CN106575794B - 具备蓄电装置的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题之一是防止电池劣化或者防止保管时的容量下降，由此最大限度地提高电池的充放电性能，在长时间维持电池的充放电性能。在二次电池的正极与负极之间设置第三电极或第四电极，对第三电极或第四电极施加阻碍自放电的信号(电流、电压等)，来调节第三电极与正极的电位差或第三电极与负极的电位差，而控制二次电池内部的化学反应。

Description

具备蓄电装置的电子设备
技术领域
本发明的一个方式涉及一种物品、方法或者制造方法。或者，本发明涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置或电子设备的制造方法。本发明的一个方式尤其涉及一种电子设备及其操作系统。
注意，在本说明书中，电子设备是指具有蓄电装置的所有装置，具有蓄电装置的电光装置、具有蓄电装置的信息终端装置等都是电子设备。
背景技术
对使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备的开发非常活跃。例如，专利文献1中记载有薄型便携电子书阅读器。
使用者携带的电子设备或使用者穿戴的电子设备将二次电池用作电源进行工作。对使用者携带的电子设备，期待可长时间利用，因此使用大容量二次电池即可。但是，当将大容量二次电池内置于电子设备时，因为大容量二次电池的体积较大，所以有重量重的问题。于是，对能够内置于携带的电子设备的小型或薄型且大容量二次电池进行了开发。
当在充满电的状态下保管二次电池时，有可能导致电池劣化。尤其是，在高温下保存时的自放电引起泄漏，即使不使用电池也会发生电池容量下降的问题。
[专利文献1]日本专利申请公开第昭63-15796号公报
发明内容
二次电池被要求的特性有高能量密度化、循环特性的提高、各种工作环境下的安全性及长期可靠性的提高等。
二次电池因充电或放电的反复而劣化，其容量逐渐下降。另外，二次电池有即使在不使用且保管的状态下其电动势也下降或者自然放电导致泄漏而使容量逐渐下降的问题。从电池效率的观点来看，该容量下降优选为小。
于是，本发明的课题之一是防止蓄电装置的劣化或保管时的容量下降，由此最大限度地提高电池的充放电性能，长时间地维持电池的充放电性能。
或者，也有在蓄电装置的制造时可以无问题地进行充放电而作为合格品出厂，之后因某个原因发热、膨胀、起火或爆炸的不合格品的蓄电装置。于是，本发明的课题之一是确保蓄电装置的安全性。
或者，本发明的一个方式的课题之一是提供一种革新性的蓄电装置的电力管理系统、革新性的二次电池等。注意，这些课题的记载并不妨碍其他课题的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述课题。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并抽出上述以外的课题。
在二次电池的正极与负极之间设置电流截断单元或电流控制单元，利用电流截断单元或电流控制单元抑制二次电池内部的化学反应，由此维持二次电池所保持的电力，换言之，防止二次电池的容量下降。
具体而言，将二次电池设计为三端子装置或者四端子电子装置。在二次电池的正极与负极之间设置第三电极或第四电极，对第三电极或第四电极施加所希望的信号(电流、电压等)，由此调节第三电极与正极的电位差或者第三电极与负极的电位差，而控制二次电池内部的化学反应。
根据二次电池的结构、施加到第三电极的信号电压或者施加到第四电极的信号电压而不同，但是可以停止或抑制二次电池内部的化学反应且抑制二次电池的泄漏，由此可以有助于二次电池的长寿命化。在不与负载或充电器等连接的情况下放置二次电池的状态的二次电池的自放电的主要原因是正极与负极之间的微弱电流的通电，因而电池内的化学反应逐渐进展，而使电池容量下降。发生该微弱电流的通电的机理之一为在正极与负极之间没有截断或控制微弱电流的机制，锂离子等载流子离子容易在正极与负极之间在双方向上移动。根据上述见解，在二次电池的正极与负极之间设置电流截断单元或电流控制单元来部分地抑制二次电池内部的化学反应。电流截断单元或所述电流控制单元通过对第三电极或第四电极施加阻碍自放电的信号，由此改变第一电极与第二电极之间的电场。
二次电池是指通过将伴随电化学反应的化学能的差分转换为电能量，可以进行放电，并且，通过使电流在与放电时相反方向流动，可以将电能量转换为化学能来进行充电的电池。
在使二次电池小型化且将其安装在LSI芯片上的情况下，如果一个二次电池的尺寸为μm级，其容量则减少或者难以维持其容量。另一方面，通过本发明，可以维持该容量。另外，作为关态电流小的FET，有使用包含In、Ga及Zn的氧化物半导体的FET(也称为OS晶体管)，通过与使用其沟道为氧化物半导体的FET的存储器或者使用其沟道为氧化物半导体的FET的保护电路等组合，可以实现新颖的装置。
换言之，可以说通过组合泄漏电流少的二次电池与泄漏电流少的FET，可以实现尽量抑制总泄漏电流的电子设备。
在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流是指晶体管处于关断状态(也称为非导通状态、阻挡状态)的漏极电流。在没有特别的说明的情况下，在n沟道晶体管中，关断状态是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth的状态，在p沟道晶体管中，关断状态是指栅极与源极间的电压Vgs高于阈值电压Vth的状态。例如，n沟道晶体管的关态电流有时是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth时的漏极电流。
晶体管的关态电流有时取决于Vgs。因此，当存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs时，有时称该晶体管的关态电流为I以下。晶体管的关态电流有时是指：当Vgs为预定的值时的关态电流；当Vgs为预定范围内的值时的关态电流；或者当Vgs为能够获得充分低的关态电流的值时的关态电流。
