JP2021002527A - リチウム二次電池の充放電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の劣化を抑制する、及び電池特性の劣化を抑制する。【解決手段】リン酸鉄リチウムを含む正極活物質層を有する正極と、黒鉛を含む負極活物質層を有する負極と、当該正極及び当該負極の間に、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを含む溶媒及びリチウム塩を有する電解液と、を有するリチウム二次電池の充電であって、当該リチウムの二次電池の電池温度又は当該リチウムの二次電池が置かれた環境温度をＴとし、任意の温度をＴ１、Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）とするとき、Ｔ＜Ｔ１の場合は、所定の電圧に到達するまで定電流により充電を行った後、定電圧により充電を行い、Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２の場合は、定電流のみにより充電を行い、Ｔ２≦Ｔの場合は、充電を行わないリチウム二次電池の充電、及び、リチウム二次電池の充電装置。【選択図】図２

Description

開示される発明の一態様は、リチウム二次電池の充電方法及び充電装置に関する。

近年、環境技術の高まりにより、従来の発電方式よりも環境への負荷が小さい発電装置（
例えば、太陽光発電）の開発が盛んに行われている。そして発電技術の開発と並行して、
リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等の蓄電装置の開発も進められ
ている。

特にリチウム二次電池は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、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用の蓄電池、又は携帯
電話、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小型民生機器の蓄電池に用いられることで急速にその需要が
拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として不可欠なものとなっている。

リチウム二次電池の基本的な構成は、正極と負極との間に電解液を介在させたものである
。正極及び負極としては、それぞれ、集電体と、集電体上に設けられた活物質と、を有す
る構成が代表的である。リチウム二次電池の活物質は、リチウムを吸蔵および放出するこ
とができる材料を用いる（特許文献１参照）。

リチウム二次電池の負極活物質層として黒鉛を用い、電解液の溶媒としてエチレンカーボ
ネートを用いた場合、溶媒が還元分解され、負極活物質層表面に不動態被膜（ＳＥＩ（Ｓ
ｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ともいう）が形成される。当
該不動態被膜が電解液の更なる分解を抑え、リチウムイオンが挿入可能となる。また当該
不動態被膜が負極活物質層を保護するため、当該不動態被膜の安定性が、リチウム二次電
池全体の安全性を左右する（特許文献２及び非特許文献１参照）。

また、リチウム二次電池の充電方法としては、定電流充電した後、定電圧充電に切り替え
る定電流−定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）が開発され、二次電池の一般的な充電方法として
用いられている（特許文献３参照）。

特開２０１１−２３８５０４号公報 特開２００５−７８９４３号公報 特開２００９−１５８１４２号公報

「リチウム二次電池」小久見善八、オーム社、２０１０年３月、ｐｐ．１１６−１２４

リチウム二次電池が、例えば、次世代クリーンエネルギー自動車に用いられた場合、次世
代クリーンエネルギー自動車の置かれた環境により、リチウム二次電池を高温下で動作さ
せる可能性がある。

また、リチウム二次電池の充放電における発熱により、リチウム二次電池自体が高温にな
る恐れがある。

図３に、定電流−定電圧充電及び定電流放電の測定を行った結果を示す。図３（Ａ）乃至
図３（Ｃ）は、それぞれ動作温度２５℃、４０℃、６０℃での充電容量及び放電容量、並
びに電圧との関係を示している。なお、図３の測定に用いたリチウム二次電池は、恒温槽
で動作させ、恒温槽の温度（リチウム二次電池の環境温度）を動作温度とする。

図３に示す測定で用いたリチウム二次電池では、正極集電体としてアルミニウム箔を用い
た。また、正極活物質層に含まれる正極活物質としてはカーボンコートされたリン酸鉄リ
チウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）、導電助剤としてはアセチレンブラック、結着剤としてはポリ
フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いている。

また、負極集電体としては銅箔、負極活物質層に含まれる負極活物質としては黒鉛、導電
助剤としてはアセチレンブラック、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を
用いている。

また、電解液の溶質としてはＬｉＰＦ_６、電解液の溶媒としては、エチレンカーボネート
（ＥＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を用いている。

図３に示す充放電測定では、定電流充放電測定を充放電レート１Ｃで２００サイクル行い
、その後、低レートで容量を確認するため、定電流−定電圧充電及び定電流放電測定を０
．２Ｃで１サイクル行っている。０．２Ｃで１サイクル定電流−定電圧充電及び定電流放
電測定を行った後は、再び充放電レート１Ｃで定電流充放電測定を行っている。

充放電レート１Ｃでの定電流充放電測定において、充電測定は電流値１７０ｍＡ／ｇで充
電し、終止電圧値４．３Ｖに達するまで行い、放電測定は電流値１７０ｍＡ／ｇで放電し
、終止電圧２Ｖに達するまで行っている。

充放電レート０．２Ｃでの定電流−定電圧充電及び定電流放電測定において、充電測定は
電流値３４ｍＡ／ｇで充電し、終止電圧値４．３Ｖに達した後充電を継続し、終止電流値
１．７ｍＡ／ｇに達するまで行っている。また、放電測定は電流値３４ｍＡ／ｇで放電し
、終止電圧値２Ｖに達するまで行っている。

図３では、定電流−定電圧充電及び定電流放電測定を０．２Ｃで１サイクル行った際の充
放電における容量と電圧との関係を示している。充電測定においては、まず定電流で充電
を行い、所定の電圧に達した後は当該所定の電圧（図３では４．３Ｖ）を保持し、充電電
流が０．０１Ｃになるまで充電している。放電測定においては、定電流での放電を行って
いる。

図３における充電測定では、充電時間が増えると容量も増大するため、図３の横軸は時間
とみなすことができる。図３において、定電流充電を行っている時間は電圧が増大し、定
電圧充電を行っている時間は電圧は一定である。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、動作温度２５℃及び４０℃では、定電流で
の充電を行える時間の範囲が広く、定電圧での充電を行う時間の範囲は狭い。一方、図３
（Ｃ）に示す動作温度６０℃では、定電流での充電を行える時間の範囲は、動作温度２５
℃及び４０℃より狭い。動作温度６０℃で所定の充電容量を得るには、定電流充電が行え
る時間の範囲が狭い分だけ、定電圧充電を行う必要が生じる。

動作温度６０℃で特に定電流充電が行える時間の範囲が狭くなり、定電圧充電を長く行う
必要が生じるのは、電解液が劣化するためである。また定電圧充電を長く行うと、高温状
態（動作温度６０℃）での充電時間が長くなってしまい、さらに電解液が劣化してしまう
恐れが生じる。

以上、図３に示したように、動作温度が上がると、定電流充電が行える時間の範囲が狭く
なる。所定の容量を得るには、定電流充電が行えない分だけ定電圧充電を行わなくてはな
らなくなる。その結果、電解液の劣化が進行する。電極の不動態被膜は電解液の溶媒和か
らリチウムイオンが脱離したものであるため、当該不動態被膜も劣化あるいは破壊されて
しまう。

よって高温で定電圧充電を行うと電極が劣化し、電池特性も劣化する恐れが生じる。しか
しながら、所定の容量を得るには、定電圧充電の時間を長くしなければならない。

図４に、動作温度２５℃、４０℃、６０℃で充放電測定を行った場合のサイクル数と放電
容量の関係を示す。なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のサイクル数２００回付近の拡大図
である。

図４に示す充放電測定においても、図３と同様に、定電流充放電測定を充放電レート１Ｃ
で２００サイクル行い、その後、低レートで容量を確認するため、定電流−定電圧充電及
び定電流放電測定を０．２Ｃで１サイクル行っている。０．２Ｃで１サイクル定電流−定
電圧充電及び定電流放電測定を行った後は、再び充放電レート１Ｃで定電流充放電測定を
行っている。

図４に示されるように、動作温度２５℃及び４０℃では、充放電レート０．２Ｃでの定電
流−定電圧充電測定の前後で放電容量を示す曲線が連続であるが、６０℃では定電流−定
電圧充電測定の前後で放電容量を示す曲線が不連続となっている。また、６０℃では定電
流−定電圧充電測定前よりも測定後の方が、放電容量が急激に減少している。すなわち、
動作温度６０℃では、定電圧充電を行った際に不可逆容量が発生してしまい、定電流充電
に戻しても放電容量が戻らないことを示している。

６０℃という高温で定電圧充電を行うと、電極（特に負極）に形成された不動態被膜が破
壊される。当該不動態被膜が破壊されるために、電極（特に負極）が劣化し、その結果、
放電容量を示す曲線が不連続となってしまう。また、放電容量が急激に減少してしまう。
このように、高温で定電圧充電を行うと、リチウム二次電池の電池特性が劣化するという
問題が生じる。

以上を鑑みて、開示される発明の一態様は、電極の劣化を抑制することを課題の一とする
。

また、開示される発明の態様は、電池特性の劣化を抑制することを課題の一とする。

開示される発明の一態様は、リン酸鉄リチウムを含む正極活物質層を有する正極と、黒鉛
を含む負極活物質層を有する負極と、当該正極及び当該負極の間に、エチレンカーボネー
ト及びジエチルカーボネートを含む溶媒及びリチウム塩を有する電解液と、を有するリチ
ウム二次電池の充電方法であって、当該リチウムの二次電池の電池温度をＴとし、任意の
温度をＴ１、Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）とするとき、Ｔ＜Ｔ１の場合は、所定の電圧に
到達するまで定電流により充電を行った後、定電圧により充電を行い、Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２の
場合は、定電流のみにより充電を行い、Ｔ２≦Ｔの場合は、充電を行わないことを特徴と
するリチウム二次電池の充電方法に関する。

また、開示される発明の一態様は、リン酸鉄リチウムを含む正極活物質層を有する正極と
、黒鉛を含む負極活物質層を有する負極と、当該正極及び当該負極の間に、エチレンカー
ボネート及びジエチルカーボネートを含む溶媒及びリチウム塩を有する電解液と、を有す
るリチウム二次電池の充電方法であって、当該リチウムの二次電池が置かれた環境温度を
Ｔとし、任意の温度をＴ１、Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）とするとき、Ｔ＜Ｔ１の場合は
、所定の電圧に到達するまで定電流により充電を行った後、定電圧により充電を行い、Ｔ
１≦Ｔ＜Ｔ２の場合は、定電流のみにより充電を行い、Ｔ２≦Ｔの場合は、充電を行わな
いことを特徴とするリチウム二次電池の充電方法に関する。

