、複数の二次電池を直列接続した構成であってもよい。
制御システム１３２０として、先の実施の形態にて述べた制御システムを用いることができる。制御システム１３２０は、先の実施の形態にて述べた計測回路を有する。図２０Ａに示す電池パック１４１５では、本発明の一態様の計測回路を用いて第１のバッテリ１３０１ａの状態を推定することができる。また、電池パック１４１５は、本発明の一態様の計測回路において推定された状態を基に、第１のバッテリ１３０１ａの充電条件または放電条件を決定する機能を有する。また、第２のバッテリ１３１１についても同様に、本発明の一態様の計測回路において推定された状態を基に制御を行うことができる。
第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂは、主に４２Ｖ系（高電圧系）の車載機器に電力を供給し、第２のバッテリ１３１１は１４Ｖ系（低電圧系）の車載機器に電力を供給する。第２のバッテリ１３１１は鉛蓄電池がコスト上有利のため採用されることが多い。鉛蓄電池はリチウムイオン電池と比べて自己放電が大きく、サルフェーションとよばれる現象により劣化しやすい欠点がある。第２のバッテリ１３１１をリチウムイオン電池とすることでメンテナンスフリーとするメリットがあるが、長期間の使用、例えば３年以上となると、製造時には判別困難な異常発生が生じる恐れがある。特にインバータを起動する第２のバッテリ１３１１が動作不能となると、第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂに残容量があってもモータを起動させることができなくなることを防ぐため、第２のバッテリ１３１１が鉛蓄電池の場合は、第１のバッテリから第２のバッテリに電力を供給し、常に満充電状態を維持するように充電されている。
本実施の形態では、第１のバッテリ１３０１ａと第２のバッテリ１３１１の両方にリチウムイオン電池を用いる一例を示す。第２のバッテリ１３１１は、鉛蓄電池、全固体電池、または電気二重層キャパシタを用いてもよい。第２のバッテリ１３１１に全固体電池を用いることで高容量とすることができ、小型化、軽量化することができる。
また、タイヤ１３１６の回転による回生エネルギーは、ギア１３０５を介してモータ１３０４に送られ、モータコントローラ１３０３、またはバッテリーコントローラ１３０２から制御回路部１３２１を介して第２のバッテリ１３１１に充電される。またはバッテリーコントローラ１３０２から制御システム１３２０を介して第１のバッテリ１３０１ａに充電される。またはバッテリーコントローラ１３０２から制御システム１３２０を介して第１のバッテリ１３０１ｂに充電される。回生エネルギーを効率よく充電するためには、第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂが急速充電可能であることが望ましい。
バッテリーコントローラ１３０２は第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂの充電電圧及び充電電流などを設定することができる。バッテリーコントローラ１３０２は、用いる二次電池の充電特性に合わせて充電条件を設定し、急速充電することができる。
また、図示していないが、外部の充電器と接続させる場合、充電器のコンセントまたは充電器の接続ケーブルは、バッテリーコントローラ１３０２に電気的に接続される。外部の充電器から供給された電力はバッテリーコントローラ１３０２を介して第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂに充電する。また、充電器によっては、制御回路が設けられており、バッテリーコントローラ１３０２の機能を用いない場合もあるが、過充電を防ぐため制御システム１３２０を介して第１のバッテリ１３０１ａ、１３０１ｂを充電することが好ましい。また、接続ケーブルまたは充電器の接続ケーブルに制御回路を備えている場合もある。制御システム１３２０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼ばれることもある。ＥＣＵは、電動車両に設けられたＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に接続される。ＣＡＮは、車内ＬＡＮとして用いられるシリアル通信規格の一つである。また、ＥＣＵは、マイクロコンピュータを含む。また、ＥＣＵは、ＣＰＵまたはＧＰＵを用いる。
充電スタンドなどに設置されている外部の充電器は、１００Ｖコンセント－２００Ｖコンセント、または３相２００Ｖ且つ５０ｋＷなどがある。また、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、充電することもできる。
図２０Ｂには、制御システム１３２０の一例を示す。図２０Ｂに示す制御システム１３２０は、少なくとも過充電を防止するスイッチと、過放電を防止するスイッチを含むスイッチ部１３２４と、スイッチ部１３２４を制御する制御回路１３２２と、第１のバッテリ１３０１ａの電圧測定部と、を有する。制御システム１３２０は、使用する二次電池の上限電圧と下限電圧が設定されており、外部からの電流上限、または外部への出力電流の上限などを制限している。二次電池の下限電圧以上上限電圧以下の範囲内は、使用が推奨されている電圧範囲内であり、その範囲外となるとスイッチ部１３２４が作動し、保護回路として機能する。また、制御システム１３２０は、スイッチ部１３２４を制御して過放電および／または過充電を防止するため、保護回路とも呼べる。例えば、過充電となりそうな電圧を制御回路１３２２で検知した場合にスイッチ部１３２４のスイッチをオフ状態とすることで電流を遮断する。さらに充放電経路中にＰＴＣ素子を設けて温度の上昇に応じて電流を遮断する機能を設けてもよい。また、制御システム１３２０は、外部端子１３２５（＋ＩＮ）と、外部端子１３２６（－ＩＮ）とを有している。
次に、本発明の一態様の二次電池を、車両、代表的には輸送用車両に実装する例について説明する。
本発明の一態様の二次電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）、またはプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。また、電動トラクタなどの農業機械、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、小型または大型船舶、潜水艦、固定翼機または回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機または惑星探査機、宇宙船などの輸送用車両に二次電池を搭載することもできる。本発明の一態様に係る二次電池を用いることで、大型の二次電池とすることができる。そのため、本発明の一態様の二次電池は、輸送用車両に好適に用いることができる。
図２１Ａ乃至図２１Ｅに、本発明の一態様の二次電池を用いた輸送用車両を示す。図２１Ａに示す自動車２００１は、走行のための動力源として電気モータ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。二次電池を車両に搭載する場合、二次電池は一箇所または複数箇所に設置する。図２１Ａに示す自動車２００１は、図２０Ａに示した電池パック１４１５を有する。電池パック１４１５は、二次電池モジュールを有する。電池パック１４１５は、さらに二次電池モジュールに電気的に接続する制御システムを有する。該制御システムとして、先の実施の形態に示す計測回路を有する制御システムを用いることができる。二次電池モジュールは単数または複数の二次電池を有する。
