JP2014199801A - 非水系二次電池およびセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】電解液の対流が起こりやすい二次電池を提供する。また、電解液を交換可能な二次電池を提供する。
【解決手段】正極と、負極と、セパレータと、電解液と、を有し、セパレータは電解液の対流を起こしやすい溝を有する非水系二次電池。非水系二次電池は少なくとも１つの設置方向が想定され、セパレータの溝は、該想定された設置方向としたとき、垂直となるよう形成されていることが好ましい。また、外装体は、外装体の内部に不活性ガスを注入する機能を有する第１の口と、外装体から電解液を排出または注入する機能を有する第２の口と、を有し、電解液交換装置は、第１の口から不活性ガスを注入し、第２の口から電解液を排出または注入する機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物（プロダクト。機械（マシン）、製品（マニュファクチャ）、組成物（コンポジション・オブ・マター）を含む。）、及び方法（プロセス。単純方法及び生産方法を含む。）に関する。特に、本発明の一形態は、半導体装置、表示装置、発光装置、二次電池、セパレータ、蓄電装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法に関する。特に、本発明の一形態は、非水系二次電池、酸化物半導体を有する半導体装置、および該半導体装置を有する非水系二次電池に関する。

近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池、燃料電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている（特許文献１乃至特許文献３）。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話やスマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ等の電気機器、あるいは医療機器、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車、定置用蓄電装置など、半導体産業の発展および省エネルギー化の要求の高まりに伴い急速にその需要が拡大し、現代社会に不可欠なものとなっている。

非水系二次電池の一つであるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、非水電解液と、これらを覆う外装体と、を有する。一般的に、リチウムイオン二次電池では、アルミニウム等からなる正極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極と、銅等からなる負極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極が用いられる。また、これら正極と負極の間にセパレータが挟まれることで絶縁され、正極及び負極は、外装体に設けられた正極端子及び負極端子と電気的に接続されている。外装体は、円筒形や角形等の一定の形状を有する。

国際公開第ＷＯ２０１２／１６５３５８号パンフレット 米国特許出願公開第２０１２／０００２３４９号明細書 国際公開第ＷＯ２００９／１３１１８０号パンフレット

二次電池の様々な用途の中でも、ＨＥＶ、ＥＶ、ＰＨＥＶ等の車載用二次電池、定置用二次電池では、高出力化の要求が高い。二次電池の高出力化のためには、正極および負極の抵抗を低減することはもちろんであるが、これらに加えて電解液によるリチウムイオンの運搬能力を高める必要がある。また、高出力化に伴い充放電反応により発生する熱が大きくなるため、過剰な熱を適宜放熱する必要がある。

一方、リチウムイオン二次電池の長寿命化の要求も高く、正極および負極の劣化だけでなく、電解液の劣化に対応する必要がある。

上記の課題に鑑み、本発明の一態様においては、電解液の対流が起こりやすい二次電池などを提供することを目的の一とする。また電解液を交換可能な二次電池を提供することを目的の一とする。また出力の高い二次電池を提供することを目的の一とする。また長寿命である二次電池などを提供することを目的の一とする。また新規な二次電池などを提供することを目的の一とする。また特性のよい二次電池などを提供することを目的の一とする。又は、本発明の一態様は、オフ電流の低い半導体装置などを提供することを課題とする。又は、本発明の一態様は、消費電力の低い半導体装置などを提供することを課題とする。又は、本発明の一態様は、透明な半導体層を用いた半導体装置などを提供することを課題とする。又は、本発明の一態様は、信頼性の高い半導体層を用いた半導体装置などを提供することを課題とする。又は、本発明の一態様は、二次電池の寿命を長くするセパレータを提供することを課題とする。又は、本発明の一態様は、二次電池の特性を高めるセパレータを提供することを課題とする。

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、正極と、負極と、セパレータと、電解液と、を有し、セパレータは電解液の対流を起こしやすい溝を有する非水系二次電池である。

また、本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、セパレータと、を有し、セパレータは少なくとも一部に、正極および負極に対して平行な溝を有する非水系二次電池である。

また、本発明の別の一態様は、正極と、負極と、電解液と、セパレータと、外装体と、電解液交換装置と、を有し、外装体の内部に正極、負極、電解液およびセパレータがあり、外装体は、外装体の内部に不活性ガスを注入する機能を有する第１の口と、外装体から電解液を排出または注入する機能を有する第２の口と、を有し、電解液交換装置は、第１の口から不活性ガスを注入し、第２の口から電解液を排出または注入する機能を有する、非水系二次電池である。

本発明の一態様により、電解液の対流が起こりやすい二次電池を提供することができる。また電解液を交換可能な二次電池を提供することができる。また出力の高い二次電池を提供することができる。また長寿命である二次電池を提供することができる。また新規な二次電池を提供することができる。また特性のよい二次電池を提供することができる。

本発明の一態様の二次電池を説明する図。 本発明の一態様の二次電池に用いるセパレータを説明する図。 本発明の一態様の二次電池を説明する図。 正極を説明する図。 負極を説明する図。 二次電池を説明する図。 二次電池を説明する図。 二次電池を説明する図。 電気機器を説明する図。 電気機器を説明する図。 電気機器を説明する図。 二次電池の充電時の概念図。 二次電池の放電時の概念図。 本発明の一態様のセパレータの断面図。 本発明の一態様のセパレータを説明する図。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下、詳細に説明する。なお、本発明の実施形態については、以下の順に説明する。
１．セパレータが溝を有する二次電池
１．１．二次電池の構成例
１．２．セパレータの例
２．二次電池の電解液交換システム
３．二次電池
３．１．正極
３．２．負極
３．３．電解液
３．４．セパレータ
３．５．非水系二次電池
３．５．１．ラミネート型二次電池
３．５．２．角型二次電池
３．５．３．円筒型二次電池
３．６．リチウムイオンキャパシタ
３．７．電気回路等を有する二次電池
４．電気機器
４．１．電気機器の範疇
４．２．電気機器の一例
４．３．電力系のネットワークの一例
４．４．電気機器の一例（電気自動車の例）
４．５．電気機器の一例（携帯情報端末の例）
４．６．電気機器の一例（蓄電システムの例）

ただし、本発明はこれらの説明に限定されず、その形態及び態様を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、本明細書で説明する各図において、膜や層、基板などの厚さや領域の大きさ等の各構成要素の大きさは、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしも各構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相対的な大きさに限定されない。

なお、本明細書等において、第１、第２などとして付される序数詞は、便宜上用いるものであって工程の順番や積層の順番などを示すものではない。また、本明細書等において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

なお、本明細書等で説明する本発明の構成において、同一部分又は同様の機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を有する部分を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

なお、本明細書等において、二次電池用の正極及び負極の双方を併せて電極とよぶことがあるが、この場合、電極は正極及び負極のうち少なくともいずれか一方を示すものとする。

また、本明細書等において、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」又は「直下」であることを限定するものではない。

また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位ＧＮＤ又はソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である。

また、本明細書等において、「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

また、本明細書等において接続とは、電気的に接続される場合、機能的に接続される場合、及び直接接続される場合を含む。さらに、実施の形態に示す各構成要素の接続関係は、図又は文章に示す接続関係のみに限定されない。

また、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなくても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。従って、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。

また、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。又は、ある回路について、少なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。従って、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。又は、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。

また、この発明を実施するための形態に記載の内容は、適宜組み合わせて用いることができる。

［１．セパレータが溝を有する二次電池］
［１．１．二次電池の構成例］
本発明の一態様である非水系二次電池の一例について、図１および図２を用いて説明する。

図１（Ａ）に、正極１０１と、負極１０５と、正極１０１と負極１０５の間に挟まれたセパレータ１０３を示す。正極１０１および負極１０５は設置する面に対して垂直である。本発明の一態様では、セパレータ１０３として、図１（Ａ）のように設置する面に対して垂直な溝を有するセパレータ１０３を用いる。なお、図１では、溝の断面は矩形の形状の例を示すが、溝の断面は、曲面の形状を有してもよいし、Ｖ字の形状を有してもよい。または台形の形状を有してもよい。図１４（Ｂ−１）乃至（Ｂ−６）には、図１４（Ａ）に示すＡ−Ｂ方向の断面の例と、溝の幅４０１および溝の深さ４０２を示す。

図１（Ｂ）に、図１（Ａ）の正極１０１、セパレータ１０３、および負極１０５を有する二次電池１００を示す。二次電池１００は、正極１０１、セパレータ１０３および負極１０５の他に、電解液１０７、外装体１０９を有する。外装体１０９は、端子１１１、端子１１３を有する。外装体１０９は正極１０１、セパレータ１０３、負極１０５および電解液１０７を覆っている。また正極１０１は端子１１１と電気的に接続され、負極１０５は端子１１３と電気的に接続されている。図１（Ｃ）に示す底面１２０は、設置する面に接する。また、図１（Ｃ）に示す方向１２１は、設置する面に対し垂直な方向を示す。

二次電池１００は、正極１０１および負極１０５の最も大きな面が設置する面（あるいは地面）に対して垂直、すなわち重力方向に対して概略平行になるよう設置することが想定されている。たとえば図１（Ｂ）の通り設置してもよいし、図１（Ｂ）の上下を入れ替えて設置してもよい。