また、開示される発明の一態様は、電力供給部から供給された電力を定電流又は定電圧と
して供給する電力変換手段と、前記電力変換手段とそれぞれが直列接続された、充電制御
スイッチ及び放電制御スイッチと、前記電力変換手段の出力を制御する機能を有する制御
回路と、二次電池の電池温度Ｔを検出する温度検出手段と、を有し、前記制御回路は、所
定の電圧に到達すると定電流充電を定電圧充電に切り替える電流−電圧切り替え手段と、
前記温度検出手段により検出された電池温度Ｔが、Ｔ＜Ｔ１のとき前記電流−電圧切り替
え手段の出力を前記電力変換手段に供給する信号を出力し、Ｔ２≦Ｔのとき前記放電制御
スイッチを閉じ、Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）のとき前記充電制御スイッチを
閉じる温度制御切り替え手段と、を有することを特徴とする充電装置に関する。

また、開示される発明の一態様は、電力供給部から供給された電力を定電流又は定電圧と
して供給する電力変換手段と、前記電力変換手段とそれぞれが直列接続された、充電制御
スイッチ及び放電制御スイッチと、前記電力変換手段の出力を制御する機能を有する制御
回路と、二次電池が置かれた環境温度Ｔを検出する温度検出手段と、を有し、前記制御回
路は、所定の電圧に到達すると定電流充電を定電圧充電に切り替える電流−電圧切り替え
手段と、前記温度検出手段により検出された環境温度Ｔが、Ｔ＜Ｔ１のとき前記電流−電
圧切り替え手段の出力を前記電力変換手段に供給する信号を出力し、Ｔ２≦Ｔのとき前記
放電制御スイッチを閉じ、Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２（ただしＴ１＜Ｔ２）のとき前記充電制御スイ
ッチを閉じる温度制御切り替え手段と、を有することを特徴とする充電装置に関する。

開示される発明の一態様において、前記二次電池は、リン酸鉄リチウムを含む正極活物質
層を有する正極と、黒鉛を含む負極活物質層を有する負極と、前記正極及び前記負極の間
に、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを含む溶媒及びリチウム塩を有する
電解液と、を有するリチウム二次電池であることを特徴とする。

開示される発明の一態様においては、リチウム二次電池の電池温度又は環境温度（温度Ｔ
）が第１の温度Ｔ１以上第２の温度Ｔ２未満（ただし第１の温度Ｔ１は第２の温度Ｔ２よ
り低い）では、所定の電流値で充電（定電流充電）を行い、所定の電圧に到達した後は、
定電圧充電を行わず、定電流充電も終了する。これにより、電極に形成された被膜が電圧
をかけられることにより破壊されることを抑制する。電極に形成された被膜の破壊を抑制
することにより、電極の劣化を抑制することができる。また、リチウム二次電池の電池特
性の劣化を抑制することが可能である。

なお、リチウム二次電池の電池温度又は環境温度（温度Ｔ）が第１の温度Ｔ１未満では、
定電流充電を所定の電圧に到達するまで行い、所定の電圧に到達した後は、定電圧充電を
行う。これにより、リチウム二次電池の容量を増大させることができる。

またリチウム二次電池の電池温度又は環境温度（温度Ｔ）が第２の温度Ｔ２以上では、定
電流充電においても電極が劣化する恐れが生じるため、充電を行わない。

開示される発明の一態様において、当該温度検出手段は、サーミスタであることを特徴と
する。

開示される発明の一態様において、当該Ｔ１は、４０℃より高く６０℃以下の温度である
ことを特徴とする。

開示される発明の一態様において、当該Ｔ２は、６０℃より高い温度であることを特徴と
する。

開示される発明の一態様により、電極の劣化を抑制することができる。

開示される発明の態様により、電池特性の劣化を抑制することができる。

リチウム二次電池の断面図。 充電方法を示すフローチャート。 容量及び電圧の関係を示す図。 サイクル数及び放電容量との関係を示す図。 リチウム二次電池の上面図及び断面図。 電気機器の一例を説明する図。 電気機器の一例を説明する図。 電気機器の一例を説明する図。 グラフェンを説明する上面図及び断面図。 充電装置を説明する回路図。 充電装置を説明する回路図。

以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し
、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書
に開示された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、本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、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機
能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、同様のも
のを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、説明を分かりやすくす
るために、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示す
る発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

＜リチウム二次電池の構造＞
図１に示すリチウム二次電池１３０は、正極１０２、負極１０７及びセパレータ１１０を
外部と隔絶する筐体１２０の中に設置し、筐体１２０中に電解液１１１が充填されている
。また、セパレータ１１０は、正極１０２と負極１０７との間に配されている。

正極１０２では、正極集電体１００に接して正極活物質層１０１が設けられている。本明
細書では、正極活物質層１０１と、正極活物質層１０１が設けられた正極集電体１００を
合わせて正極１０２と呼ぶ。

一方、負極集電体１０５に接して負極活物質層１０６が設けられている。本明細書では、
負極活物質層１０６と、負極活物質層１０６が設けられた負極集電体１０５を合わせて負
極１０７と呼ぶ。

正極集電体１００には端子部１２１が、負極集電体１０５には端子部１２２が接続されて
おり、端子部１２１と端子部１２２を介して、充電や放電が行われる。

なお、図示した構成では、正極活物質層１０１とセパレータ１１０の間、負極活物質層１
０６とセパレータ１１０の間のそれぞれには間隔があるが、これに限定されない。正極活
物質層１０１とセパレータ１１０が接し、負極活物質層１０６とセパレータ１１０が接し
ていてもよい。または、正極１０２と負極１０７の間にセパレータ１１０を配置した状態
で丸めて筒状にしてもよい。

正極集電体１００は、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の
金属、及びこれらの合金など、導電性の高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１００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。本実施の形態では、正極集電体１００としてアルミニウム箔を用いる
。

正極活物質層１０１に含まれる正極活物質として、本実施の形態ではオリビン型構造のリ
ン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）を用いる。

オリビン型構造のリン酸鉄リチウムは、リチウムイオンの拡散経路が一次元的である。そ
のため、結晶性が高いほど、リチウムイオンの拡散経路が確保され、より多くのリチウム
イオンの出入りが可能となる。また、リン酸鉄リチウムは鉄を含むため容量が大きい。さ
らに、リン酸鉄リチウムはリチウムがすべて引き抜かれたリン酸鉄（ＦｅＰＯ_４）も安定
であるため、リン酸鉄リチウムを用いて作製するリチウム二次電池の容量を、安全に高容
量化することが可能である。

なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質を指す。電極（正
極又は負極、あるいはその両方）を作製する時には、活物質と共に、導電助剤、結着剤、
溶媒等の他の材料を混合したものを活物質層として集電体上に形成する。よって、活物質
と活物質層は区別される。よって正極活物質及び正極活物質層１０１、並びに、後述する
負極活物質及び負極活物質層１０６は区別される。

さらに正極活物質層１０１には、公知の導電助剤や結着剤（バインダともいう）が含まれ
ていてもよい。本実施の形態では、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）、結着剤
としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いる。

負極集電体１０５としては、例えば金属などの導電性の高い材料により構成される。導電
性の高い材料として、例えばステンレス、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、又はチタン
を用いることができる。また、負極集電体１０５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。本実施の
形態では、負極集電体１０５として、銅箔を用いる。

負極活物質層１０６は、キャリアであるイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質を含む。本
実施の形態では、負極活物質層１０６に含まれる負極活物質として球状黒鉛（粒径９μｍ
）を用いる。

負極活物質として用いられる黒鉛の表面には、電解液１１１の溶媒（後述）であるエチレ
ンカーボネート（ＥＣ）が還元分解されて生成される不動態被膜が形成されている。当該
不動態被膜が形成されることにより、溶媒の更なる分解を抑制し、負極活物質である黒鉛
へのリチウムイオンの挿入が可能となる。

さらに負極活物質層１０６には、公知の導電助剤や結着剤が含まれていてもよい。本実施
の形態では、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）、結着剤としてポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶＤＦ）を用いる。

なお、負極活物質層１０６にリチウムをプレドープしてもよい。リチウムのプレドープ方
法としては、スパッタリング法により負極活物質層１０６表面にリチウム層を形成しても
よい。または、負極活物質層１０６の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層１
０６にリチウムをプレドープすることができる。

電解液１１１は、溶質及び溶媒を含んでいる。電解液１１１の溶質としては、キャリアイ
オンを有する材料を用いる。溶質の代表例としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡ
ｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等のリチウム塩がある。本実施の形態
では、溶質としてＬｉＰＦ_６を用いる。

電解液１１１の溶媒は、キャリアイオンの移送が可能な材料を用いる。電解液の溶媒とし
ては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。本実施の形態では、エチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶液を用いる。

エチレンカーボネートは、上述のように還元分解され、負極活物質である黒鉛の表面に不
動態被膜を形成するので、電解液１１１の溶媒として好適である。しかしながら、エチレ
ンカーボネートは室温で固体であるため、溶媒としてエチレンカーボネートをジエチルカ
ーボネートに溶解させたものを用いる。

また、セパレータ１１０として、絶縁性の多孔体を用いることができる。例えば、紙、不
織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ポリビニ
ルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用い
た合成繊維等で形成されたものを用いればよい。ただし、電解液１１１に溶解しない材料
を選ぶ必要がある。

なお、正極活物質をグラフェンで覆う構成にしても良い。グラフェンとは、ｓｐ^２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。グラフェンは、単層のグラフェン及び
多層グラフェンを含む。

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、全体の２ａｔｏｍｉｃ％以上２０ａｔｏｍｉｃ％
以下、好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以上１５ａｔｏｍｉｃ％以下である。

グラフェンは化学的に安定であり、且つ電気特性が良好である。グラフェンにおいて導電
性が高いのは、炭素で構成される六員環が平面方向に連続しているためである。即ち、グ
ラフェンは平面方向において、導電性が高い。また、グラフェンはシート状であるため、
積層されるグラフェンにおいて平面に平行な方向に隙間を有し、当該領域においてイオン
の移動は可能であるが、グラフェンの平面に垂直な方向においてのイオンの移動が困難で
ある。

