JP2020126865A - リチウムイオン蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高温におけるサイクル特性が良好なリチウムイオン蓄電池を提供する。また、容量の低下が抑制され長寿命化されたリチウムイオン蓄電池を提供する。また、正極活物質と電解液中の電解質との反応が抑制されたリチウムイオン蓄電池を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、を有し、正極は活物質を有し、活物質は金属を有し、電解液は、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳＡの少なくとも一方を有するリチウムイオン蓄電池である。なお、本発明の一態様において、正極は集電体を有し、集電体はＡｌを有していることを特徴とするリチウムイオン蓄電池としてもよい。また、電解液は、さらにＬｉＰＦ６を有していることを特徴とするリチウムイオン蓄電池としてもよい。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、リチウムイオン蓄電池、及びその製造方法に関する。

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
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造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、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、
撮像装置、それらの駆動方法、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。

蓄電池としては、ニッケル水素電池や、鉛蓄電池や、リチウムイオン蓄電池などが挙げら
れる。

これらの蓄電池は、携帯電話などで代表される携帯情報端末の電源として用いられている
。中でも、リチウムイオン蓄電池は、高容量、且つ、小型化が図れるため、開発が盛んに
行われている。リチウムイオン蓄電池に求められる特性として、高エネルギー密度化、サ
イクル特性の向上及び様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。

リチウムイオン蓄電池は、一般的には、正極、負極、電解液、セパレータ、及び、外装体
等の構成部材を有している。正極、及び、負極は集電体を有しており、それぞれ活物質を
有する場合がある。これらの構成材料がリチウムイオン蓄電池の性能を決定するため、各
構成材料の性能向上を目的とした開発も盛んに行われている。

正極の活物質材料として例えば、特許文献１に示されている、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦ
ｅＰＯ_４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ_４）、リン酸コバルトリチウム（Ｌ
ｉＣｏＰＯ_４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ_４）などの、リチウムと鉄、マ
ンガン、コバルトまたはニッケルとを含むオリビン型結晶構造を有するリン酸化合物など
が知られている（特許文献１、非特許文献１、及び非特許文献２参照）。

また、リチウムイオン蓄電池においては、電解液中の電解質には、キャリアイオンを移送
することが可能であり、且つキャリアイオンを有する材料が用いられる。電解質の代表例
としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、Ｌｉ（ＦＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ
_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ、等の
リチウム塩がある。

特開平１１−２５９８３号公報

Ｂｙｏｕｎｇｗｏｏ Ｋａｎｇ、Ｇｅｒｂｒａｎｄ Ｃｅｄｅｒ、「Ｎａｔｕｒｅ」、２００９、Ｖｏｌ．４５８（１２）、ｐ．１９０−１９３ Ｆ． Ｚｈｏｕ ｅｔ ａｌ．、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、２００４、６、ｐ．１１４４−１１４８

正極活物質として上述から選択した材料を用い、電解液中の電解質に上述から選択した材
料を用いてリチウムイオン蓄電池を組み上げて、該蓄電池の高温サイクル特性試験を行う
と、想定以上に劣化の進行が早く、容量維持率の低下が著しい場合があることがわかった
。

そこで、サイクル特性試験後の該蓄電池を解体し、各構成部材を分析したところ、正極の
活物質に用いられた金属が、負極の表面から検出された。これは、電解液と正極活物質と
が反応して、または、電解液の分解生成物と正極活物質とが反応して、一部の正極活物質
中の金属が電解液中に溶出し、充放電を繰り返す間に該金属が負極表面に析出したことを
示している。正極活物質の劣化が生じたことと、該金属の負極での析出による電荷の浪費
により、該蓄電池の容量が低下したことがわかった。具体的には、電解液に用いたヘキサ
フルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）は、加水分解によりフッ化水素（ＨＦ）を生じる
ことが知られていることから、高温サイクル動作においてＬｉＰＦ_６の加水分解が発生し
、生じたＨＦと正極が反応したことにより蓄電池の容量低下を生じた可能性がある。

上記を鑑みて、本発明の一態様は、高温におけるサイクル特性が良好なリチウムイオン蓄
電池を提供することを課題の一つとする。また、容量の低下が抑制され長寿命化されたリ
チウムイオン蓄電池を提供することを課題の一つとする。また、正極活物質と電解液との
反応が抑制されたリチウムイオン蓄電池を提供することを課題の一つとする。また、正極
活物質の劣化が抑制されたリチウムイオン蓄電池を提供することを課題の一つとする。ま
た、負極表面での金属の析出が抑制されたリチウムイオン蓄電池を提供することを課題の
一つとする。また、正極活物質と電解液との反応を原因とする電池反応の阻害が抑制され
たリチウムイオン蓄電池を提供することを課題の一つとする。また、本発明の一態様は、
高温におけるサイクル特性が良好なリチウムイオン蓄電池を製造する方法を提供すること
を課題の一つとする。また、本発明の一態様は、正極活物質と電解液との反応を原因とす
る電池反応の阻害が抑制されたリチウムイオン蓄電池の製造方法を提供することを課題の
一つとする。または、本発明の一態様は、新規な蓄電池、新規な蓄電装置、新規な蓄電池
の製造方法、または、新規な蓄電装置の製造方法を提供することを課題の一つとする。

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

本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、を有し、正極は活物質を有し、活物質は
金属を有し、電解液は、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴ
ＦＳＡ）とリチウムビス（フルオロスルホニル）アミド（ＬｉＦＳＡ）の少なくとも一方
を有するリチウムイオン蓄電池である。

なお、本発明の一態様において、正極は集電体を有し、集電体はＡｌを有していることを
特徴とするリチウムイオン蓄電池としてもよい。また、正極はグラフェンを含んでもよい
。また、電解液は、さらにＬｉＰＦ_６を有していることを特徴とするリチウムイオン蓄電
池としてもよい。負極は、表面に対するＸ線光電子分光分析においては、正極が有する活
物質が有する金属は観測されないリチウムイオン蓄電池としてもよい。また、金属は、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＭｎのいずれか一であることを特徴とするリチウムイオン蓄電池と
してもよい。また、本発明の一態様は、正極と、負極と、電解液と、を有し、正極は活物
質を有し、活物質は金属を有し、電解液は、Ｌｉと、Ｎと、Ｆと、Ｓと、Ｏと、Ｃと、を
有するリチウムイオン蓄電池である。

本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池は、正極の活物質材料と電解液との反応が抑
制され、負極表面においても該正極の活物質が有する金属の析出が抑制される。サイクル
特性試験においても劣化の進行が抑制され良好な容量維持率を示す、長寿命のリチウムイ
オン蓄電池である。

したがって、本発明の一態様は、高温におけるサイクル特性が良好なリチウムイオン蓄電
池を提供することができる。また、容量の低下が抑制され長寿命化されたリチウムイオン
蓄電池を提供することができる。また、正極活物質と電解液との反応が抑制されたリチウ
ムイオン蓄電池を提供することができる。また、正極活物質の劣化が抑制されたリチウム
イオン蓄電池を提供することができる。また、負極表面での金属の析出が抑制されたリチ
ウムイオン蓄電池を提供することができる。また、正極活物質と電解液との反応を原因と
する電池反応の阻害が抑制されたリチウムイオン蓄電池を提供することができる。また、
本発明の一態様は、高温におけるサイクル特性が良好なリチウムイオン蓄電池を製造する
方法を提供することができる。また、本発明の一態様は、正極活物質と電解液との反応を
原因とする電池反応の阻害が抑制されたリチウムイオン蓄電池の製造方法を提供すること
ができる。または、本発明の一態様は、新規な蓄電池、新規な蓄電装置、新規な蓄電池の
製造方法、または、新規な蓄電装置の製造方法を提供することができる。

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は
、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面
、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

本発明の一態様のリチウムイオン蓄電池を説明する図。 曲率半径を説明する図。 曲率半径を説明する図。 コイン型の蓄電池を説明する図。 円筒型の蓄電池を説明する図。 ラミネート型の蓄電池を説明する図。 蓄電池の外観を示す図。 蓄電池の外観を示す図。 蓄電池の作製方法を説明するための図。 可撓性を有するラミネート型の蓄電池を説明する図。 蓄電装置の例を説明するための図。 蓄電装置の例を説明するための図。 蓄電装置の例を説明するための図。 蓄電装置の例を説明するための図。 蓄電装置の例を説明するための図。 蓄電装置の応用形態を示す図。 蓄電池１及び比較蓄電池１のサイクル特性を示す図。 比較蓄電池１の負極のＸＰＳスペクトル。 蓄電池１の負極のＸＰＳスペクトル。 比較蓄電池１の正極活物質表面近傍の断面ＴＥＭ観察像。 蓄電池１の正極活物質表面近傍の断面ＴＥＭ観察像。 蓄電池２の温度特性を示す図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明する回路図。 本発明の一態様を説明する回路図。 本発明の一態様を説明する概念図。 本発明の一態様を説明するブロック図。 本発明の一態様を説明するフローチャート。

以下、本発明の一態様の実施の形態について説明する。ただし、本発明は多くの異なる態
様で実施することが可能であり、本発明の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、以下に
示す実施の形態および実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応
じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用
語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

なお、本明細書で説明する各図において、正極、負極、活物質層、セパレータ、外装体な
どの各構成要素の大きさや厚さ等は、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合が
ある。よって、必ずしも各構成要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相
対的な大きさに限定されない。

また、本明細書等で説明する本発明の一態様の構成において、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。

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

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池について説明する。

本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池１１０の作製方法について図１（Ａ）及び（
Ｂ）を用い、以下に説明する。図１（Ａ）は、リチウムイオン蓄電池１１０の模式図であ
り、外装体１０６からリード電極１０７が引き出されている。また、図１（Ｂ）は、リチ
ウムイオン蓄電池１１０の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２に相当する断面模式図であり、正極集電体
１００と、正極活物質層１０１と、セパレータ１０４と、負極活物質層１０３と、負極集
電体１０２とを積み重ね、電解液１０５とともに外装体１０６により封止された状態の断
面模式図である。なお、活物質層は集電体の両面に形成することもでき、蓄電池を積層構
造とすることも可能である。

≪正極の構成≫
正極について説明する。正極は、正極活物質層１０１と、正極集電体１００とを含む。

正極活物質層１０１に用いられる正極活物質材料としては、リチウムイオン等のキャリア
イオンの挿入及び脱離が可能な材料を用いることができ、例えば、オリビン型の結晶構造
、層状岩塩型の結晶構造、又はスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料等が挙げ
られる。

オリビン型結晶構造のリチウム含有材料（一般式ＬｉＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍ
ｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）またはＮｉ（ＩＩ）））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_ｂ
ＰＯ_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）等がある。

例えば、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）は、安全性、安定性、高容量密度、高電位
、初期酸化（充電）時に引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事
項をバランスよく満たしているため、好ましい。

層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有材料としては、例えば、コバルト酸リチウム
（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））、Ｌ
ｉＮｉ_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
））が挙げられる。さらに、Ｌｉ（Ｎｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５）Ｏ_２、Ｌｉ_２
ＭｎＯ_３−ＬｉＭＯ_２（ＭはＣｏ、ＮｉまたはＭｎ）等も挙げられる。

特に、ＬｉＣｏＯ_２は、容量が大きいこと、ＬｉＮｉＯ_２に比べて大気中で安定であるこ
と、ＬｉＮｉＯ_２に比べて熱的に安定であること等の利点があるため、好ましい。

スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌ
ｉ_１＋ｘＭｎ_２−ｘＯ_４（０＜ｘ＜２）、ＬｉＭｎ_２−ｘＡｌ_ｘＯ_４（０＜ｘ＜２）、Ｌ
ｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４等が挙げられる。

ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のマンガンを含むスピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料に、
少量のニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２やＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）（Ｍ
＝Ｃｏ、Ａｌ等））を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する
等の利点があり好ましい。

また、正極活物質として、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ
（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、またはＮｉ（ＩＩ））（ｊは０以上２以下）で表される複合酸
化物を用いることができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}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、Ｌ
ｉ_{（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_ｌ
ＳｉＯ_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）等が挙げ
られる。

また、正極活物質として、Ａ_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（ＡはＬｉ、Ｎａ、または、Ｍｇ）（Ｍ
はＦｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、または、Ａｌ）（ＸはＳ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、または
、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物
としては、Ｆｅ_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等が
挙げられる。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５Ｍ
Ｏ_４（ＭはＦｅまたはＭｎ）の一般式で表される化合物、ＭｎＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブ
スカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物
、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料、
バナジウム酸化物系（Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８等）、マンガン酸化物、有機
硫黄等の材料を用いることができる。

なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンや、アルカリ土類金
属イオンの場合、正極活物質として、上記化合物や酸化物において、リチウムの代わりに
、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カル
シウム、ストロンチウム、バリウム、ベリリウム、マグネシウム等）を用いてもよい。例
えば、ＮａＦｅＯ_２や、Ｎａ_２／３［Ｆｅ_１／２Ｍｎ_１／２］Ｏ_２などのナトリウム含有
層状酸化物を正極活物質として用いることができる。