また、自動車２００１は、自動車２００１が有する二次電池にプラグイン方式または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。充電に際しては、充電方法またはコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）またはコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置は、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２００１に搭載された二次電池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。
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、道路または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、２台の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、停車時または走行時に二次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、電磁誘導方式または磁界共鳴方式を用いることができる。
図２１Ｂは、輸送用車両の一例として電気により制御するモータを有した大型の輸送車２００２を示している。輸送車２００２の二次電池モジュールは、例えば３．５Ｖ以上４．７Ｖ以下の二次電池を４個セルユニットとし、４８セルを直列に接続した１７０Ｖの最大電圧とする。電池パック２２０１の二次電池モジュールを構成する二次電池の数などが違う以外は、図２１Ａと同様な機能を備えているため説明は省略する。
図２１Ｃは、一例として電気により制御するモータを有した大型の輸送車両２００３を示している。輸送車両２００３の二次電池モジュールは、例えば３．５Ｖ以上４．７Ｖ以下の二次電池を百個以上直列に接続した６００Ｖの最大電圧とする。従って、特性バラツキの小さい二次電池が求められる。本発明の一態様に係る二次電池の作製方法を用いることで、安定した電池特性を有する二次電池を製造することができ、歩留まりの観点から低コストで大量生産が可能である。また、電池パック２２０２の二次電池モジュールを構成する二次電池の数などが違う以外は、図２１Ａと同様な機能を備えているため説明は省略する。
図２１Ｄは、一例として燃料を燃焼するエンジンを有した航空機２００４を示している。図２１Ｄに示す航空機２００４は、離着陸用の車輪を有しているため、輸送車両の一部とも言え、複数の二次電池を接続させて二次電池モジュールを構成し、二次電池モジュールと充電制御装置とを含む電池パック２２０３を有している。
航空機２００４の二次電池モジュールは、例えば４Ｖの二次電池を８個直列に接続した３２Ｖの最大電圧とする。電池パック２２０３の二次電池モジュールを構成する二次電池の数などが違う以外は、図２１Ａと同様な機能を備えているため説明は省略する。
図２１Ｅは、一例として貨物を輸送する輸送車両２００５を示している。電気により制御するモータを有し、電池パック２２０４の二次電池モジュールを構成する二次電池から電力を供給することで、様々な作業を実行する。また、輸送車両２００５は人間が運転者として乗り、操作することに限定されず、ＣＡＮ通信などにより無人での操作も可能である。図２１Ｅではフォークリフトを図示しているが特に限定されず、ＣＡＮ通信などにより操作可能である産業用機械、例えば、自動輸送機、作業用ロボット、または小型建機などに本発明の一態様に係る二次電池を有する電池パックを搭載することができる。
また、図２２Ａは、本発明の一態様の二次電池を用いた電動自転車の一例である。図２２Ａに示す電動自転車２１００に、本発明の一態様の二次電池を適用することができる。図２２Ｂに示す蓄電装置２１０２は例えば、複数の二次電池と、制御システムと、を有する。該制御システムには、本発明の一態様の制御システムを用いることができる。
電動自転車２１００は、蓄電装置２１０２を備える。蓄電装置２１０２は、運転者をアシストするモータに電気を供給することができる。また、蓄電装置２１０２は、持ち運びができ、図２２Ｂに自転車から取り外した状態を示している。また、蓄電装置２１０２は、本発明の一態様の二次電池２１０１が複数内蔵されており、そのバッテリ残量などを表示部２１０３で表示できるようにしている。また蓄電装置２１０２は、本発明の一態様に一例を示した二次電池の状態の推定および制御が可能な制御システム２１０４を有する。制御システム２１０４は、先の実施の形態に示す計測回路を有することが好ましい。制御システム２１０４は、二次電池２１０１の正極及び負極と電気的に接続されている。また、制御システム２１０４に小型の固体二次電池を設けてもよい。小型の固体二次電池を制御システム２１０４に設けることで制御システム２１０４の有する記憶回路のデータを長時間保持することに電力を供給することもできる。また、本発明の一態様に係る正極活物質を正極に用いた二次電池と組み合わせることで安全性についての相乗効果が得られる。本発明の一態様に係る正極活物質を正極に用いた二次電池及び制御システム２１０４は、二次電池による火災等の事故撲滅に大きく寄与することができる。
また、図２２Ｃは、本発明の一態様の二次電池を用いた二輪車の一例である。図２２Ｃに示すスクータ２３００は、蓄電装置２３０２、サイドミラー２３０１、方向指示灯２３０３を備える。蓄電装置２３０２は、方向指示灯２３０３に電気を供給することができる。また、本発明の一態様に係る正極活物質を正極に用いた二次電池を複数収納された蓄電装置２３０２は高容量とすることができ、小型化に寄与することができる。安全性を高めるため、本発明の一態様の制御システムが二次電池に電気的に接続されることが好ましい。
また、図２２Ｃに示すスクータ２３００は、座席下収納２３０４に、蓄電装置２３０２を収納することができる。蓄電装置２３０２は、座席下収納２３０４が小型であっても、座席下収納２３０４に収納することができる。
＜建築物＞
次に、本発明の一態様の二次電池を建築物に実装する例について図２３を用いて説明する。
図２３Ａに示す住宅は、二次電池を有する蓄電装置２６１２と、ソーラーパネル２６１０を有する。蓄電装置２６１２は、ソーラーパネル２６１０と配線２６１１等を介して電気的に接続されている。また蓄電装置２６１２と地上設置型の充電装置２６０４が電気的に接続されていてもよい。ソーラーパネル２６１０で得た電力は、蓄電装置２６１２に充電することができる。また蓄電装置２６１２に蓄えられた電力は、充電装置２６０４を介して車両２６０３が有する二次電池に充電することができる。蓄電装置２６１２は、床下空間部に設置されることが好ましい。床下空間部に設置することにより、床上の空間を有効的に利用することができる。あるいは、蓄電装置２６１２は床上に設置されてもよい。
蓄電装置２６１２に蓄えられた電力は、住宅内の他の電子機器にも供給することができる。よって、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時でも、蓄電装置２６１２を無停電電源として用いることで、電子機器の利用が可能となる。
図２３Ｂに、本発明の一態様に係る蓄電装置１７００の一例を示す。図２３Ｂに示すように、建物１７９９の床下空間部１７９６には、本発明の一態様に係る二次電池を適用した大型の蓄電池１７９１が設置されている。蓄電池１７９１には、先の実施の形態にて述べた計測回路が電気的に接続されることが好ましい。蓄電装置１７００は、本発明の一態様の計測回路において推定された蓄電池１７９１の状態を基に、蓄電池１７９１の充電条件または放電条件を決定する機能を有する。