上述のように、リチウム二次電池において、活物質表面が電解液と接触することにより、
電解液及び活物質が反応し、活物質の表面に被膜が形成される。当該被膜はＳＥＩ（Ｓｏ
ｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とも呼ばれ、活物質と電解液の
反応を緩和し、安定化させるために必要であると考えられている。しかしながら、当該被
膜が厚くなると、キャリアイオンが電極に吸蔵されにくくなり、活物質と電解液間のキャ
リアイオン伝導性の低下、電解液の消耗などの問題がある。そこで、正極活物質をグラフ
ェンで被覆することで、当該被膜の膜厚の増加を抑制することが可能であり、キャリアイ
オン伝導性の低下、電解液の消耗を抑制することができる。

図９（Ａ）は、正極活物質層１０１として、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な粒子状の
正極活物質１１７と、当該正極活物質１１７の複数を覆いつつ、当該正極活物質１１７が
内部に詰められたグラフェン１１８で構成される正極活物質層１０１の上面図である。複
数の正極活物質１１７の表面を複数のグラフェン１１８が覆う。また、一部において、正
極活物質１１７が露出していてもよい。

正極活物質１１７の粒径は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。なお、正極活物質
１１７内を電子が移動するため、正極活物質１１７の粒径はより小さい方が好ましい。

また、正極活物質１１７の表面にグラフェンが被覆されていなくとも特性が得られるが、
正極活物質とグラフェンを共に用いると、キャリアが正極活物質間をホッピングし、電流
が流れるためより好ましい。

図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の正極活物質層１０１の一部における断面図である。正極活物
質１１７、及び該正極活物質１１７を覆うグラフェン１１８を有する。グラフェン１１８
は断面図においては線状で観察される。一のグラフェンまたは複数のグラフェンにより、
複数の正極活物質１１７を内包する。即ち、一のグラフェンまたは複数のグラフェンの間
に、複数の正極活物質が内在する。なお、グラフェンは袋状になっており、該内部におい
て、複数の正極活物質を内包する場合がある。また、グラフェンに覆われず、一部の正極
活物質が露出している場合がある。

なお、正極活物質層１０１には、グラフェンの体積の０．１倍以上１０倍以下のアセチレ
ンブラック粒子や１次元の拡がりを有するカーボンナノファイバー等のカーボン粒子など
、公知の結着剤が含まれていてもよい。

正極活物質１１７においては、キャリアとなるイオンの吸蔵により体積が膨張するものが
ある。このため、充放電により、正極活物質層１０１が脆くなり、正極活物質層１０１の
一部が崩落してしまい、この結果、リチウム二次電池の信頼性が低下する。しかしながら
、正極活物質が充放電により体積膨張しても、当該周囲をグラフェンが覆うため、グラフ
ェンは正極活物質の分散や正極活物質層１０１の崩落を妨げることが可能である。即ち、
グラフェンは、充放電にともない正極活物質の体積が増減しても、正極活物質同士の結合
を維持する機能を有する。このため、正極活物質層１０１にグラフェンを用いることで、
信頼性の高いリチウム二次電池を製造することができる。

また、グラフェン１１８は、複数の正極活物質と接しており、導電助剤としても機能する
。また、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な正極活物質１１７を保持する機能を有する。
このため、正極活物質層に結着剤を混合する必要が無く、正極活物質層当たりの正極活物
質量を増加させることが可能であり、リチウム二次電池の放電容量を高めることができる
。

また、正極活物質と同様に、負極活物質をグラフェンで覆う構成にしても良い。図９（Ｃ
）は、負極活物質層１０６の一部における上面図である。負極活物質層１０６は、粒子状
の負極活物質１３２と、負極活物質１３２の複数を覆うグラフェン１３３で構成されてい
る。平面視の負極活物質層１０６は、複数の負極活物質１３２の表面を異なるグラフェン
１３３が覆っている。なお、一部において、負極活物質１３２が露出していてもよい。

図９（Ｄ）は、図９（Ｃ）の負極活物質層１０６の一部における断面図である。負極活物
質１３２、及び負極活物質層１０６の平面視において負極活物質１３２を覆っているグラ
フェン１３３が図示されている。断面図において、グラフェン１３３は線状に観察される
。一のグラフェンまたは複数のグラフェンは複数の負極活物質１３２に重畳する、又は、
一のグラフェン又は複数のグラフェンにより、複数の負極活物質１３２を内在する。なお
、グラフェン１３３は袋状になっており、該内部において、複数の負極活物質を内包する
場合がある。また、グラフェン１３３は、一部開放部があり、当該領域において、負極活
物質１３２が露出している場合がある。

負極活物質層１０６の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下の間で所望の厚さを選択する
。

なお、負極活物質層１０６には、グラフェンの体積の０．１倍以上１０倍以下のアセチレ
ンブラック粒子や１次元の拡がりを有するカーボン粒子（カーボンナノファイバーなど）
などの公知の導電助剤、及びポリフッ化ビニリデンなどの公知の結着剤を有してもよい。

なお、負極活物質層１０６にリチウムをプレドープしてもよい。リチウムのプレドープ方
法としては、スパッタリング法により負極活物質層１０６表面にリチウム層を形成しても
よい。または、負極活物質層１０６の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層１
０６にリチウムをプレドープすることができる。特に、リチウム二次電池を組み立てた後
に、正極活物質層１０１にグラフェン１１８を生成する場合は、負極活物質層１０６にリ
チウムをプレドープすることが好ましい。

なお、負極活物質１３２においては、キャリアイオンの吸蔵により体積が膨張するものが
ある。このため、充放電により、負極活物質層１０６が脆くなり、負極活物質層１０６の
一部が崩壊してしまうことでリチウム二次電池の信頼性（例えば、サイクル特性など）が
低下する。しかし、本実施の形態のリチウム二次電池の負極１０７は、負極活物質１３２
の周囲をグラフェン１３３が覆うため、負極活物質１３２が充放電によって体積膨張・収
縮しても、グラフェン１３３によって負極活物質１３２の微粉化や負極活物質層１０６の
崩壊を防ぐことができる。すなわち、本実施の形態のリチウム二次電池の負極１０７に含
まれるグラフェン１３３は、充放電にともない負極活物質１３２の体積が膨張収縮しても
、負極活物質１３２同士の結着を維持する機能を有する。従って、負極活物質層１０６に
グラフェンを用いることで、リチウム二次電池の耐久性を向上させることができる。

つまり、負極活物質層１０６を形成する際に結着剤を用いる必要が無く、一定重量（一定
体積）の負極活物質層において、負極活物質量を増加させることが可能である。従って、
電極重量（電極体積）あたりの充放電容量を増大させることができる。

また、グラフェン１３３は導電性を有しており、且つ複数の負極活物質１３２と接してい
るため導電助剤としても機能する。つまり、負極活物質層１０６を形成する際に導電助剤
を用いる必要が無く、一定重量（一定体積）の負極活物質層において、負極活物質量を増
加させることが可能である。従って、電極重量（電極体積）あたりの充放電容量を増大さ
せることができる。

また、グラフェン１３３は、負極活物質層１０６に効率良く且つ十分な導電パス（キャリ
アイオンの導電パス）が形成されているため、負極活物質層１０６及び負極１０７は導電
性に優れている。従って、負極１０７を有するリチウム二次電池は、負極活物質１３２の
容量を理論容量並みに効率良く利用することができるため、充電容量を十分に高めること
ができる。

なお、グラフェン１３３は、キャリアイオンの吸蔵放出が可能な負極活物質としても機能
するため、負極１０７の充電容量を向上させることができる。

＜リチウム二次電池の充電方法＞
図２に本実施の形態に係るリチウム二次電池の充電方法について、フローチャートを示す
。

充電開始（Ｓ１０１）後、温度検出素子にてリチウム二次電池の電池温度又はリチウム二
次電池の置かれた環境温度を検出する（Ｓ１０２）。検出された温度が所定の温度である
第２の温度Ｔ２以上の温度の場合は（Ｓ１０３）、充電を終了する（Ｓ１０８）。

ただし、第２の温度Ｔ２は後述する第１の温度Ｔ１より高い温度である（Ｔ２＞Ｔ１）。
本実施の形態では、第２の温度Ｔ２を６０℃より高い温度、例えば９０℃、第１の温度Ｔ
１を、例えば４０℃より高く６０℃以下の温度とする。

リチウム二次電池の電池温度又はリチウム二次電池の置かれた環境温度が、第２の温度Ｔ
２以上の場合では、定電流充電においてもリチウム二次電池が劣化する恐れがあるため、
リチウム二次電池への充電は行わない。

ステップＳ１０２にて検出された温度が、第２の温度Ｔ２未満の場合は、定電流での充電
を行う（Ｓ１０４）。定電流での充電が進行し、所定の電圧に到達したら（Ｓ１０５）、
温度検出素子にて電池温度又は環境温度を検出する（Ｓ１０６）。

ステップＳ１０６にて検出された温度が第１の温度Ｔ１未満の場合（Ｓ１０７）は、定電
流充電から定電圧充電に切り替え、定電圧で充電を行う（Ｓ１１１）。定電圧で所定の時
間充電を行い、充電を終了する（Ｓ１１２）

ステップＳ１０６にて検出された温度が第１の温度Ｔ１以上の温度の場合（Ｓ１０７）、
定電圧での充電を行わず、定電流での充電も終了する（Ｓ１１２）。

以上述べたように、本実施の形態の充電方法では、リチウム二次電池の電池温度又は環境
温度が、第２の温度未満では、まず所定の電圧に到達するまで定電流充電を行う。当該所
定の電圧に到達した後にリチウム二次電池の電池温度又は環境温度が第１の温度以上であ
るか否かを検出し、当該温度が第１の温度未満であれば定電圧充電を行い、当該温度が第
１の温度以上であれば定電圧充電を行わず終了する。これにより電極表面に形成された被
膜を破壊せず、電極の劣化を抑制することができる。

また本実施の形態の充電方法により、電池特性の劣化を抑制することができる。

＜充電装置＞
図１０及び図１１に、本実施の形態の充電装置の回路図を示す。

＜＜充電装置の構成＞＞
図１０に示す充電装置２００は、抵抗２０２、充電制御スイッチ２０５、放電制御スイッ
チ２０８、電力変換回路２１５、電力供給部２１７、温度検出素子であるＮＴＣサーミス
タ２２１（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ）、制御回路２２２を有している。図１０の充電装置２００には、二次電池２０１及び
負荷２０９が電気的に接続されている。