また、正極活物質として、上記材料を複数組み合わせた材料を用いてもよい。例えば、上
記材料を複数組み合わせた固溶体を正極活物質として用いることができる。例えば、Ｌｉ
Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｎｉ_１／３Ｏ_２とＬｉ_２ＭｎＯ_３の固溶体を正極活物質として用い
ることができる。

正極活物質は、一次粒子の平均粒径が５０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いるとよい
。

正極活物質は負極活物質と共に、蓄電池の電池反応の中心的役割を担いキャリアイオンの
放出及び吸収を行う物質である。蓄電池の寿命を高めるためには、電池反応の不可逆反応
に係る容量が少ない材料であることが好ましく、充放電効率の高い材料であることが好ま
しい。

活物質は電解液と接するため、活物質と電解液とが反応し、反応により活物質が失われ劣
化すると、蓄電池の容量が低下するため、劣化の少ない蓄電池を実現するためには、蓄電
池内のこのような反応が生じないことが望ましい。該反応を抑制する効果は後述する。

電極の導電助剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）、グラファイト（黒鉛）粒子、カー
ボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどを用いることができる。

導電助剤により、電極中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤に
より、正極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。正極活物質層中に導
電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する正極活物質層１０１を実現するこ
とができる。

また、バインダーとして、代表的なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド
、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリ
マー、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。

正極活物質層１０１の総量に対するバインダーの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下
が好ましく、２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下がより好ましく、３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がさ
らに好ましい。また、正極活物質層１０１の総量に対する導電助剤の含有量は、１ｗｔ％
以上１０ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。

塗布法を用いて正極活物質層１０１を形成する場合は、正極活物質とバインダーと導電助
剤と分散媒を混合してスラリーを作製し、正極集電体１００上に塗布して乾燥させればよ
い。本実施の形態では、正極集電体１００としてアルミニウムを主成分とする金属材を用
いる。

なお、正極集電体１００にはステンレス、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及
びこれらの合金など、導電性が高く、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。また
、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応
してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナ
ジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等
がある。正極集電体は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパ
ンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。

以上の工程でリチウムイオン蓄電池の正極を作製することができる。

≪負極の構成≫
次に負極について図１（Ｂ）を用いて説明する。負極は、負極活物質層１０３と、負極集
電体１０２とを含む。負極を形成する工程を以下に説明する。

負極活物質層１０３に用いられる負極活物質として、炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛
化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチュー
ブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。黒鉛としては、メソカーボンマイクロビー
ズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒
鉛等の天然黒鉛がある。また、黒鉛の形状としては鱗片状のものや球状のものなどがある
。

負極活物質として、炭素系材料以外に、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電
反応を行うことが可能な材料も用いることができる。例えば、Ｇａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ等のうち少なくとも一つを含む材料を
用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論
容量が４２００ｍＡｈ／ｇと高く好ましい。このような元素を用いた合金系材料（化合物
系材料）としては、例えば、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ
_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、
Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ
、ＳｂＳｎ等がある。

また、負極活物質として、ＳｉＯ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチ
ウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（Ｌｉ_ｘＣ_６）、
五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、二酸化タングステン（ＷＯ_２）、二酸化モリブデン（Ｍｏ
Ｏ_２）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、Ｌｉ_３Ｎ型構造をもつ
Ｌｉ_３−ｘＭ_ｘＮ（ＭはＣｏ、ＮｉまたはＣｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２
．６Ｃｏ_０．４Ｎ_３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ^３）
を示し好ましい。

リチウムと遷移金属の複窒化物を用いると、負極活物質中にリチウムイオンを含むため、
正極活物質としてリチウムイオンを含まないＶ_２Ｏ_５、Ｃｒ_３Ｏ_８等の材料と組み合わせ
ることができる。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも、あら
かじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させることで、負極活物質としてリチ
ウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。

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、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ
_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇ
ｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３
等のフッ化物でも起こる。

負極活物質は、一例としては、粒径が５０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いるとよい
。

なお、正極活物質層１０１においても負極活物質層１０３においても、活物質材料は複数
の材料を特定の割合で組み合わせて用いてもよい。活物質層に複数の材料を用いることで
、より詳細に活物質層の性能を選択することができる。

電極の導電助剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）、グラファイト（黒鉛）粒子、カー
ボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどを用いることができる。

導電助剤により、電極中に電気伝導のネットワークを形成することができる。導電助剤に
より、負極活物質どうしの電気伝導の経路を維持することができる。負極活物質層中に導
電助剤を添加することにより、高い電気伝導性を有する負極活物質層１０３を実現するこ
とができる。

また、バインダーとして、代表的なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド
、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリ
マー、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。

負極活物質層１０３の総量に対するバインダーの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下
が好ましく、２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下がより好ましく、３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がさ
らに好ましい。また、負極活物質層１０３の総量に対する導電助剤の含有量は、１ｗｔ％
以上１０ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。

負極集電体１０２上に負極活物質層１０３を形成する。塗布法を用いて負極活物質層１０
３を形成する場合は、負極活物質とバインダーと導電助剤と分散媒を混合してスラリーを
作製し、負極集電体１０２に塗布して乾燥させる。また、乾燥後に必要があればプレス処
理を行ってもよい。

なお、負極集電体１０２には、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、チタン、タンタル
等の金属、及びこれらの合金など、導電性が高く、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
元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジ
ルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン
、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。負極集電体１０２は、箔状、板状（シー
ト状）、網状、円柱状、コイル状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状
を適宜用いることができる。負極集電体１０２は、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のもの
を用いるとよい。また、電極集電体の表面の一部に、グラファイトなどを用いてアンダー
コート層を設けてもよい。

以上の工程でリチウムイオン蓄電池の負極を作製することができる。

≪セパレータの構成≫
セパレータ１０４について説明する。セパレータ１０４の材料としては、紙、不織布、ガ
ラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維
）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等を用い
ればよい。ただし、後述の電解液に溶解しない材料を選ぶ必要がある。

より具体的には、セパレータ１０４の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチ
レンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタク
リレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、
ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、
ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子及びこれらの誘導体、セルロース
、紙、不織布、ガラス繊維から選ばれる一種を単独で、又は二種以上を組み合せて用いる
ことができる。

セパレータ１０４は、両極の接触を防ぐ絶縁性能、電解液を保持する性能、イオンの伝導
性がなければならない。セパレータとしての機能を有する膜を製造する方法として、膜の
延伸による方法がある。例えば、溶融したポリマー材料を展開して放熱させ、得られた膜
を膜と平行の二軸方向に延伸して孔を形成する、延伸開孔法がある。

次に、セパレータ１０４を蓄電池に組み込む方法としては、セパレータを正極及び負極の
間に挟みこむ方法が可能である。また、正極又は負極の一方にセパレータ１０４を載置し
、正極又は負極のもう一方を併せる方法も可能である。正極、負極、及びセパレータを外
装体に収納し、電解液を含ませることにより、蓄電池を形成することができる。

また、セパレータ１０４を正極または負極の一方の両面を覆うことができる大きさのシー
ト状若しくはエンベロープ状に形成し、セパレータ１０４に包まれた電極とすると、蓄電
池の製造上、電極を機械的な損傷から保護することができ、電極の取り扱いが容易となる
。セパレータに包まれた電極ともう一方の電極とを、併せて外装体に収納し、電解液を含
ませることにより、蓄電池を形成することができる。図６（Ｂ）に、セパレータ５０７を
エンベロープ状に形成して作製した蓄電池の断面構造を示す。図６（Ｂ）は、正極と負極
を複数組用いて作製した積層型蓄電池の断面構造である。

さらに、セパレータは複数層としてもよい。セパレータは、上述の方法で形成できるが、
構成材料と膜の機械的強度のために、膜の孔の大きさや膜の厚さの範囲には制限がある。
第１のセパレータ及び第２のセパレータをそれぞれ延伸法により作製して、これを併せて
蓄電池に用いることができる。第１のセパレータ及び第２のセパレータを構成する材料に
は、上記の材料または上記以外の材料から１種類以上を選択して用いることができ、膜の
形成の条件及び延伸の条件等により、膜中の孔の大きさ、孔の占める体積の割合（空隙率
ともいう）、膜の厚さ等の特性をそれぞれ決定することができる。特性の異なる二つのセ
パレータを併せて用いることにより、一方の膜を単独で用いる場合と比べ、蓄電池のセパ
レータの性能を多彩に選択することができるようになる。

さらに、蓄電池が可撓性を有していてもよく、可撓性を有する蓄電池に変形応力がかかる
場合にも、第１のセパレータと第２のセパレータとの界面において、両セパレータが摺動
することにより応力を緩和することができるため、複数のセパレータを用いた構造は、可
撓性を有する蓄電池のセパレータの構造としても適している。

以上の工程でリチウムイオン蓄電池にセパレータを組み込むことができる。

≪電解液の構成≫
本発明の一態様に係るリチウムイオン蓄電池に用いることができる電解液１０５は、電解
質を含む非水溶液とすることが好ましい。

電解液１０５の溶媒としては、キャリアイオンが移動可能な材料を用いる。例えば、非プ
ロトン性有機溶媒が好ましく、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート
（ＰＣ）、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート
、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチ
ルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ギ酸メチル、酢酸メ
チル、酪酸メチル、１，３−ジオキサン、１，４−ジオキサン、ジメトキシエタン（ＤＭ
Ｅ）、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１０５の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対
する安全性が高まる。また、リチウムイオン蓄電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲ
ル化される高分子材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニト
リルゲル、ポリエチレンオキサイド系ゲル、ポリプロピレンオキサイド系ゲル、フッ素系
ポリマーのゲル等がある。

また、電解液の溶媒として、難燃性及び難蒸発性であるイオン液体（常温溶融塩ともいう
）を一つまたは複数用いることで、リチウムイオン蓄電池の内部短絡や、過充電等によっ
て内部温度が上昇しても、リチウムイオン蓄電池の破裂や発火などを防ぐことができる。
これにより、リチウムイオン蓄電池の安全性を高めることができる。

ところで、蓄電池中の電池反応において、電解液が正極の活物質と反応し該活物質に含ま
れる金属が溶出すると、蓄電池の容量の低下を生じ蓄電池が劣化する。すなわち蓄電池の
サイクル特性試験を行うと充放電を重ねる毎に容量の低下が著しく、短寿命の蓄電池とな
る。そこで、本発明の一態様においては、電解液が有する電解質材料は、熱安定性に優れ
た該活物質との反応が抑制された材料を用いて、該活物質中の金属の溶出が抑制させる。

正極の活物質材料中の金属としては、例えばＦｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＭｎが挙げられる。
本発明の一態様において、電解液に用いる電解質の材料は、これらの金属の正極活物質層
１０１からの溶出が抑制された電解質を用いる。具体的には、本発明の一態様に用いるこ
とができる電解質には、ＬｉＴＦＳＡ（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）
アミド）とＬｉＦＳＡ（リチウムビスフルオロスルホニルアミド）が挙げられる。なお、
ＬｉＴＦＳＡは、Ｌｉと、Ｎと、トリフルオロメチル基と、スルホニル基とを有している
。したがって、ＬｉＴＦＳＡはＬｉと、Ｎと、Ｆと、Ｓと、Ｏと、Ｃと、を有している。
また、ＬｉＦＳＡは、Ｌｉと、Ｎと、Ｆと、スルホニル基を有する。したがって、ＬｉＦ
ＳＡは、Ｌｉと、Ｎと、Ｆと、Ｓと、Ｏと、を有する。

電解質にＬｉＴＦＳＡ（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド）又はＬ
ｉＦＳＡ（リチウムビスフルオロスルホニルアミド）を用いた電解液は、加水分解が比較
的生じにくく、熱安定性に優れるため、蓄電池の電池反応において正極活物質材料中の金
属の溶出を抑制する。そのため、本発明の一態様に係る蓄電池に充放電を繰り返して、該
蓄電池を解体して負極を取り出し、該負極表面に対して例えばＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法
）による分析を行っても該金属の存在は観測されないか極めて微量となる。

したがって、本発明の一態様に係る蓄電池は、正極活物質中の金属の電解液への溶出が抑
制されるため、正極活物質の劣化が抑制され、また、負極表面での金属の析出も抑制され
るため、容量の劣化が小さくサイクル寿命の良好な蓄電池とすることができる。

なお、上記の電解質では、キャリアイオンがリチウムイオンである場合について説明した
が、リチウムイオン以外のキャリアイオンも用いることができる。リチウムイオン以外の
キャリアイオンとしては、アルカリ金属イオンや、アルカリ土類金属イオンの場合、電解
質として、上記リチウム塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナト
リウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリ
ウム、ベリリウム、またはマグネシウム等）を用いてもよい。

また、蓄電池に用いる電解液は、粒状のごみや電解液の構成元素以外の元素（以下、単に
「不純物」ともいう。）の含有量が少ない高純度化された電解液を用いることが好ましい
。具体的には、電解液に対する不純物の質量比を１％以下、好ましくは０．１％以下、よ
り好ましくは０．０１％以下とすることが好ましい。また、電解液にビニレンカーボネー
トなどの添加剤を加えてもよい。