蓄電池１７９１には、制御装置１７９０が設置されており、制御装置１７９０は、配線によって、分電盤１７０３と、蓄電コントローラ１７０５（制御装置ともいう）と、表示器１７０６と、ルータ１７０９と、に電気的に接続されている。
商業用電源１７０１から、引込線取付部１７１０を介して、電力が分電盤１７０３に送られる。また、分電盤１７０３には、蓄電池１７９１と、商業用電源１７０１と、から電力が送られ、分電盤１７０３は、送られた電力を、コンセント（図示せず）を介して、一般負荷１７０７及び蓄電系負荷１７０８に供給する。
一般負荷１７０７は、例えば、テレビまたはパーソナルコンピュータなどの電気機器であり、蓄電系負荷１７０８は、例えば、電子レンジ、冷蔵庫、空調機などの電気機器である。
蓄電コントローラ１７０５は、計測部１７１１と、予測部１７１２と、計画部１７１３と、を有する。計測部１７１１は、一日（例えば、０時から２４時）の間に、一般負荷１７０７、蓄電系負荷１７０８で消費された電力量を計測する機能を有する。また、計測部１７１１は、蓄電池１７９１の電力量と、商業用電源１７０１から供給された電力量と、を計測する機能を有していてもよい。また、予測部１７１２は、一日の間に一般負荷１７０７及び蓄電系負荷１７０８で消費された電力量に基づいて、次の一日の間に一般負荷１７０７及び蓄電系負荷１７０８で消費される需要電力量を予測する機能を有する。また、計画部１７１３は、予測部１７１２が予測した需要電力量に基づいて、蓄電池１７９１の充放電の計画を立てる機能を有する。
計測部１７１１によって計測された一般負荷１７０７及び蓄電系負荷１７０８で消費された電力量は、表示器１７０６によって確認することができる。また、ルータ１７０９を介して、テレビまたはパーソナルコンピュータなどの電気機器において、確認することもできる。さらに、ルータ１７０９を介して、スマートフォンまたはタブレットなどの携帯電子端末によっても確認することができる。また、表示器１７０６、電気機器、携帯電子端末によって、予測部１７１２が予測した時間帯ごと（または一時間ごと）の需要電力量なども確認することができる。
＜電子機器＞
本発明の一態様の二次電池は、例えば、電子機器及び照明装置の一方または双方に用いることができる。電子機器としては、例えば、携帯電話、スマートフォン、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどが挙げられる。
図２４Ａに示すパーソナルコンピュータ２８００は、筐体２８０１、筐体２８０２、表示部２８０３、キーボード２８０４、及びポインティングデバイス２８０５等を有する。筐体２８０１の内側に二次電池２８０７を備え、筐体２８０２の内側に二次電池２８０６を備える。安全性を高めるため、本発明の一態様の制御システムを二次電池２８０７に電気的に接続することが好ましい。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池２８０７において、使用することのできるエネルギー密度を高めることができる。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池の寿命を長くすることができる。該制御システムは、先の実施の形態に示す計測回路を有する。また表示部２８０３には、タッチパネルが適用されている。パーソナルコンピュータ２８００は、図２４Ｂに示すように筐体２８０１と筐体２８０２を取り外し、筐体２８０２のみでタブレット端末として使用することができる。
本発明の一態様に係る二次電池を適用可能な大型の二次電池を、二次電池２８０６及び二次電池２８０７の一方または双方に適用することができる。本発明の一態様に係る二次電池は、外装体の形状を変えることにより形状を自由に変更することができる。二次電池２８０６、二次電池２８０７を例えば、筐体２８０１、筐体２８０２の形状に合わせた形状とすることにより、二次電池の容量を高め、パーソナルコンピュータ２８００の使用時間を長くすることができる。また、パーソナルコンピュータ２８００を軽量化することができる。
また筐体２８０２の表示部２８０３にはフレキシブルディスプレイが適用されている。二次電池２８０６には、本発明の一態様に係る二次電池を適用可能な大型の二次電池が適用されている。本発明の一態様に係る二次電池を適用可能な大型の二次電池において、外装体に可撓性を有するフィルムを用いることにより、曲げることが可能な二次電池とすることができる。これにより、図２４Ｃに示すように、筐体２８０２を折り曲げて使用することができる。このとき、図２４Ｃに示すように、表示部２８０３の一部をキーボードとして使用することもできる。
また、図２４Ｄに示すように表示部２８０３が内側になるように筐体２８０２を折り畳むこと、または、図２４Ｅに示すように表示部２８０３が外側になるように筐体２８０２を折り畳むこともできる。
本発明の一態様の二次電池を、曲げることのできる二次電池に適用し、電子機器に実装することが可能である。また家屋、ビルの内壁または外壁、あるいは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。
図２５Ａ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、二次電池７４０７を有している。上記の二次電池７４０７に本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な携帯電話機を提供できる。安全性を高めるため、本発明の一態様の制御システムを二次電池７４０７に電気的に接続することが好ましい。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池７４０７において、使用することのできるエネルギー密度を高めることができる。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池の寿命を長くすることができる。該制御システムは、先の実施の形態に示す計測回路を有する。
図２５Ｂ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二次電池７４０７も湾曲される。また、その時、曲げられた二次電池７４０７の状態を図２５Ｃに示す。二次電池７４０７は薄型の蓄電池である。二次電池７４０７は曲げられた状態で固定されている。なお、二次電池７４０７は集電体と電気的に接続されたリード電極を有している。例えば、集電体は銅箔であり、一部ガリウムと合金化させて、集電体と接する活物質層との密着性を向上し、二次電池７４０７が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。
図２５Ｄ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、及び二次電池７１０４を備える。安全性を高めるため、本発明の一態様の制御システムを二次電池７４０７に電気的に接続することが好ましい。また、図２５Ｅに曲げられた二次電池７１０４の状態を示す。二次電池７１０４は曲げられた状態で使用者の腕への装着時に、筐体が変形して二次電池７１０４の一部または全部の曲率が変化する。なお、曲線の任意の点における曲がり具合を相当する円の半径の値で表したものを曲率半径と呼び、曲率半径の逆数を曲率と呼ぶ。具体的には、曲率半径が４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内で筐体または二次電池７１０４の主表面の一部または全部が変化する。二次電池７１０４の主表面における曲率半径が４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲であれば、高い信頼性を維持できる。上記の二次電池７１０４に本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な携帯表示装置を提供できる。