二次電池１００の高出力化のためには、電解液１０７によるキャリアイオン（リチウムイオン）の運搬能力を高める必要がある。すなわち、単位時間あたりに活物質表面に供給できるイオン濃度を高める必要がある。例えば電池反応によりリチウムイオンが活物質に供給される場合には、活物質表面のリチウムイオン濃度は低下する。高出力化のためにはこの濃度低下を補う必要がある。また二次電池１００の充放電に伴い、正極１０１および負極１０５から熱が発生する。二次電池１００が高容量または高出力であるほど多くの熱が発生するが、過剰な熱は電解液の劣化を促進する恐れがある。

そこで、リチウムイオンの運搬能力を高めるため、また放熱のために、図１のような溝を有するセパレータ１０３を有する二次電池１００とすることが有効である。セパレータ１０３の溝により、例えば図１（Ｂ）中の矢印のように電解液の対流が促進される。電解液の対流により、電解液内のリチウムイオン濃度を均一にし活物質表面に供給できるイオン濃度を高める効果が期待できる。具体的には、正極１０１および負極１０５で加熱された電解液はセパレータ１０３の溝を上昇して外装体１０９付近に達する。外装体１０９付近に達した電解液１０７は、冷却されながら外装体１０９に沿って下降する。セパレータ１０３の溝は、電解液の流路といってもよい。

このように電解液１０７の対流が促進されると、リチウムイオンの運搬能力が高まる。そのため高出力な二次電池１００とすることができる。また電解液１０７の対流が促進されることで、放熱が促進される。そのため電解液の劣化を抑制することができる。

また、一般的にリチウムイオン二次電池では、電極（主に負極１０５）にリチウム金属が析出し、正極１０１と負極１０５の短絡や、剥落による容量減少の原因となる懸念がある。しかし、上記のような構成とすることで、リチウム金属の析出を抑制することができる。そのため正極１０１と負極１０５の短絡の危険性を低減できる。

また、電極表面で電解液が分解し、ガスが発生することがある。このとき、発生したガスが電極表面にとどまると、その部分では電解液すなわちリチウムイオンが供給されず電池反応を起こすことができないため、容量が低下してしまう。溝を有することにより、発生したガスを溝に逃がすことや、溝に沿ってガスが移動して電極から遠ざけることができ、容量の低下を抑制することができる。

［１．２．セパレータの例］
図２に、セパレータ１０３の形状の例を示す。

図２（Ａ−１）のセパレータについて説明する。図１で説明した通り、正極１０１および負極１０５の最も大きな面は設置する面（あるいは地面）に垂直、すなわち重力方向に概略平行になるように設置される。セパレータ１０３は正極１０１および負極１０５に平行に設置される。図２（Ａ−１）に示すセパレータ１０３では、セパレータが地面に対して垂直に設置され、溝も地面に垂直に形成されている。図１では、図２（Ａ−１）のように溝が垂直に形成されたセパレータ１０３を用いて説明したが、これに限らない。

図２（Ａ−２）のように垂直の溝と共に水平の溝が形成されたセパレータ１０３としてもよい。ここで水平とは、垂直の溝に対して概略９０°の角度をなす方向を指す。

また図２（Ｂ−１）および図２（Ｂ−２）のように凹部が形成されたセパレータ１０３としてもよい。図２（Ｂ−１）および図２（Ｂ−２）では、凹部が断続的に形成されている。ここで、断続的とは、凹部がセパレータの上部または下部の端部からもう一方の端部まで連続的につながっていないことをいう。これにより、例えばセパレータの強度を増すことができる。ここで図１５に、図２（Ｂ−１）に示すセパレータの端部について示す。セパレータは、上部の端部１２２と、下部の端部１２３を有する。

また図２（Ｃ−１）のように曲線の溝が形成されたセパレータ１０３としてもよい。

また図２（Ｃ−２）のように両面に溝が形成されたセパレータ１０３としてもよい。

また、上記の特徴を組み合わせて有するセパレータとしてもよい。

なお、セパレータ１０３の溝または凹部、すなわち電解液１０７の流路は、二次電池１００の想定された設置方向に垂直に形成されていると、対流の促進により効果的であり好ましい。すなわち、設置する面に対して垂直に形成されていると、好ましい。

なお、図１および図２において、セパレータ１０３に溝や凹部が設けられている例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、セパレータ１０３に溝や凹部を設けず、平板状にすることも可能である。

ここで、セパレータは電解液が通過できるための孔または空隙を有することが好ましい。孔を有する場合は、孔の大きさは５ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。また、セパレータは繊維状の形態を有していてもよい。セパレータの厚さは、１００ｎｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上３００μｍ以下がより好ましく、３μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。

ここで、溝の寸法および間隔の一例として、図２の（Ａ−１）に示すセパレータについて、詳細を説明する。溝はガスが通過できる程度の凹部があればよい。図２（Ａ−１）に示すセパレータの溝の深さはセパレータの厚さの１０％以上８０％以下が好ましく、３０％以上５０％以下がより好ましい。セパレータの溝の幅は、５０μｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。ここで溝の幅とは、溝の側面の上端部の幅を指す。また溝の間隔は、溝の幅の１倍以上１０倍以下であることが好ましい。

なお、セパレータが表面に微小な凹凸を有することも考えられるため、厚さの５％以下のの凹凸は溝とは定義しない。また、例えば、図１４（Ｂ−４）に示すように、溝の凹部の面４０３や、溝の外側の面４０４に微小な凹凸がある場合には、その面の凹凸の高さの平均を用いて溝の深さや、セパレータの厚さを定義する。

［２．二次電池の電解液交換システム］
本実施の形態では、本発明の一態様である非水系二次電池の他の一例について、図３を用いて説明する。

図３（Ａ）に、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０５、電解液１０７および外装体１０９を有する二次電池２００を示す。外装体１０９は正極１０１、セパレータ１０３、負極１０５および電解液１０７を覆っている。

外装体１０９は、端子１１１、端子１１３、ガス注入排出口２０１、電解液注入口２０３、電解液排出口２０５を有する。ガス注入排出口２０１は、ガスを注入する機能と、ガスを排出する機能を有する。電解液注入口２０３は、電解液を注入する機能を有する。電解液排出口２０５は、電解液を排出する機能を有する。

また正極１０１は端子１１１と電気的に接続され、負極１０５は端子１１３と電気的に接続されている。

二次電池２００は、電解液１０７を交換することができる。例えば、二次電池２００は、ガス注入排出口２０１から外装体１０９の内部にガスを注入し、電解液排出口２０５から電解液を排出することができる。また電解液注入口２０３から電解液を注入し、ガス注入排出口２０１からガスを排出することができる。

二次電池２００は電解液１０７を交換することで、劣化した電解液を、濾過等を経て再利用することができる。また濾過等をせず新しい電解液を注入してもよい。電解液１０７の交換を行うことで、二次電池２００の寿命を向上させることができる。

なお外装体１０９の内部に注入するガスには、正極１０１および負極１０５の劣化を防止するため、不活性ガスを用いることが好ましい。不活性ガスとしては例えば、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等が挙げられる。中でも窒素ガスは安価であり好ましい。

なお図３（Ａ）ではガス注入排出口２０１が外装体１０９の上面に設けられ、電解液注入口２０３および電解液排出口２０５が外装体１０９の側面に設けられている例を用いて説明したが、これに限らない。

例えば図３（Ｂ−１）のように、ガス注入排出口２０１および電解液注入口２０３が外装体１０９の上面に設けられ、電解液排出口２０５が外装体１０９の底面に設けられていてもよい。電解液排出口２０５が外装体１０９の底面に設けられていることで、電解液の排出が容易となる。

また図３（Ｂ−２）のように、電解液注入口２０３と電解液排出口２０５の機能を兼ねた電解液注入排出口２０７が外装体１０９に設けられていてもよい。

次に、図３（Ｃ）に二次電池２００の電解液交換システム３００の例を示す。電解液交換システム３００は、ボンベ３０１、サーバ３０７、ポンプ３０９、フィルタ３１１を有する。

二次電池２００の電解液１０７が劣化し交換が必要になったとき、ボンベ３０１は二次電池２００のガス注入排出口２０１に接続される。また電解液排出口２０５はサーバ３０７と接続される。また電解液注入口２０３はフィルタ３１１と接続される。これらの接続はそれぞれ弁３０３、３０５、３０６を介する。特に電解液排出口２０５とサーバ３０７を接続する弁３０５と、電解液注入口２０３とフィルタ３１１を接続する弁３０６は、電解液の逆流を防ぐため一方向弁であることが好ましい。またサーバ３０７にも圧力調整のため弁３１３を設けることが好ましい。

電解液１０７の交換は例えば下記のように行うことができる。まず、ボンベ３０１のガスを外装体１０９に注入し、外装体１０９中の電解液１０７をサーバ３０７に排出する。サーバ３０７に排出された電解液は、ポンプ３０９を経てフィルタ３１１を通過する。フィルタ３１１により、劣化した電解液に含まれる不要な物質（たとえば、正極１０１または負極１０５から剥がれ落ちて充放電に寄与しなくなった粒子、電解液に含まれる有機溶媒が高分子化したもの等）を除去することができる。フィルタ３１１を通過した電解液は、再び外装体１０９に注入される。このとき外装体１０９に注入されていたガスは、ガス注入排出口２０１から排出される。