二次電池２０１の正極は、抵抗２０２の一方の端子、及び制御回路２２２の端子ＣＳＩＮ
に電気的に接続されている。二次電池２０１の負極は、接地されている。なお、二次電池
２０１の電圧値は、制御回路２２２の端子ＣＳＩＮにかかる電圧値となる。二次電池２０
１として、上述のリチウム二次電池１３０を用いてもよい。

ここで「電気的に接続」とは直接電気的に接続されることの他、間接的に電気的に接続さ
れることも含む。従って、例えば、二次電池２０１の正極は、抵抗２０２の一方の端子、
及び制御回路２２２の端子ＣＳＩＮに直接電気的に接続されることの他、二次電池２０１
の正極は、別の電極や配線を介して、抵抗２０２の一方の端子、及び制御回路２２２の端
子ＣＳＩＮに電気的に接続されることも含む。

図１０では、温度検出素子としてＮＴＣサーミスタ２２１を用いているが、温度検出素子
はこれに限定されない。二次電池２０１の電池温度又は二次電池２０１の環境温度が検出
可能な素子であれば、何を用いてもよい。サーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）とは、温
度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体のことであり、ＮＴＣサーミスタは温度の
上昇に対して抵抗が減少するサーミスタである。図１０に示すＮＴＣサーミスタ２２１は
、二次電池２０１の近傍に配置され、二次電池２０１の置かれた環境温度を検出している
。

図１０に示すＮＴＣサーミスタ２２１の一方の端子は、制御回路２２２の端子ＴＨＭに電
気的に接続されている。ＮＴＣサーミスタ２２１の他方の端子は、接地されている。

抵抗２０２は、二次電池２０１に流れる電流を検出するための抵抗である。抵抗２０２の
一方の端子は、二次電池２０１の正極、及び制御回路２２２の端子ＣＳＩＮに電気的に接
続されている。抵抗２０２の他方の端子は、充電制御スイッチ２０５の第１の端子、及び
制御回路２２２の端子ＣＳＩＰに電気的に接続されている。

抵抗２０２の抵抗値はあらかじめ決定されており、抵抗２０２にかかる電圧値は、制御回
路２２２の端子ＣＳＩＮ及び端子ＣＳＩＰ間の電圧値である。抵抗２０２の抵抗値及び抵
抗２０２にかかる電圧値により、抵抗２０２に流れる電流値が検出される。

充電制御スイッチ２０５は、ダイオード２０３及びｎチャネル型トランジスタ２０４を有
している。ダイオード２０３の入力端子は、充電制御スイッチ２０５の第１の端子であり
、ｎチャネル型トランジスタ２０４のソース又はドレインの一方に電気的に接続されてい
る。ダイオード２０３の出力端子は、充電制御スイッチ２０５の第２の端子であり、ｎチ
ャネル型トランジスタ２０４のソース又はドレインの他方、及び放電制御スイッチ２０８
の第１の端子に電気的に接続されている。

ｎチャネル型トランジスタ２０４のソース又はドレインの一方は、充電制御スイッチ２０
５の第１の端子であり、ダイオード２０３の入力端子に電気的に接続されている。ｎチャ
ネル型トランジスタ２０４のソース又はドレインの他方は、充電制御スイッチ２０５の第
２の端子であり、ダイオード２０３の出力端子、及び放電制御スイッチ２０８の第１の端
子に電気的に接続されている。ｎチャネル型トランジスタ２０４のゲートは、充電制御ス
イッチ２０５の第３の端子であり、制御回路２２２の端子ＣＨＡに電気的に接続されてい
る。

充電制御スイッチ２０５は、二次電池２０１の充電を強制的に終了するための素子、すな
わちリミッターである。通常時には、ｎチャネル型トランジスタ２０４をオン状態とし、
緊急時（充電を強制的に終了する時）は、ｎチャネル型トランジスタ２０４をオフ状態と
する。また、ダイオード２０３は、放電電流が二次電池２０１から流れ出るのを抑制しな
い。

放電制御スイッチ２０８は、ダイオード２０６及びｎチャネル型トランジスタ２０７を有
している。ダイオード２０６の出力端子は、放電制御スイッチ２０８の第１の端子であり
、充電制御スイッチ２０５の第２の端子、及びｎチャネル型トランジスタ２０７のソース
又はドレインの一方に電気的に接続されている。ダイオード２０６の入力端子は、放電制
御スイッチ２０８の第２の端子であり、負荷２０９、電力変換回路２１５の第１の端子、
及びｎチャネル型トランジスタ２０７のソース又はドレインの他方に電気的に接続されて
いる。

ｎチャネル型トランジスタ２０７のソース又はドレインの一方は、放電制御スイッチ２０
８の第１の端子であり、充電制御スイッチ２０５の第２の端子、及びダイオード２０６の
出力端子に電気的に接続されている。ｎチャネル型トランジスタ２０７のソース又はドレ
インの他方は、放電制御スイッチ２０８の第２の端子であり、負荷２０９、電力変換回路
２１５の第１の端子、ダイオード２０６の入力端子に電気的に接続されている。ｎチャネ
ル型トランジスタ２０７のゲートは、放電制御スイッチ２０８の第３の端子であり、制御
回路２２２の端子ＤＩＳに電気的に接続されている。

放電制御スイッチ２０８は、二次電池２０１の放電を強制的に終了するための素子、すな
わちリミッターである。通常時にはｎチャネル型トランジスタ２０７をオン状態とし、緊
急時（放電を強制的に終了する時）は、ｎチャネル型トランジスタ２０７をオフ状態とす
る。また、ダイオード２０６は、充電電流が二次電池２０１に流れ込むのを抑制しない。

負荷２０９は、放電制御スイッチ２０８の第２の端子、及び電力変換回路２１５の第１の
端子に電気的に接続されている。負荷２０９と電気的に接続されている放電制御スイッチ
２０８の第２の端子及び電力変換回路２１５の第１の端子の電位により、二次電池２０１
が電力変換回路２１５から充電される、又は、負荷２０９に放電を行う。

電力変換回路２１５は、後述の直流電源２１６から二次電池２０１へ充電が行われる際に
、直流電源２１６から供給された電力を定電流（定電流充電時）又は定電圧（定電圧充電
時）に変換して供給する機能を有する。電力変換回路２１５は、コイル２１１、ダイオー
ド２１２、ｎチャネル型トランジスタ２１３を有している。コイル２１１の一方の端子は
、電力変換回路２１５の第１の端子である。コイル２１１の他方の端子は、ダイオード２
１２の出力端子、及びｎチャネル型トランジスタ２１３のソース又はドレインの一方に電
気的に接続されている。

ダイオード２１２の出力端子は、コイル２１１の他方の端子、及びｎチャネル型トランジ
スタ２１３のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ダイオード２１２の
入力端子は、接地されている。

ｎチャネル型トランジスタ２１３のソース又はドレインの一方は、コイル２１１の他方の
端子、及びダイオード２１２の出力端子に電気的に接続されている。ｎチャネル型トラン
ジスタ２１３のソース又はドレインの他方は、電力変換回路２１５の第２の端子である。
ｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートは、電力変換回路２１５の第３の端子であり、
制御回路２２２の端子ＧＳに電気的に接続されている。

電力供給部２１７は、二次電池２０１を充電するための電力を供給する。図１０では、電
力供給部２１７には、直流電源２１６を用いているが、これに限定されない。電力供給部
２１７に、交流−直流変換器を有する構成にし、外部の交流電源から交流電力を供給し、
交流−直流変換器にて交流電力を直流電力に変換してもよい。また、直流電源２１６、交
流−直流変換器、交流電源等は、内蔵してもよいし、外付けでもよい。図１０に示す直流
電源２１６の正極は、電力変換回路２１５の第２の端子に電気的に接続されている。また
、直流電源２１６の負極は、接地されている。

図１１に制御回路２２２の詳細な構成を示す。制御回路２２２は、電流制御回路２３５、
電圧制御回路２４４、電流−電圧制御切替回路２５２、温度制御切替回路２７６、マルチ
プレクサ２８１、ＡＮＤ回路２８２、レベルシフタ２８３、ＮＡＮＤ回路２８４、レベル
シフタ２８５、及びレベルシフタ２８６を有している。

電流制御回路２３５は、定電流充電時に制御回路２２２の端子ＧＳからの出力電位を制御
する回路である。制御回路２２２の端子ＧＳからの出力電位は、電力変換回路２１５のｎ
チャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される電位である。ｎチャネル型トランジ
スタ２１３のゲートに印加される電位により、ｎチャネル型トランジスタ２１３のオン状
態及びオフ状態が切り替わり、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が制御される
。電流制御回路２３５は、計装アンプ２３１、コンパレータ２３２、フリップフロップ２
３３、発振回路２３４を有している。

計装アンプ２３１（計装アンプ：インスツルメンテーションアンプともいう）は、非反転
入力端子及び反転入力端子に入力される入力電圧の差分をＫ倍して出力する素子である。
計装アンプ２３１の非反転入力端子は、制御回路２２２の端子ＣＳＩＰであり、電流制御
回路２３５の第１の端子である。計装アンプ２３１の反転入力端子は、制御回路２２２の
端子ＣＳＩＮであり、電流制御回路２３５の第２の端子である。なお、電流制御回路２３
５の第２の端子から、電流制御回路２３５の第３の端子が分岐し、電流制御回路２３５の
第３の端子は、電圧制御回路２４４の第１の端子に電気的に接続されている。計装アンプ
２３１の出力端子は、コンパレータ２３２の非反転入力端子に電気的に接続されている。

コンパレータ２３２は、非反転入力端子及び反転入力端子に入力される電圧を比較し、ど
ちらが大きいかで出力が切り替わる素子である。コンパレータ２３２の非反転入力端子は
、計装アンプ２３１の出力端子に電気的に接続されている。コンパレータ２３２の反転入
力端子には、第１の参照電圧Ｖｒｅｆ１が入力される。コンパレータ２３２の出力端子は
、フリップフロップ２３３の入力端子Ｒに電気的に接続されている。

図１１に示すフリップフロップ２３３として、ＲＳ型フリップフロップが用いられる。フ
リップフロップ２３３の入力端子Ｒには、コンパレータ２３２の出力端子が電気的に接続
される。フリップフロップ２３３の入力端子Ｓには、発振回路２３４で発振されたパルス
信号が入力される。フリップフロップ２３３の出力端子Ｑは、電流制御回路２３５の第４
の端子であり、マルチプレクサ２８１の入力端子Ａに電気的に接続される。