図２５Ｆは、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末７２００は、筐体７２０１、表示部７２０２、バンド７２０３、バックル７２０４、操作ボタン７２０５、入出力端子７２０６などを備える。
携帯情報端末７２００は、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などの種々のアプリケーションを実行することができる。
表示部７２０２はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部７２０２はタッチセンサを備え、指、またはスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部７２０２に表示されたアイコン７２０７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
操作ボタン７２０５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末７２００に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン７２０５の機能を自由に設定することもできる。
また、携帯情報端末７２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
また、携帯情報端末７２００は入出力端子７２０６を備え、他の情報端末とコネクタを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子７２０６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子７２０６を介さずに無線給電により行ってもよい。
携帯情報端末７２００の表示部７２０２には、本発明の一態様の二次電池を有している。本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な携帯情報端末を提供できる。安全性を高めるため、二次電池の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池に電気的に接続してもよい。例えば、図２５Ｅに示した二次電池７１０４を、筐体７２０１の内部に湾曲した状態で、またはバンド７２０３の内部に湾曲可能な状態で組み込むことができる。
携帯情報端末７２００はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋センサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサ、タッチセンサ、加圧センサ、または加速度センサ、等が搭載されることが好ましい。
図２５Ｇは、腕章型の表示装置の一例を示している。表示装置７３００は、表示部７３０４を有し、本発明の一態様の二次電池を有している。本発明の一態様の制御システムを二次電池に電気的に接続することが好ましい。また、表示装置７３００は、表示部７３０４にタッチセンサを備えることもでき、また、携帯情報端末として機能させることもできる。
表示部７３０４はその表示面が湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示装置７３００は、通信規格された近距離無線通信などにより、表示状況を変更することができる。
また、表示装置７３００は入出力端子を備え、他の情報端末とコネクタを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子を介さずに無線給電により行ってもよい。
表示装置７３００が有する二次電池として本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な表示装置を提供できる。
また、本発明の一態様に係る、サイクル特性のよい二次電池を電子機器に実装する例を図２５Ｈ、図２６および図２７を用いて説明する。
電子機器に二次電池として本発明の一態様の二次電池を用いることで、軽量で長寿命な製品を提供できる。例えば、日用電子機器として、電動歯ブラシ、電気シェーバー、電動美容機器などが挙げられ、それらの製品の二次電池としては、使用者の持ちやすさを考え、形状をスティック状とし、小型、軽量、且つ、大容量の二次電池が望まれている。
図２５Ｈはタバコ収容喫煙装置（電子タバコ）とも呼ばれる装置の斜視図である。図２５Ｈにおいて電子タバコ７５００は、加熱素子を含むアトマイザ７５０１と、アトマイザに電力を供給する二次電池７５０４と、液体供給ボトル、またはセンサなどを含むカートリッジ７５０２で構成されている。安全性を高めるため、二次電池７５０４の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池７５０４に電気的に接続してもよい。図２５Ｈに示した二次電池７５０４は、充電機器と接続できるように外部端子を有している。二次電池７５０４は持った場合に先端部分となるため、トータルの長さが短く、且つ、重量が軽いことが望ましい。本発明の一態様の二次電池は高容量、良好なサイクル特性を有するため、長期間に渡って長時間の使用ができる小型であり、且つ、軽量の電子タバコ７５００を提供できる。本発明の一態様の制御システムを二次電池に電気的に接続することが好ましい。
次に、図２６Ａおよび図２６Ｂに、２つ折り可能なタブレット型端末の一例を示す。図２６Ａおよび図２６Ｂに示すタブレット型端末７６００は、筐体７６３０ａ、筐体７６３０ｂ、筐体７６３０ａと筐体７６３０ｂを接続する可動部７６４０、表示部７６３１ａと表示部７６３１ｂを有する表示部７６３１、スイッチ７６２５乃至スイッチ７６２７、留め具７６２９、操作スイッチ７６２８、を有する。表示部７６３１には、可撓性を有するパネルを用いることで、より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図２６Ａは、タブレット型端末７６００を開いた状態を示し、図２６Ｂは、タブレット型端末７６００を閉じた状態を示している。
また、タブレット型端末７６００は、筐体７６３０ａおよび筐体７６３０ｂの内部に蓄電体７６３５を有する。蓄電体７６３５は、可動部７６４０を通り、筐体７６３０ａと筐体７６３０ｂに渡って設けられている。
表示部７６３１は、全て又は一部の領域をタッチパネルの領域とすることができ、また当該領域に表示されたアイコンを含む画像、文字、入力フォームなどに触れることでデータ入力をすることができる。例えば、筐体７６３０ａ側の表示部７６３１ａの全面にキーボードボタンを表示させて、筐体７６３０ｂ側の表示部７６３１ｂに文字、画像などの情報を表示させて用いてもよい。
また、筐体７６３０ｂ側の表示部７６３１ｂにキーボードを表示させて、筐体７６３０ａ側の表示部７６３１ａに文字、画像などの情報を表示させて用いてもよい。また、表示部７６３１にタッチパネルのキーボード表示切り替えボタンを表示するようにして、当該ボタンに指、またはスタイラスなどで触れることで表示部７６３１にキーボードを表示するようにしてもよい。
また、筐体７６３０ａ側の表示部７６３１ａのタッチパネルの領域と筐体７６３０ｂ側の表示部７６３１ｂのタッチパネルの領域に対して同時にタッチ入力することもできる。