なお図３（Ｃ）では、フィルタ３１１を通過させた電解液を二次電池２００に戻すシステムを説明したが、これに限らない。フィルタ３１１を通過させた電解液に、新しい電解液、新しい電解質または新しい溶媒を加えて外装体１０９に注入してもよい。

またフィルタ３１１を有さない電解液交換システムとしてもよく、例えば排出した電解液は廃棄し、外装体１０９には新たな電解液を注入してもよい。

［３．二次電池］
本項では、図１乃至図３に記載の正極、負極、電解液、セパレータおよび二次電池に適用できる材料および構造等の例について以下に説明する。

［３．１．正極］
まず、二次電池の正極について、図４を用いて説明する。

正極６０００は、正極集電体６００１と、正極集電体６００１上に塗布法、ＣＶＤ法、又はスパッタリング法等により形成された正極活物質層６００２などにより構成される。図４（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の正極集電体６００１の両面に正極活物質層６００２を設けた例を示しているが、これに限られず、正極活物質層６００２は、正極集電体６００１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図４（Ａ）においては、正極活物質層６００２は、正極集電体６００１上の全域に設けているが、これに限られず、正極集電体６００１の一部に設けても良い。例えば、正極集電体６００１と端子とが接続する部分には、正極活物質層６００２を設けない構成とするとよい。

正極集電体６００１には、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれらの合金（ステンレスなど）など、導電性が高く、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。正極集電体６００１は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。正極集電体６００１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

図４（Ｂ）は、正極活物質層６００２の縦断面を示した模式図である。正極活物質層６００２は、粒状の正極活物質６００３と、導電助剤としてのグラフェン６００４と、バインダ（結着剤）とを含む。

導電助剤としては、後述するグラフェンの他、アセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェンブラック、グラファイト（黒鉛）粒子、カーボンナノチューブなどを用いることができるが、ここでは一例として、グラフェン６００４を用いた正極活物質層６００２について説明する。

正極活物質６００３は、原料化合物を所定の比率で混合し焼成した焼成物を、適当な手段により粉砕、造粒及び分級した、平均粒径や粒径分布を有する二次粒子からなる粒状の正極活物質である。このため、図４（Ｂ）においては、正極活物質６００３を模式的に球で示しているが、この形状に限られるものではない。

正極活物質６００３としては、リチウムイオン等のキャリアイオンの挿入及び脱離が可能な材料であればよい。

例えば、オリビン型構造のリチウム含有複合リン酸塩（一般式ＬｉＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ_４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等の化合物を正極活物質として用いることができる。

又は、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合ケイ酸塩を用いることができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４の代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等の化合物を正極活物質として用いることができる。

また、層状岩塩型の結晶構造を有する、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．２Ｏ_２等のＮｉＣｏ系（一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_０．５Ｏ_２等のＮｉＭｎ系（一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_１−ｘＯ_２（０＜ｘ＜１））、ＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２等のＮｉＭｎＣｏ系（ＮＭＣともいう。一般式は、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_２（ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＋ｙ＜１））などの化合物を用いることができる。

また、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のスピネル型の結晶構造を有する活物質、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有する活物質等、その他種々の化合物を用いることができる。

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、正極活物質６００３として、上記化合物や酸化物において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、又はマグネシウム等）を用いてもよい。

なお、図示しないが、正極活物質６００３の表面に炭素層を設けてもよい。炭素層を設けることで、電極の導電性を向上させることができる。正極活物質６００３への炭素層の被覆は、正極活物質の焼成時にグルコース等の炭水化物を混合することで形成することができる。

また、導電助剤として正極活物質層６００２に添加するグラフェン６００４は、酸化グラフェンに還元処理を行うことによって形成することができる。

ここで、本明細書においてグラフェンは、単層のグラフェン、又は２層以上１００層以下の多層グラフェンを含むものである。単層グラフェンとは、π結合を有する１原子層の炭素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに酸素が含まれる場合、酸素の割合は、ＸＰＳで測定した場合にグラフェン全体の２ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％以下、好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以上１５ａｔｏｍｉｃ％以下である。

ここで、グラフェンが多層グラフェンである場合、酸化グラフェンを還元したグラフェンを有することで、グラフェンの層間距離は０．３４ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３８ｎｍ以上０．４２ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３９ｎｍ以上０．４１ｎｍ以下である。通常のグラファイトは、単層グラフェンの層間距離が０．３４ｎｍであり、本発明の一態様に係る二次電池に用いるグラフェンの方が、その層間距離が長いため、多層グラフェンの層間におけるキャリアイオンの移動が容易となる。

酸化グラフェンは、例えばＨｕｍｍｅｒｓ法とよばれる酸化法を用いて作製することができる。

Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、グラファイト粉末に、過マンガン酸カリウムの硫酸溶液、過酸化水素水等を加えて酸化反応させて酸化グラファイトを含む分散液を作製する。酸化グラファイトは、グラファイトの炭素の酸化により、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等の官能基が結合する。このため、複数のグラフェンの層間距離がグラファイトと比較して長くなり、層間の分離による薄片化が容易となる。次に、酸化グラファイトを含む混合液に、超音波振動を加えることで、層間距離が長い酸化グラファイトを劈開し、酸化グラフェンを分離するとともに、酸化グラフェンを含む分散液を作製することができる。そして、酸化グラフェンを含む分散液から溶媒を取り除くことで、粉末状の酸化グラフェンを得ることができる。

なお、酸化グラフェンの作製は過マンガン酸カリウムの硫酸溶液を用いたＨｕｍｍｅｒｓ法に限られず、例えば硝酸、塩素酸カリウム、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等を使用するＨｕｍｍｅｒｓ法、又はＨｕｍｍｅｒｓ法以外の酸化グラフェンの作製方法を適宜用いてもよい。

また、酸化グラファイトの薄片化は、超音波振動の付加の他、マイクロ波やラジオ波、又は熱プラズマの照射や、物理的応力の付加により行ってもよい。

作製した酸化グラフェンは、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等を有する。酸化グラフェンはＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン、１−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどともいう。）に代表される極性溶媒の中においては、官能基中の酸素がマイナスに帯電するため、ＮＭＰと相互作用する一方で異なる酸化グラフェンどうしとは反発し、凝集しにくい。このため、極性溶媒中においては、酸化グラフェンが均一に分散しやすい。

また、酸化グラフェンの一辺の長さ（フレークサイズともいう。）は一辺の長さが５０ｎｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下とするとよい。

図４（Ｂ）に示す正極活物質層６００２の断面図のように、複数の粒状の正極活物質６００３は、複数のグラフェン６００４によって被覆されている。一枚のシート状のグラフェン６００４は、複数の粒状の正極活物質６００３と接続する。特に、グラフェン６００４がシート状であるため、粒状の正極活物質６００３の表面の一部を包むように面接触することができる。正極活物質と点接触するアセチレンブラック等の粒状の導電助剤と異なり、グラフェン６００４は接触抵抗の低い面接触を可能とするものであるから、導電助剤の量を増加させることなく、粒状の正極活物質６００３とグラフェン６００４との電子伝導性を向上させることができる。

また、複数のグラフェン６００４どうしも面接触している。これはグラフェン６００４の形成に、極性溶媒中での分散性が極めて高い酸化グラフェンを用いるためである。均一に分散した酸化グラフェンを含有する分散媒から溶媒を揮発除去し、酸化グラフェンを還元してグラフェンとするため、正極活物質層６００２に残留するグラフェン６００４は部分的に重なり合い、互いに面接触する程度に分散していることで電子伝導の経路を形成している。

また、グラフェン６００４の一部は正極活物質層６００２の内部に三次元的に配置されるように形成されている。また、グラフェン６００４は炭素分子の単層又はこれらの積層で構成される極めて薄い膜（シート）であるため、個々の粒状の正極活物質６００３の表面をなぞるようにその表面の一部を覆って接触しており、正極活物質６００３と接していない部分は複数の粒状の正極活物質６００３の間で撓み、皺となり、あるいは引き延ばされて張った状態を呈する。

従って、複数のグラフェン６００４により正極６０００中に電子伝導のネットワークを形成している。このため正極活物質６００３どうしの電気伝導の経路が維持されている。以上のことから、酸化グラフェンを原料とし、ペースト後に還元したグラフェンを導電助剤として用いることで、高い電子伝導性を有する正極活物質層６００２を形成することができる。

また、正極活物質６００３とグラフェン６００４との接触点を増やすために、導電助剤の添加量を増加させなくてもよいため、正極活物質６００３の正極活物質層６００２における比率を増加させることができる。これにより、二次電池の放電容量を増加させることができる。

粒状の正極活物質６００３の一次粒子の平均粒径は、５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のものを用いるとよい。この粒状の正極活物質６００３の複数と面接触するために、グラフェン６００４は一辺の長さが５０ｎｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以上２０μｍ以下であると好ましい。

また、正極活物質層６００２に含まれるバインダ（結着剤）には、代表的なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。