作为一个例子，设想一种n沟道晶体管，该n沟道晶体管的阈值电压Vth为0.5V，Vgs为0.5V时的漏极电流为1×10-9A，Vgs为0.1V时的漏极电流为1×10-13A，Vgs为-0.5V时的漏极电流为1×10-19A，Vgs为-0.8V时的漏极电流为1×10-22A。在Vgs为-0.5V时或在Vgs为-0.5V至-0.8V的范围内，该晶体管的漏极电流为1×10-19A以下，所以有时称该晶体管的关态电流为1×10-19A以下。由于存在使该晶体管的漏极电流成为1×10-22A以下的Vgs，因此有时称该晶体管的关态电流为1×10-22A以下。
在本说明书中，有时以每沟道宽度W的值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。另外，有时以每预定的沟道宽度(例如1μm)的电流值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。在为后者时，关态电流的单位有时以电流/长度(例如，A/μm)表示。
晶体管的关态电流有时取决于温度。在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示在室温、60℃、85℃、95℃或125℃下的关态电流。或者，有时表示在保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的温度下或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下的关态电流。在室温、60℃、85℃、95℃、125℃、保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的温度或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下，当存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs时，有时称该晶体管的关态电流为I以下。
晶体管的关态电流有时取决于漏极与源极间的电压Vds。在本说明书中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示Vds的绝对值为0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V或20V时的关态电流。或者，有时表示保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的Vds时或者包括该晶体管的半导体装置等中被使用的Vds时的关态电流。当在Vds为预定的值的情况下存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs时，有时称该晶体管的关态电流为I以下。在此，例如，预定的值是指：0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的Vds的值或包括该晶体管的半导体装置等中被使用的Vds的值。
在上述关态电流的说明中，可以将漏极换称为源极。也就是说，关态电流有时指晶体管处于关断状态时流过源极的电流。
在本说明书中，有时将关态电流记作泄漏电流。
在本说明书中，关态电流例如有时指当晶体管处于关断状态时流在源极与漏极间的电流。
在本说明书中公开的发明的结构为包括第一电极、第二电极以及第一电极与第二电极之间的电流截断单元或电流控制单元的二次电池。
在上述结构中，电流截断单元或电流控制单元包括第三电极或第四电极。具体而言，第三电极或第四电极为网格状电极。网格状电极具有其上下被有机树脂层围绕的结构，由此实现在有机树脂中设置有网格状电极的二次电池。另外，可以组合梳齿状电极的第三电极和梳齿状电极的第四电极。另外，也可以采用如下结构：在X方向上设置多个线状第三电极，在与X方向垂直的Y方向上设置多个线状第四电极，在它们之间设置绝缘层，由此使第三电极与第四电极交叉。
另外，也可以还包括第五电极，可以采用包括三个以上的电极(端子)的电池。例如，第五电极为用来控制温度的电极或者为了防止过充电而测定被充电的容量的电极。另外，例如，第五电极为用来测定二次电池内部的温度的电极。
在将本发明用于使用电解液的锂离子二次电池的情况下，也可以将其内部设置有网格状电极的有机树脂层视为隔离体。
可以将本发明用于作为电解液的溶剂使用凝胶化的高分子材料的锂离子聚合物二次电池、锂离子电容器、双电层电容器、氧化还原电容器(redox capacitor)中的任一个或多个的蓄电池。
另外，也可以使用固体电解质将本发明用于全固体薄膜锂离子二次电池。
利用电流截断单元或电流控制单元施加的信号优选由其他的电源生成，其他的电源为自放电少的方式的不同的电池。另外，在有的安装有二次电池的电子设备中，可以利用车辆等的再生能量，而无需使用其他的电源。例如，如果是安装在电动汽车中的二次电池，则可以使用其再生能量生成信号，将该信号施加到二次电池的第三电极。
另外，在将多个小型电池设置在电子设备中的情况下，其中至少一个为二次电池，优选使用能够进行无线充电的二次电池。
另外，电子设备所包括的天线构成实现非接触充电功能的通信模块。通信模块可以使用对应于如Qi或Powermat的规格的充电方式。另外，在进行充电时，也可以控制为同时对多个电池进行充电。另外，电子设备所包括的天线也可以构成实现近距离无线通信功能的通信模块。
另外，可以将MEMS组合于其中分散配置小型电池的电子设备。例如，可以实现包括对使用MEMS的传感器和检测电路供应电力的小型电池、对CPU供应电力的小型电池以及对存储传感器所检测的数据的存储器供应电力的小型电池的电子设备。
另外，当在电子设备中安装多个种类的传感器时，由于对每个使用的构件设置电池，因此可以选择性地安装或拆卸使用者欲使用的传感器。例如，对戴在手腕上的电子设备设置能够控制脉搏传感器、温度传感器、位置信息检测传感器(GPS等)、加速度传感器及角速度传感器等的控制电路以及用来连接传感器与控制电路的连接部(连接插座)，根据使用者欲使用的功能选择传感器，并将该传感器连接于电子设备即可。此时，各传感器包括小型电池及调节器，使用的功能越多连接的小型电池越多，而成为包括多个小型电池的电子设备。