また、スイッチ７６２５乃至スイッチ７６２７は、タブレット型端末７６００を操作するためのインターフェースだけでなく、様々な機能の切り替えを行うことができるインターフェースとしてもよい。例えば、スイッチ７６２５乃至スイッチ７６２７の少なくとも一は、タブレット型端末７６００の電源のオン・オフを切り替えるスイッチとして機能してもよい。また、例えば、スイッチ７６２５乃至スイッチ７６２７の少なくとも一は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替える機能、又は白黒表示、またはカラー表示の切り替える機能を有してもよい。また、例えば、スイッチ７６２５乃至スイッチ７６２７の少なくとも一は、表示部７６３１の輝度を調整する機能を有してもよい。また、表示部７６３１の輝度は、タブレット型端末７６００に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて最適なものとすることができる。なお、タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
また、図２６Ａでは筐体７６３０ａ側の表示部７６３１ａと筐体７６３０ｂ側の表示部７６３１ｂの表示面積とがほぼ同じ例を示しているが、表示部７６３１ａ及び表示部７６３１ｂのそれぞれの表示面積は特に限定されず、一方のサイズと他方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。
図２６Ｂは、タブレット型端末７６００を２つ折りに閉じた状態であり、タブレット型端末７６００は、筐体７６３０、太陽電池７６３３、ＤＣＤＣコンバータ７６３６を含む充放電制御回路７６３４を有する。また、蓄電体７６３５として、本発明の一態様に係る二次電池を用いる。
なお、上述の通り、タブレット型端末７６００は２つ折りが可能であるため、非使用時に筐体７６３０ａおよび筐体７６３０ｂを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部７６３１を保護できるため、タブレット型端末７６００の耐久性を高めることができる。また、本発明の一態様の二次電池を用いた蓄電体７６３５は高容量、良好なサイクル特性を有するため、長期間に渡って長時間の使用ができるタブレット型端末７６００を提供できる。安全性を高めるため、蓄電体７６３５が有する二次電池に本発明の一態様の制御システムを電気的に接続することが好ましい。また、該制御システムには、充放電制御回路７６３４が含まれてもよい。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池において、使用することのできるエネルギー密度を高めることができる。また、本発明の一態様の制御システムを用いることにより、二次電池の寿命を長くすることができる。該制御システムは、先の実施の形態に示す計測回路を有する。
また、この他にも図２６Ａおよび図２６Ｂに示したタブレット型端末７６００は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付および時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。
タブレット型端末７６００の表面に装着された太陽電池７６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、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７６３３は、筐体７６３０の片面又は両面に設けることができ、蓄電体７６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。なお蓄電体７６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図２６Ｂに示す充放電制御回路７６３４の構成、および動作の一例について図２６Ｃにブロック図を示し説明する。図２６Ｃには、太陽電池７６３３、蓄電体７６３５、ＤＣＤＣコンバータ７６３６、コンバータ７６３７、スイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ３、表示部７６３１について示しており、蓄電体７６３５、ＤＣＤＣコンバータ７６３６、コンバータ７６３７、スイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ３が、図２６Ｂに示す充放電制御回路７６３４に対応する箇所となる。
まず外光により太陽電池７６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、蓄電体７６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ７６３６で昇圧又は降圧がなされる。そして、表示部７６３１の動作に太陽電池７６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ７６３７で表示部７６３１に必要な電圧に昇圧又は降圧をすることとなる。また、表示部７６３１での表示を行わない際には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにして蓄電体７６３５の充電を行う構成とすればよい。
なお太陽電池７６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）、または熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段による蓄電体７６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュール、または他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
図２７に、他の電子機器の例を示す。図２７に示す電子機器が有する二次電池には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続されることが好ましい。図２７において、表示装置８０００は、本発明の一態様に係る二次電池８００４を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、二次電池８００４等を有する。安全性を高めるため、二次電池８００４の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池８００４に電気的に接続してもよい。本発明の一態様に係る二次電池８００４は、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８００４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、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時でも、本発明の一態様に係る二次電池８００４を無停電電源として用いることで、表示装置８０００の利用が可能となる。
表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ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（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
なお、表示装置には、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、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