発振回路２３４は、オン／オフ比の小さいパルス信号、別言するとデューティ比の小さい
パルス信号を発振する回路である。発振回路２３４で発振されたパルス信号は、フリップ
フロップ２３３の入力端子Ｓに入力される。

電圧制御回路２４４は、定電圧充電時に制御回路２２２の端子ＧＳからの出力電位を制御
する回路である。制御回路２２２の端子ＧＳからの出力電位は、電力変換回路２１５のｎ
チャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される電位である。ｎチャネル型トランジ
スタ２１３のゲートに印加される電位により、ｎチャネル型トランジスタ２１３のオン状
態及びオフ状態が切り替わり、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が制御される
。電圧制御回路２４４は、エラーアンプ２４１、コンパレータ２４２、三角波発振回路２
４３を有している。

エラーアンプ２４１（エラーアンプ：積分器ともいう）は、非反転入力端子及び反転入力
端子に入力される入力電圧の差分を増幅する素子である。エラーアンプ２４１の非反転入
力端子は、電圧制御回路２４４の第１の端子であり、電流制御回路２３５の第３の端子に
電気的に接続されている。電圧制御回路２４４の第１の端子から電圧制御回路２４４の第
２の端子が分岐し、電圧制御回路２４４の第２の端子は、電流−電圧制御切替回路２５２
の第１の端子に電気的に接続されている。エラーアンプ２４１の反転入力端子には、第２
の参照電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。エラーアンプ２４１の出力端子は、コンパレータ２
４２の反転入力端子に電気的に接続されている。

なお、エラーアンプ２４１の反転入力端子、及び後述するヒステリシスコンパレータ２５
１の反転入力端子に入力される第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値は、定電流充電及び定
電圧充電を切り替える電圧値である。すなわち、定電圧充電を行う場合において、定電流
充電で第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２に到達した後、定電圧充電に切り替える。

コンパレータ２４２の反転入力端子は、エラーアンプ２４１の出力端子に電気的に接続さ
れている。コンパレータ２４２の非反転入力端子には、三角波発振回路２４３からの三角
波が入力される。コンパレータ２４２の出力端子は、電圧制御回路２４４の第３の端子で
あり、マルチプレクサ２８１の入力端子Ｂに電気的に接続されている。

三角波発振回路２４３は、三角波を発振する回路である。当該三角波により、二次電池２
０１の電圧が高い場合は、ｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに高電位が印加され
る時間を短くすることができ、これにより充電する電流を小さくする。充電する電流を小
さくすることで、二次電池２０１の電圧が高くなることを抑制する。三角波発振回路２４
３で発振した三角波は、コンパレータ２４２の非反転入力端子に入力される。

電流−電圧制御切替回路２５２は、ヒステリシスコンパレータ２５１を有している。電流
−電圧制御切替回路２５２は、所定の電圧値に到達すると、電流制御から電圧制御に切り
替える機能を有している。

ヒステリシスコンパレータ２５１は、入出力にヒステリシスを持たせたコンパレータであ
る。すなわち、非反転入力端子及び反転入力端子に入力される電圧の差が増大したときに
出力が切り替わる電圧と、非反転入力端子及び反転入力端子に入力される電圧の差が減少
したときに出力が切り替わる電圧が異なる。ヒステリシスコンパレータを用いることによ
り、ノイズの影響により出力の切り替えが頻繁に起こることを抑制することができる。ヒ
ステリシスコンパレータ２５１の非反転入力端子は、電流−電圧制御切替回路２５２の第
１の端子であり、電圧制御回路２４４の第２の端子に電気的に接続されている。ヒステリ
シスコンパレータ２５１の反転入力端子には、第２の参照電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。
ヒステリシスコンパレータ２５１の出力端子は、電流−電圧制御切替回路２５２の第２の
端子であり、ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子、及びマルチプレクサ２８１の入力端
子φに電気的に接続されている。

温度制御切替回路２７６は、温度検出素子であるＮＴＣサーミスタ２２１からの信号（電
位）により、検出された電池温度又は環境温度に対する充電の有無、及び充電制御方法の
情報を他の回路及び素子に伝える信号（電位）を生成する回路である。温度制御切替回路
２７６は、抵抗２６１、抵抗２６２、抵抗２６３、抵抗２６４、抵抗２６５、ヒステリシ
スコンパレータ２７１、ヒステリシスコンパレータ２７２、ヒステリシスコンパレータ２
７３、インバータ２７４、及びインバータ２７５を有している。

抵抗２６１の一方の端子は、電源電位ＶＬが入力され、抵抗２６２の一方の端子に電気的
に接続されている。抵抗２６１の他方の端子は、制御回路２２２の端子ＴＨＭであり、温
度制御切替回路２７６の第１の端子であり、ヒステリシスコンパレータ２７１の反転入力
端子、ヒステリシスコンパレータ２７２の反転入力端子、及びヒステリシスコンパレータ
２７３の反転入力端子に電気的に接続されている。

抵抗２６２の一方の端子は、抵抗２６１の一方の端子に電気的に接続されている。抵抗２
６２の他方の端子は、抵抗２６３の一方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２７１の
非反転入力端子に電気的に接続されている。

抵抗２６３の一方の端子は、抵抗２６２の他方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２
７１の非反転入力端子に電気的に接続されている。抵抗２６３の他方の端子は、抵抗２６
４の一方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２７２の非反転入力端子に電気的に接続
されている。

抵抗２６４の一方の端子は、抵抗２６３の他方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２
７２の非反転入力端子に電気的に接続されている。抵抗２６４の他方の端子は、抵抗２６
５の一方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２７３の非反転入力端子に電気的に接続
されている。

抵抗２６５の一方の端子は、抵抗２６４の他方の端子、及びヒステリシスコンパレータ２
７３の非反転入力端子に電気的に接続されている。抵抗２６５の他方の端子は、接地され
ている。

なお、抵抗２６２、抵抗２６３、抵抗２６４、及び抵抗２６５の抵抗値を、それぞれＲ１
、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４とすると、ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパ
レータ２７３の非反転入力端子に入力される電位は、抵抗分割された電源電位ＶＬの分圧
である。ヒステリシスコンパレータ２７１の非反転入力端子に入力される電位は、（Ｒ２
＋Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×ＶＬである。ヒステリシスコンパレータ
２７２の非反転入力端子に入力される電位は、（Ｒ３＋Ｒ４）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ
４）×ＶＬである。ヒステリシスコンパレータ２７３の非反転入力端子に入力される電位
は、Ｒ４／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）×ＶＬである。

また、ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の反転入力
端子に入力される電圧は、ＮＴＣサーミスタ２２１で検出される電位である。

ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の非反転入力端子
に入力される電位と、反転入力端子に入力される電位を比較し、どちらが大きいかで、ヒ
ステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の出力が切り替わる
。これにより、ＮＴＣサーミスタ２２１が検出する温度によって、ヒステリシスコンパレ
ータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３のうちいずれかの出力が用いられるかが
決定される。

ヒステリシスコンパレータ２７１は、ＮＴＣサーミスタ２２１の温度が４０℃以上である
ことを検出する。ヒステリシスコンパレータ２７１の非反転入力端子は、抵抗２６２の他
方の端子、及び抵抗２６３の一方の端子に電気的に接続されている。ヒステリシスコンパ
レータ２７１の反転入力端子は、制御回路２２２の端子ＴＨＭであり、温度制御切替回路
２７６の第１の端子であり、抵抗２６１の他方の端子、ヒステリシスコンパレータ２７２
の反転入力端子、及びヒステリシスコンパレータ２７３の反転入力端子に電気的に接続さ
れている。ヒステリシスコンパレータ２７１の出力端子は、温度制御切替回路２７６の第
２の端子であり、ＮＡＮＤ回路２８４の第２の入力端子に電気的に接続されている。

ヒステリシスコンパレータ２７２は、ＮＴＣサーミスタ２２１の温度が６０℃以上である
ことを検出する。ヒステリシスコンパレータ２７２の非反転入力端子は、抵抗２６３の他
方の端子、及び抵抗２６４の一方の端子に電気的に接続されている。ヒステリシスコンパ
レータ２７２の反転入力端子は、制御回路２２２の端子ＴＨＭであり、温度制御切替回路
２７６の第１の端子であり、抵抗２６１の他方の端子、ヒステリシスコンパレータ２７１
の反転入力端子、及びヒステリシスコンパレータ２７３の反転入力端子に電気的に接続さ
れている。ヒステリシスコンパレータ２７２の出力端子は、インバータ２７４の入力端子
に電気的に接続されている。

ヒステリシスコンパレータ２７３は、ＮＴＣサーミスタ２２１の温度が９０℃以上である
ことを検出する。ヒステリシスコンパレータ２７３の非反転入力端子は、抵抗２６４の他
方の端子、及び抵抗２６５の一方の端子に電気的に接続されている。ヒステリシスコンパ
レータ２７３の反転入力端子は、制御回路２２２の端子ＴＨＭであり、温度制御切替回路
２７６の第１の端子であり、抵抗２６１の他方の端子、ヒステリシスコンパレータ２７１
の反転入力端子、及びヒステリシスコンパレータ２７２の反転入力端子に電気的に接続さ
れている。ヒステリシスコンパレータ２７３の出力端子は、インバータ２７５の入力端子
に電気的に接続されている。

インバータ２７４の入力端子は、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力端子に電気的に
接続されている。インバータ２７４の出力端子は、温度制御切替回路２７６の第３の端子
であり、ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子、及びレベルシフタ２８５の入力端子に電気
的に接続されている。

インバータ２７５の入力端子は、ヒステリシスコンパレータ２７３の出力端子に電気的に
接続されている。インバータ２７５の出力端子は、温度制御切替回路２７６の第４の端子
であり、レベルシフタ２８６の入力端子に電気的に接続されている。

マルチプレクサ２８１は、入力端子φに入力された信号（電位）に基づいて、入力端子Ａ
又は入力端子Ｂに入力された信号（電位）のいずれかを出力端子Ｙから出力する。図１１
に示すマルチプレクサ２８１では、入力端子φに入力された信号がローレベル電位の時は
、入力端子Ａに入力された信号を出力端子Ｙから出力する。またマルチプレクサ２８１で
は、入力端子φに入力された信号がハイレベル電位の時は、入力端子Ｂに入力された信号
を出力端子Ｙから出力する。