上述の溶媒と上述の電解質を用いると、本発明の一態様に係る蓄電池の電解液を作製する
ことができる。

なお、ＬｉＴＦＳＡ（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド）またはＬ
ｉＦＳＡ（リチウムビスフルオロスルホニルアミド）を電解質に用いた電解液は、正極電
圧が高い場合において、正極の集電体と反応し、正極集電体を腐食する場合がある。その
ような腐食を防止するため、電解液に数ｗｔ％のＬｉＰＦ_６を添加することが好ましい。
正極集電体表面に不動態膜を生じ、該不動態膜が電解液と正極集電体との反応を抑制する
ためである。ただし、高温でサイクル特性を維持するためには、正極活物質層を溶解させ
ないために、ＬｉＰＦ_６の濃度は１０ｗｔ％以下、好ましくは５ｗｔ％以下、より好まし
くは３ｗｔ％以下とするとよい。

≪外装体の構成≫
次に、外装体１０６について説明する。外装体１０６には、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アル
ミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属
薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂
膜を設けた三層構造のフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで
、電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解液性を有する
。外装体を内側に折り曲げて重ねて、または、２つの外装体それぞれの内面を向い合せて
重ねて熱を加えることにより、内面の材料が融け２つの外装体を融着することができ、封
止構造を作製することができる。

外装体が融着等され封止構造が形成されている箇所を封止部とすると、外装体を内側に折
り曲げて重ねた場合は、折り目以外の個所に封止部が形成され、外装体の第１の領域と、
該第１の領域と重なる第２の領域とが融着等された構造となる。また、２枚の外装体を重
ねた場合は熱融着等の方法で外周すべてに封止部が形成される。

本実施の形態にて示された各部材の材料から、可撓性を有する材料を選択して用いると、
可撓性を有するリチウムイオン蓄電池を作製することができる。近年、変形可能なデバイ
スの研究及び開発が盛んである。そのようなデバイスに用いる蓄電池として、可撓性を有
する蓄電池の需要が生じている。

２枚のフィルムを外装体として電極・電解液など１８０５を挟む蓄電池を湾曲させた場合
には、蓄電池の曲率中心１８００に近い側のフィルム１８０１の曲率半径１８０２は、曲
率中心１８００から遠い側のフィルム１８０３の曲率半径１８０４よりも小さい（図２（
Ａ））。蓄電池を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心１８００に近いフィルムの表
面には圧縮応力がかかり、曲率中心１８００から遠いフィルムの表面には引っ張り応力が
かかる（図２（Ｂ））。

可撓性を有するリチウムイオン蓄電池を変形させたとき、外装体に大きな応力がかかるが
、外装体の表面に凹部または凸部で形成される模様を形成すると、蓄電池の変形により圧
縮応力や引っ張り応力がかかったとしても、ひずみによる影響を抑えることができる。そ
のため、蓄電池は、曲率中心に近い側の外装体の曲率半径が３０ｍｍ好ましくは１０ｍｍ
となる範囲で変形することができる。

面の曲率半径について、図３を用いて説明する。図３（Ａ）において、曲面１７００を切
断した平面１７０１において、曲面１７００に含まれる曲線１７０２の一部を円の弧に近
似して、その円の半径を曲率半径１７０３とし、円の中心を曲率中心１７０４とする。図
３（Ｂ）に曲面１７００の上面図を示す。図３（Ｃ）に、平面１７０１で曲面１７００を
切断した断面図を示す。曲面を平面で切断するとき、曲面に対する平面の角度や切断する
位置に応じて、断面に現れる曲線の曲率半径は異なるものとなるが、本明細書等では、最
も小さい曲率半径を麺の曲率半径とする。

なお、蓄電池の断面形状は、単純な円弧状に限定されず、一部が円弧を有する形状にする
ことができ、例えば図２（Ｃ）に示す形状や、波状（図２（Ｄ））、Ｓ字形状などとする
こともできる。蓄電池の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複数の曲率中
心それぞれにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、２枚の外装体
の曲率中心に近い方の外装体の曲率半径が、３０ｍｍ好ましくは１０ｍｍとなる範囲で蓄
電池が変形することができる。

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態
において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定さ
れない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載され
ているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本実施の形態では
、一例として、リチウムイオン蓄電池に適用した場合を示したが、本発明の一態様は、こ
れに限定されない。様々な蓄電池、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー蓄電池、
ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・
亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、固体電池、空気電池、などに適用することも可能であ
る。または、様々な蓄電装置に適用することが可能であり、例えば、一次電池、コンデン
サ、リチウムイオンキャパシタなどに適用することも可能である。または例えば、場合に
よっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、リチウムイオン蓄電池に適用しな
くてもよい。または、本発明の一態様として、電解液は、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳＡの少
なくとも一方を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場
合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳＡ
の少なくとも一方は、電解液以外の部分に含まれていてもよい。場合によっては、または
、状況に応じて、本発明の一態様では、電解液は、さまざまな材料を有していてもよい。
または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、電解液は
、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳＡ以外の材料を有していてもよい。または例えば、場合によっ
ては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、電解液は、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳ
Ａを有していなくてもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせて実施することが可能で
ある。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電池の構造について、図４乃至図６を参照し
て説明する。

［コイン型蓄電池］
図４（Ａ）は、コイン型（単層偏平型）の蓄電池の外観図であり、図４（Ｂ）は、その断
面図である。

コイン型の蓄電池３００は、正極端子を兼ねた正極缶３０１と負極端子を兼ねた負極缶３
０２とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット３０３で絶縁シールされている。正
極３０４は、正極集電体３０５と、これと接するように設けられた正極活物質層３０６に
より形成される。正極活物質層３０６は、正極活物質の他、正極活物質の密着性を高める
ための結着剤（バインダー）、正極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有して
もよい。

また、負極３０７は、負極集電体３０８と、これに接するように設けられた負極活物質層
３０９により形成される。負極活物質層３０９は、負極活物質の他、負極活物質の密着性
を高めるための結着剤（バインダー）、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等
を有してもよい。正極活物質層３０６と負極活物質層３０９との間には、セパレータ３１
０と、電解質（図示せず）とを有する。

各構成部材には、実施の形態１で示した材料を用いることができる。

正極缶３０１、負極缶３０２には、電解液に対して耐腐食性のある、ニッケル、アルミニ
ウム、チタン等の金属、またはこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えばステン
レス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアル
ミニウム等で被覆することが好ましい。正極缶３０１は正極３０４と、負極缶３０２は負
極３０７とそれぞれ電気的に接続する。

これら負極３０７、正極３０４及びセパレータ３１０を電解液に含浸させ、図４（Ｂ）に
示すように、正極缶３０１を下にして正極３０４、セパレータ３１０、負極３０７、負極
缶３０２をこの順で積層し、正極缶３０１と負極缶３０２とをガスケット３０３を介して
圧着してコイン形の蓄電池３００を製造する。

ここで図４（Ｃ）を用いて蓄電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた蓄
電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きになる
。なお、リチウムを用いた蓄電池では、充電と放電でアノード（陽極）とカソード（陰極
）が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、酸化還元電位が高
い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書において
は、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電
流を流す場合であっても、正極は「正極」または「＋極（プラス極）」と呼び、負極は「
負極」または「−極（マイナス極）」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連した
アノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆
になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード（陽極）やカソード（
陰極）という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード（陽極）や
カソード（陰極）という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極（プラ
ス極）と負極（マイナス極）のどちらに対応するものかも併記することとする。

図４（Ｃ）に示す蓄電池４００は、正極４０２、負極４０４、電解液４０６、及びセパレ
ータ４０８を有する。正極４０２及び負極４０４に接続する２つの端子には充電器が接続
され、蓄電池４００が充電される。蓄電池４００の充電が進めば、電極間の電位差は大き
くなる。図４（Ｃ）では、蓄電池４００の外部の端子から、正極４０２の方へ流れ、蓄電
池４００の中において、正極４０２から負極４０４の方へ流れ、負極から蓄電池４００の
外部の端子の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向
きを電流の向きとしている。

［円筒型蓄電池］
次に、円筒型の蓄電池の一例について、図５を参照して説明する。円筒型の蓄電池６００
は図５（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）６０１を有し、側面及び底面
に電池缶（外装缶）６０２を有している。これら正極キャップ６０１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。

図５（Ｂ）は、円筒型の蓄電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶６
０２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、又はこれらの
合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用いることができる。ま
た、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等で被覆することが好ましい
。電池缶６０２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回された電池素子は、対
向する一対の絶縁板６０８、６０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電
池缶６０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。非水電解液は、コイン
型の蓄電池と同様のものを用いることができる。

正極６０４及び負極６０６は、上述したコイン型の蓄電池の正極及び負極と同様に製造す
ればよいが、円筒型の蓄電池に用いる正極及び負極は捲回するため、集電体の両面に活物
質を形成する点において異なる。正極６０４には正極端子（正極集電リード）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６０
３及び負極端子６０７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正
極端子６０３は安全弁機構６１２に、負極端子６０７は電池缶６０２の底にそれぞれ抵抗
溶接される。安全弁機構６１２は、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）６１１を介して正極キャップ６０１と電気的に接続され
ている。安全弁機構６１２は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャッ
プ６０１と正極６０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子６１１
は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を
制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ_３）系半導体セラミックス等を用いることができる。

［ラミネート型蓄電池］
次に、ラミネート型の蓄電池の一例について、図６（Ａ）を参照して説明する。ラミネー
ト型の蓄電池は、可撓性を有する構成とすれば、可撓性を有する部位を少なくとも一部有
する電子機器に実装すれば、電子機器の変形に合わせて蓄電池も曲げることもできる。

図６（Ａ）に示すラミネート型の蓄電池５００は、正極集電体５０１および正極活物質層
５０２を有する正極５０３と、負極集電体５０４および負極活物質層５０５を有する負極
５０６と、セパレータ５０７と、電解液５０８と、外装体５０９と、を有する。外装体５
０９内に設けられた正極５０３と負極５０６との間にセパレータ５０７が設置されている
。また、外装体５０９内は、電解液５０８で満たされている。電解液５０８には、実施の
形態１で示した電解液を用いることができる。

図６（Ａ）に示すラミネート型の蓄電池５００において、正極集電体５０１および負極集
電体５０４は、外部との電気的接触を得る端子の役割も兼ねている。そのため、正極集電
体５０１および負極集電体５０４の一部は、外装体５０９から外側に露出するように配置
してもよい。また、正極集電体５０１および負極集電体５０４を、外装体５０９から外側
に露出させず、リード電極を用いてそのリード電極と正極集電体５０１、或いは負極集電
体５０４と超音波接合させてリード電極を外側に露出するようにしてもよい。

ラミネート型の蓄電池５００において、外装体５０９には、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アル
ミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属
薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂
膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。

また、ラミネート型の蓄電池５００の断面構造の一例を図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）で
は簡略のため、２つの集電体で構成する例を示しているが、実際は、複数の電極層で構成
する。

図６（Ｂ）では、一例として、電極層数を１６としている。なお、電極層数を１６として
も蓄電池５００は、可撓性を有する。図６（Ｂ）では負極集電体５０４が８層と、正極集
電体５０１が８層の合計１６層の構造を示している。なお、図６（Ｂ）は負極の取り出し
部の断面を示しており、８層の負極集電体５０４を超音波接合させている。勿論、電極層
数は１６に限定されず、多くてもよいし、少なくてもよい。電極層数が多い場合には、よ
り多くの容量を有する蓄電池とすることができる。また、電極層数が少ない場合には、薄
型化でき、可撓性に優れた蓄電池とすることができる。

ここで、ラミネート型の蓄電池５００の外観図の一例を図７及び図８に示す。図７及び図
８は、正極５０３、負極５０６、セパレータ５０７、外装体５０９、正極リード電極５１
０及び負極リード電極５１１を有する。

図９（Ａ）は正極５０３及び負極５０６の外観図を示す。正極５０３は正極集電体５０１
を有し、正極活物質層５０２は正極集電体５０１の表面に形成されている。また、正極５
０３は正極集電体５０１が一部露出する領域（以下、タブ領域という）を有する。負極５
０６は負極集電体５０４を有し、負極活物質層５０５は負極集電体５０４の表面に形成さ
れている。また、負極５０６は負極集電体５０４が一部露出する領域、すなわちタブ領域
を有する。正極及び負極が有するタブ領域の面積や形状は、図９（Ａ）に示す例に限られ
ない。