以上に示した正極活物質層６００２は、正極活物質６００３、導電助剤としてのグラフェン６００４及びバインダを、正極活物質層６００２の総量に対して、それぞれ正極活物質を９０ｗｔ％以上９４ｗｔ％以下、グラフェンを１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、バインダを１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の割合で含有することが好ましい。

［３．２．負極］
次に、二次電池の負極について、図５を用いて説明する。

負極６１００は、負極集電体６１０１と、負極集電体６１０１上に塗布法、ＣＶＤ法、又はスパッタリング法等により形成された負極活物質層６１０２などにより構成される。図５（Ａ）においては、シート状（又は帯状）の負極集電体６１０１の両面に負極活物質層６１０２を設けた例を示しているが、これに限られず、負極活物質層６１０２は、負極集電体６１０１の一方の面にのみ設けてもよい。また、図５（Ａ）においては、負極活物質層６１０２は、負極集電体６１０１上の全域に設けているが、これに限られず、負極集電体６１０１の一部に設けても良い。例えば、負極集電体６１０１と端子とが接続する部分には、負極活物質層６１０２を設けない構成とするとよい。

負極集電体６１０１には、金、白金、鉄、銅、チタン等の金属、及びこれらの合金（ステンレスなど）など、導電性が高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。負極集電体６１０１は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極集電体６１０１は、厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。

図５（Ｂ）は、負極活物質層６１０２の一部の断面を模式的に示した図である。ここでは負極活物質層６１０２に、負極活物質６１０３とバインダ（結着剤）を有する例を示すが、これに限られず、少なくとも負極活物質６１０３を有していればよい。

負極活物質６１０３は、金属の溶解・析出、又は金属イオンの挿入・脱離が可能な材料であれば、特に限定されない。負極活物質６１０３の材料としては、リチウム金属の他、蓄電分野に一般的な炭素材である黒鉛を用いることができる。黒鉛は、低結晶性炭素として軟質炭素や硬質炭素等が挙げられ、高結晶性炭素として、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解炭素、液晶ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、液晶ピッチ、石油又は石炭系コークス等が挙げられる。

また、負極活物質６１０３には上述の材料の他、キャリアイオンとの合金化、脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料を用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンである場合、合金系材料としては、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ及びＩｎ等のうちの少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような金属は黒鉛に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に高い。このため、負極活物質６１０３にシリコンを用いることが好ましい。

図５（Ｂ）においては、負極活物質６１０３を粒状の物質として表しているが、これに限られず、負極活物質６１０３の形状としては、例えば板状、棒状、円柱状、粉状、鱗片状等の任意の形状とすることができる。また、板状の表面に凹凸形状を有するものや、表面に微細な凹凸形状を有するもの、多孔質形状を有するものなど立体形状を有するものであってもよい。

塗布法を用いて負極活物質層６１０２を形成する場合は、負極活物質６１０３に、導電助剤（図示せず）や結着剤を添加して、負極ペーストを作製し、負極集電体６１０１上に塗布して乾燥させればよい。

なお、負極活物質層６１０２にリチウムをプレドープしてもよい。プレドープの方法としては、スパッタリング法により負極活物質層６１０２表面にリチウム層を形成してもよい。また、負極活物質層６１０２の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層６１０２にリチウムをプレドープすることもできる。

また、負極活物質６１０３の表面に、グラフェン（図示せず）を形成することが好ましい。例えば、負極活物質６１０３をシリコンとした場合、充放電サイクルにおけるキャリアイオンの吸蔵・放出に伴う体積の変化が大きいため、負極集電体６１０１と負極活物質層６１０２との密着性が低下し、充放電により電池特性が劣化してしまう。そこで、シリコンを含む負極活物質６１０３の表面にグラフェンを形成すると、充放電サイクルにおいて、シリコンの体積が変化したとしても、負極集電体６１０１と負極活物質層６１０２との密着性の低下を抑制することができ、電池特性の劣化が低減されるため好ましい。

負極活物質６１０３の表面に形成するグラフェンは、正極の作製方法と同様に、酸化グラフェンを還元することによって形成することができる。該酸化グラフェンは、上述した酸化グラフェンを用いることができる。

また、負極活物質６１０３の表面に、酸化物等の被膜６１０４を形成してもよい。充電時において電解液の分解等により形成される被膜は、その形成時に消費された電荷量を放出することができず、不可逆容量を形成する。これに対し、酸化物等の被膜６１０４をあらかじめ負極活物質６１０３の表面に設けておくことで、不可逆容量の発生を抑制又は防止することができる。

このような負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４には、ニオブ、チタン、バナジウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロム、アルミニウム若しくはシリコンのいずれか一の酸化膜、又はこれら元素のいずれか一とリチウムとを含む酸化膜を用いることができる。このような被膜６１０４は、従来の電解液の分解生成物により負極表面に形成される被膜に比べ、十分緻密な膜である。

例えば、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）は、電気伝導度が１０^−９Ｓ／ｃｍと低く、高い絶縁性を示す。このため、酸化ニオブ膜は負極活物質と電解液との電気化学的な分解反応を阻害する。一方で、酸化ニオブのリチウム拡散係数は１０^−９ｃｍ^２／ｓｅｃであり、高いリチウムイオン伝導性を有する。このため、リチウムイオンを透過させることが可能である。

負極活物質６１０３を被覆する被膜６１０４の形成には、例えばゾル−ゲル法を用いることができる。ゾル−ゲル法とは、金属アルコキシドや金属塩等からなる溶液を、加水分解反応・重縮合反応により流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成して薄膜を形成する方法である。ゾル−ゲル法は液相から薄膜を形成する方法であるから、原料を分子レベルで均質に混合することができる。このため、溶媒の段階の金属酸化膜の原料に、黒鉛等の負極活物質を加えることで、容易にゲル中に活物質を分散させることができる。このようにして、負極活物質６１０３の表面に被膜６１０４を形成することができる。

当該被膜６１０４を用いることで、二次電池の容量の低下を防止することができる。

［３．３．電解液］
二次電池に用いる電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の１種、又はこれらのうちの２種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。

また、電解液の溶媒として高分子材料を用いてゲル化することで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。高分子材料の代表例としては、シリコーン、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。

また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つ又は複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。

また、上記の溶媒に溶解させる電解質としては、キャリアにリチウムイオンを用いる場合、例えばＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ_２ＳＯ_４、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０、Ｌｉ_２Ｂ_１２Ｃｌ_１２、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）（ＣＦ_３ＳＯ_２）、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２等のリチウム塩を一種、又はこれらのうちの二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いることができる。

［３．４．セパレータ］
二次電池のセパレータには、セルロースや、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用いることができる。また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜を用いてもよい。

［３．５．非水系二次電池］
次に、非水系二次電池の構造について、図６及び図７を用いて説明する。

［３．５．１．ラミネート型二次電池］
ラミネート型の二次電池の一例について、図６（Ａ）を参照して説明する。図６（Ａ）では、説明の便宜上、部分的にその内部構造を露出して記載している。

図６（Ａ）に示すラミネート型の二次電池９７０は、正極集電体９７１及び正極活物質層９７２を有する正極９７３と、負極集電体９７４及び負極活物質層９７５を有する負極９７６と、セパレータ９７７と、電解液（図示せず）と、外装体９７８と、を有する。外装体９７８内に設けられた正極９７３と負極９７６との間にセパレータ９７７が設置されている。また、外装体９７８内は、電解液で満たされている。なお、図６（Ａ）においては、正極９７３、負極９７６、セパレータ９７７をそれぞれ一枚ずつ用いているが、これらを交互に積層した積層型の二次電池としてもよい。

二次電池９７０の外装体９７８には電解液注入排出口９７９が設けられている。

正極、負極、セパレータ、電解液（電解質及び溶媒）には、それぞれ上述した部材を用いることができる。

図６（Ａ）に示すラミネート型の二次電池９７０において、正極集電体９７１及び負極集電体９７４は、外部との電気的接触を得る端子（タブ）の役割も兼ねている。そのため、正極集電体９７１及び負極集電体９７４の一部は、外装体９７８から外側に露出するように配置される。

ラミネート型の二次電池９７０において、外装体９７８には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜の上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する。

ここで、二次電池の動作原理について、リチウムイオン二次電池の例を用いて示す。正極活物質には、正極活物質６００３として示した材料を用いればよい。ここでは、例としてＬｉＦｅＰＯ_４を用いる。また、負極活物質には、負極活物質６１０３として示した材料を用いればよい。ここでは、例として黒鉛を用いる。

図１２に、リチウムイオン二次電池を充電する場合における、リチウムイオン二次電池１１０１と、充電器１１０２との接続構成を示す。リチウムイオン二次電池に充電を行う場合、正極では式（１）の反応が起こる。

ＬｉＦｅＰＯ_４ → ＦｅＰＯ_４ ＋ Ｌｉ^＋ ＋ ｅ⁻ （１）

また、負極では、式（２）の反応が起こる。

ｘＣ ＋ Ｌｉ^＋ ＋ ｅ⁻ → ＬｉＣ_ｘ ｘ≧６ （２）

図１３に、リチウムイオン二次電池を放電する場合における、リチウムイオン二次電池１１０１と、負荷１１０３との接続構成を示す。リチウムイオン二次電池の放電を行う場合、正極では式（３）の反応が起こる。