マルチプレクサ２８１の入力端子Ａは、電流制御回路２３５の第４の端子と電気的に接続
される。マルチプレクサ２８１の入力端子Ｂは、電圧制御回路２４４の第３の端子に電気
的に接続されている。マルチプレクサ２８１の入力端子φは、電流−電圧制御切替回路２
５２の第２の端子、及びＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子に電気的に接続されている
。マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙは、ＡＮＤ回路２８２の第３の入力端子に電気的に
接続されている。

ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子は、温度制御切替回路２７６の第３の端子、及びレベ
ルシフタ２８５の入力端子に電気的に接続されている。ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端
子は、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子に電気的に接続されている。ＡＮＤ回路２８２の第
３の入力端子は、マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙに電気的に接続されている。

レベルシフタ２８３は、信号の電圧範囲を変える機能を有する。レベルシフタ２８３の入
力端子は、ＡＮＤ回路２８２の出力端子に電気的に接続されている。レベルシフタ２８３
の出力端子は、制御回路２２２の端子ＧＳである。

ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子は、電流−電圧制御切替回路２５２の第２の端子、
及びマルチプレクサ２８１の入力端子φに電気的に接続されている。ＮＡＮＤ回路２８４
の第２の入力端子は、温度制御切替回路２７６の第２の端子に電気的に接続されている。
ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子は、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子に電気的に接続さ
れている。

レベルシフタ２８５の入力端子は、温度制御切替回路２７６の第３の端子、及びＡＮＤ回
路２８２の第１の入力端子に電気的に接続されている。レベルシフタ２８５の出力端子は
、制御回路２２２の端子ＣＨＡである。

レベルシフタ２８６の入力端子は、温度制御切替回路２７６の第４の端子に電気的に接続
されている。レベルシフタ２８６の出力端子は、制御回路２２２の端子ＤＩＳである。

なお、本実施の形態の充電装置２００では、二次電池２０１として、上述のリチウム二次
電池１３０以外にも、他のリチウム二次電池や、さらに他の二次電池、例えば、鉛蓄電池
、ニッケル・水素蓄電池等を用いることも可能である。さらに本実施の形態の充電装置で
は、二次電池２０１の代わりに、キャパシタ（例えばリチウムイオンキャパシタ、電気二
重層キャパシタ等）を用いることも可能である。

＜＜充電装置の動作＞＞
図１０及び図１１に示す充電装置２００において、二次電池２０１への充電は、以下のよ
うに行われる。

直流電源２１６から二次電池２０１へ、所定の電流値で充電電流が流される。このとき、
直流電源２１６からの電圧の電圧値は、二次電池２０１が充電可能な電圧値となるように
、電力変換回路２１５で変換される。

通常時は、充電制御スイッチ２０５のｎチャネル型トランジスタ２０４及び放電制御スイ
ッチ２０８のｎチャネル型トランジスタ２０７は、オン状態である。このため当該充電電
流は、放電制御スイッチ２０８、充電制御スイッチ２０５、及び抵抗２０２を介して、二
次電池２０１に流れ込み、定電流充電が進行する。なお、この際に、抵抗２０２の電圧値
及び抵抗値より、二次電池２０１に流れ込む充電電流の電流値が検出される。

二次電池２０１の近傍に配置され、二次電池２０１の環境温度を検出するＮＴＣサーミス
タ２２１にかかる電圧値が制御回路２２２の端子ＴＨＭに入力され、ヒステリシスコンパ
レータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の反転入力端子に入力される。ヒステ
リシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３は、それぞれの非反転入
力端子に入力された電圧値と比較し、ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシス
コンパレータ２７３のうち、対応する温度のものの出力が反転する。

図１０及び図１１に示す充電装置２００において、各温度範囲での充電の有無及び充電制
御方法、並びに放電の有無を表１に示す。

＜＜＜４０℃未満＞＞＞
ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の全てが反転しな
い場合、すなわち、ＮＴＣサーミスタ２２１の検出した温度が４０℃未満の場合、ヒステ
リシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の出力は、全てローレベ
ル電位である。

ヒステリシスコンパレータ２７１の出力がローレベル電位であるので、ＮＡＮＤ回路２８
４の第２の入力端子に入力される電位もローレベル電位である。

ここで、上述のように、二次電池２０１の電圧値は端子ＣＳＩＮにかかる電圧値である。
電流−電圧制御切替回路２５２のヒステリシスコンパレータ２５１は、非反転入力端子に
端子ＣＳＩＮを介して二次電池２０１の電圧値、反転入力端子に、第２の基準電圧Ｖｒｅ
ｆ２の電圧値が入力される。上述のように、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値は、定電
圧充電を行う場合において、定電流充電と定電圧充電を切り替える電圧値である。非反転
入力端子に入力される二次電池２０１の電圧値が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を
上回ると、ヒステリシスコンパレータ２５１の出力が、ローレベル電位からハイレベル電
位に反転する。

二次電池２０１の電圧値が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回らず、ヒステリシ
スコンパレータ２５１の出力がローレベル電位の場合、マルチプレクサ２８１の入力端子
φに入力される電位はローレベル電位である。

上述のように、マルチプレクサ２８１は、入力端子φに入力された信号（電位）に基づい
て、入力端子Ａ又は入力端子Ｂに入力された信号（電位）のいずれかを出力端子Ｙから出
力する。図１１に示すマルチプレクサ２８１では、入力端子φに入力された信号がローレ
ベル電位の時は、入力端子Ａに入力された信号を出力端子Ｙから出力する。またマルチプ
レクサ２８１では、入力端子φに入力された信号がハイレベル電位の時は、入力端子Ｂに
入力された信号を出力端子Ｙから出力する。

よって、ヒステリシスコンパレータ２５１から出力され、マルチプレクサ２８１の入力端
子φに入力される信号がローレベル電位であるので、マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙ
から出力される信号は、入力端子Ａに入力された信号、すなわち、電流制御回路２３５か
らの信号である。マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙから出力される、電流制御回路２３
５からの信号は、ＡＮＤ回路２８２の第３の入力端子に入力される。

ここで、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子には、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子からの
出力が入力される。ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子には、ヒステリシスコンパレー
タ２５１の出力が入力される。上述のように、ヒステリシスコンパレータ２５１の出力は
ローレベル電位なので、ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子に入力される電位もローレ
ベル電位である。

また上述のように、ヒステリシスコンパレータ２７１の出力がローレベル電位であるので
、ＮＡＮＤ回路２８４の第２の入力端子に入力される電位もローレベル電位である。

よって、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子から出力される電位は、ハイレベル電位である。
以上から、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子には、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子から
の出力であるハイレベル電位が入力される。

またＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力（
ローレベル電位）を、インバータ２７４に反転させた電位（ハイレベル電位）が入力され
る。

よって、ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ
回路２８２の第２の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ回路２８２の第
３の入力端子には、マルチプレクサ２８１の入力端子Ａを介して、電流制御回路２３５の
出力が入力される。すなわち、ＡＮＤ回路２８２の出力は、電流制御回路２３５の出力に
対応する。

ＡＮＤ回路２８２の出力は、レベルシフタ２８３により信号の電圧範囲が変えられ、電力
変換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される。

電流制御回路２３５の出力に応じて、ｎチャネル型トランジスタ２１３がオン状態又はオ
フ状態となり、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が制御される。

以上により、ＮＴＣサーミスタ２２１で検出された温度が４０℃未満、かつ、二次電池２
０１の電圧値が第２の基準電圧値Ｖｒｅｆ２の電圧値を超えない場合は、電流制御回路２
３５が機能し、定電流充電が行われる。

ヒステリシスコンパレータ２５１の非反転入力端子に入力される二次電池２０１の電圧値
が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回ると、ヒステリシスコンパレータ２５１の
出力が、ローレベル電位からハイレベル電位に反転する。

ハイレベル電位となったヒステリシスコンパレータ２５１の出力が、マルチプレクサ２８
１の入力端子φに入力される。マルチプレクサ２８１の入力端子φに入力される電位がハ
イレベル電位の時、マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙから出力される信号は、入力端子
Ｂに入力された信号、すなわち、電圧制御回路２４４からの信号である。マルチプレクサ
２８１の出力端子Ｙから出力される、電圧制御回路２４４からの信号は、ＡＮＤ回路２８
２の第３の入力端子に入力される。

上述のように、ＮＴＣサーミスタ２２１の検出した温度が４０℃未満の場合、ヒステリシ
スコンパレータ２７１の出力はローレベル電位である。よって、ＮＡＮＤ回路２８４の第
２の入力端子に入力される電位もローレベル電位である。

ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子に入力される電位は、ヒステリシスコンパレータ２
５１の出力であり、ハイレベル電位である。ＮＡＮＤ回路２８４の第２の入力端子に入力
される電位は、上述のようにローレベル電位である。よって、ＮＡＮＤ回路２８４の出力
端子から出力される電位はハイレベル電位である。

ＡＮＤ回路２８２の第３の入力端子には、電圧制御回路２４４からの信号が入力される。

ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子には、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子からの出力であ
るハイレベル電位が入力される。

またＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力（
ローレベル電位）を、インバータ２７４に反転させた電位（ハイレベル電位）が入力され
る。

よって、ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ
回路２８２の第２の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ回路２８２の第
３の入力端子には、マルチプレクサ２８１の入力端子Ｂを介して、電圧制御回路２４４の
出力が入力される。すなわち、ＡＮＤ回路２８２の出力は、電圧制御回路２４４の出力に
対応する。

ＡＮＤ回路２８２の出力は、レベルシフタ２８３により信号の電圧範囲が変えられ、電力
変換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される。

電圧制御回路２４４の出力に応じて、ｎチャネル型トランジスタ２１３がオン状態又はオ
フ状態となり、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が制御される。

以上により、ＮＴＣサーミスタ２２１で検出された温度が４０℃未満、かつ、二次電池２
０１の電圧値が第２の基準電圧値Ｖｒｅｆ２の電圧値以上の場合は、電圧制御回路２４４
が機能し、定電圧充電が行われる。