［ラミネート型蓄電池の作製方法］
ここで、図７に外観図を示すラミネート型蓄電池の作製方法の一例について、図９（Ｂ）
、（Ｃ）を用いて説明する。

まず、負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を積層する。図９（Ｂ）に積層され
た負極５０６、セパレータ５０７及び正極５０３を示す。ここでは負極を５組、正極を４
組使用する例を示す。次に、正極５０３のタブ領域同士の接合と、最表面の正極のタブ領
域への正極リード電極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９（Ｃ）に示すように、外装体５０９を破線で示した部分で折り曲げる。その後
、外装体５０９の外周部を接合する。接合には例えば熱圧着等を用いればよい。この時、
後に電解液５０８を入れることができるように、外装体５０９の一部（または一辺）に接
合されない領域（以下、導入口という）を設ける。

次に、外装体５０９に設けられた導入口から、電解液５０８を外装体５０９の内側へ導入
する。電解液５０８の導入は、減圧雰囲気下、或いは不活性ガス雰囲気下で行うことが好
ましい。そして最後に、導入口を接合する。このようにして、ラミネート型の蓄電池であ
る蓄電池５００を作製することができる。

なお、本実施の形態では、蓄電池として、コイン型、ラミネート型及び円筒型の蓄電池を
示したが、その他の封止型蓄電池、角型蓄電池等様々な形状の蓄電池を用いることができ
る。また、正極、負極、及びセパレータが複数積層された構造、正極、負極、及びセパレ
ータが捲回された構造であってもよい。

本実施の形態で示す蓄電池３００、蓄電池５００、蓄電池６００の正極活物質層及び電解
質には、本発明の一態様に係る正極活物質層及び電解質が用いられている。そのため、蓄
電池３００、蓄電池５００、蓄電池６００のサイクル寿命を高めることができる。

また、可撓性を有するラミネート型の蓄電池を電子機器に実装する例を図１０に示す。フ
レキシブルな形状を備える蓄電装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装
置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタ
ルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携
帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機など
の大型ゲーム機などが挙げられる。

また、フレキシブルな形状を備える蓄電装置を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車
の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。

図１０（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１
に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、ス
ピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、蓄電
装置７４０７を有している。

図１０（Ｂ）は、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４０
０を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電装置
７４０７も湾曲される。また、その時、曲げられた蓄電装置７４０７の状態を図１０（Ｃ
）に示す。蓄電装置７４０７はラミネート型の蓄電池である。

図１０（Ｄ）は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置７１００は、
筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び蓄電装置７１０４を備える。
また、図１０（Ｅ）に曲げられた蓄電装置７１０４の状態を示す。

［蓄電装置の構造例］
蓄電装置の構造例について、図１１乃至図１５を用いて説明する。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、蓄電装置の外観図を示す図である。蓄電装置は、回路
基板９００と、蓄電池９１３と、を有する。蓄電池９１３には、ラベル９１０が貼られて
いる。さらに、図１１（Ｂ）に示すように、蓄電装置は、端子９５１と、端子９５２と、
アンテナ９１４と、アンテナ９１５と、を有する。

回路基板９００は、端子９１１と、回路９１２と、を有する。端子９１１は、端子９５１
、端子９５２、アンテナ９１４、アンテナ９１５、及び回路９１２に接続される。なお、
端子９１１を複数設けて、複数の端子９１１のそれぞれを、制御信号入力端子、電源端子
などとしてもよい。

回路９１２は、回路基板９００の裏面に設けられていてもよい。なお、アンテナ９１４及
びアンテナ９１５は、コイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、
平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体
アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ９１４若しくはアンテナ９１５は
、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能する
ことができる。つまり、コンデンサの有する２つの導体のうちの一つの導体として、アン
テナ９１４若しくはアンテナ９１５を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけ
でなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。

アンテナ９１４の線幅は、アンテナ９１５の線幅よりも大きいことが好ましい。これによ
り、アンテナ９１４により受電する電力量を大きくできる。

蓄電装置は、アンテナ９１４及びアンテナ９１５と、蓄電池９１３との間に層９１６を有
する。層９１６は、例えば蓄電池９１３による電磁界への影響を防止することができる機
能を有する。層９１６としては、例えば磁性体を用いることができる。

なお、蓄電装置の構造は、図１１に限定されない。

例えば、図１２（Ａ−１）及び図１２（Ａ−２）に示すように、図１１（Ａ）及び図１１
（Ｂ）に示す蓄電池９１３のうち、対向する一対の面のそれぞれにアンテナを設けてもよ
い。図１２（Ａ−１）は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図１２（Ａ
−２）は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図１１（Ａ）及び図
１１（Ｂ）に示す蓄電装置と同じ部分については、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す
蓄電装置の説明を適宜援用できる。

図１２（Ａ−１）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の一方に層９１６を挟んでアン
テナ９１４が設けられ、図１２（Ａ−２）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の他方
に層９１７を挟んでアンテナ９１５が設けられる。層９１７は、例えば蓄電池９１３によ
る電磁界への影響を防止することができる機能を有する。層９１７としては、例えば磁性
体を用いることができる。

上記構造にすることにより、アンテナ９１４及びアンテナ９１５の両方のサイズを大きく
することができる。

又は、図１２（Ｂ−１）及び図１２（Ｂ−２）に示すように、図１１（Ａ）及び図１１（
Ｂ）に示す蓄電池９１３のうち、対向する一対の面のそれぞれに別のアンテナを設けても
よい。図１２（Ｂ−１）は、上記一対の面の一方側方向から見た外観図であり、図１２（
Ｂ−２）は、上記一対の面の他方側方向から見た外観図である。なお、図１１（Ａ）及び
図１１（Ｂ）に示す蓄電装置と同じ部分については、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示
す蓄電装置の説明を適宜援用できる。

図１２（Ｂ−１）に示すように、蓄電池９１３の一対の面の一方に層９１６を挟んでアン
テナ９１４及びアンテナ９１５が設けられ、図１２（Ｂ−２）に示すように、蓄電池９１
３の一対の面の他方に層９１７を挟んでアンテナ９１８が設けられる。アンテナ９１８は
、例えば、外部機器とのデータ通信を行うことができる機能を有する。アンテナ９１８に
は、例えばアンテナ９１４及びアンテナ９１５に適用可能な形状のアンテナを適用するこ
とができる。アンテナ９１８を介した蓄電装置と他の機器との通信方式としては、ＮＦＣ
など、蓄電装置と他の機器との間で用いることができる応答方式などを適用することがで
きる。

又は、図１３（Ａ）に示すように、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電池９１３に
表示装置９２０を設けてもよい。表示装置９２０は、端子９１９を介して端子９１１に電
気的に接続される。なお、表示装置９２０が設けられる部分にラベル９１０を設けなくて
もよい。なお、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電装置と同じ部分については、図
１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。

表示装置９２０には、例えば充電中であるか否かを示す画像、蓄電量を示す画像などを表
示してもよい。表示装置９２０としては、例えば電子ペーパー、液晶表示装置、エレクト
ロルミネセンス（ＥＬともいう）表示装置などを用いることができる。例えば、電子ペー
パーを用いることにより表示装置９２０の消費電力を低減することができる。

又は、図１３（Ｂ）に示すように、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電池９１３に
センサ９２１を設けてもよい。センサ９２１は、端子９２２を介して端子９１１に電気的
に接続される。なお、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電装置と同じ部分について
は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す蓄電装置の説明を適宜援用できる。

センサ９２１としては、例えば、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光
、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流
量、湿度、傾度、振動、におい、又は赤外線を測定することができる機能を有すればよい
。センサ９２１を設けることにより、例えば、蓄電装置が置かれている環境を示すデータ
（温度など）を検出し、回路９１２内のメモリに記憶しておくこともできる。

さらに、蓄電池９１３の構造例について図１４及び図１５を用いて説明する。

図１４（Ａ）に示す蓄電池９１３は、筐体９３０の内部に端子９５１と端子９５２が設け
られた捲回体９５０を有する。捲回体９５０は、筐体９３０の内部で電解液に含浸される
。端子９５２は、筐体９３０に接し、端子９５１は、絶縁材などを用いることにより筐体
９３０に接していない。なお、図１４（Ａ）では、便宜のため、筐体９３０を分離して図
示しているが、実際は、捲回体９５０が筐体９３０に覆われ、端子９５１及び端子９５２
が筐体９３０の外に延在している。筐体９３０としては、金属材料（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１４（Ｂ）に示すように、図１４（Ａ）に示す筐体９３０を複数の材料によって
形成してもよい。例えば、図１４（Ｂ）に示す蓄電池９１３は、筐体９３０ａと筐体９３
０ｂ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９５
０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、蓄電池９１３による電界の遮
蔽を抑制できる。なお、筐体９３０ａによる電界の遮蔽が小さければ、筐体９３０ａの内
部にアンテナ９１４やアンテナ９１５などのアンテナを設けてもよい。筐体９３０ｂとし
ては、例えば金属材料を用いることができる。

さらに、捲回体９５０の構造について図１５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。

負極９３１は、端子９５１及び端子９５２の一方を介して図１１に示す端子９１１に接続
される。正極９３２は、端子９５１及び端子９５２の他方を介して図１１に示す端子９１
１に接続される。

［電気機器の一例：車両に搭載する例］
次に、蓄電池を車両に搭載する例について示す。蓄電池を車両に搭載すると、ハイブリッ
ド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の
次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。

図１６において、本発明の一態様を用いた車両を例示する。図１６（Ａ）に示す自動車８
１００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、
走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハ
イブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、繰り返し充放電することがで
きる車両を実現することができる。また、自動車８１００は蓄電装置を有する。蓄電装置
は電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライト８１０１やルームライト（図示せず
）などの発光装置に電力を供給することができる。

また、蓄電装置は、自動車８１００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示
装置に電力を供給することができる。また、蓄電装置は、自動車８１００が有するナビゲ
ーションゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。

図１６（Ｂ）に示す自動車８２００は、自動車８２００が有する蓄電装置にプラグイン方
式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができ
る。図１６（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８２００に搭載された蓄
電装置に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充
電方法やコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜
行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、ま
た家庭の電源であってもよい。例えば、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８２００に搭載された蓄電装置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、道路や外壁に送電装置を組
み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電
の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に
太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電装置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。

本発明の一態様によれば、蓄電装置のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させるこ
とができる。また、本発明の一態様によれば、蓄電装置の特性を向上することができ、よ
って、蓄電装置自体を小型軽量化することができる。蓄電装置自体を小型軽量化できれば
、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載
した蓄電装置を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要の
ピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせて実施することが可能で
ある。

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章におい
て、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは
、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる
図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概
念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可
能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。

なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）は
、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能で
ある。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていな
くても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構
成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様と
して開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、そ
の発明の一態様は明確であると言える。

（実施の形態３）
上記実施の形態で説明した材料を含む電池セルと組み合わせて用いることができる電池制
御ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＢＭＵ）、及び該電池
制御ユニットを構成する回路に適したトランジスタについて、図２３乃至図２９を参照し
て説明する。本実施の形態では、特に直列に接続された電池セルを有する蓄電装置の電池
制御ユニットについて説明する。

直列に接続された複数の電池セルに対して充放電を繰り返していくと、各電池セル間にお
いて、充放電特性のばらつきが生じて、各電池セルの容量（出力電圧）が異なってくる。
直列に接続された複数の電池セルでは、全体の放電時の容量が、容量の小さい電池セルに
依存する。各電池セルの容量にばらつきがあると放電時の全体の容量が小さくなる。また
、容量が小さい電池セルを基準にして充電を行うと、充電不足となる虞がある。また、容
量の大きい電池セルを基準にして充電を行うと、過充電となる虞がある。

そのため、直列に接続された電池セルを有する蓄電装置の電池制御ユニットは、充電不足
や、過充電の原因となる、電池セル間の容量のばらつきを揃える機能を有する。電池セル
間の容量のばらつきを揃える回路構成には、抵抗方式、キャパシタ方式、あるいはインダ
クタ方式等あるが、ここではオフ電流の小さいトランジスタを利用して容量のばらつきを
揃えることのできる回路構成を一例として挙げて説明する。

オフ電流の小さいトランジスタとしては、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトラ
ンジスタ（ＯＳトランジスタ）が好ましい。オフ電流の小さいＯＳトランジスタを蓄電装
置の電池制御ユニットの回路構成に用いることで、電池から漏洩する電荷量を減らし、時
間の経過による容量の低下を抑制することができる。

チャネル形成領域に用いる酸化物半導体は、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｓｎ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）を用いる。酸化物半導体膜を成膜するために用いる
ターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１とすると
_、ｘ_１／ｙ_１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ_１／ｙ_１は、１
／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ_１／ｙ_１を１以
上６以下とすることで、酸化物半導体膜としてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。

ここで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（
高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。
一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバ
ウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結
晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

試料面と略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、
結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した
形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、試料面と略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察す
ると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認で
きる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装
置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜
のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属される
ことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略
垂直な方向を向いていることが確認できる。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法
による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れ
る場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍に
ピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、
シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコ
ンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化
物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる
要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径
（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純
物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物
半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによって
キャリア発生源となることがある。

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または
実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜
は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、
当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（
ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純
度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導
体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとな
る。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要す
る時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が
高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定と
なる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性
の変動が小さい。