另外，当作为用于调节器的晶体管使用包括氧化物半导体层的晶体管(OS晶体管)时，因为关态电流较小，所以可以实现低功耗化。尤其是，由OS晶体管构成控制电路的调节器(DC-DC转换器)在150℃以上的高温下也能够工作。因此，这种根据实施方式的DC-DC转换器适合用于工作时温度上升的可能性较高的电子设备。
另外，包括第三电极或第四电极的电流截断单元或电流控制单元在发生某种异常的情况下，可以进行通过施加脉冲电压意图性地使一部分短路以停止二次电池的工作的自动关闭。由此可以确保安全性。具体而言，当仅使正极与第三电极之间短路或者仅使第三电极与负极之间短路，可以使二次电池处于几乎不工作的状态。
在此，参照图4(A)说明充电时的电流流动。当将使用锂的电池视为一个闭路时，锂离子的迁移的方向和电流流过的方向相同。注意，在使用锂的电池中，由于根据充电和放电调换阳极(anode)及阴极(cathode)而使氧化反应及还原反应调换，所以将反应电位高的电极称为正极，而将反应电位低的电极称为负极。由此，在本说明书中，即使在充电、放电、供应反向脉冲电流以及供应充电电流时也将正极称为“正极”或“+极”，而将负极称为“负极”或“-极”。如果使用与氧化反应及还原反应有关的阳极(anode)及阴极(cathode)的用语，则在充电时和放电时阳极及阴极成为相反，这有可能引起混乱。因此，在本说明书中，不使用阳极及阴极的用语。假如使用阳极(anode)及阴极(cathode)的用语，就明确地表示充电时还是放电时，还表示对应于正极(+极)还是负极(-极)。
图4(A)所示的两个端子与充电器连接，对蓄电池400进行充电。随着进行蓄电池400的充电，电极之间的电位差增大。在图4(A)中，将如下电流流过的方向作为正方向，该方向是电流从蓄电池400的外部的端子向正极402流过，并且在蓄电池400中从正极402向负极404流过，然后从负极404向蓄电池400的外部的端子流过的方向。就是说，将充电电流流过的方向作为电流的方向。
在二次电池的内部设置第三电极(或者第四电极)且施加阻碍自放电的信号以控制使二次电池中的正极402与负极404处于阻挡状态，由此降低二次电池的自放电，即泄漏电流。例如，在不使二次电池与负载电连接的状态下，在正极402与负极404之间设置作为电流截断单元或电流控制单元的第三电极。通过将施加到第三电极的信号的电位设为与正极402的电位相同，电流几乎不流过正极402与第三电极之间。由此，虽然在第三电极与负极404之间产生电位差，但是在第三电极与负极404之间不发生化学反应。另外，通过将施加到第三电极的信号的电位设为与负极404的电位相同，电流几乎不流过负极404与第三电极之间。由此，虽然在第三电极与正极402之间产生电位差，但是在第三电极与正极402之间不发生化学反应。因此，在蓄电池400整体上，可以利用电流截断单元或电流控制单元阻挡或控制电流，可以降低蓄电池400的泄漏电流，优选可以从原理上消除蓄电池400的泄漏电流。
另外，用于自放电的定量化的指标有自放电率或自放电量。自放电率为二次电池的单位时间(1天)的自放电量(单位mAh/天)，自放电量为在二次电池不与负载或充电器等连接的情况下放置二次电池的状态下的自然放电所引起的放电量。注意，自放电率或自放电量不仅根据经过天数或放置环境的温度，而且根据充电容量而不同。因此，在本说明书中，测定在充满电状态下在室温气氛中放置时的残余电量。将放置一定时间之后的放电容量下降的量与将初始循环中的放电容量视为100％时的比率视为自放电率。自放电率为1％/天以下，优选为0.1％/天以下。
发明的效果
由于可以尽量消除自放电而实现几乎没有泄漏电流的电池，可以在长时间使用安装有该电池的装置。
或者，通过组合泄漏电流少的二次电池与泄漏电流少的FET，可以实现尽量抑制总泄漏电流的电子设备。
附图说明
图1为示出本发明的一个方式的示意图；
图2为示出本发明的一个方式的示意图；
图3为示出本发明的一个方式的制造工序截面图；
图4为示出蓄电池的充电的情况的示意的截面图；
图5为蓄电池的截面图的一个例子及俯视图；
图6为示出本发明的一个方式的移动电话机的一个例子；
图7为电子装置的俯视图及透视图；
图8为说明包括二次电池的车辆的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是本发明的方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式。此外，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
实施方式1
以下，对本发明的一个方式的蓄电装置具体地进行说明。
图1(A)为示出包括四个端子的二次电池的示意图。图1示出包括四个端子的二次电池的例子，但是只要在正极与负极之间包括电流截断单元或电流控制单元，就没有特别的限制，也可以是包括三个端子的二次电池或者包括五个以上的端子的二次电池。另外，多个端子之一可以具有测定二次电池的温度且在超过一定温度的情况下停止充电或放电的安全功能。另外，多个端子之至少一个可以具有测定二次电池的残余电量且管理二次电池的充电状态的安全功能。
以图1所示的蓄电装置为使用电解液的锂离子二次电池的情况为例进行说明。第一端子111为与正极相同电位的端子，第二端子112为与负极相同电位的端子。在使用以图1所示的蓄电装置为电源的电子设备时，第一端子111和第二端子112与负载连接。另外，在对蓄电装置进行充电时，第一端子111和第二端子112与充电器连接。
层108为电流截断单元或电流控制单元，为包括网格状电极的层。在图1(A)中，层108设置有两个网格状电极，其中一个与第三端子113连接，另一个与第四端子114电连接。设置在层108中的电极的形状不局限于网格状，可以为梳齿状、线状等。
为了抑制在不与负载或充电器等连接的情况下放置二次电池的状态下的二次电池的自放电，对网格状电极中的一个或两个施加阻碍自放电的信号。通过施加阻碍自放电的信号，部分地抑制二次电池内部的化学反应。阻碍自放电的信号是用来保持平衡状态的信号。在平衡状态下不容易在第一端子与第二端子之间，例如在活性物质与电解液(或者固体电解质)之间产生化学反应。另外，阻碍自放电的信号也可以是进行用来补充被自放电的自放电量的充电的信号。