＜＜＜４０℃以上６０℃未満＞＞＞
ヒステリシスコンパレータ２７１のみの出力がローレベル電位からハイレベル電位に反転
し、ヒステリシスコンパレータ２７２及びヒステリシスコンパレータ２７３の出力が反転
しない（ローレベル電位）場合、すなわち、ＮＴＣサーミスタ２２１の検出した温度が４
０℃以上６０℃未満の場合、反転したヒステリシスコンパレータ２７１の出力（ハイレベ
ル電位）は、ＮＡＮＤ回路２８４の第２の入力端子に入力される。

上述のように、二次電池２０１の電圧値は端子ＣＳＩＮにかかる電圧値である。電流−電
圧制御切替回路２５２のヒステリシスコンパレータ２５１は、非反転入力端子に端子ＣＳ
ＩＮを介して二次電池２０１の電圧値、反転入力端子に、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電
圧値が入力される。上述のように、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値は、定電圧充電を
行う場合において、定電流充電と定電圧充電を切り替える電圧値である。非反転入力端子
に入力される二次電池２０１の電圧値が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回ると
、ヒステリシスコンパレータ２５１の出力が、ローレベル電位からハイレベル電位に反転
する。

二次電池２０１の電圧値が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回らず、ヒステリシ
スコンパレータ２５１の出力がローレベル電位の場合、マルチプレクサ２８１の入力端子
φに入力される電位はローレベル電位である。

上述のように、図１１に示すマルチプレクサ２８１では、入力端子φに入力された電位が
ローレベル電位の時は、入力端子Ａに入力された電位を出力端子Ｙから出力する。またマ
ルチプレクサ２８１では、入力端子φに入力された電位がハイレベル電位の時は、入力端
子Ｂに入力された電位を出力端子Ｙから出力する。

よって、二次電池２０１の電圧値が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回らず、ヒ
ステリシスコンパレータ２５１の出力がローレベル電位の場合、マルチプレクサ２８１の
出力端子Ｙから出力される信号は、入力端子Ａに入力された信号、すなわち、電流制御回
路２３５からの信号である。マルチプレクサ２８１の出力端子Ｙから出力される、電流制
御回路２３５からの信号は、ＡＮＤ回路２８２の第３の入力端子に入力される。

ここで、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子には、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子からの
出力が入力される。ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子には、ヒステリシスコンパレー
タ２５１の出力が入力される。上述のように、ヒステリシスコンパレータ２５１の出力は
ローレベル電位なので、ＮＡＮＤ回路２８４の第１の入力端子に入力される電位もローレ
ベル電位である。

また上述のように、ヒステリシスコンパレータ２７１の出力がハイレベル電位であるので
、ＮＡＮＤ回路２８４の第２の入力端子に入力される電位もハイレベル電位である。

よって、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子から出力される電位は、ハイレベル電位である。
以上から、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力端子には、ＮＡＮＤ回路２８４の出力端子から
の出力であるハイレベル電位が入力される。

またＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力（
ローレベル電位）を、インバータ２７４に反転させた電位（ハイレベル電位）が入力され
る。

よって、ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ
回路２８２の第２の入力端子には、ハイレベル電位が入力される。ＡＮＤ回路２８２の第
３の入力端子には、マルチプレクサ２８１の入力端子Ａを介して、電流制御回路２３５の
出力が入力される。すなわち、ＡＮＤ回路２８２の出力は、電流制御回路２３５の出力に
対応する。

ＡＮＤ回路２８２の出力は、レベルシフタ２８３により信号の電圧範囲が変えられ、電力
変換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される。

電流制御回路２３５の出力に応じて、ｎチャネル型トランジスタ２１３がオン状態又はオ
フ状態となり、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が制御される。

以上により、ＮＴＣサーミスタ２２１で検出された温度が４０℃以上６０℃未満、かつ、
二次電池２０１の電圧値が第２の基準電圧値Ｖｒｅｆ２の電圧値を超えない場合は、電流
制御回路２３５が機能し、定電流充電が行われる。

ヒステリシスコンパレータ２５１の非反転入力端子に入力される二次電池２０１の電圧値
が、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧値を上回ると、ヒステリシスコンパレータ２５１の
出力が、ローレベル電位からハイレベル電位に反転する。

ハイレベル電位に反転したヒステリシスコンパレータ２５１の出力は、ＮＡＮＤ回路２８
４の第１の入力端子に入力される。

またヒステリシスコンパレータ２７１の出力がハイレベル電位であるので、ＮＡＮＤ回路
２８４の第２の入力端子に入力される電位もハイレベル電位である。よって、ＮＡＮＤ回
路２８４の出力はローレベル電位となる。

ＮＡＮＤ回路２８４の出力がローレベル電位であるので、ＡＮＤ回路２８２の第２の入力
端子にはローレベル電位が入力され、ＡＮＤ回路２８２の出力端子から、ローレベル電位
が出力される。

ＡＮＤ回路２８２の出力であるローレベル電位は、レベルシフタ２８３を介して、電力変
換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される。

電力変換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートには、ローレベル電位が
印加されるため、ｎチャネル型トランジスタ２１３はオフ状態となる。これにより、直流
電源２１６から二次電池２０１への充電が停止され、充電は終了する。

＜＜＜６０℃以上９０℃未満＞＞＞
ヒステリシスコンパレータ２７１及びヒステリシスコンパレータ２７２の出力がローレベ
ル電位からハイレベル電位に反転し、ヒステリシスコンパレータ２７３の出力が反転しな
い（ローレベル電位）場合、すなわち、ＮＴＣサーミスタ２２１の検出した温度が６０℃
以上９０℃未満の場合、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力であるハイレベル電位が
インバータ２７４によってローレベル電位に反転する。

インバータ２７４から出力されたローレベル電位は、ＡＮＤ回路２８２の第１の入力端子
に入力される。これにより、ＡＮＤ回路２８２の出力端子から、ローレベル電位が出力さ
れる。

ＡＮＤ回路２８２の出力であるローレベル電位は、レベルシフタ２８３を介して、電力変
換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートに印加される。

電力変換回路２１５のｎチャネル型トランジスタ２１３のゲートには、ローレベル電位が
印加されるため、ｎチャネル型トランジスタ２１３はオフ状態となる。これにより、直流
電源２１６から二次電池２０１への充電が抑制される。

また、インバータ２７４から出力されたローレベル電位は、端子ＣＨＡを介して充電制御
スイッチ２０５に入力され、ｎチャネル型トランジスタ２０４のゲートに印加される電圧
により、ｎチャネル型トランジスタ２０４がオフ状態となる。これにより、二次電池２０
１への充電が抑制される。

＜＜＜９０℃以上＞＞＞
ヒステリシスコンパレータ２７１乃至ヒステリシスコンパレータ２７３の出力がローレベ
ル電位からハイレベル電位に反転した場合、すなわち、ＮＴＣサーミスタ２２１の検出し
た温度が９０℃以上の場合、ヒステリシスコンパレータ２７２の出力がハイレベル電位が
インバータ２７４により反転され、ローレベル電位がＡＮＤ回路の第１の入力端子に入力
される。これにより、直流電源２１６から二次電池２０１への充電が抑制される。

またヒステリシスコンパレータ２７３の出力がローレベル電位からハイレベル電位に反転
した場合、ヒステリシスコンパレータ２７３の出力であるハイレベル電位が、インバータ
２７５により反転され、ローレベル電位となる。当該ローレベル電位が、端子ＤＩＳを介
して放電制御スイッチ２０８に入力され、ｎチャネル型トランジスタ２０７のゲートに印
加される。これにより、ｎチャネル型トランジスタ２０７がオフ状態となる。これにより
、二次電池２０１への充電だけでなく、二次電池２０１からの放電も抑制される。

以上説明したように、図１０及び図１１に示す充電装置２００では、温度検出素子である
ＮＴＣサーミスタ２２１により検出された二次電池２０１の電池温度又は環境温度により
、充電の可否を判断し、充電を行う場合は、定電流充電を行うか、又は定電圧充電を行う
か、をさらに制御する。さらに、図１０及び図１１に示す充電装置２００では、二次電池
２０１の電池温度又は環境温度により、放電の可否も制御する。

以上述べた充電装置により、リチウム二次電池の電極の劣化を抑制することができる。

また、以上述べた充電装置により、リチウム二次電池の電池特性の劣化を抑制することが
できる。

＜リチウム二次電池の作製方法＞
まず、正極１０２の作製方法について以下に述べる。

粒子状の正極活物質（リン酸鉄リチウム）、結着剤、導電助剤を含むスラリーを形成する
。次いで正極集電体１００の表面に、当該スラリーを塗布する。当該スラリーが塗布され
た正極集電体１００を加熱することにより、正極活物質を焼成する。以上により、正極集
電体１００上に、正極活物質層１０１を形成する。

なお、正極活物質層をグラフェンで覆う構成にする場合の作製方法について述べる。

まず、粒子状の正極活物質（リン酸鉄リチウム）、及び酸化グラフェンを含むスラリーを
形成する。ここで、結着剤、導電助剤が必要であればこれらを加えてスラリーを形成して
もよい。次いで正極集電体１００の表面に、当該スラリーを塗布する。その後、還元雰囲
気での加熱により還元処理を行って、正極活物質を焼成すると共に、酸化グラフェンに含
まれる酸素を脱離させ、グラフェンに間隙を形成する。なお、酸化グラフェンに含まれる
酸素は全て脱離されず、一部の酸素はグラフェンに残存する。

以上の工程により、正極集電体１００上に正極活物質層１０１を形成することができる。
この結果、正極活物質層１０１の導電性が高まる。酸化グラフェンは酸素を含むため、極
性溶媒中では負に帯電する。この結果、酸化グラフェンは互いに分散する。このため、ス
ラリーに含まれる正極活物質が凝集しにくくなり、焼成による正極活物質の粒径の増大を
低減することができる。このため、正極活物質内の電子の移動が容易となり、正極活物質
層１０１の導電性を高めることができる。

負極１０７の作製方法について以下に述べる。

粒子状の負極活物質（黒鉛）、結着剤、導電助剤を含むスラリーを形成する。次いで負極
集電体１０５の表面に、当該スラリーを塗布する。当該スラリーが塗布された負極集電体
１０５を加熱することにより、負極活物質を焼成する。以上により、負極集電体１０５上
に、負極活物質層１０６を形成する。

なお、負極活物質層１０６をグラフェンで覆う構成にする場合の作製方法について述べる
。

粒子状の負極活物質及び酸化グラフェンを含むスラリーを形成する。具体的には、粒子状
の負極活物質と、酸化グラフェンを含む分散液を用いて混練し、スラリーを形成する。こ
こで、結着剤、導電助剤が必要であればこれらを加えてスラリーを形成してもよい。