なお、ＯＳトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉト
ランジスタ）に比べてバンドギャップが大きいため、高電圧を印加した際の絶縁破壊が生
じにくい。直列に電池セルを接続する場合、数１００Ｖの電圧が生じることになるが、蓄
電装置においてこのような電池セルに適用される電池制御ユニットの回路構成には、前述
のＯＳトランジスタで構成することが適している。

図２３には、蓄電装置のブロック図の一例を示す。図２３に示す蓄電装置ＢＴ００は、端
子対ＢＴ０１と、端子対ＢＴ０２と、切り替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０
４と、切り替え回路ＢＴ０５と、変圧制御回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７と、直列に
接続された複数の電池セルＢＴ０９を含む電池部ＢＴ０８と、を有する。

また、図２３の蓄電装置ＢＴ００において、端子対ＢＴ０１と、端子対ＢＴ０２と、切り
替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０４と、切り替え回路ＢＴ０５と、変圧制御
回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７とにより構成される部分を、電池制御ユニットと呼ぶ
ことができる。

切り替え制御回路ＢＴ０３は、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の動作を
制御する。具体的には、切り替え制御回路ＢＴ０３は、電池セルＢＴ０９毎に測定された
電圧に基づいて、放電する電池セル（放電電池セル群）、及び充電する電池セル（充電電
池セル群）を決定する。

さらに、切り替え制御回路ＢＴ０３は、当該決定された放電電池セル群及び充電電池セル
群に基づいて、制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ１は、切り替え回
路ＢＴ０４へ出力される。この制御信号Ｓ１は、端子対ＢＴ０１と放電電池セル群とを接
続させるように切り替え回路ＢＴ０４を制御する信号である。また、制御信号Ｓ２は、切
り替え回路ＢＴ０５へ出力される。この制御信号Ｓ２は、端子対ＢＴ０２と充電電池セル
群とを接続させるように切り替え回路ＢＴ０５を制御する信号である。

また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、切り替え回路ＢＴ０４、切り替え回路ＢＴ０５、及
び変圧回路ＢＴ０７の構成を踏まえ、端子対ＢＴ０１と放電電池セル群との間、または端
子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士が接続されるように、制御
信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を生成する。

切り替え制御回路ＢＴ０３の動作の詳細について述べる。

まず、切り替え制御回路ＢＴ０３は、複数の電池セルＢＴ０９毎の電圧を測定する。そし
て、切り替え制御回路ＢＴ０３は、例えば、所定の閾値以上の電圧の電池セルＢＴ０９を
高電圧の電池セル（高電圧セル）、所定の閾値未満の電圧の電池セルＢＴ０９を低電圧の
電池セル（低電圧セル）と判断する。

なお、高電圧セル及び低電圧セルを判断する方法については、様々な方法を用いることが
できる。例えば、切り替え制御回路ＢＴ０３は、複数の電池セルＢＴ０９の中で、最も電
圧の高い、又は最も電圧の低い電池セルＢＴ０９の電圧を基準として、各電池セルＢＴ０
９が高電圧セルか低電圧セルかを判断してもよい。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３
は、各電池セルＢＴ０９の電圧が基準となる電圧に対して所定の割合以上か否かを判定す
る等して、各電池セルＢＴ０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断することができる。そ
して、切り替え制御回路ＢＴ０３は、この判断結果に基づいて、放電電池セル群と充電電
池セル群とを決定する。

なお、複数の電池セルＢＴ０９の中には、高電圧セルと低電圧セルが様々な状態で混在し
得る。例えば、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルと低電圧セルが混在する中で、
高電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を放電電池セル群とする。また、切
り替え制御回路ＢＴ０３は、低電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を充電
電池セル群とする。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、過充電又は過放電に近い電池セ
ルＢＴ０９を、放電電池セル群又は充電電池セル群として優先的に選択するようにしても
よい。

ここで、本実施の形態における切り替え制御回路ＢＴ０３の動作例を、図２４を用いて説
明する。図２４は、切り替え制御回路ＢＴ０３の動作例を説明するための図である。なお
、説明の便宜上、図２４では４個の電池セルＢＴ０９が直列に接続されている場合を例に
説明する。

まず、図２４（Ａ）の例では、電池セルａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると
、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する３つの高電
圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え
制御回路ＢＴ０３は、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定す
る。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する
。

次に、図２４（Ｂ）の例では、Ｖｃ＞Ｖａ＝Ｖｂ＞＞Ｖｄの関係にある場合を示している
。つまり、連続する２つの低電圧セルａ、ｂと、１つの高電圧セルｃと、１つの過放電間
近の低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、
高電圧セルｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、低
電圧セルｄが過放電間近であるため、連続する２つの低電圧セルａ及びｂではなく、低電
圧セルｄを充電電池セル群として優先的に決定する。

最後に、図２４（Ｃ）の例では、Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄの関係にある場合を示している
。つまり、１つの高電圧セルａと、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄとが直列に接続さ
れている。この場合、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルａを放電電池セル群と決
定する。また、切り替え制御回路ＢＴ０３は、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄを充電
電池セル群として決定する。

切り替え制御回路ＢＴ０３は、上記図２４（Ａ）乃至（Ｃ）の例のように決定された結果
に基づいて、切り替え回路ＢＴ０４の接続先である放電電池セル群を示す情報が設定され
た制御信号Ｓ１と、切り替え回路ＢＴ０５の接続先である充電電池セル群を示す情報が設
定された制御信号Ｓ２を、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５に対してそれ
ぞれ出力する。

以上が、切り替え制御回路ＢＴ０３の動作の詳細に関する説明である。

切り替え回路ＢＴ０４は、切り替え制御回路ＢＴ０３から出力される制御信号Ｓ１に応じ
て、端子対ＢＴ０１の接続先を、切り替え制御回路ＢＴ０３により決定された放電電池セ
ル群に設定する。

端子対ＢＴ０１は、対を成す端子Ａ１及びＡ２により構成される。切り替え回路ＢＴ０４
は、この端子Ａ１及びＡ２のうち、いずれか一方を放電電池セル群の中で最も上流（高電
位側）に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続し、他方を放電電池セル群の中で最
も下流（低電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続することにより、端子
対ＢＴ０１の接続先を設定する。なお、切り替え回路ＢＴ０４は、制御信号Ｓ１に設定さ
れた情報を用いて放電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路ＢＴ０５は、切り替え制御回路ＢＴ０３から出力される制御信号Ｓ２に応じ
て、端子対ＢＴ０２の接続先を、切り替え制御回路ＢＴ０３により決定された充電電池セ
ル群に設定する。

端子対ＢＴ０２は、対を成す端子Ｂ１及びＢ２により構成される。切り替え回路ＢＴ０５
は、この端子Ｂ１及びＢ２のうち、いずれか一方を充電電池セル群の中で最も上流（高電
位側）に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続し、他方を充電電池セル群の中で最
も下流（低電位側）に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続することにより、端子
対ＢＴ０２の接続先を設定する。なお、切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に設定さ
れた情報を用いて充電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の構成例を示す回路図を図２５及び図２
６に示す。

図２５では、切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタＢＴ１０と、バスＢＴ１１及
びＢＴ１２とを有する。バスＢＴ１１は、端子Ａ１と接続されている。また、バスＢＴ１
２は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの
一方は、それぞれ１つおきに交互に、バスＢＴ１１及びＢＴ１２と接続されている。また
、複数のトランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの
電池セルＢＴ０９の間に接続されている。

なお、複数のトランジスタＢＴ１０のうち、最上流に位置するトランジスタＢＴ１０のソ
ース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極
端子と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１０のうち、最下流に位置するト
ランジスタＢＴ１０のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する
電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタＢＴ１０のゲートに与える制御信号Ｓ１に
応じて、バスＢＴ１１に接続される複数のトランジスタＢＴ１０のうちの１つと、バスＢ
Ｔ１２に接続される複数のトランジスタＢＴ１０のうちの１つとをそれぞれ導通状態にす
ることにより、放電電池セル群と端子対ＢＴ０１とを接続する。これにより、放電電池セ
ル群の中で最も上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ
２のいずれか一方と接続される。また、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セ
ルＢＴ０９の負極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか他方、すなわち正極端子
と接続されていない方の端子に接続される。

トランジスタＢＴ１０には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジス
タはオフ電流が小さいため、放電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減
らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高
電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、放電電池セル群の出力電圧が大き
くても、非導通状態とするトランジスタＢＴ１０が接続された電池セルＢＴ０９と端子対
ＢＴ０１とを絶縁状態とすることができる。

また、図２５では、切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタＢＴ１３と、電流制御
スイッチＢＴ１４と、バスＢＴ１５と、バスＢＴ１６とを有する。バスＢＴ１５及びＢＴ
１６は、複数のトランジスタＢＴ１３と、電流制御スイッチＢＴ１４との間に配置される
。複数のトランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互
に、バスＢＴ１５及びＢＴ１６と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１３の
ソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続され
ている。

なお、複数のトランジスタＢＴ１３のうち、最上流に位置するトランジスタＢＴ１３のソ
ース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極
端子と接続されている。また、複数のトランジスタＢＴ１３のうち、最下流に位置するト
ランジスタＢＴ１３のソース又はドレインの他方は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する
電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている。

トランジスタＢＴ１３には、トランジスタＢＴ１０と同様に、ＯＳトランジスタを用いる
ことが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、充電電池セル群に属しない
電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することがで
きる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、
充電電池セル群を充電するための電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタＢＴ
１３が接続された電池セルＢＴ０９と端子対ＢＴ０２とを絶縁状態とすることができる。

電流制御スイッチＢＴ１４は、スイッチ対ＢＴ１７とスイッチ対ＢＴ１８とを有する。ス
イッチ対ＢＴ１７の一端は、端子Ｂ１に接続されている。また、スイッチ対ＢＴ１７の他
端は２つのスイッチで分岐しており、一方のスイッチはバスＢＴ１５に接続され、他方の
スイッチはバスＢＴ１６に接続されている。スイッチ対ＢＴ１８の一端は、端子Ｂ２に接
続されている。また、スイッチ対ＢＴ１８の他端は２つのスイッチで分岐しており、一方
のスイッチはバスＢＴ１５に接続され、他方のスイッチはバスＢＴ１６に接続されている
。

スイッチ対ＢＴ１７及びスイッチ対ＢＴ１８が有するスイッチは、トランジスタＢＴ１０
及びトランジスタＢＴ１３と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。

切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に応じて、トランジスタＢＴ１３、及び電流制御
スイッチＢＴ１４のオン／オフ状態の組み合わせを制御することにより、充電電池セル群
と端子対ＢＴ０２とを接続する。

切り替え回路ＢＴ０５は、一例として、以下のようにして充電電池セル群と端子対ＢＴ０
２とを接続する。

切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタＢＴ１３のゲートに与える制御信号Ｓ２に
応じて、充電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続さ
れているトランジスタＢＴ１３を導通状態にする。また、切り替え回路ＢＴ０５は、複数
のトランジスタＢＴ１３のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で
最も下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子に接続されているトランジスタＢＴ１３
を導通状態にする。

端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性は、端子対ＢＴ０１と接続される放電電池セル群
、及び変圧回路ＢＴ０７の構成によって変わり得る。また、充電電池セル群を充電する方
向に電流を流すためには、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同
士を接続する必要がある。そこで、電流制御スイッチＢＴ１４は、制御信号Ｓ２により、
端子対ＢＴ０２に印加される電圧の極性に応じてスイッチ対ＢＴ１７及びスイッチ対ＢＴ
１８の接続先をそれぞれ切り替えるように制御される。

一例として、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対ＢＴ０２に印加
されている状態を挙げて説明する。この時、電池部ＢＴ０８の最下流の電池セルＢＴ０９
が充電電池セル群である場合、スイッチ対ＢＴ１７は、制御信号Ｓ２により、当該電池セ
ルＢＴ０９の正極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対ＢＴ１７の
バスＢＴ１６に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対ＢＴ１７のバスＢＴ１
５に接続されるスイッチがオフ状態となる。一方、スイッチ対ＢＴ１８は、制御信号Ｓ２
により、当該電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されるように制御される。すなわち、ス
イッチ対ＢＴ１８のバスＢＴ１５に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対Ｂ
Ｔ１８のバスＢＴ１６に接続されるスイッチがオフ状態となる。このようにして、端子対
ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端
子対ＢＴ０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御
される。

また、電流制御スイッチＢＴ１４は、切り替え回路ＢＴ０５ではなく、切り替え回路ＢＴ
０４に含まれていてもよい。この場合、電流制御スイッチＢＴ１４、制御信号Ｓ１に応じ
て、端子対ＢＴ０１に印加される電圧の極性を制御することにより、端子対ＢＴ０２に印
加される電圧の極性を制御する。そして、電流制御スイッチＢＴ１４は、端子対ＢＴ０２
から充電電池セル群に流れる電流の向きを制御する。

図２６は、図２５とは異なる、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５の構成例
を示す回路図である。