図２７において、据え付け型の照明装置８１００は、本発明の一態様に係る二次電池８１０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、二次電池８１０３等を有する。安全性を高めるため、二次電池８１０３の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池８１０３に電気的に接続してもよい。図２７では、二次電池８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。よって、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時でも、本発明の一態様に係る二次電池８１０３を無停電電源として用いることで、照明装置８１００の利用が可能となる。
なお、図２７では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、本発明の一態様に係る二次電池は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５、床８１０６、窓８１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤ、及び／又は有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
図２７において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係る二次電池８２０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、二次電池８２０３等を有する。安全性を高めるため、二次電池８２０３の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池８２０３に電気的に接続してもよい。図２７では、二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、二次電池８２０３が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機８２００と室外機８２０４の両方に二次電池８２０３が設けられている場合、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時でも、本発明の一態様に係る二次電池８２０３を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が可能となる。
なお、図２７では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係る二次電池を用いることもできる。
図２７において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、本発明の一態様に係る二次電池８３０４を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、二次電池８３０４等を有する。安全性を高めるため、二次電池８３０４の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池８３０４に電気的に接続してもよい。図２７では、二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、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時でも、本発明の一態様に係る二次電池８３０４を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫８３００の利用が可能となる。
なお、上述した電子機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電子機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様に係る二次電池を用いることで、電子機器の使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、二次電池８３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われる昼間において、二次電池８３０４を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
本発明の一態様により、二次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、高容量の二次電池とすることができ、よって、二次電池の特性を向上することができ、よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。そのため本発明の一態様である二次電池を、本実施の形態で説明した電子機器に搭載することで、より長寿命で、より軽量な電子機器とすることができる。
図２８Ａは、ウェアラブルデバイスの例を示している。ウェアラブルデバイスは、電源として二次電池を用いる。また、使用者が生活または屋外で使用する場合において、防沫性能、耐水性能、または防塵性能を高めるため、接続するコネクタ部分が露出している有線による充電だけでなく、無線充電も行えるウェアラブルデバイスが望まれている。
例えば、図２８Ａに示すような眼鏡型デバイス９０００に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。眼鏡型デバイス９０００は、フレーム９０００ａと、表示部９０００ｂを有する。湾曲を有するフレーム９０００ａのテンプル部に二次電池を搭載することで、軽量であり、且つ、重量バランスがよく継続使用時間の長い眼鏡型デバイス９０００とすることができる。二次電池には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続することが好ましい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
また、ヘッドセット型デバイス９００１に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。ヘッドセット型デバイス９００１は、少なくともマイク部９００１ａと、フレキシブルパイプ９００１ｂと、イヤフォン部９００１ｃを有する。フレキシブルパイプ９００１ｂ内、またはイヤフォン部９００１ｃ内に二次電池を設けることができる。安全性を高めるため、二次電池の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池に電気的に接続してもよい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
また、身体に直接取り付け可能なデバイス９００２に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。デバイス９００２の薄型の筐体９００２ａの中に、二次電池９００２ｂを設けることができる。安全性を高めるため、二次電池９００２ｂの過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池９００２ｂに電気的に接続してもよい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