例如，如图1(B)所示，通过设置第一开关121，使第一开关处于导通状态，来对第一端子和第三端子施加相同电位。此时，从原理上电流不流过第一端子与第三端子之间。因此，微弱电流不容易流动，可以抑制自放电。
另外，如图1(B)所示，通过设置第二开关122，使第二开关处于导通状态，来对第二端子和第四端子施加相同电位。此时，从原理上电流不流过第二端子与第四端子之间。因此，微弱电流不容易流动，可以抑制自放电。
另外，通过使第一开关及第二开关处于导通状态，对第一端子及第三端子施加相同电位且对第二端子及第四端子施加相同电位。此时，在层108内产生两个网格状电极之间的电位差，但是如果使用绝缘材料构成层108，电流则几乎不容易流动，可以抑制电池的电化学反应。
另外，在本实施方式中，示出通过使开关处于导通状态来使第一端子与第三端子电连接以施加相同电位的例子，但是不局限于此，可以使用其他的电源、其他的电路控制使第三端子的电位与第一电位相同。
另外，在层108如隔离体那样使用锂离子等载流子离子能够穿过的树脂材料的情况下，也可以通过施加对两个网格状电极之间交替施加不同的电压的信号，来控制两个网格状电极之间的载流子离子的移动。
另外，在另行准备形成用来切换第一开关121或第二开关122的导通状态或关断状态的信号的电路或电源，例如将本实施方式的蓄电池用于电动汽车的情况下，可以利用其再生能量生成信号。另外，形成用来切换第一开关121或第二开关122的导通状态或关断状态的信号的电源不局限于蓄电池，也可以使用发电元件、太阳能电池等。
在图1(A)中，为了简化起见，未图示外包装体、正极活性物质、负极活性物质或电解液等。另外，为了简化起见，也未图示信号生成等的电路。
另外，优选作为第一开关121或第二开关122使用关态电流小的OS晶体管，该OS晶体管的关态电流为1×10-19A以下。可以说通过组合本实施方式所示的蓄电池与泄漏电流少的OS晶体管，可以实现尽量抑制总泄漏电流的电子设备。
注意，本发明的一个方式不局限于此。例如，根据情况或状况，作为开关，可以使用各种方式的开关。开关具有成为导通状态(开启状态)或非导通状态(关断状态)来控制是否使电流流过的功能。或者，开关具有选择且切换电流流过的路径的功能。例如，开关具有选择且切换使电流是流过路径1还是流过路径2的功能。作为开关的一个例子，可以使用电开关或机械开关等。换言之，开关只要可以控制电流就不局限于特定的开关。开关的示例包括晶体管(例如双极晶体管、MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)晶体管等)、二极管(例如PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、MIM(Metal Insulator Metal：金属-绝缘体-金属)二极管、MIS(Metal Insulator Semiconductor：金属-绝缘体-半导体)二极管、二极管接法的晶体管等)或者组合这类元件的逻辑电路等。机械开关的示例包括像数字微镜装置(DMD)那样的利用MEMS(微电子机械系统)技术的开关。该开关具有以机械方式可动的电极，并且通过移动该电极来控制导通和非导通而进行工作。
另外，本实施方式所示的蓄电池还对使蓄电池小型化的情况下有效。例如，也可以采用在半导体衬底上形成OS晶体管及蓄电池的结构。另外，在将蓄电池形成在半导体衬底上的情况下，不容易处理电解液，因此优选使用固体电解质代替电解液。具体而言，也可以采用在半导体衬底上形成OS晶体管及使用固体电解质的蓄电池的结构。OS晶体管的泄漏电流极小，因此与使用硅的晶体管相比，可以抑制蓄电池的自放电所导致的容量下降。
实施方式2
在实施方式1中例示出4端子的蓄电池。在本实施方式中，示出3端子的蓄电池的例子。注意，关于与图1相同的部分使用相同附图标记进行说明。
图2(A)为示出具有三个端子的二次电池的示意图。
以图2所示的蓄电装置为使用电解液的锂离子二次电池的情况为例进行说明。第一端子111为与正极相同电位的端子，第二端子112为与负极相同电位的端子。在使用以图2所示的蓄电装置为电源的电子设备时，第一端子111和第二端子112与负载连接。另外，在对蓄电装置进行充电时，第一端子111和第二端子112与充电器连接。
层108为电流截断单元或电流控制单元，为包括网格状电极的层。在图2(A)中，层108设置有网格状电极，其与第三端子113连接。设置在层108中的电极的形状不局限于网格状，可以为梳齿状、线状等。
为了抑制在不与负载或充电器等连接的情况下放置二次电池的状态下的二次电池的自放电，对网格状电极施加阻碍自放电的信号。通过施加阻碍自放电的信号，部分地抑制二次电池内部的化学反应。
例如，如图2(B)所示，通过设置第一开关123及第二开关124，使第一开关处于导通状态且使第二开关处于关断状态，来对第一端子和第三端子施加相同电位。此时，从原理上电流不流过第一端子与第三端子之间。因此，微弱电流不容易流动，可以抑制自放电。
另外，通过设置使第一开关处于关断状态且使第二开关处于导通状态，来对第二端子和第三端子施加相同电位。此时，从原理上电流不流过第二端子与第三端子之间。因此，微弱电流不容易流动，可以抑制自放电。
在图2(B)所示的结构中，在第一开关123及第二开关124都处于导通状态时电池短路，因此也可以通过在第一端子与第三端子之间设置电容元件的结构或者在第二端子与第三端子之间设置电容元件结构保护电池。
本实施方式可以与实施方式1自由地组合。
实施方式3
在本实施方式中，以下对二次电池的制造方法的一个例子进行说明。
首先，准备第一集电体301。第一集电体301可以通过溅射法形成在半导体衬底上，也可以通过溅射法形成在玻璃衬底上，还可以使用金属衬底或者金属箔本身。
并且，在第一集电体301上层叠第一活性物质层302、第一有机树脂层303及导电层304。
第一活性物质层302使用活性物质和固体电解质的混合物质。作为固体电解质可以使用硫化物类固体电解质或氧化物类固体电解质。