図２６では、切り替え回路ＢＴ０４は、複数のトランジスタ対ＢＴ２１と、バスＢＴ２４
及びバスＢＴ２５とを有する。バスＢＴ２４は、端子Ａ１と接続されている。また、バス
ＢＴ２５は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ対ＢＴ２１の一端は、それ
ぞれトランジスタＢＴ２２とトランジスタＢＴ２３とにより分岐している。トランジスタ
ＢＴ２２のソース又はドレインの一方は、バスＢＴ２４と接続されている。また、トラン
ジスタＢＴ２３のソース又はドレインの一方は、バスＢＴ２５と接続されている。また、
複数のトランジスタ対ＢＴ２１の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間
に接続されている。なお、複数のトランジスタ対ＢＴ２１のうち、最上流に位置するトラ
ンジスタ対ＢＴ２１の他端は、電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正
極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対ＢＴ２１のうち、最下流に位置す
るトランジスタ対ＢＴ２１の他端は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０
９の負極端子と接続されている。

切り替え回路ＢＴ０４は、制御信号Ｓ１に応じてトランジスタＢＴ２２及びトランジスタ
ＢＴ２３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対ＢＴ２１の接
続先を、端子Ａ１又は端子Ａ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタＢ
Ｔ２２が導通状態であれば、トランジスタＢＴ２３は非導通状態となり、その接続先は端
子Ａ１になる。一方、トランジスタＢＴ２３が導通状態であれば、トランジスタＢＴ２２
は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ２になる。トランジスタＢＴ２２及びトランジ
スタＢＴ２３のどちらが導通状態になるかは、制御信号Ｓ１によって決定される。

端子対ＢＴ０１と放電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対ＢＴ２１が用
いられる。詳細には、制御信号Ｓ１に基づいて、２つのトランジスタ対ＢＴ２１の接続先
がそれぞれ決定されることにより、放電電池セル群と端子対ＢＴ０１とが接続される。２
つのトランジスタ対ＢＴ２１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ａ１となり、他方が端子
Ａ２となるように、制御信号Ｓ１によって制御される。

切り替え回路ＢＴ０５は、複数のトランジスタ対ＢＴ３１と、バスＢＴ３４及びバスＢＴ
３５とを有する。バスＢＴ３４は、端子Ｂ１と接続されている。また、バスＢＴ３５は、
端子Ｂ２と接続されている。複数のトランジスタ対ＢＴ３１の一端は、それぞれトランジ
スタＢＴ３２とトランジスタＢＴ３３とにより分岐している。トランジスタＢＴ３２によ
り分岐する一端は、バスＢＴ３４と接続されている。また、トランジスタＢＴ３３により
分岐する一端は、バスＢＴ３５と接続されている。また、複数のトランジスタ対ＢＴ３１
の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セルＢＴ０９の間に接続されている。なお、複数
のトランジスタ対ＢＴ３１のうち、最上流に位置するトランジスタ対ＢＴ３１の他端は、
電池部ＢＴ０８の最上流に位置する電池セルＢＴ０９の正極端子と接続されている。また
、複数のトランジスタ対ＢＴ３１のうち、最下流に位置するトランジスタ対ＢＴ３１の他
端は、電池部ＢＴ０８の最下流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子と接続されている
。

切り替え回路ＢＴ０５は、制御信号Ｓ２に応じてトランジスタＢＴ３２及びトランジスタ
ＢＴ３３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対ＢＴ３１の接
続先を、端子Ｂ１又は端子Ｂ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタＢ
Ｔ３２が導通状態であれば、トランジスタＢＴ３３は非導通状態となり、その接続先は端
子Ｂ１になる。逆に、トランジスタＢＴ３３が導通状態であれば、トランジスタＢＴ３２
は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ２になる。トランジスタＢＴ３２及びトランジ
スタＢＴ３３のどちらが導通状態となるかは、制御信号Ｓ２によって決定される。

端子対ＢＴ０２と充電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対ＢＴ３１が用
いられる。詳細には、制御信号Ｓ２に基づいて、２つのトランジスタ対ＢＴ３１の接続先
がそれぞれ決定されることにより、充電電池セル群と端子対ＢＴ０２とが接続される。２
つのトランジスタ対ＢＴ３１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ｂ１となり、他方が端子
Ｂ２となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。

また、２つのトランジスタ対ＢＴ３１のそれぞれの接続先は、端子対ＢＴ０２に印加され
る電圧の極性によって決定される。具体的には、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となる
ような電圧が端子対ＢＴ０２に印加されている場合、上流側のトランジスタ対ＢＴ３１は
、トランジスタＢＴ３２が導通状態となり、トランジスタＢＴ３３が非導通状態となるよ
うに、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、ト
ランジスタＢＴ３３が導通状態、トランジスタＢＴ３２が非導通状態となるように、制御
信号Ｓ２によって制御される。また、端子Ｂ１が負極、端子Ｂ２が正極となるような電圧
が端子対ＢＴ０２に印加されている場合は、上流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トラン
ジスタＢＴ３３が導通状態となり、トランジスタＢＴ３２が非導通状態となるように、制
御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対ＢＴ３１は、トランジス
タＢＴ３２が導通状態、トランジスタＢＴ３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２
によって制御される。このようにして、端子対ＢＴ０２と充電電池セル群との間で、同じ
極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対ＢＴ０２から流れる電流の方向が、充
電電池セル群を充電する方向となるように制御される。

変圧制御回路ＢＴ０６は、変圧回路ＢＴ０７の動作を制御する。変圧制御回路ＢＴ０６は
、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池
セルＢＴ０９の個数とに基づいて、変圧回路ＢＴ０７の動作を制御する変圧信号Ｓ３を生
成し、変圧回路ＢＴ０７へ出力する。

なお、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が充電電池セル群に含まれる電
池セルＢＴ０９の個数よりも多い場合は、充電電池セル群に対して過剰に大きな充電電圧
が印加されることを防止する必要がある。そのため、変圧制御回路ＢＴ０６は、充電電池
セル群を充電できる範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を降圧させるように変圧回路ＢＴ０７を
制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

また、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる
電池セルＢＴ０９の個数以下である場合は、充電電池セル群を充電するために必要な充電
電圧を確保する必要がある。そのため、変圧制御回路ＢＴ０６は、充電電池セル群に過剰
な充電電圧が印加されない範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を昇圧させるように変圧回路ＢＴ
０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

なお、過剰な充電電圧とする電圧値は、電池部ＢＴ０８で使用される電池セルＢＴ０９の
製品仕様等に鑑みて決定することができる。また、変圧回路ＢＴ０７により昇圧及び降圧
された電圧は、充電電圧（Ｖｃｈａ）として端子対ＢＴ０２に印加される。

ここで、本実施形態における変圧制御回路ＢＴ０６の動作例を、図２７（Ａ）乃至（Ｃ）
を用いて説明する。図２７（Ａ）乃至（Ｃ）は、図２４（Ａ）乃至（Ｃ）で説明した放電
電池セル群及び充電電池セル群に対応させた、変圧制御回路ＢＴ０６の動作例を説明する
ための概念図である。なお図２７（Ａ）乃至（Ｃ）は、電池制御ユニットＢＴ４１を図示
している。電池制御ユニットＢＴ４１は、上述したように、端子対ＢＴ０１と、端子対Ｂ
Ｔ０２と、切り替え制御回路ＢＴ０３と、切り替え回路ＢＴ０４と、切り替え回路ＢＴ０
５と、変圧制御回路ＢＴ０６と、変圧回路ＢＴ０７とにより構成される。

図２７（Ａ）に示される例では、図２４（Ａ）で説明したように、連続する３つの高電圧
セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、図２４（Ａ
）を用いて説明したように、切り替え制御回路ＢＴ０３は、高電圧セルａ乃至ｃを放電電
池セル群として決定し、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。そして、変圧制
御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とした時の
、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比に基づいて、放電電圧（Ｖｄｉ
ｓ）から充電電圧（Ｖｃｈａ）への変換比Ｎを算出する。

なお放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電
池セルＢＴ０９の個数よりも多い場合に、放電電圧を変圧せずに端子対ＢＴ０２にそのま
ま印加すると、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９に、端子対ＢＴ０２を介して
過剰な電圧が印加される可能性がある。そのため、図２７（Ａ）に示されるような場合で
は、端子対ＢＴ０２に印加される充電電圧（Ｖｃｈａ）を、放電電圧よりも降圧させる必
要がある。さらに、充電電池セル群を充電するためには、充電電圧は、充電電池セル群に
含まれる電池セルＢＴ０９の合計電圧より大きい必要がある。そのため、変圧制御回路Ｂ
Ｔ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とした時の、充電電
池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比よりも、変換比Ｎを大きく設定する。

変圧制御回路ＢＴ０６は、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数を基準とし
た時の、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数の比に対して、変換比Ｎを１
乃至１０％程度大きくするのが好ましい。この時、充電電圧は充電電池セル群の電圧より
も大きくなるが、実際には充電電圧は充電電池セル群の電圧と等しくなる。ただし、変圧
制御回路ＢＴ０６は変換比Ｎに従い充電電池セル群の電圧を充電電圧と等しくするために
、充電電池セル群を充電する電流を流すこととなる。この電流は変圧制御回路ＢＴ０６に
設定された値となる。

図２７（Ａ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数が３
個で、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の数が１個であるため、変圧制御回路
ＢＴ０６は、１／３より少し大きい値を変換比Ｎとして算出する。そして、変圧制御回路
ＢＴ０６は、放電電圧を当該変換比Ｎに応じて降圧し、充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３
を変圧回路ＢＴ０７に出力する。そして、変圧回路ＢＴ０７は、変圧信号Ｓ３に応じて変
圧された充電電圧を、端子対ＢＴ０２に印加する。そして、端子対ＢＴ０２に印加される
充電電圧によって、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９が充電される。

また、図２７（Ｂ）や図２７（Ｂ）に示される例でも、図２７（Ａ）と同様に、変換比Ｎ
が算出される。図２７（Ｂ）や図２７（Ｃ）に示される例では、放電電池セル群に含まれ
る電池セルＢＴ０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数以下で
あるため、変換比Ｎは１以上となる。よって、この場合は、変圧制御回路ＢＴ０６は、放
電電圧を昇圧して充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を出力する。

変圧回路ＢＴ０７は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対ＢＴ０１に印加される放電電圧を
充電電圧に変換する。そして、変圧回路ＢＴ０７は、変換された充電電圧を端子対ＢＴ０
２に印加する。ここで、変圧回路ＢＴ０７は、端子対ＢＴ０１と端子対ＢＴ０２との間を
電気的に絶縁している。これにより、変圧回路ＢＴ０７は、放電電池セル群の中で最も下
流に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子の絶対電圧と、充電電池セル群の中で最も下流
に位置する電池セルＢＴ０９の負極端子の絶対電圧との差異による短絡を防止する。さら
に、変圧回路ＢＴ０７は、上述したように、変圧信号Ｓ３に基づいて放電電池セル群の合
計電圧である放電電圧を充電電圧に変換する。

また、変圧回路ＢＴ０７は、例えば絶縁型ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣ
コンバータ等を用いることができる。この場合、変圧制御回路ＢＴ０６は、絶縁型ＤＣ−
ＤＣコンバータのオン／オフ比（デューティー比）を制御する信号を変圧信号Ｓ３として
出力することにより、変圧回路ＢＴ０７で変換される充電電圧を制御する。

なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータには、フライバック方式、フォワード方式、ＲＣＣ（
Ｒｉｎｇｉｎｇ Ｃｈｏｋｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式、プッシュプル方式、ハーフブ
リッジ方式、及びフルブリッジ方式等が存在するが、目的とする出力電圧の大きさに応じ
て適切な方式が選択される。

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた変圧回路ＢＴ０７の構成を図２８に示す。絶縁型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータＢＴ５１は、スイッチ部ＢＴ５２とトランス部ＢＴ５３とを有する。
スイッチ部ＢＴ５２は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作のオン／オフを切り替えるス
イッチであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やバイポーラ型トランジス
タ等を用いて実現される。また、スイッチ部ＢＴ５２は、変圧制御回路ＢＴ０６から出力
される、オン／オフ比を制御する変圧信号Ｓ３に基づいて、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＢＴ５１のオン状態とオフ状態を周期的に切り替える。なお、スイッチ部ＢＴ５２は、使
用される絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの方式によって様々な構成を取り得る。トランス部
ＢＴ５３は、端子対ＢＴ０１から印加される放電電圧を充電電圧に変換する。詳細には、
トランス部ＢＴ５３は、スイッチ部ＢＴ５２のオン／オフ状態と連動して動作し、そのオ
ン／オフ比に応じて放電電圧を充電電圧に変換する。この充電電圧は、スイッチ部ＢＴ５
２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が長いほど大きくなる。一方、充電
電圧は、スイッチ部ＢＴ５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が短いほ
ど小さくなる。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合、トランス部ＢＴ５３の
内部で、端子対ＢＴ０１と端子対ＢＴ０２は互いに絶縁することができる。