また、衣服に取り付け可能なデバイス９００３に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。デバイス９００３の薄型の筐体９００３ａの中に、二次電池９００３ｂを設けることができる。安全性を高めるため、二次電池９００３ｂの過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池９００３ｂに電気的に接続してもよい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
また、ベルト型デバイス９００６に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。ベルト型デバイス９００６は、ベルト部９００６ａおよびワイヤレス給電受電部９００６ｂを有し、ベルト部９００６ａの内部に、二次電池を搭載することができる。安全性を高めるため、二次電池の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池に電気的に接続してもよい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
また、腕時計型デバイス９００５に本発明の一態様である二次電池を搭載することができる。腕時計型デバイス９００５は表示部９００５ａおよびベルト部９００５ｂを有し、表示部９００５ａまたはベルト部９００５ｂに、二次電池を設けることができる。安全性を高めるため、二次電池の過充電、及び／又は過放電を防ぐ保護回路を二次電池に電気的に接続してもよい。本発明の一態様である二次電池を備えることで、筐体の小型化に伴う省スペース化に対応できる構成を実現することができる。
表示部９００５ａには、時刻だけでなく、メール、及び／又は電話の着信等、様々な情報を表示することができる。
また、腕時計型デバイス９００５は、腕に直接巻きつけるタイプのウェアラブルデバイスであるため、使用者の脈拍、血圧等を測定するセンサを搭載してもよい。使用者の運動量および健康に関するデータを蓄積し、健康を管理することができる。
図２８Ｂに腕から取り外した腕時計型デバイス９００５の斜視図を示す。
また、腕時計型デバイス９００５の側面図を図２８Ｃに示す。図２８Ｃには、内部に本発明の一態様に係る二次電池９１３を内蔵している様子を示している。二次電池９１３は表示部９００５ａと重なる位置に設けられており、小型、且つ、軽量である。二次電池には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続することが好ましい。
図２９Ａは、掃除ロボットの一例を示している。掃除ロボット９３００は、筐体９３０１上面に配置された表示部９３０２、側面に配置された複数のカメラ９３０３、ブラシ９３０４、操作ボタン９３０５、二次電池９３０６、各種センサなどを有する。二次電池９３０６には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続することが好ましい。図示されていないが、掃除ロボット９３００には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット９３００は自走し、ゴミ９３１０を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
例えば、掃除ロボット９３００は、カメラ９３０３が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ９３０４に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ９３０４の回転を止めることができる。掃除ロボット９３００は、その内部に本発明の一態様に係る二次電池９３０６と、半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る二次電池９３０６を掃除ロボット９３００に用いることで、掃除ロボット９３００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
図２９Ｂは、ロボットの一例を示している。図２９Ｂに示すロボット９４００は、二次電池９４０９、照度センサ９４０１、マイクロフォン９４０２、上部カメラ９４０３、スピーカ９４０４、表示部９４０５、下部カメラ９４０６および障害物センサ９４０７、移動機構９４０８、演算装置等を備える。二次電池９４０９には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続することが好ましい。
マイクロフォン９４０２は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ９４０４は、音声を発する機能を有する。ロボット９４００は、マイクロフォン９４０２およびスピーカ９４０４を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
表示部９４０５は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット９４００は、使用者の望みの情報を表示部９４０５に表示することが可能である。表示部９４０５は、タッチパネルを搭載していてもよい。また、表示部９４０５は取り外しのできる情報端末であっても良く、ロボット９４００の定位置に設置することで、充電およびデータの受け渡しを可能とする。
上部カメラ９４０３および下部カメラ９４０６は、ロボット９４００の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ９４０７は、移動機構９４０８を用いてロボット９４００が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット９４００は、上部カメラ９４０３、下部カメラ９４０６および障害物センサ９４０７を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。
ロボット９４００は、その内部に本発明の一態様に係る二次電池９４０９と、半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る二次電池をロボット９４００に用いることで、ロボット９４００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
図２９Ｃは、飛行体の一例を示している。図２９Ｃに示す飛行体９５００は、プロペラ９５０１、カメラ９５０２、および二次電池９５０３などを有し、自律して飛行する機能を有する。二次電池９５０３には、本発明の一態様の制御回路を電気的に接続することが好ましい。
例えば、カメラ９５０２で撮影した画像データは、電子部品９５０４に記憶される。電子部品９５０４は、画像データを解析し、移動する際の障害物の有無などを察知することができる。また、電子部品９５０４によって二次電池９５０３の蓄電容量の変化から、バッテリ残量を推定することができる。飛行体９５００は、その内部に本発明の一態様に係る二次電池９５０３を備える。本発明の一態様に係る二次電池を飛行体９５００に用いることで、飛行体９５００を稼働時間が長く信頼性の高い電子機器とすることができる。
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。