作为硫化物类固体电解质，例如可以举出Li7P3S11、Li3.25P0.95S4、Li10GeP2S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li2S-P2S5、Li2S-GeS2、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Ga2S3、Li2S-SiS2-Li4SiO4、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li2S-B2S3、LiI-Li2S-SiS2等锂复合硫化物材料。
另外，作为氧化物类固体电解质，可以举出Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li4SiO4-Li3BO3、Li2.9PO3.3N0.46、Li3.6Si0.6P0.4O4、Li1.5Al0.5Ge1.6(PO4)3、Li2O、Li2CO3、Li2MoO4、Li3PO4、Li3VO4、Li4SiO4、LLT(La2/3-xLi3xTiO3)、LLZ(Li7La3Zr2O12)等锂氧化物及氧化锂材料。
第一有机树脂层303使用聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂(尼龙、芳族聚酰胺等)等。
通过溅射法、蒸镀法、CVD法形成金、银、铜、铝等的导电层304。图3(A)示出到此步骤为止的截面。
接着，如图3(B)所示，进行图案化，来形成网格状电极306。另外，在网格状电极306的下方形成有网格状有机树脂层305。
接着，形成第二有机树脂层307，来覆盖导电层的侧面及顶面。可以形成在有机树脂层中具有网格状电极306的层108。该层108具有其中锂离子等载流子离子能够穿过的结构。
接着，形成第二活性物质层308。第二活性物质层使用活性物质和固体电解质的混合物质。
并且，形成第二集电体309。图3(C)示出到此步骤为止的截面。
再者，还可以在层108与第二活性物质层308之间设置固体电解质层。也可以在层108与第一活性物质层302之间设置固体电解质层。
在第一集电体为正极集电体的情况下，第一活性物质层包含正极活性物质，第二活性物质层包含负极活性物质，第二集电体为负极集电体。
作为正极集电体，可以使用选自钛(Ti)、铝(Al)、金(Au)和铂(Pt)中的一种以上的单层或叠层。
作为正极活性物质，使用钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂和氧化钒中的一种以上。
作为负极活性物质，可以使用选自碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(Al)、锂(Li)、钛酸锂、铌酸锂、氧化铌、氧化钽和氧化硅中的一种以上的单层或叠层。
作为负极集电体，可以使用选自钛(Ti)、铜(Cu)、不锈钢、铁(Fe)、金(Au)、铂(Pt)和镍(Ni)中的一种以上的单层或叠层。
另外，在第一集电体为负极集电体的情况下，第一活性物质层包含负极活性物质，第二活性物质层包含正极活性物质，第二集电体为正极集电体。
在本实施方式中，示出将网格状电极306设置在第一集电体与第二集电体之间的例子，但是不局限于此。也可以另行形成网格状电极来实现包括两个网格状电极的结构。使用该网格状电极抑制自放电。
实施方式4
在本实施方式中，使用图5对以其一部分与实施方式3不同的制造方法制造固体二次电池的例子进行说明。
图5(A)示出二次电池的截面结构图，图5(B)示出俯视图。沿图5(B)中的实线X-Y切断的截面相当于图5(A)。
衬底120为层叠形成以单晶硅为沟道的晶体管和以氧化物半导体为沟道的晶体管的元件衬底。也可以在元件衬底内制造存储器、CPU、保护电路或充电控制电路等。
在衬底120上形成导电膜，进行图案化来形成第一端子111和第二端子112。第一端子111和第二端子112为被分离的导电层。在与下层的晶体管连接的情况下，预先形成到达下层的电极层的接触孔，然后形成导电层。
接着，在第二端子的导电层上形成负极活性物质层117。使用具有开口的掩模通过溅射法选择性地形成。
接着，分三步形成固体电解质层118。首先，第一步形成第一固体电解质层，然后形成包括网格状电极115的第三端子113。接着，第二步形成第二固体电解质层，然后形成包括网格状电极116的第四端子114。接着，第三步形成第三固体电解质层，然后进行图案化来形成固体电解质层118。
接着，形成与第一端子111接触且与网格状电极115、116重叠的正极活性物质层119。正极活性物质层119使用具有开口的掩模通过溅射法选择性地形成。
在图5中未图示，在正极活性物质层119上形成保护层。并且，使第三端子的顶面的一部分与第四端子的顶面的一部分露出，将其电连接到电流截断电路或电流控制电路。施加阻碍自放电的信号，控制使二次电池中的第一端子与第二端子处于阻挡状态，来降低二次电池的自放电，即泄漏电流。
另外，衬底120根据面积被制造为多个小面积的芯片。可以在一个芯片上制造一个二次电池，如果需要容量，也可以在一个芯片上制造两个以上的二次电池。在一个芯片上安装多个二次电池的情况下，作为输入第三端子与第四端子的信号可以使用共同的信号。
在本实施方式中，示出4端子的二次电池，但是也可以是3端子的二次电池。
本实施方式可以与其他的实施方式自由地组合。
实施方式5
在本实施方式中，示出安装有实施方式1至4所示的二次电池的电子设备的一个例子。
实施方式1至4所示的二次电池为包括三个或四个以上的端子的电池，通过尽量消除自放电，可以实现几乎没有泄漏电流的电池，因此可以长时间地使用安装有该电池的电子设备。
另外，实施方式1至4所示的二次电池可以被小型化，也可以安装在LSI等半导体芯片上。另外，通过在安装有存储器的芯片上安装小型二次电池且设置辅助存储器的数据保持时间的驱动电路，还可以延长存储器的存储时间。