ＦｅＰＯ_４ ＋ Ｌｉ^＋ ＋ ｅ⁻ → ＬｉＦｅＰＯ_４ （３）

また、負極では、式（４）の反応が起こる。

ＬｉＣ_ｘ→ ｘＣ ＋ Ｌｉ^＋ ＋ ｅ⁻ ｘ≧６ （４）

［３．５．２．円筒型二次電池］
次に、円筒型の二次電池の一例について、図７を参照して説明する。円筒型の二次電池９８０は図７（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）９８１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）９８２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）９８２とは、ガスケット（絶縁パッキン）９９０によって絶縁されている。

図７（Ｂ）は、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶９８２の内側には、帯状の正極９８４と負極９８６とがセパレータ９８５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶９８２は、一端が閉じられ、他端が開いている。

正極９８４、負極９８６、セパレータ９８５には、上述した部材を用いることができる。

電池缶９８２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用いることができる。また、二次電池の充放電によって生じる電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を被覆することが好ましい。電池缶９８２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板９８８、９８９により挟まれている。

また、電池素子が設けられた電池缶９８２の内部は、電解液（図示せず）が注入されている。電解液には、上述した電解質及び溶媒を用いることができる。

円筒型の二次電池に用いる正極９８４及び負極９８６は捲回するため、集電体の両面に活物質層を形成する。正極９８４には正極端子（正極集電リード）９８３が接続され、負極９８６には負極端子（負極集電リード）９８７が接続される。正極端子９８３及び負極端子９８７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子９８３は安全弁機構９９２に、負極端子９８７は電池缶９８２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構９９２は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子９９１を介して正極キャップ９８１と電気的に接続されている。安全弁機構９９２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ９８１と正極９８４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子９９１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）系半導体セラミックス等を用いることができる。

［３．５．３．角型二次電池］
次に、角型の二次電池の一例について、図６（Ｂ）を参照して説明する。図６（Ｂ）に示す捲回体９９３は、負極９９４と、正極９９５と、セパレータ９９６と、を有する。捲回体９９３は、セパレータ９９６を挟んで負極９９４と、正極９９５とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体９９３を角型の封止缶などで覆うことにより角型の二次電池が形成される。なお、負極９９４、正極９９５及びセパレータ９９６からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい。

円筒型の二次電池と同様に、負極９９４は端子９９７及び端子９９８の一方を介して外装体の負極端子（図示せず）に接続され、正極９９５は端子９９７及び端子９９８の他方を介して外装体の正極端子（図示せず）に接続される。その他、安全弁機構等の周辺構造は、円筒型の二次電池に準ずる。

以上のように二次電池として、ラミネート型、円筒型及び角型の二次電池を示したが、コイン型などその他様々な形状の二次電池を用いることができる。また、正極と負極とセパレータとが複数積層された構造や、正極と負極とセパレータとが捲回された構造であってもよい。

［３．６．リチウムイオンキャパシタ］
次に、蓄電装置の一例であるリチウムイオンキャパシタについて説明する。

リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ。Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒの略）の正極に、炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池の負極を組み合わせたハイブリッドキャパシタであり、正極と負極の蓄電原理が異なる非対称キャパシタである。正極が電気二重層を形成し物理的作用により充放電を行うのに対して、負極はリチウムの化学的作用により充放電を行う。この負極活物質である炭素材料等に予めリチウムを吸蔵させた負極を用いることで、従来の負極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度を飛躍的に向上させている。

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に代えて、リチウムイオン及びアニオンの少なくとも一つを可逆的に担持することができる材料を用いればよい。このような材料として、例えば活性炭、導電性高分子、ポリアセン系有機半導体（ＰＡＳ：ＰｏｌｙＡｃｅｎｉｃ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略）等が挙げられる。

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。

このようにリチウムイオンキャパシタに、本発明の一態様を適用することができる。これにより出力が高く、寿命の長い蓄電装置とすることができる。

［３．７．電気回路等を有する二次電池］
次に、電気回路等を有する二次電池について説明する。

図８は、上述した角型の二次電池に電気回路等を設けた二次電池の例を示す図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す二次電池６６００は、電池缶６６０４の内部に上述した捲回体６６０１を収納したものである。捲回体６６０１は、端子６６０２及び端子６６０３を有し、電池缶６６０４の内部で電解液に含浸される。端子６６０３は電池缶６６０４に接し、端子６６０２は、絶縁材などを用いることにより電池缶６６０４から絶縁する構成としてもよい。電池缶６６０４は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。

さらに、図８（Ｂ）に示す二次電池６６００に電気回路等を設けることができる。図８（Ｃ）及び（Ｄ）は、二次電池６６００に、電気回路等を設けた回路基板６６０６、アンテナ６６０９、アンテナ６６１０、ラベル６６０８を設けた例を示す図である。

回路基板６６０６は、電気回路６６０７、端子６６０５等を有する。回路基板６６０６としては、例えばプリント基板（ＰＣＢ）を用いることができる。プリント基板を回路基板６６０６として用いた場合、プリント基板上に抵抗素子、コンデンサ等の容量素子、コイル（インダクタ）、半導体集積回路（ＩＣ）などの電子部品を実装し結線して電気回路６６０７を形成することができる。電子部品としてはこれらの他に、サーミスタ等の温度検出素子、ヒューズ、フィルタ、水晶発振器、ＥＭＣ対策部品等、種々の部品を実装することができる。

ここで、上記の半導体集積回路（ＩＣ）には、後述する酸化物半導体をチャネル形成領域などに用いたトランジスタを有する回路を用いることができる。これにより、電気回路６６０７の消費電力を大幅に低減することが可能となる。

これらの電子部品によって形成された電気回路６６０７は、例えば二次電池６６００の過充電監視回路、過放電監視回路、過電流に対する保護回路等として機能させることができる。

回路基板６６０６が有する端子６６０５は、端子６６０２、端子６６０３、アンテナ６６０９、アンテナ６６１０、及び電気回路６６０７に接続される。図８（Ｃ）及び（Ｄ）においては５つの端子を示しているが、これに限らず、任意の端子数とすればよい。端子６６０５を用いて二次電池６６００の充放電を行う他、二次電池６６００を搭載する電気機器との信号の授受を行うことができる。

アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０は、例えば二次電池の外部との電力の授受、信号の授受を行うために用いることができる。アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０の一方又は双方を上述した電気回路６６０７に電気的に接続することで、電気回路６６０７により外部との電力の授受又は信号の授受を制御することができる。あるいは、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０の一方又は双方を端子６６０５に電気的に接続することで、二次電池６６００を搭載する電気機器の制御回路により外部との電力の授受又は信号の授受を制御することもできる。

なお、図８（Ｃ）及び（Ｄ）では２種類のアンテナを設けた二次電池６６００の例であるが、アンテナは複数種設けてもよく、あるいはアンテナを設けない構成としてもよい。

図８（Ｃ）及び（Ｄ）においては、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０がコイル形状である場合を示すが、これに限られず、例えば線状、平板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。

なお、無線による電力の授受（非接触電力伝送、無接点電力伝送あるいはワイヤレス給電などともいう）には、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式等を用いることができる。

アンテナ６６０９の線幅は、アンテナ６６１０の線幅よりも大きいことが好ましい。これにより、アンテナ６６０９により受電する電力量を上げることができる。

また、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０と、二次電池６６００との間に層６６１１を有する。層６６１１は、例えば捲回体６６０１による電界又は磁界の遮蔽を防止することができる機能を有する。この場合、層６６１１には、例えば磁性体を用いることができる。あるいは、層６６１１を遮蔽層としてもよい。

なお、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０は、外部との電力の授受又は信号の授受とは異なる用途として用いることができる。例えば、二次電池６６００を搭載する電気機器がアンテナを有さない機器である場合、アンテナ６６０９及びアンテナ６６１０を用いて電気機器への無線通信を実現することができる。

［４．電気機器］
本発明の一態様に係る二次電池は、様々な電気機器の電源として用いることができる。

［４．１．電気機器の範疇］
ここで電気機器とは、電気の力によって作用する部分を含む工業製品をいう。電気機器は、家電等の民生用に限られず、業務用、産業用、軍事用等、種々の用途のものを広くこの範疇とする。

［４．２．電気機器の一例］
本発明の一態様に係る二次電池を用いた電気機器としては、例えば、テレビやモニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）プレーヤやデジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生機器、携帯型又は据置型のラジオ受信機、テープレコーダやＩＣレコーダ（ボイスレコーダ）等の録音再生機器、ヘッドホンステレオ、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話機、自動車電話、携帯型又は据置型のゲーム機、歩数計、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、マイクロフォン等の音声入力機器、スチルカメラやビデオカメラ等の写真機、玩具、電気シェーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、補聴器、心臓ペースメーカ、携帯型Ｘ線撮影装置、放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機器や医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ガスメータや水道メータ等の計量器、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、自動販売機、自動券売機、現金自動支払機（ＣＤ。Ｃａｓｈ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒの略）や現金自動預金支払機（ＡＴＭ。ＡｕｔｏＭａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅの略）、デジタルサイネージ（電子看板）、産業用ロボット、無線用中継局、携帯電話の基地局、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための二次電池等の産業機器が挙げられる。また、二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体（輸送体）なども、電気機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、農業機械、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼機や回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。