１００：蓄電システム、１２０：二次電池、１２１：電池セル、１３０：積層体、１３１：積層体、４００：二次電池、４０１：正極キャップ、４１５：蓄電システム、４２０：制御システム、４２０ａ：回路、４２０ｂ：回路、４２３：配線、４２４：導電体、４２５：絶縁体、４２６：配線、５００：二次電池、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、５０７ａ：領域、５０７ｂ：領域、５０８：電解質、５０９：外装体、５１０：正極リード電極、５１１：負極リード電極、５１３：二次電池、５１５：シール、５１６：導入口、５１７：アンテナ、５１９：層、５２１：回路基板、５２２：端子、５３１：二次電池パック、５５０：積層体、５５１：一方、５５２：他方、５６０：二次電池、５８１：ポリマー膜、５８２：孔、５８４：ポリマー膜、５８５：孔、５９０：制御システム、５９０ａ：回路システム、５９０ｂ：回路システム、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、６１１：ＰＴＣ素子、６１３：安全弁機構、７００：制御システム、７０１：入力保護回路、７０２：充電保護回路、７０３：放電保護回路、７０４：選択回路、７０５：出力制御回路、７０６：出力保護回路、７１１：電位調整回路、７１２：電源生成回路、７１３：制御回路、７１４：スイッチ部、７２１：充電制御回路、７３１：入力端子、７３２：出力端子、７５０：計測回路、７５０ａ：回路、７５１：交流信号源、７５２：容量素子、７５３：抵抗素子、７５４：インダクタ、７５５：スイッチ、７７１：端子、７７２：端子、７８１：電圧計、７８２：電圧計、７８６：容量素子、９１１ａ：端子、９１１ｂ：端子、９１３：二次電池、９３０：筐体、９３０ａ：筐体、９３０ｂ：筐体、９３１：負極、９３１ａ：負極活物質層、９３２：正極、９３２ａ：正極活物質層、９３３：セパレータ、９５０：捲回体、９５０ａ：捲回体、９５１：端子、９５２：端子、９７０：二次電池、９７１：筐体、９７２：積層体、９７３ａ：正極リード電極、９７３ｂ：端子、９７３ｃ：導電体、９７４ａ：負極リード電極、９７４ｂ：端子、９７４ｃ：導電体、９７５ａ：正極、９７５ｂ：正極、９７６：セパレータ、９７７ａ：負極、１３０１ａ：第１のバッテリ、１３０１ｂ：第１のバッテリ、１３０２：バッテリーコントローラ、１３０３：モータコントローラ、１３０４：モータ、１３０５：ギア、１３０６：ＤＣＤＣ回路、１３０７：電動パワステ、１３０８：ヒーター、１３０９：デフォッガ、１３１０：ＤＣＤＣ回路、１３１１：第２のバッテリ、１３１２：インバータ、１３１３：オーディオ、１３１４：パワーウィンドウ、１３１５：ランプ類、１３１６：タイヤ、１３１７：リアモータ、１３２０：制御システム、１４１５：電池パック、１４２１：配線、１４２２：配線、１７００：蓄電装置、１７０１：商業用電源、１７０３：分電盤、１７０５：蓄電コントローラ、１７０６：表示器、１７０７：一般負荷、１７０８：蓄電系負荷、１７０９：ルータ、１７１０：引込線取付部、１７１１：計測部、１７１２：予測部、１７１３：計画部、１７９０：制御装置、１７９１：蓄電池、１７９６：床下空間部、１７９９：建物、２００１：自動車、２００２：輸送車、２００３：輸送車両、２００４：航空機、２００５：輸送車両、２１００：電動自転車、２１０１：二次電池、２１０２：蓄電装置、２１０３：表示部、２１０４：制御システム、２２０１：電池パック、２２０２：電池パック、２２０３：電池パック、２２０４：電池パック、２３００：スクータ、２３０１：サイドミラー、２３０２：蓄電装置、２３０３：方向指示灯、２３０４：座席下収納、２６０３：車両、２６０４：充電装置、２６１０：ソーラーパネル、２６１１：配線、２６１２：蓄電装置、２８００：パーソナルコンピュータ、２８０１：筐体、２８０２：筐体、２８０３：表示部、２８０４：キーボード、２８０５：ポインティングデバイス、２８０６：二次電池、２８０７：二次電池、７１００：携帯表示装置、７１０１：筐体、７１０２：表示部、７１０３：操作ボタン、７１０４：二次電池、７２００：携帯情報端末、７２０１：筐体、７２０２：表示部、７２０３：バンド、７２０４：バックル、７２０５：操作ボタン、７２０６：入出力端子、７２０７：アイコン、７３００：表示装置、７３０４：表示部、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、７４０７：二次電池、７５００：電子タバコ、７５０１：アトマイザ、７５０２：カートリッジ、７５０４：二次電池、７６００：タブレット型端末、７６２５：スイッチ、７６２７：スイッチ、７６２８：操作スイッチ、７６２９：留め具、７６３０：筐体、７６３０ａ：筐体、７６３０ｂ：筐体、７６３１：表示部、７６３１ａ：表示部、７６３１ｂ：表示部、７６３３：太陽電池、７６３４：充放電制御回路、７６３５：蓄電体、７６３６：ＤＣＤＣコンバータ、７６３７：コンバータ、７６４０：可動部、８０００：表示装置、８００１：筐体、８００２：表示部、８００３：スピーカ部、８００４：二次電池、８１００：照明装置、８１０１：筐体、８１０２：光源、８１０３：二次電池、８１０４：天井、８１０５：側壁、８１０６：床、８１０７：窓、８２００：室内機、８２０１：筐体、８２０２：送風口、８２０３：二次電池、８２０４：室外機、８３００：電気冷凍冷蔵庫、８３０１：筐体、８３０２：冷蔵室用扉、８３０３：冷凍室用扉、８３０４：二次電池、９０００：眼鏡型デバイス、９０００ａ：フレーム、９０００ｂ：表示部、９００１：ヘッドセット型デバイス、９００１ａ：マイク部、９００１ｂ：フレキシブルパイプ、９００１ｃ：イヤフォン部、９００２：デバイス、９００２ａ：筐体、９００２ｂ：二次電池、９００３：デバイス、９００３ａ：筐体、９００３ｂ：二次電池、９００５：腕時計型デバイス、９００５ａ：表示部、９００５ｂ：ベルト部、９００６：ベルト型デバイス、９００６ａ：ベルト部、９００６ｂ：ワイヤレス給電受電部、９３００：掃除ロボット、９３０１：筐体、９３０２：表示部、９３０３：カメラ、９３０４：ブラシ、９３０５：操作ボタン、９３０６：二次電池、９３１０：ゴミ、９４００：ロボット、９４０１：照度センサ、９４０２：マイクロフォン、９４０３：上部カメラ、９４０４：スピーカ、９４０５：表示部、９４０６：下部カメラ、９４０７：障害物センサ、９４０８：移動機構、９４０９：二次電池、９５００：飛行体、９５０１：プロペラ、９５０２：カメラ、９５０３：二次電池、９５０４：電子部品

Claims (4)

  1. 二次電池と、計測回路と、を有し、
    前記計測回路は、抵抗素子と、容量素子と、インダクタと、交流信号源と、を有し、
    前記抵抗素子の一方の端子は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
    前記容量素子の他方の電極は、前記インダクタの一方の端子と電気的に接続され、
    前記インダクタの一方の端子は、前記二次電池の正極と電気的に接続され、
    前記交流信号源は、前記抵抗素子の他方の端子と、前記二次電池の負極と、に電気的に接続され、
    前記交流信号源から出力される信号の周波数を掃引し、前記抵抗素子の電流値と、前記周波数との相関を取得する機能を有し、
    前記抵抗素子の電流値と、前記周波数との相関に基づき、前記二次電池の状態を推定する機能を有し、
    推定された前記状態に基づき、前記二次電池の充電条件の決定を行う機能を有し、
    前記抵抗素子の電流値の測定は、二次電池への充電電流または放電電流が供給されている状態において行われる蓄電システム。
  2. 請求項１において、
    温度センサを有する蓄電システム。
  3. 請求項１または２に搭載の蓄電システムを有する車両。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に搭載の蓄電システムを有する電子機器。
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