作为应用实施方式1至4所示的二次电池的电子设备，例如，可以举出头戴显示器、护目镜型显示器或眼镜型显示器等显示装置(也称为电视或电视接收机)、台式个人计算机或笔记本型个人计算机等个人计算机、用于计算机等的监视器、数码相机、数码摄像机、数码相框、电子记事本、电子书阅读器设备、电子翻译器、玩具、麦克风等声音输入器、电动剃须刀、电动牙刷、微波炉等高频加热装置、电饭煲、洗衣机、吸尘器、热水器、电扇、电吹风、加湿器、除湿器、空调器等空调调节设备、洗碗机、烘碗机、干衣机、烘被机、电冰箱、电冷冻箱、电冷藏冷冻箱、DNA保存用冰冻器、手电筒、电动工具、烟尘探测器、气体警报装置、防盗警报器等警报装置、工业机器人、助听器、起搏器、X射线拍摄装置、辐射测定器(radiationcounters)、电动按摩器、透析装置等保健设备或医疗设备、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、照明装置、头戴式耳机音响、音响、遥控操作机、台钟或挂钟等钟表、无绳电话子机、步话机、计步器、计算器、数字音频播放器等便携式或固定式声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
此外，也可以将实施方式1至4所示的蓄电装置沿着房屋或高楼的内壁或外壁、汽车的内部装修或外部装修的曲面组装。
图6(A)示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400除了组装在外壳7401中的显示部7402之外还具备操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。另外，移动电话机7400具有蓄电装置7407。
图6(B)示出可弯曲的移动电话机的一个例子。移动电话机7100包括外壳7101、显示部7102、操作按钮7103以及蓄电装置7104。当在中央部折叠图6(B)所示的移动电话机时，可以成为图6(C)所示的形状。另外，如图6(D)所示，当以其端部重叠的方式在中央部进一步折叠移动电话机而小型化时，可以缩小至能够放在使用者的口袋里等的尺寸。
图7(A)是眼镜型装置5500的俯视图，图7(B)是其透视图。
眼镜型装置5500包括在佩戴时沿着使用者的头部侧面配置的部分(以下称为镜腿部)，并且在左右的镜腿部的每一个中包括二次电池5501。作为二次电池5501使用实施方式1至4所示的泄漏少的二次电池。
另外，眼镜型装置5500也可以包括端子部5504。可以从端子部5504对二次电池5501进行充电。
另外，眼镜型装置5500也可以包括显示部5502。另外，也可以包括控制部5503。可以由控制部5503控制二次电池5501的充放电并生成显示在显示部5502上的图像数据。另外，通过对控制部5503安装具有无线通信功能的芯片，可以与外部进行数据收发。
另外，如图7(C)的俯视图所示那样，也可以采用不包括显示部5502的眼镜型装置5510。也可以对眼镜型装置5510使用铰链5511安装外置型显示部5512代替显示部5502。铰链5511可以调节显示部5512与使用者的眼睛的位置、显示部5512的画面的方向等。通过对眼镜型装置5510设置外置型显示部5512，可以容易调整使用者的眼睛与显示部5512之间的距离。
图7(C)的俯视图示出设置左右两个显示部5512的例子，但是不局限于此，也可以设置其中一个。
另外，在不使用显示部5512的情况下，也可以通过转动铰链5511使显示部5512错位到不阻碍使用者的视界的位置。
另外，也可以在眼镜型装置5510与外置型显示部5512之间进行无线通信及无线供电。
另外，通过将实施方式1至4所示的蓄电装置安装到车辆上，可以实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车。此外，也可以将可弯曲蓄电装置安装在农业机械、包括电动辅助自行车的电动自行车、摩托车、电动轮椅、电动卡丁车、小型或大型船舶、潜水艇、固定翼机及旋转翼机等飞机、火箭、人造卫星、太空探测器、行星探测器、宇宙飞船等移动体。
图8例示出使用本发明的一个方式的车辆。图8(A)所示的汽车8100是作为用来行驶的动力源使用电发动机的电动汽车。或者，汽车8100是作为用来行驶的动力源能够适当地选择并使用电发动机和引擎的混合动力汽车。当将二次电池安装在车辆上时，在一个或多个部分中设置积累多个二次电池的电池模块。
车辆安装有包括多个控制电路的电子控制系统，电力从主电源(主电池)被供应到多个控制电路的每一个。车辆安装有各种各样的装置及控制电路，有的装置在停车时停止，有的装置是在停车时也一直从主电源被供应电力的警报系统等。将使用本发明的一个方式的小型电池安装在各控制系统中且在不从主电源供应电力的状态下驱动是高效率又有用的。另外，车辆包括发动机，可以回收再生能量。可以将主电池不能存储的电力充电于使用本发明的一个方式的小型电池，或者形成阻碍自放电的信号且将其施加到电池，由此可以实现泄漏少的电池。
通过使用本发明的一个方式，可以实现蓄电装置本身的小型化、轻量化，例如，通过将小型蓄电装置设置在轮胎的内侧，可以实现行车距离长的车辆。此外，也可以将各种形状的蓄电装置设置在车辆内的间隙，因此可以确保后备箱的空间或车辆的乘坐空间。汽车8100包括蓄电装置。蓄电装置不但驱动电发动机，而且还可以将电力供应到车头灯8101或室内灯(未图示)等发光装置。
另外，蓄电装置也可以将电力供应到汽车8100所具有的速度表、转速计等显示装置。此外，蓄电装置也可以将电力供应到汽车8100所具有的导航系统等的半导体装置。
在图8(B)所示的汽车8200中，可以利用插电方式或非接触供电方式等从外部的充电设备接收电力供应，来对汽车8200所具有的蓄电装置进行充电。图8(B)示出利用地上设置式充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车8200的蓄电装置进行充电的情况。当进行充电时，充电方法或连接器的规格等可以根据CHAdeMO(注册商标)或联合充电系统“CombinedCharging System”等的规定的方式适当决定即可。充电装置8021也可以为设置在商业设施的充电站或家庭的电源。例如，可以利用插电技术使用从外部供应的电力对安装在汽车8200的蓄电装置进行充电。可以通过AC/DC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外，虽未图示，但是也可以将受电装置安装在车辆并从地上的送电装置非接触地供应电力来进行充电。当利用该非接触供电方式时，通过在公路或外壁中组装送电装置，不但停车时而且行驶时也可以进行充电。此外，也可以利用该非接触供电方式，在两台车辆之间进行电力的发送及接收。再者，还可以在车辆的外部设置太阳能电池，当停车时或行驶时进行蓄电装置的充电。可以利用电磁感应方式或磁场共振方式实现这样的非接触供电。