なお、上記電気機器は、消費電力のほぼ全てを賄うための主電源として、本発明の一態様に係る二次電池を用いることができる。また、上記電気機器は、主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器への電力の供給を行うことができる無停電電源として、本発明の一態様に係る二次電池を用いることができる。あるいは上記電気機器は、主電源や商用電源からの電気機器への電力の供給と並行して、電気機器への電力の供給を行うための補助電源として、本発明の一態様に係る二次電池を用いることができる。

［４．３．電力系のネットワークの一例］
上述した電気機器は、個々に二次電池を搭載する場合に限らず、複数の電気機器と二次電池とこれらの電力系を制御する制御装置とを有線又は無線で接続した電力系のネットワーク（電力網）を形成してもよい。電力系のネットワークを制御装置により制御することによって、ネットワーク全体における電力の使用効率を向上させることができる。

図９（Ａ）に、複数の家電機器、制御装置、及び二次電池等を住宅内で接続したＨＥＭＳ（家庭内エネルギー管理システム。Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍの略）の例を示す。このようなシステムによって、家全体の電力消費量を容易に把握することが可能になる。また、複数の家電機器の運転を遠隔操作することができる。また、センサや制御装置を用いて家電機器を自動制御する場合には、電力の節約にも貢献することができる。

住宅８０００に設置された分電盤８００３は、引込み線８００２を介して電力系統８００１に接続される。分電盤８００３は、引込み線８００２から供給される商用電力である交流電力を、複数の家電機器それぞれに供給するものである。制御装置８００４は分電盤８００３と接続されるとともに、複数の家電機器や蓄電システム８００５、太陽光発電システム８００６等と接続される。また制御装置８００４は、住宅８０００の屋外などに駐車され、分電盤８００３とは独立した電気自動車８０１２とも接続することができる。

制御装置８００４は、分電盤８００３と複数の家電機器とを繋ぎネットワークを構成するものであり、ネットワークに接続された複数の家電機器を制御するものである。

また、制御装置８００４は、インターネット８０１１に接続され、インターネット８０１１を経由して、管理サーバ８０１３と接続することができる。管理サーバ８０１３は、使用者の電力の使用状況を受信してデータベースを構築することができ、当該データベースに基づき、種々のサービスを使用者に提供することができる。また、管理サーバ８０１３は、例えば時間帯に応じた電力の料金情報を使用者に随時提供することができ、当該情報に基づいて、制御装置８００４は住宅８０００内における最適な使用形態を設定することもできる。

複数の家電機器は、例えば、図９（Ａ）に示す表示装置８００７、照明装置８００８、空気調和設備８００９、電気冷蔵庫８０１０であるが、勿論これに限られず、上述した電気機器など住宅内に設置可能なあらゆる電気機器を指す。

例えば、表示装置８００７は、表示部に液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）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が組み込まれ、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、情報表示用表示装置として機能するものが含まれる。

また、照明装置８００８は、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を含むものであり、人工光源としては、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ素子などの発光素子を用いることができる。図９（Ａ）に示す照明装置８００８は天井に設置されたものであるが、この他、壁面、床、窓等に設けられた据付け型であってもよく、卓上型であってもよい。

また、空気調和設備８００９は、温度、湿度、空気清浄度等の室内環境の調整を行う機能を有する。図９（Ａ）では、一例としてエアコンディショナを示す。エアコンディショナは、圧縮機や蒸発器を一体とした室内機と、凝縮器を内蔵した室外機（図示せず）を備えるものや、これらを一体としたもの等で構成される。

また、電気冷蔵庫８０１０は、食料品等を低温で保管するための電気機器であり、０℃以下で凍らせる目的の冷凍庫を含む。圧縮器により圧縮したパイプ内の冷媒が気化する際に熱を奪うことにより、庫内を冷却するものである。

これら複数の家電機器は、それぞれに二次電池を有していてもよく、また二次電池を有さずに、蓄電システム８００５の電力や商用電源からの電力を利用してもよい。家電機器が二次電池を内部に有する場合には、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない場合であっても、二次電池を無停電電源として用いることで、当該家電機器の利用が可能となる。

以上のような家電機器のそれぞれの電源供給端子の近傍に、電流センサ等の電力検出手段を設けることができる。電力検出手段により検出した情報を制御装置８００４に送信することによって、使用者が家全体の電力使用量を把握することができる他、該情報に基づいて、制御装置８００４が複数の家電機器への電力の配分を設定し、住宅８０００内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。

また、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち電力使用率が低い時間帯において、商用電源から蓄電システム８００５に充電することができる。また、太陽光発電システム８００６によって、日中に蓄電システム８００５に充電することができる。なお、充電する対象は、蓄電システム８００５に限られず、制御装置８００４に接続された電気自動車８０１２に搭載された二次電池でもよく、複数の家電機器が有する二次電池であってもよい。

このようにして、種々の二次電池に充電された電力を制御装置８００４が効率的に配分して使用することで、住宅８０００内において効率的なあるいは経済的な電力の使用を行うことができる。

以上のように、電力系をネットワーク化して制御する例として、家庭内規模の電力網を示したがこれに限らず、スマートメーター等の制御機能や通信機能を組み合わせた都市規模、国家規模の電力網（スマートグリッドという）を構築することもできる。また、工場や事業所の規模で、エネルギー供給源と消費施設を構成単位とするマイクログリッドを構築することもできる。

［４．４．電気機器の一例（電気自動車の例）］
次に、電気機器の一例として移動体の例について、図９（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて説明する。本発明の一態様に係る二次電池を、移動体の制御用の二次電池に用いることができる。

図９（Ｂ）は、電気自動車の内部構造の一例を示している。電気自動車８０２０には、充放電の可能な二次電池８０２４が搭載されている。二次電池８０２４の電力は、電子制御ユニット８０２５（ＥＣＵともいう。Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔの略）により出力が調整されて、インバータユニット８０２６を介して走行モータユニット８０２７に供給される。インバータユニット８０２６は、二次電池８０２４から入力された直流電力を３相交流電力に変換するとともに、変換した交流電力の電圧、電流及び周波数を調整して走行モータユニット８０２７に出力することができる。

従って、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏むと、走行モータユニット８０２７が作動し、走行モータユニット８０２７で生じたトルクが出力軸８０２８及び駆動軸８０２９を介して後輪（駆動輪）８０３０に伝達される。これに追従して前輪８０２３も併せて稼働することで、電気自動車８０２０を駆動走行させることができる。

各ユニットには、例えば電圧センサ、電流センサ、温度センサ等の検出手段が設けられ、電気自動車８０２０の各部位における物理量が適宜監視される。

電子制御ユニット８０２５は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリやＣＰＵを有する処理装置である。電子制御ユニット８０２５は、電気自動車８０２０の加速、減速、停止等の操作情報、走行環境や各ユニットの温度情報、制御情報、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）などの入力情報に基づき、インバータユニット８０２６や走行モータユニット８０２７、二次電池８０２４に制御信号を出力する。当該メモリには、各種のデータやプログラムが格納される。

走行モータユニット８０２７は、交流電動機の他、直流電動機やこれらの電動機と内燃機関とを組み合わせて用いることができる。

なお、上述した二次電池の電解液の交換は、例えば電気自動車の整備の際に行ってもよい。また、本発明の一態様に係る二次電池を具備していれば、上記で示した移動体に特に限定されないことは言うまでもない。

電気自動車８０２０に搭載された二次電池８０２４は、プラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図９（Ｃ）に、地上設置型の充電装置８０２１から電気自動車８０２０に搭載された二次電池８０２４に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、図９（Ｂ）に示す、二次電池８０２４と接続する接続プラグ８０３１を充電装置８０２１と電気的に接続させるプラグイン技術によって、外部からの電力供給により電気自動車８０２０に搭載された二次電池８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換して行うことができる。

また、図示しないが、受電装置を移動体に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、移動体どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、移動体の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池８０２４の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。

なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により、搭載する二次電池に充電することができる。

二次電池８０２４として、本発明の一態様に係る二次電池を搭載することで、出力が高く、また長寿命の二次電池とすることができ、利便性を向上させることができる。また、二次電池８０２４の特性の向上により、二次電池８０２４自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。また、移動体に搭載した二次電池８０２４が比較的大容量であることから、屋内等の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。

［４．５．電気機器の一例（携帯情報端末の例）］
さらに、電気機器の一例として携帯情報端末の例について、図１０を用いて説明する。

図１０（Ａ）は、携帯情報端末８０４０の正面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末８０４０は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である。携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１の正面に表示部８０４２、カメラ８０４５、マイクロフォン８０４６、スピーカ８０４７を有し、筐体８０４１の左側面には操作用のボタン８０４３、底面には接続端子８０４８を有する。

表示部８０４２には、表示モジュール又は表示パネルが用いられる。表示モジュール又は表示パネルとして、有機発光素子（ＯＬＥＤ）に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、液晶表示装置、電気泳動方式や電子粉流体方式等により表示を行う電子ペーパ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、カーボンナノチューブディスプレイ、ナノ結晶ディスプレイ、量子ドットディスプレイ等が用いることができる。