本実施形態における蓄電装置ＢＴ００の処理の流れを、図２９を用いて説明する。図２９
は、蓄電装置ＢＴ００の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、蓄電装置ＢＴ００は、複数の電池セルＢＴ０９毎に測定された電圧を取得する（ス
テップＳ００１）。そして、蓄電装置ＢＴ００は、複数の電池セルＢＴ０９の電圧を揃え
る動作の開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ００２）。この開始条件は、例
えば、複数の電池セルＢＴ０９毎に測定された電圧の最大値と最小値との差分が、所定の
閾値以上か否か等とすることができる。この開始条件を満たさない場合は（ステップＳ０
０２：ＮＯ）、各電池セルＢＴ０９の電圧のバランスが取れている状態であるため、蓄電
装置ＢＴ００は、以降の処理を実行しない。一方、開始条件を満たす場合は（ステップＳ
００２：ＹＥＳ）、蓄電装置ＢＴ００は、各電池セルＢＴ０９の電圧を揃える処理を実行
する。この処理において、蓄電装置ＢＴ００は、測定されたセル毎の電圧に基づいて、各
電池セルＢＴ０９が高電圧セルか低電圧セルかを判定する（ステップＳ００３）。そして
、蓄電装置ＢＴ００は、判定結果に基づいて、放電電池セル群及び充電電池セル群を決定
する（ステップＳ００４）。さらに、蓄電装置ＢＴ００は、決定された放電電池セル群を
端子対ＢＴ０１の接続先に設定する制御信号Ｓ１、及び決定された充電電池セル群を端子
対ＢＴ０２の接続先に設定する制御信号Ｓ２を生成する（ステップＳ００５）。蓄電装置
ＢＴ００は、生成された制御信号Ｓ１及び制御信号Ｓ２を、切り替え回路ＢＴ０４及び切
り替え回路ＢＴ０５へそれぞれ出力する。そして、切り替え回路ＢＴ０４により、端子対
ＢＴ０１と放電電池セル群とが接続され、切り替え回路ＢＴ０５により、端子対ＢＴ０２
と放電電池セル群とが接続される（ステップＳ００６）。また、蓄電装置ＢＴ００は、放
電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セル
ＢＴ０９の個数とに基づいて、変圧信号Ｓ３を生成する（ステップＳ００７）。そして、
蓄電装置ＢＴ００は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対ＢＴ０１に印加される放電電圧を
充電電圧に変換し、端子対ＢＴ０２に印加する（ステップＳ００８）。これにより、放電
電池セル群の電荷が充電電池セル群へ移動される。

また、図２９のフローチャートでは、複数のステップが順番に記載されているが、各ステ
ップの実行順序は、その記載の順番に制限されない。

以上、本実施形態によれば、放電電池セル群から充電電池セル群へ電荷を移動させる際、
キャパシタ方式のように、放電電池セル群からの電荷を一旦蓄積し、その後充電電池セル
群へ放出させるような構成を必要としない。これにより、単位時間あたりの電荷移動効率
を向上させることができる。また、切り替え回路ＢＴ０４及び切り替え回路ＢＴ０５によ
り、放電電池セル群及び充電電池セル群のうち、変圧回路と接続する電池セルを、個別に
切り替えられる。

さらに、変圧回路ＢＴ０７により、放電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数と
充電電池セル群に含まれる電池セルＢＴ０９の個数とに基づいて、端子対ＢＴ０１に印加
される放電電圧が充電電圧に変換され、端子対ＢＴ０２に印加される。これにより、放電
側及び充電側の電池セルＢＴ０９がどのように選択されても、問題なく電荷の移動を実現
できる。

さらに、トランジスタＢＴ１０及びトランジスタＢＴ１３にＯＳトランジスタを用いるこ
とにより、充電電池セル群及び放電電池セル群に属しない電池セルＢＴ０９から漏洩する
電荷量を減らすことができる。これにより、充電及び放電に寄与しない電池セルＢＴ０９
の容量の低下を抑制することができる。また、ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタに
比べて熱に対する特性の変動が小さい。これにより、電池セルＢＴ０９の温度が上昇して
も、制御信号Ｓ１、Ｓ２に応じた導通状態と非導通状態の切り替えといった、正常な動作
をさせることができる。

本実施例では、実施の形態１に基づき、本発明の一態様に係る蓄電池を作製し、比較用の
蓄電池と共にサイクル特性試験を行った。

＜蓄電池１の構成＞
作製した蓄電池１の構成について説明する。

［正極Ａの作製］
まず、導電助剤としてグラフェンを含む正極スラリーを作製した。正極活物質として、リ
ン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）を用いた。リン酸鉄リチウムと、酸化グラフェンと、ポリフッ化ビニリデンと、
を重量比で９４．２：０．８：５．０の割合で混合し、粘度調整のため分散媒としてＮ−
メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加して、混練することで正極スラリーを作製した。

上述の方法で作製した正極スラリーを、正極集電体（膜厚２０μｍのアルミニウム）にマ
イクロバーコーターを用いて塗布した。

次に集電体上に設けたスラリーを、該コーターの乾燥室で乾燥させた。乾燥は、まず、６
５℃にて１５分間、大気雰囲気で行い、さらに７５℃にて１５分間、大気雰囲気で行った
。

次に、還元剤を含む溶媒中で反応させ、酸化グラフェンの還元を行った。還元処理は、６
０℃で１時間行った。還元剤として、アスコルビン酸を用いた。また、溶媒としてはＮＭ
Ｐを用いた。還元剤の濃度は１３．５ｇ／Ｌであった。

その後、エタノールで洗浄し、１７０℃で１０時間の乾燥を行った。乾燥は、真空雰囲気
下で行った。なおこの工程は、酸化グラフェンの熱還元も兼ねている。

次に、正極活物質層を、ロールプレス法によりプレスして圧密化した。

このようにして蓄電池１に用いる正極Ａを作製した。この正極のリン酸鉄リチウムの担持
量は１１．１ｍｇ／ｃｍ２であった。

［負極Ａの作製］
負極活物質、導電助剤、バインダー、分散媒を用いて、負極スラリーを作製した。ここで
は負極活物質として、粒径１０μｍの人造黒鉛（ＭＣＭＢ）、導電助剤として気相成長炭
素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースナトリ
ウム（ＣＭＣ−Ｎａ）およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いた。スラリーの分
散媒には水を用い、重量比で、人造黒鉛：ＶＧＣＦ（登録商標）：ＣＭＣ−Ｎａ：ＳＢＲ
＝９６：１：１：２の割合で混合したものを混練し、負極スラリーを得た。

上述の方法で作製した負極スラリーを、負極集電体（膜厚１８μｍの圧延銅箔）にマイク
ロバーコーターを使用して塗布した。

次に集電体上に設けたスラリーを、該コーターの乾燥室で乾燥させた。乾燥は、まず、５
０℃にて９０秒間、大気雰囲気で行い、さらに８０℃にて９０秒間、大気雰囲気で行った
。

このようにして蓄電池１に用いる負極Ａを作製した。この負極の黒鉛の担持量は１１．１
ｇ／ｃｍ^２であった。

［正極Ｂの作製］
まず、導電助剤としてグラフェンを含む正極スラリーを作製した。正極活物質として、リ
ン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）を用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）を用いた。リン酸鉄リチウムと、酸化グラフェンと、ポリフッ化ビニリデンと、
を重量比で９４．２：０．８：５．０の割合で混合し、粘度調整のため分散媒としてＮ−
メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加して、混練することで正極スラリーを作製した。

上述の方法で作製した正極スラリーを、正極集電体（膜厚２０μｍのアルミニウム）にマ
イクロバーコーターを使用し塗布した。

次に集電体上に設けたスラリーを、該コーターの乾燥室で乾燥させた。乾燥は、まず、８
０℃にて４分間、大気雰囲気で行い、さらに、１２０℃にて８分間、大気雰囲気で行った
。

次に、１７０℃で１０時間の乾燥を行った。乾燥は、真空雰囲気下で行った。この工程に
より、電極の乾燥とともに酸化グラフェンの熱還元が行われる。

次に、正極活物質層を、ロールプレス法によりプレスして圧密化した。

このようにして比較蓄電池１に用いる正極Ｂを作成した。この正極のリン酸鉄リチウムの
担持量は１１．３ｍｇ／ｃｍ^２であった。

［負極Ｂの作製］
負極活物質、バインダー、分散媒を用いて、負極スラリーを作製した。ここでは負極活物
質として、粒径１０μｍの人造黒鉛（ＭＣＭＢ）、バインダーとしてカルボキシメチルセ
ルロースナトリウム（ＣＭＣ−Ｎａ）およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いた
。スラリーの分散媒には水を用い、重量比で、人造黒鉛：ＣＭＣ−Ｎａ：ＳＢＲ＝９７：
１：２の割合で混合したものを混練し、負極スラリーを得た。

上述の方法で作製した負極スラリーを、負極集電体（膜厚１８μｍの圧延銅箔）にマイク
ロバーコーターを使用して塗布した。

次に集電体上に設けたスラリーを、該コーターの乾燥室で乾燥させた。乾燥は、まず、８
０℃にて４分間、大気雰囲気で行い、さらに、１２０℃にて８分間、大気雰囲気で行った
。

このようにして比較蓄電池１に用いる負極Ｂを作成した。この負極の黒鉛の担持量は５．
５ｇ／ｃｍ^２であった。

［電解液Ａ］
ＥＣとＤＥＣとを体積比で１：１の割合で混合して溶媒とし、Ｌｉ塩としてＬｉＴＦＳＡ
を０．６５ｍｏｌ／ｋｇの濃度となるよう溶解させ、添加剤としてＬｉＰＦ_６を２ｗｔ％
、ビニレンカーボネート（ＶＣ）を１ｗｔ％の濃度で加えたものを作製した。これを電解
液Ａとする。なお、添加剤としてＬｉＰＦ_６を加えるのは、正極集電体のＡｌの腐食を防
止するためである。

［電解液Ｂ］
ＥＣとＤＥＣとを体積比で３：７の割合で混合して溶媒とし、Ｌｉ塩としてＬｉＰＦ６を
１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるよう溶解させ、添加剤としてＶＣを１ｗｔ％の濃度で加えたも
のを作製した。これを電解液Ｂとする。

［蓄電池１の作製］
作製した正極Ａ、負極Ａおよび電解液Ａを用いて、ラミネート型蓄電池を作製した。外装
体として熱溶着樹脂で覆われたアルミのフィルムを用いた。また、セパレータには２５μ
ｍ厚のポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。これを蓄電池１とする。

［比較蓄電池１の作製］
次に、作製した正極Ｂ、負極Ｂおよび電解液Ｂを用いて、ラミネート型蓄電池を作製した
。外装体として熱溶着樹脂で覆われたアルミのフィルムを用いた。また、セパレータには
２５μｍ厚のポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。これを比較蓄電池１とする。

次に、作製した蓄電池１および比較蓄電池１のエージングを行った。まず、２５℃、０．
０１Ｃで３．２Ｖとなるまで充電を行った後に、グローブボックス内で蓄電池内部に生じ
たガスを外装体の外に放出した。その後、蓄電池を再封止し、２５℃で引き続き充電を行
った。充電はＣＣＣＶ、即ち定電流０．１Ｃで４．０Ｖとなるまで印加した後、電流値が
０．０１Ｃとなるまで定電圧４．０Ｖで保持する事で行なった。その後、４０℃で２４時
間保存を行った後、２５℃で下限２Ｖとして放電を行った。その後、２５℃において、電
圧範囲２．０Ｖから４．０Ｖまで、０．２Ｃのレートで充放電を２回行った。

蓄電池１と比較蓄電池１の主要な差は、蓄電池１は電解質の主要成分としてＬｉＴＦＳＡ
を用いたのに対し、比較蓄電池１は電解質の主要成分にＬｉＰＦ_６を用いた点である。

＜蓄電池１と比較蓄電池１のサイクル特性＞
次にサイクル特性試験について説明する。試験は６０℃の環境下で行った。レートは０．
５Ｃにて行った。作製した蓄電池１と比較蓄電池１について、充放電を繰り返したときの
容量維持率の変化を図１７に示す。図１７に示された通り、比較蓄電池１はサイクルを繰
り返すと容量維持率の低下が大きいが、蓄電池１は容量維持率の低下が比較的小さい。蓄
電池１は、比較蓄電池１と比べて、サイクル特性が改善されていることがわかる。

＜ＸＰＳ分析＞
次に、サイクル特性が改善された要因を探るため、上述の６０℃におけるサイクル特性試
験後に、それぞれの蓄電池を解体して負極を取り出し、Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ）による
表面分析を行った。なお各蓄電池から取り出した負極は、ＤＭＣで洗浄した後、乾燥させ
たうえで分析を行った。また本ＸＰＳ分析は、分析サンプルを大気に暴露させることなく
行った。

ＸＰＳ分析の諸条件について示す。ＸＰＳ分析に用いた装置は、ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＥＬ
ＥＣＴＲＯＮＩＣＳ社製のＱｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭである。Ｘ線源には単色化したＡｌ
Ｋα線（１４８６．６ｅＶ）を用いた。検出領域を１００μｍφ、検出深さを４ｎｍ以
上５ｎｍ以下（取出角４５°）とした。