根据本发明的一个方式，可以使蓄电装置小型化，所以可以更自由地配置蓄电装置的场所，而可以高效地进行车辆设计。此外，根据本发明的一个方式，可以提高蓄电装置的特性，而可以使蓄电装置本身小型化及轻量化。如果可以使蓄电装置本身小型化及轻量化，就有助于车辆的轻量化，从而可以延长行车距离。另外，也可以将安装在车辆的蓄电装置用作车辆之外的电力供应源。此时，可以避免在电力需求高峰时使用商业电源。
本实施方式可以与实施方式1至3中任一个自由地组合。
另外，在一个实施方式中描述的内容(或其一部分)可以应用于、组合于或者替换成在该实施方式中描述的其他内容(或其一部分)和/或在一个或多个其他实施方式中描述的内容(或其一部分)。
注意，在实施方式中描述的内容是指在各实施方式中利用各种附图说明的内容或用说明书所记载的文章描述的内容。
另外，通过在一个实施方式中示出的附图(或其一部分)与该附图的其他部分、在该实施方式中示出的其他附图(或其一部分)和/或在一个或多个其他实施方式中示出的附图(或其一部分)组合，可以构成更多附图。
另外，可以构成不包括说明书中的附图或文章所未规定的内容的发明的一个方式。或者，当有某一个值的数值范围的记载(上限值和下限值等)时，通过任意缩小该范围或者去除该范围的一部分，可以构成去除该范围的一部分的发明的一个方式。由此，例如，可以规定现有技术不包括在本发明的一个方式的技术范围内。
作为其他具体例子，关于某一个值，例如记载有“某一个电压优选为3V以上且10V以下”。在该情况下，例如，可以将不包括该电压为-2V以上且1V以下的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将不包括该电压为13V以上的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将该电压为5V以上且8V以下的情况规定为发明。例如，可以将该电压大约为9V的情况规定为发明。例如，可以将该电压是3V以上且10V以下但不是9V的情况规定为发明。注意，即使记载有“某一个值优选为某个范围”、“某一个值最好满足某个条件”，也不局限于该记载。换而言之，“优选”、“最好”等的记载并不一定规定该值。
作为其他具体例子，关于某一个值，例如记载有“某一个电压优选为10V”。在该情况下，例如，可以将不包括该电压为-2V以上且1V以下的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将不包括该电压为13V以上的情况规定为发明的一个方式。
作为其他具体例子，关于某一个物质的性质，例如记载有“某一个膜为绝缘膜”。在该情况下，例如，可以将不包括该绝缘膜为有机绝缘膜的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将不包括该绝缘膜为无机绝缘膜的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将不包括该膜为导电膜的情况规定为发明的一个方式。例如，可以将不包括该膜为半导体膜的情况规定为发明的一个方式。
作为其他具体例子，在关于某一个层叠结构，例如记载有“在A膜与B膜之间设置有某一个膜”。在该情况下，例如，可以将不包括该膜为四层以上的叠层膜的情况规定为发明。例如，可以将不包括在A膜与该膜之间设置有导电膜的情况规定为发明。
此外，各种各样的人可以实施在本说明书等中记载的发明的一个方式。但是，有时多数人参与该发明的实施。例如，关于收发系统，A公司制造销售发送器，而B公司制造销售接收器。作为另一个例子，关于具有晶体管及发光元件的发光装置，A公司制造销售形成有晶体管的半导体装置。而且，B公司购买该半导体装置，在该半导体装置中形成发光元件，而完成发光装置。
在此情况下，可以构成可对A公司和B公司中的任一方主张侵犯专利的发明的一个方式。换而言之，可以构成仅A公司所实施的发明的一个方式，作为发明的另一个方式，也可以构成仅B公司所实施的发明的一个方式。另外，可对A公司或B公司主张侵犯专利的发明的一个方式是明确的且可以判断记载于本说明书等中。例如，关于收发系统，即使在本说明书等中没有仅包含发送器的结构的记载或仅包含接收器的结构的记载，也可以仅由发送器构成发明的一个方式，还可以仅由接收器构成发明的其他的一个方式，这些发明的一个方式是明确的且可以判断记载于本说明书等中。作为另一个例子，关于包含晶体管及发光元件的发光装置，即使在本说明书等没有仅包含形成有晶体管的半导体装置的结构的记载或仅包含具有发光元件的发光装置的结构的记载，也可以仅由形成有晶体管的半导体装置构成发明的一个方式，还可以仅由具有发光元件的发光装置构成发明的一个方式，这些发明的一个方式是明确的且可以判断记载于本说明书等中。
另外，在本说明书等中，即使未指定有源元件(晶体管、二极管等)、无源元件(电容元件、电阻元件等)等所具有的所有端子的连接对象，所属技术领域的普通技术人员有时也能够构成发明的一个方式。就是说，可以说，即使未指定连接对象，发明的一个方式也是明确的。而且，当指定了连接对象的内容记载于本说明书等中时，有时可以判断未指定连接对象的发明的一个方式记载于本说明书等中。尤其是在考虑出多个端子连接对象的情况下，该端子的连接对象不必限定在指定的部分。因此，有时通过仅指定有源元件(晶体管、二极管等)、无源元件(电容元件、电阻元件等)等所具有的一部分的端子的连接对象，能够构成发明的一个方式。