図１０（Ａ）に示す携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１に表示部８０４２を一つ設けた例であるが、これに限らず、表示部８０４２を携帯情報端末８０４０の背面に設けてもよいし、折り畳み型の携帯情報端末として、二以上の表示部を設けてもよい。

また、表示部８０４２には、指やスタイラス等の指示手段により情報の入力が可能なタッチパネルが入力手段として設けられている。これにより、表示部８０４２に表示されたアイコン８０４４を指示手段により簡単に操作することができる。また、タッチパネルの配置により携帯情報端末８０４０にキーボードを配置する領域が不要となるため、広い領域に表示部を配置することができる。また、指やスタイラスで情報の入力が可能となることから、ユーザフレンドリなインターフェースを実現することができる。タッチパネルとしては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式等、種々の方式を採用することができるが、表示部８０４２は湾曲するものであるため、特に抵抗膜方式、静電容量方式を用いることが好ましい。また、このようなタッチパネルは、上述の表示モジュール又は表示パネルと一体として組み合わされた、いわゆるインセル方式のものであってもよい。

また、タッチパネルは、イメージセンサとして機能させることができるものであってもよい。この場合、例えば、表示部８０４２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部８０４２に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

また、表示部８０４２にタッチパネルを設けずにキーボードを設けてもよく、さらにタッチパネルとキーボードの双方を設けてもよい。

操作用のボタン８０４３には、用途に応じて様々な機能を持たせることができる。例えば、ボタン８０４３をホームボタンとし、ボタン８０４３を押すことで表示部８０４２にホーム画面を表示する構成としてもよい。また、ボタン８０４３を所定の時間押し続けることで、携帯情報端末８０４０の主電源をオフするようにしてもよい。また、スリープモードの状態に移行している場合、ボタン８０４３を押すことで、スリープモード状態から復帰させるようにしてもよい。その他、押し続ける期間や、他のボタンと同時に押す等により、種々の機能を起動させるスイッチとして用いることができる。

また、ボタン８０４３を音量調整ボタンやミュートボタンとし、音出力のためのスピーカ８０４７の音量の調整等を行う機能を持たせてもよい。スピーカ８０４７からは、オペレーティングシステム（ＯＳ）の起動音等特定の処理時に設定した音、音楽再生アプリケーションソフトからの音楽等各種アプリケーションにおいて実行される音ファイルによる音、電子メールの着信音等様々な音を出力する。なお、図示しないが、音出力をスピーカ８０４７とともに、あるいはスピーカ８０４７に替えてヘッドフォン、イヤフォン、ヘッドセット等の装置に音を出力するためのコネクタを設けてもよい。

このようにボタン８０４３には、種々の機能を与えることができる。図１０（Ａ）では、左側面にボタン８０４３を２つ設けた携帯情報端末８０４０を図示しているが、勿論、ボタン８０４３の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。

マイクロフォン８０４６は、音声入力や録音に用いることができる。また、カメラ８０４５により取得した画像を表示部８０４２に表示させることができる。

携帯情報端末８０４０の操作には、上述した表示部８０４２に設けられたタッチパネルやボタン８０４３の他、カメラ８０４５や携帯情報端末８０４０に内蔵されたセンサ等を用いて使用者の動作（ジェスチャー）を認識させて操作を行うこともできる（ジェスチャー入力という）。あるいは、マイクロフォン８０４６を用いて、使用者の音声を認識させて操作を行うこともできる（音声入力という）。このように、人間の自然な振る舞いにより電気機器に入力を行うＮＵＩ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）技術を実装することで、携帯情報端末８０４０の操作性をさらに向上させることができる。

接続端子８０４８は、外部機器との通信や電力供給のための信号又は電力の入力端子である。例えば、携帯情報端末８０４０に外部メモリドライブするために、接続端子８０４８を用いることができる。外部メモリドライブとして、例えば外付けＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やフラッシュメモリドライブ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）やＤＶＤ−Ｒ（ＤＶＤ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ−ＲＷ（ＤＶＤ−ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ−ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）、ＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、又は他の不揮発性のソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）デバイスなどの記録メディアドライブが挙げられる。また、携帯情報端末８０４０は表示部８０４２上にタッチパネルを有しているが、これに替えて筐体８０４１上にキーボードを設けてもよく、またキーボードを外付けしてもよい。

図１０（Ａ）では、底面に接続端子８０４８を１つ設けた携帯情報端末８０４０を図示しているが、接続端子８０４８の数や配置位置等はこれに限定されず、適宜設計することができる。

図１０（Ｂ）は、携帯情報端末８０４０の背面及び側面を示した斜視図である。携帯情報端末８０４０は、筐体８０４１の表面に太陽電池８０４９とカメラ８０５０を有し、また、充放電制御回路８０５１、二次電池８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３等を有する。なお、図１０（Ｂ）では充放電制御回路８０５１の一例として二次電池８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３を有する構成について示しており、二次電池８０５２には、上記実施の形態で説明した本発明の一態様に係る二次電池を用いる。

携帯情報端末８０４０の背面に装着された太陽電池８０４９によって、電力を表示部、タッチパネル、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池８０４９は、筐体８０４１の片面又は両面に設けることができる。携帯情報端末８０４０に太陽電池８０４９を搭載させることで、屋外などの電力の供給手段がない場所においても、携帯情報端末８０４０の二次電池８０５２の充電を行うことができる。

また、太陽電池８０４９としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコン又はこれらの積層からなるシリコン系の太陽電池や、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＡｓ系、ＣＩＳ系、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系の太陽電池、有機色素を用いた色素増感太陽電池、導電性ポリマーやフラーレン等を用いた有機薄膜太陽電池、ｐｉｎ構造におけるｉ層中にシリコン等による量子ドット構造を形成した量子ドット型太陽電池等を用いることができる。

ここで、図１０（Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１の構成、及び動作についての一例を、図１０（Ｃ）に示すブロック図を用いて説明する。

図１０（Ｃ）には、太陽電池８０４９、二次電池８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３、コンバータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６、表示部８０４２について示しており、二次電池８０５２、ＤＣＤＣコンバータ８０５３、コンバータ８０５７、スイッチ８０５４、スイッチ８０５５、スイッチ８０５６が、図１０（Ｂ）に示す充放電制御回路８０５１に対応する箇所となる。

外光により太陽電池８０４９で発電した電力は、二次電池８０５２を充電するために必要な電圧とするために、ＤＣＤＣコンバータ８０５３で昇圧又は降圧される。そして、表示部８０４２の動作に太陽電池８０４９からの電力が用いられる際には、スイッチ８０５４をオンにし、コンバータ８０５７で表示部８０４２に必要な電圧に昇圧又は降圧する。また、表示部８０４２での表示を行わない際には、スイッチ８０５４をオフにし、スイッチ８０５５をオンにして二次電池８０５２の充電を行う。

なお、発電手段の一例として太陽電池８０４９を示したが、これに限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段を用いて二次電池８０５２の充電を行ってもよい。また、携帯情報端末８０４０の二次電池８０５２への充電方法はこれに限られず、例えば上述した接続端子８０４８と電源とを接続して充電を行ってもよい。また、無線で電力を送受信して充電する非接触電力伝送モジュールを用いてもよく、以上の充電方法を組み合わせてもよい。

ここで、二次電池８０５２の充電状態（ＳＯＣ。Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの略）が、表示部８０４２の左上（破線枠内）に表示される。これにより、使用者は、二次電池８０５２の充電状態を把握することができ、これに応じて携帯情報端末８０４０を節電モードと選択することもできる。使用者が省電力モードを選択する場合には、例えば上述したボタン８０４３やアイコン８０４４を操作し、携帯情報端末８０４０に搭載される表示モジュール又は表示パネルや、ＣＰＵ等の演算装置、メモリ等の構成部品を省電力モードに切り換えることができる。具体的には、これらの構成部品のそれぞれにおいて、任意の機能の使用頻度を低減し、停止させる。省電力モードでは、また、充電状態に応じて設定によって自動的に省電力モードに切り替わる構成とすることもできる。また、携帯情報端末８０４０に光センサ等の検出手段を設け、携帯情報端末８０４０の使用時における外光の光量を検出して表示輝度を最適化することで、二次電池８０５２の電力の消費を抑えることができる。

また、太陽電池８０４９等による充電時には、図１０（Ａ）に示すように、表示部８０４２の左上（破線枠内）にそれを示す画像等の表示を行ってもよい。

また、本発明の一態様に係る二次電池を具備していれば、図１０に示した電気機器に限定されないことは言うまでもない。

［４．６．電気機器の一例（蓄電システムの例）］
さらに、電気機器の一例として蓄電システムの例について、図１１を用いて説明する。ここで説明する蓄電システム８１００は、上述した蓄電システム８００５として家庭で用いることができる。また、ここでは一例として家庭用の蓄電システムについて説明するが、これに限られず、業務用として又はその他の用途で用いることができる。

図１１（Ａ）に示すように、蓄電システム８１００は、系統電源８１０３と電気的に接続するためのプラグ８１０１を有する。また、蓄電システム８１００は、家庭内に設けられた分電盤８１０４と電気的に接続する。