まず、図１８に比較蓄電池１から取りだされた負極の表面に対するＸＰＳ分析の結果の７
００ｅＶから７４０ｅＶまでのスペクトルを示す。この領域は、Ｆｅの２ｐ軌道に由来す
るピークが観測される領域である。図１８に示すスペクトルには、金属状態のＦｅに帰属
されるピーク（７０６ｅＶ付近）が観測されていることから、比較蓄電池１の負極の表面
に０価のＦｅが存在することが示唆された。比較蓄電池１は正極活物質にＦｅを使用して
いること、また比較蓄電池１の他の部材にはＦｅは含まれないことから、Ｆｅは正極活物
質から溶解してＦｅイオンとして電解液中を移動し、負極表面で還元され、析出したこと
が示唆された。すなわち正極活物質は電解液による損傷を受けている。また、負極表面で
Ｆｅイオンが還元されたときに比較蓄電池１の電荷を浪費したと考えられる。

次に、図１９に蓄電池１から取り出された負極の表面に対するＸＰＳ分析の結果を同様に
示す。図１９のスペクトルは、図１８のスペクトルと同様のノイズレベルである一方で、
図１８のスペクトルとは異なり、当該領域においてノイズレベルを超えたシグナル強度を
示すピークは存在していない。したがって、少なくともＸＰＳ分析においては、蓄電池１
の負極表面にＦｅが観測されないことが示された。これは、蓄電池１においては、ＬｉＴ
ＦＳＡを溶解させた電解液が、ＬｉＰＦ_６を溶解させた電解液とは異なり、正極活物質の
Ｆｅを溶解せず、すなわち、正極活物質の劣化を生じさせていないためである。

＜断面ＴＥＭ観察＞
次に、正極のＬｉＦｅＰＯ_４粒子の表面の状態を確認するために、断面ＴＥＭ（透過電子
顕微鏡法）による観察を行った。ＴＥＭ観察には、日立ハイテクノロジーズ製のＨ−９０
００ＮＡＲを用いた。サンプルは、収束イオンビーム（ＦＩＢ）法により薄片化したもの
を用いた。また、一連のＦＩＢ加工・ＴＥＭ観察は、分析サンプルを大気に暴露させるこ
となく行った。

図２０は、比較蓄電池１から取り出された正極の表面近傍における断面ＴＥＭ像（加速電
圧２００ｋＶ、観察倍率２，０５０，０００倍）である。図２０から、正極活物質のＬｉ
ＦｅＰＯ_４の粒子の表面に格子縞が観察されない層が形成されていることがわかる。すな
わちＬｉＦｅＰＯ_４粒子の表面に非晶質層が形成されていることがわかり、電解液との反
応により正極活物質の表面が劣化していることが示唆される。

次に、図２１に、蓄電池１から取り出された正極のＬｉＦｅＰＯ_４粒子の表面近傍におけ
る断面ＴＥＭ像（加速電圧２００ｋＶ、観察倍率２，０５０，０００倍）を示す。図２１
の観察像では、図２０の観察像とは異なり、ＬｉＦｅＰＯ_４の粒子表面に非晶質層の形成
は確認されない。したがって、電解液と正極活物質とが反応せず、該反応に起因する劣化
が正極活物質に生じていないことが確認された。

正極活物質の劣化が生じていないため、本発明の一態様に係る蓄電池１においてはサイク
ル特性が向上した。

本実施例では、実施の形態１に基づき、本発明の一態様に係る蓄電池を作製し、該蓄電池
を用いて環境温度を変更しての充放電試験を行い、温度特性を取得した。すなわち該蓄電
池が０℃の低温においても正常動作することの確認を行った。

＜蓄電池２の構成＞
作製した蓄電池２の構成について説明する。

［正極Ｃの作製］
まず、導電助剤としてグラフェンを含む正極スラリーを作製した。正極活物質として、リ
ン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）を用いた。リン酸鉄リチウムと、酸化グラフェンと、ポリフッ化ビニリデンと、
を重量比で９４．２：０．８：５．０の割合で混合し、粘度調整のため分散媒としてＮ−
メチル−ピロリドン（ＮＭＰ）を添加して、混練することで正極スラリーを作製した。

上述の方法で作製した正極スラリーを、正極集電体（膜厚２０μｍのアルミニウム）に塗
布した。

次に集電体上に設けたスラリーを、通風乾燥機で乾燥させた。乾燥は、８０℃にて４０分
間、大気雰囲気で行った。

次に、還元剤を含む溶媒中で反応させ、酸化グラフェンの還元を行った。還元処理は、６
０℃で１時間行った。還元剤として、アスコルビン酸を用いた。また、溶媒としてはＮＭ
Ｐを用いた。還元剤の濃度は１３．５ｇ／Ｌであった。

その後、エタノールで洗浄し、１７０℃で１０時間の乾燥を行った。乾燥は、真空雰囲気
下で行った。なおこの工程は、酸化グラフェンの熱還元も兼ねている。

次に、正極活物質層を、ロールプレス法によりプレスして圧密化した。

このようにして蓄電池２に用いる正極Ｃを作成した。この正極のリン酸鉄リチウムの担持
量は１０．６ｍｇ／ｃｍ^２であった。

［負極Ｃの作製］
負極活物質の黒鉛として、酸化ケイ素で修飾した黒鉛を作製した。黒鉛として、粒径１０
μｍの人造黒鉛（ＭＣＭＢ）を用いた。人造黒鉛への修飾は、被覆剤にエチルシリケート
を用いて、酸化ケイ素量を人造黒鉛に対して１ｗｔ％としてスプレードライ法にて２回処
理を行った。また、導電助剤として、気相成長炭素繊維であるＶＧＣＦ（登録商標）−Ｈ
（昭和電工（株）製、繊維径１５０ｎｍ、比表面積１３ｍ^２／ｇ）を用いた。このように
して作製した人造黒鉛と、導電助剤、バインダー、分散媒を用いて、負極スラリーを作製
した。バインダーとしてカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ−Ｎａ）および
スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いた。スラリーの分散媒には水を用い、重量比で
、人造黒鉛：ＶＧＣＦ（登録商標）：ＣＭＣ−Ｎａ：ＳＢＲ＝９６：１：１：２の割合で
混合したものを混練し、負極スラリーを得た。

上述の方法で作製した負極スラリーを、負極集電体（膜厚１８μｍの圧延銅箔）に塗布し
た。

次にこれをホットプレートにのせて大気雰囲気下で乾燥させた。乾燥工程は、２５℃から
３０℃で開始し、７０℃以下の温度まで昇温させ、そのまま３０分程度加熱することによ
り、分散媒である水を蒸発させることにより行った。その後、減圧環境下で、１００℃、
１０時間乾燥させた。

このようにして蓄電池２に用いる負極Ｃを作成した。この負極の黒鉛の担持量は９．７ｇ
／ｃｍ^２であった。

電解液は、Ｌｉ塩がＬｉＴＦＳＡである電解液Ａを用いた。すなわち、ＥＣとＤＥＣとを
体積比で１：１の割合で混合して溶媒とし、Ｌｉ塩としてＬｉＴＦＳＡを０．６５ｍｏｌ
／ｋｇの濃度となるよう溶解させ、添加剤としてＬｉＰＦ６を２ｗｔ％、ＶＣを１ｗｔ％
の濃度で加えたものを用いた。

［蓄電池２の作製］
作製した正極Ｃ、負極Ｃおよび電解液Ａを用いて、ラミネート型蓄電池を作製した。外装
体として熱溶着樹脂で覆われたアルミのフィルムを用いた。また、セパレータには２５μ
ｍ厚のポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。これを蓄電池２とした。

次に、作製した蓄電池２のエージングを行った。エージングは蓄電池１と同じ工程によっ
て行った。

＜蓄電池２の温度特性＞
上述のようにして用意した蓄電池２の温度特性を取得した。充放電測定は次のようにして
行った。まず２５℃において４．０Ｖに達するまで充電を行い、０℃にて２．０Ｖに達す
るまで放電を行った。次に２５℃において４．０Ｖに達するまで充電を行い、２５℃にて
２．０Ｖに達するまで放電を行った。最後に２５℃において４．０Ｖに達するまで充電を
行い、６０℃にて２．０Ｖに達するまで放電を行った。充電・放電ともにレートは０．２
Ｃで行った。また充電・放電ともにＣＣ（定電流）にて行った。

取得した温度特性を図２２に示す。０℃における放電容量は、２５℃における放電容量の
７６％であり、本発明の蓄電池は０℃の低温においても正常に動作することが確認された
。

１００ 正極集電体
１０１ 正極活物質層
１０２ 負極集電体
１０３ 負極活物質層
１０４ セパレータ
１０５ 電解液
１０６ 外装体
１０７ リード電極
１０８ 封止部
１１０ リチウムイオン蓄電池
３００ 蓄電池
３０１ 正極缶
３０２ 負極缶
３０３ ガスケット
３０４ 正極
３０５ 正極集電体
３０６ 正極活物質層
３０７ 負極
３０８ 負極集電体
３０９ 負極活物質層
３１０ セパレータ
４００ 蓄電池
４０２ 正極
４０４ 負極
４０６ 電解液
４０８ セパレータ
５００ 蓄電池
５０１ 正極集電体
５０２ 正極活物質層
５０３ 正極
５０４ 負極集電体
５０５ 負極活物質層
５０６ 負極
５０７ セパレータ
５０８ 電解液
５０９ 外装体
５１０ 正極リード電極
５１１ 負極リード電極
６００ 蓄電池
６０１ 正極キャップ
６０２ 電池缶
６０３ 正極端子
６０４ 正極
６０５ セパレータ
６０６ 負極
６０７ 負極端子
６０８ 絶縁板
６０９ 絶縁板
６１０ ガスケット
６１１ ＰＴＣ素子
６１２ 安全弁機構
９００ 回路基板
９１０ ラベル
９１１ 端子
９１２ 回路
９１３ 蓄電池
９１４ アンテナ
９１５ アンテナ
９１６ 層
９１７ 層
９１８ アンテナ
９１９ 端子
９２０ 表示装置
９２１ センサ
９２２ 端子
９３０ 筐体
９３０ａ 筐体
９３０ｂ 筐体
９３１ 負極
９３２ 正極
９３３ セパレータ
９５１ 端子
９５２ 端子
１７００ 曲面
１７０１ 平面
１７０２ 曲線
１７０３ 曲率半径
１７０４ 曲率中心
１８００ 曲率中心
１８０１ フィルム
１８０２ 曲率半径
１８０３ フィルム
１８０４ 曲率半径
１８０５ 電極・電解液など
７１００ 表示装置
７１０２ 表示部
７１０３ 操作ボタン
７１０４ 蓄電装置
７４００ 携帯電話機
７４０１ 筐体
７４０２ 表示部
７４０３ 操作ボタン
７４０４ 外部接続ポート
７４０５ スピーカ
７４０６ マイク
７４０７ 蓄電装置
８０２１ 充電装置
８０２２ ケーブル
８０２４ 蓄電装置
８１００ 自動車
８１０１ ヘッドライト
８２００ 自動車
Ｓ１ 制御信号
Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 変圧信号
ＢＴ００ 蓄電装置
ＢＴ０１ 端子対
ＢＴ０２ 端子対
ＢＴ０３ 切り替え制御回路
ＢＴ０４ 切り替え回路
ＢＴ０５ 切り替え回路
ＢＴ０６ 変圧制御回路
ＢＴ０７ 変圧回路
ＢＴ０８ 電池部
ＢＴ０９ 電池セル
ＢＴ１０ トランジスタ
ＢＴ１１ バス
ＢＴ１２ バス
ＢＴ１３ トランジスタ
ＢＴ１４ 電流制御スイッチ
ＢＴ１５ バス
ＢＴ１６ バス
ＢＴ１７ スイッチ対
ＢＴ１８ スイッチ対
ＢＴ２１ トランジスタ対
ＢＴ２２ トランジスタ
ＢＴ２３ トランジスタ
ＢＴ２４ バス
ＢＴ２５ バス
ＢＴ３１ トランジスタ対
ＢＴ３２ トランジスタ
ＢＴ３３ トランジスタ
ＢＴ３４ バス
ＢＴ３５ バス
ＢＴ４１ 電池制御ユニット
ＢＴ５１ 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＢＴ５２ スイッチ部
ＢＴ５３ トランス部
Ｓ００１ ステップ
Ｓ００２ ステップ
Ｓ００３ ステップ
Ｓ００４ ステップ
Ｓ００５ ステップ
Ｓ００６ ステップ
Ｓ００７ ステップ
Ｓ００８ ステップ

Claims (1)

1. 正極と、負極と、電解液と、を有し、
   前記正極は活物質を有し、
   前記活物質は金属を有し、
   前記電解液は、ＬｉＴＦＳＡとＬｉＦＳＡの少なくとも一方を有するリチウムイオン蓄電池。