另外，在本说明书等中，只要至少指定某一个电路的连接对象，所属技术领域的普通技术人员就有时可以构成发明。或者，只要至少指定某一个电路的功能，所属技术领域的普通技术人员就有时可以构成发明。就是说，可以说，只要指定功能，发明的一个方式就是明确的。另外，有时可以判断指定了功能的发明的一个方式记载于本说明书等中。因此，即使未指定某一个电路的功能，只要指定连接对象，就算是所公开的发明的一个方式，而可以构成发明的一个方式。另外，即使未指定某一个电路的连接对象，只要指定其功能，就算是所公开的发明的一个方式，而可以构成发明的一个方式。
注意，在本说明书等中，可以在某一个实施方式中示出的附图或者文章中取出其一部分而构成发明的一个方式。因此，在记载有说明某一部分的附图或者文章的情况下，取出该附图或者文章的一部分的内容也算是所公开的发明的一个方式，所以能够构成发明的一个方式。并且，可以说该发明的一个方式是明确的。因此，例如，可以在记载有有源元件(晶体管、二极管等)、布线、无源元件(电容元件、电阻元件等)、导电层、绝缘层、半导体层、有机材料、无机材料、零部件、装置、工作方法、制造方法等中的一个或多个的附图或者文章中，取出其一部分而构成发明的一个方式。例如，可以从由N个(N是整数)电路元件(晶体管、电容元件等)构成的电路图中取出M个(M是整数，M<N)电路元件(晶体管、电容元件等)来构成发明的一个方式。作为其他例子，可以从由N个(N是整数)层构成的截面图中取出M个(M是整数，M<N)层来构成发明的一个方式。再者，作为其他例子，可以从由N个(N是整数)要素构成的流程图中取出M个(M是整数，M<N)要素来构成发明的一个方式。作为其他的例子，当从“A包括B、C、D、E或F”的记载中任意抽出一部分的要素时，可以构成“A包括B和E”、“A包括E和F”、“A包括C、E和F”或者“A包括B、C、D和E”等的发明的一个方式。
在本说明书等中，在某一个实施方式中示出的附图或文章示出至少一个具体例子的情况下，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是由上述具体例子导出该具体例子的上位概念。因此，在某一个实施方式中示出的附图或文章示出至少一个具体例子的情况下，该具体例子的上位概念也是所公开的发明的一个方式，可以构成发明的一个方式。并且，可以说该发明的一个方式是明确的。
另外，在本说明书等中，至少示于附图中的内容(或其一部分)是所公开的发明的一个方式，而可以构成发明的一个方式。因此，即使在文章中没有某一个内容的描述，如果该内容示于附图中，就可以说该内容是所公开的发明的一个方式，而可以构成发明的一个方式。同样地，取出附图的一部分的附图也是所公开的发明的一个方式，而可以构成发明的一个方式。并且，可以说该发明的一个方式是明确的。
符号说明
108 层
111 端子
112 端子
113 端子
114 端子
115 网格状电极
116 网格状电极
117 负极活性物质层
118 固体电解质层
119 正极活性物质层
120 衬底
121 开关
122 开关
123 开关
124 开关
301 集电体
302 活性物质层
303 有机树脂层
304 导电层
306 网格状电极
307 有机树脂层
308 活性物质层
309 集电体
400 蓄电池
402 正极
404 负极
5500 眼镜型装置
5501 二次电池
5502 显示部
5503 控制部
5504 端子部
5510 眼镜型装置
5511 铰链
5512 显示部
7100 移动电话
7101 外壳
7102 显示部
7103 操作按钮
7104 蓄电装置
7400 移动电话机
7401 外壳
7402 显示部
7403 操作按钮
7404 外部连接端口
7405 扬声器
7406 麦克风
7407 蓄电装置
8021 充电装置
8022 电缆
8100 汽车
8101 车头灯
8200 汽车

Claims (9)

1.一种蓄电装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
所述第一电极和所述第二电极之间的电流截断单元或电流控制单元，
其中所述电流截断单元或所述电流控制单元包括第三电极和第四电极中的至少一个，
其中所述电流截断单元或所述电流控制单元对所述第三电极和所述第四电极中的至少一个施加阻碍所述蓄电装置的自放电的信号，来改变所述第一电极与所述第二电极之间的电场。
2.一种蓄电装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
所述第一电极与所述第二电极之间的电流截断单元或电流控制单元，
其中所述电流截断单元或所述电流控制单元包括网格状第三电极和网格状第四电极中的至少一个，
其中所述网格状第三电极和所述网格状第四电极中的至少一个具有其上下被有机树脂层围绕的结构，
其中所述电流截断单元或所述电流控制单元对所述网格状第三电极和所述网格状第四电极中的至少一个施加阻碍所述蓄电装置的自放电的信号，来改变所述第一电极与所述第二电极之间的电场。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，还包括所述第一电极与所述第二电极之间的电解液。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置为锂离子二次电池。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置为锂离子聚合物二次电池。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，还包括所述第一电极与所述第二电极之间的固体电解质。
7.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置为全固体薄膜锂离子二次电池。
8.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，还包括所述第一电极与所述第三电极之间或者所述第一电极与所述第四电极之间的开关。
9.根据权利要求1或2所述的蓄电装置，其中所述电流截断单元或所述电流控制单元在电性上独立于所述第一电极。
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