また、蓄電システム８１００は、動作状態等を示すための表示パネル等８１０２などを有していてもよい。表示パネルはタッチスクリーンを有していてもよい。また、表示パネルの他、主電源のオンオフを行うためのスイッチや蓄電システムの操作を行うためのスイッチ等を有していてもよい。

なお、図示しないが、蓄電システム８１００を操作するために、蓄電システム８１００とは別に、例えば室内の壁に操作スイッチを設けてもよい。あるいは、蓄電システム８１００と家庭内に設けられたパーソナルコンピュータ、サーバ等と接続し、間接的に蓄電システム８１００を操作してもよい。さらに、スマートフォン等の情報端末機やインターネット等を用いて蓄電システム８１００を遠隔操作してもよい。これらの場合、蓄電システム８１００とその他の機器とは有線により又は無線により通信を行う機構を、蓄電システム８１００に設ければよい。

図１１（Ｂ）に、蓄電システム８１００の回路構成の例を示す。蓄電システム８１００は、二次電池群８１０６と、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）８１０８とを有する。

二次電池群８１０６は、ｍ個の二次電池ユニット８１０９＿１〜８１０９＿ｍを並列に接続したものである。二次電池ユニット８１０９＿１〜８１０９＿ｍはそれぞれ、ｎ個の二次電池８１１０＿１〜８１１０＿ｎを直列に接続したものである。二次電池８１１０には、本発明の一態様に係る二次電池を適用することができる。

ＢＭＳ８１０８は、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）８１０７を有し、ＢＭＵ８１０７は二次電池群８１０６の状態を監視、制御および保護することができる機能を有する。例えばＢＭＵ８１０７は、二次電池群８１０６が有する二次電池８１１０＿１〜８１１０＿ｎと電気的に接続され、セル電圧データを収集することができる。また二次電池８１１０＿１〜８１１０＿ｎにはそれぞれサーミスタが設けられ、セル温度データを収集することができる。

またＢＭＳ８１０８は、ＡＣ／ＤＣインバータ８１１５およびＤＣ／ＡＣインバータ８１１６を有する。ＡＣ／ＤＣインバータ８１１５はプラグ８１０１と電気的に接続され、ＤＣ／ＡＣインバータ８１１６は外部接続端子８１０５と電気的に接続される。蓄電システム８１００の充放電はスイッチ８１１１およびスイッチ８１１２により切り替えられる。たとえば蓄電システム８１００の充電時には、例えば系統電源８１０３の交流の電力を直流に変換してＢＭＵ８１０７へ送電し、蓄電システム８１００の放電時には、二次電池群８１０６に蓄えられた電力を屋内などの負荷に交流に変換して供給する。なお、蓄電システム８１００から負荷への電力の供給は、図１１（Ａ）に示すように分電盤８１０４を介してもよく、あるいは蓄電システム８１００と負荷とを有線又は無線により直接行ってもよい。

なお、蓄電システム８１００への充電は上述する系統電源８１０３からに限らず、例えば屋外に設置した太陽発電システムから電力を供給してもよいし、電気自動車に搭載した蓄電システムから供給してもよい。

ＡＣ／ＤＣインバータ８１１５およびＤＣ／ＡＣインバータ８１１６には電流計８１１３および８１１４が接続され、ＢＭＵ８１０７は該電流計のデータを収集することができる。これらのデータからＢＭＵ８１０７は、過充電及び過放電の監視、過電流の監視、セルバランサ制御、電池劣化状態の管理、電池残量（（充電率）Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の算出演算、駆動用二次電池の冷却ファンの制御、又は故障検出の制御等を行うことができる。

またＢＭＵ８１０７にはデータロガー８１１７が接続され、データロガー８１１７にはＲＯＭ８１１８が接続されている。またデータロガー８１１７にはアラーム８１１９等が接続され、表示パネル等８１０２に蓄電システム８１００の情報を表示させることができる。

なお、これらの機能の一部又は全部は上述のように、二次電池８１１０内に含めてもよく、あるいは二次電池ユニット８１０９ごとに当該機能を付与してもよい。

ＢＭＵ８１０７を構成する電子回路には、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた電子回路を有するとよい。この場合、ＢＭＵ８１０７の消費電力を大幅に低減することが可能となる。

１００ 二次電池
１０１ 正極
１０３ セパレータ
１０５ 負極
１０７ 電解液
１０９ 外装体
１１１ 端子
１１３ 端子
１２０ 底面
１２１ 方向
１２２ 端部
１２３ 端部
２００ 二次電池
２０１ ガス注入排出口
２０３ 電解液注入口
２０５ 電解液排出口
２０７ 電解液注入排出口
３００ 電解液交換システム
３０１ ボンベ
３０３ 弁
３０５ 弁
３０６ 弁
３０７ サーバ
３０９ ポンプ
３１１ フィルタ
３１３ 弁
４０１ 幅
４０２ 深さ
４０３ 面
４０４ 面
９７０ 二次電池
９７１ 正極集電体
９７２ 正極活物質層
９７３ 正極
９７４ 負極集電体
９７５ 負極活物質層
９７６ 負極
９７７ セパレータ
９７８ 外装体
９７９ 電解液注入排出口
９８０ 二次電池
９８１ 正極キャップ
９８２ 電池缶
９８３ 正極端子
９８４ 正極
９８５ セパレータ
９８６ 負極
９８７ 負極端子
９８８ 絶縁板
９８９ 絶縁板
９９１ ＰＴＣ素子
９９２ 安全弁機構
９９３ 捲回体
９９４ 負極
９９５ 正極
９９６ セパレータ
９９７ 端子
９９８ 端子
１１０１ リチウムイオン二次電池
１１０２ 充電器
１１０３ 負荷
６０００ 正極
６００１ 正極集電体
６００２ 正極活物質層
６００３ 正極活物質
６００４ グラフェン
６１００ 負極
６１０１ 負極集電体
６１０２ 負極活物質層
６１０３ 負極活物質
６１０４ 被膜
６６００ 二次電池
６６０１ 捲回体
６６０２ 端子
６６０３ 端子
６６０４ 電池缶
６６０５ 端子
６６０６ 回路基板
６６０７ 電気回路
６６０８ ラベル
６６０９ アンテナ
６６１０ アンテナ
６６１１ 層
８０００ 住宅
８００１ 電力系統
８００２ 線
８００３ 分電盤
８００４ 制御装置
８００５ 蓄電システム
８００６ 太陽光発電システム
８００７ 表示装置
８００８ 照明装置
８００９ 空気調和設備
８０１０ 電気冷蔵庫
８０１１ インターネット
８０１２ 電気自動車
８０１３ 管理サーバ
８０２０ 電気自動車
８０２１ 充電装置
８０２２ ケーブル
８０２３ 前輪
８０２４ 二次電池
８０２５ 電子制御ユニット
８０２６ インバータユニット
８０２７ 走行モータユニット
８０２８ 出力軸
８０２９ 駆動軸
８０３１ 接続プラグ
８０４０ 携帯情報端末
８０４１ 筐体
８０４２ 表示部
８０４３ ボタン
８０４４ アイコン
８０４５ カメラ
８０４６ マイクロフォン
８０４７ スピーカ
８０４８ 接続端子
８０４９ 太陽電池
８０５０ カメラ
８０５１ 充放電制御回路
８０５２ 二次電池
８０５３ ＤＣＤＣコンバータ
８０５４ スイッチ
８０５５ スイッチ
８０５６ スイッチ
８０５７ コンバータ
８１００ 蓄電システム
８１０１ プラグ
８１０２ 表示パネル等
８１０３ 系統電源
８１０４ 分電盤
８１０５ 外部接続端子
８１０６ 二次電池群
８１０７ ＢＭＵ
８１０８ ＢＭＳ
８１０９ 二次電池ユニット
８１１０ 二次電池
８１１１ スイッチ
８１１２ スイッチ
８１１５ ＡＣ／ＤＣインバータ
８１１６ ＤＣ／ＡＣインバータ
８１１７ データロガー
８１１８ ＲＯＭ
８１１９ アラーム

Claims (4)

1. 正極と、負極と、電解液と、セパレータと、を有し、
   前記セパレータは少なくとも一部に、前記正極および前記負極に対して平行な溝を有する非水系二次電池。
2. 請求項１に記載の非水系二次電池において、
   前記非水系二次電池は少なくとも１つの設置方向が想定され、
   前記セパレータの前記溝は、
   前記非水系二次電池を前記設置方向としたとき、垂直となるよう形成されている非水系二次電池。
3. 正極と、負極と、電解液と、セパレータと、外装体と、を有し、
   前記外装体の内部に前記正極、前記負極、前記電解液および前記セパレータがあり、
   前記外装体は、前記外装体の内部に不活性ガスを注入する機能を有する第１の口と、前記外装体から前記電解液を排出または注入する機能を有する第２の口と、を有する非水系二次電池。
4. 第１の膜厚を有する領域と、第２の膜厚を有する領域を有するセパレータであり、
   前記第１の膜厚を有する領域の膜厚は、前記第２の膜厚を有する領域の膜厚の８０％以下であり、前記第１の膜厚を有する領域は、溝状の形状を有することを特徴とするセパレータ。

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