次に負極集電体１０５上に、当該スラリーを塗布する。そして、一定時間、真空乾燥を行
って、負極集電体１０５上に塗布したスラリーから溶媒を除去する。

その後、電気エネルギーを用いて電気化学的に酸化グラフェンを還元して、グラフェンを
生成する。以上の工程により、負極集電体１０５の上に負極活物質層１０６を形成できる
。

なお、負極活物質層１０６をグラフェンで覆う覆わないにかかわらず、負極活物質層１０
６にリチウムをプレドープしてもよい。リチウムのプレドープ方法としては、スパッタリ
ング法により負極活物質層１０６表面にリチウム層を形成してもよい。または、負極活物
質層１０６の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層１０６にリチウムをプレド
ープすることができる。

＜リチウム二次電池の別の構造＞
図５は、図１とは異なる構造を有するリチウム二次電池である。

図５（Ａ）は、リチウム二次電池１５１の上面図である。図５（Ａ）に示すリチウム二次
電池１５１は、外装部材１５３の内部に蓄電セル１５５を有する。また、蓄電セル１５５
に接続する端子部１５７及び端子部１５９を有する。外装部材１５３は、ラミネートフィ
ルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いること
ができる。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すリチウム二次電池１５１のＸ−Ｙ線における断面を示す
図である。図５（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、
負極１６３及び正極１６５の間に設けられるセパレータ１６７と、外装部材１５３中を満
たす電解液１６９とを有する。図５に示すリチウム二次電池１５１では、正極１６５、負
極１６３、及びセパレータ１６７が積層された構造を有している。

なお、本実施の形態では、リチウム二次電池１５１の外部形態として、密封された薄型リ
チウム二次電池を示しているが、これに限定されない。リチウム二次電池１５１の外部形
態として、ボタン型リチウム二次電池、円筒型リチウム二次電池、角型リチウム二次電池
など様々な形状を用いることができる。また、図５では、正極１６５、負極１６３、及び
セパレータ１６７が積層された構造を示したが、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。

正極集電体１７５は、端子部１５７と接続される。また負極集電体１７１は、端子部１５
９と接続される。また端子部１５７および端子部１５９は、それぞれ一部が外装部材１５
３の外側に導出されている。

正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７を有する。正極活物質層１７７
は、正極集電体１７５の一方又は両方の面に形成される。また正極活物質層１７７には結
着剤及び導電助剤が含まれていてもよい。

正極集電体１７５は、図１の正極集電体１００と同様の形状及び同様の材料を用いればよ
い。また正極活物質層１７７は、図１の正極活物質層１０１と同様の材料を用い、同様の
作製方法にて作製すればよい。

なお、正極集電体１７５を用いず、正極活物質層１７７に適用できる材料単体を正極とし
て用いてもよい。

負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３を有する。負極活物質層１７３
は、負極集電体１７１の一方又は両方の面に形成される。また、負極活物質層１７３には
結着剤及び導電助剤が含まれていてもよい。

負極集電体１７１は、図１の負極集電体１０５と同様の形状及び同様の材料を用いればよ
い。また、負極活物質層１７３は、図１の負極活物質層１０６と同様の材料を用い、同様
の作製方法にて作製すればよい。

なお、負極集電体１７１を用いず、負極活物質層１７３に適用できる材料単体を負極とし
て用いてもよい。

電解液１６９は、溶質及び溶媒を有している。電解液１６９の溶質及び溶媒としては、図
１の電解液１１１と同様の材料を用いればよい。

また、セパレータ１６７として、図１のセパレータ１１０と同様の材料を用いればよい。

＜電気機器＞
本発明の一態様に係るリチウム二次電池は、電力により駆動する様々な電気機器の電源と
して用いることができる。

本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いた電気機器の具体例として、テレビ、モニ
タ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型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、ポータブルＣＤプレーヤ、
ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コー
ドレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、
電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、
デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、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、エアコンディショナー、加湿器、
除湿器などの空調設備、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、チェーンソー等の工具
、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルト
コンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、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蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、リチウム二次
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、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、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、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、消費電力の殆ど全てを賄うための主電源として、本発明の一態様
に係るリチウム二次電池を用いることができる。或いは、上記電気機器は、上記主電源や
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リチウム二次電池を用いることができる。或
いは、上記電気機器は、上記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リチウム
二次電池を用いることができる。

図６に、上記電気機器の具体的な構成を示す。図６において、表示装置８０００は、本発
明の一態様に係るリチウム二次電池８００４を用いた電気機器の一例である。具体的に、
表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００
２、スピーカ部８００３、リチウム二次電池８００４等を有する。本発明の一態様に係る
リチウム二次電池８００４は、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００
は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電池８００４に蓄積
された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受
けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８００４を無停電電源として
用いることで、表示装置８０００の利用が可能となる。

表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光
装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉ
ｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。

なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など
、全ての情報表示用表示装置が含まれる。

図６において、据え付け型の照明装置８１００は、本発明の一態様に係るリチウム二次電
池８１０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０
１、光源８１０２、リチウム二次電池８１０３等を有する。図６では、リチウム二次電池
８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設け
られている場合を例示しているが、リチウム二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に
設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもで
きるし、リチウム二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停
電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチ
ウム二次電池８１０３を無停電電源として用いることで、照明装置８１００の利用が可能
となる。

なお、図６では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示している
が、本発明の一態様に係るリチウム二次電池は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５
、床８１０６、窓８１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし
、卓上型の照明装置などに用いることもできる。

また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができ
る。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光
素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。

図６において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、本
発明の一態様に係るリチウム二次電池８２０３を用いた電気機器の一例である。具体的に
、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、リチウム二次電池８２０３等を有
する。図６では、リチウム二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を
例示しているが、リチウム二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。
或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、リチウム二次電池８２０３が設けら
れていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもでき
るし、リチウム二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機
８２００と室外機８２０４の両方にリチウム二次電池８２０３が設けられている場合、停
電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチ
ウム二次電池８２０３を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が
可能となる。

なお、図６では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例
示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンデ
ィショナーに、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることもできる。

図６において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８３
０４を用いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０
１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、リチウム二次電池８３０４等を有する。
図６では、リチウム二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷
凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電
池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源か
ら電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８３０４を
無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫８３００の利用が可能となる。

なお、上述した電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気
機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助
するための補助電源として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることで、電
気機器の使用時に商用電源のブレーカが落ちるのを防ぐことができる。

また、電気機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量の
うち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、リチ
ウム二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるの
を抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用
扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、リチウム二次電池８
３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３
０３の開閉が行われる昼間において、リチウム二次電池８３０４を補助電源として用いる
ことで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。

次に、電気機器の別の一例である携帯情報端末について、図７を用いて説明する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図７（Ａ）は、開
いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３
１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り
替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。

表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示され
た操作キー９６３８に触れることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３
１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域
がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３
１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６
３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示
画面として用いることができる。

また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部
をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード
表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで
表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。

また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタ
ッチ入力することもできる。

また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きを
切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えス
イッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光
の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光セン
サだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を
内蔵させてもよい。

また、図７（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示して
いるが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の
品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルと
してもよい。

図７（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３
３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有す
る。なお、図７（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、Ｄ
ＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示しており、バッテリー９６３５は、上
記実施の形態で説明したリチウム二次電池を有している。

なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態に
することができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐
久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。

また、この他にも図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（
静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表
示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機
能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することが
できる。

タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、
表示部、また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９６３３は、
筐体９６３０の片面または両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的
に行う構成とすることができる。なお、バッテリー９６３５としては、本発明の一態様に
係るリチウム二次電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図７（Ｃ）に
ブロック図を示し説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、
ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部
９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コン
バータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３
４に対応する箇所となる。

まず、外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する
。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣ
ＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に
太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ
９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示
部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリ
ー９６３５の充電を行う構成とすればよい。

なお、太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、
圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバ
ッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送
受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構
成としてもよい。

さらに、電気機器の別の一例である移動体の例について、図８を用いて説明する。

移動体では、上述のリチウム二次電池を制御用のバッテリーに用いることができる。制御
用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電を
することができる。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
給により充電をすることができる。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、電気自動車の一例を示している。電気自動車９７００には
、リチウム二次電池９７０１が搭載されている。リチウム二次電池９７０１の電力は、制
御回路９７０２により出力が調整されて、駆動装置９７０３に供給される。制御回路９７
０２は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有する処理装置９７０４によって制御さ
れる。

駆動装置９７０３は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を
組み合わせて構成される。処理装置９７０４は、電気自動車９７００の運転者の操作情報
（加速、減速、停止など）や走行時の情報（上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負
荷情報など）の入力情報に基づき、制御回路９７０２に制御信号を出力する。制御回路９
７０２は、処理装置９７０４の制御信号により、リチウム二次電池９７０１から供給され
る電気エネルギーを調整して駆動装置９７０３の出力を制御する。交流電動機を搭載して
いる場合は、図示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。

リチウム二次電池９７０１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電する
ことができる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてリチウム二次電池９７０１に充
電する。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。リチウム二次電池９７０１として、本発明の一態
様に係るリチウム二次電池を搭載することで、充電時間の短縮化などに寄与することがで
き、利便性を向上させることができる。また、充放電速度の向上により、電気自動車９７
００の加速力の向上に寄与することができ、電気自動車９７００の性能の向上に寄与する
ことができる。また、リチウム二次電池９７０１の特性の向上により、リチウム二次電池
９７０１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、上記実施の形態で説明したリチウム二次電池を具備していれば、図６、図７、及び
図８に示した電気機器に特に限定されないことは言うまでもない。

１００ 正極集電体
１０１ 正極活物質層
１０２ 正極
１０５ 負極集電体
１０６ 負極活物質層
１０７ 負極
１１０ セパレータ
１１１ 電解液
１１７ 正極活物質
１１８ グラフェン
１２０ 筐体
１２１ 端子部
１２２ 端子部
１３０ リチウム二次電池
１３２ 負極活物質
１３３ グラフェン
１５１ リチウム二次電池
１５３ 外装部材
１５５ 蓄電セル
１５７ 端子部
１５９ 端子部
１６３ 負極
１６５ 正極
１６７ セパレータ
１６９ 電解液
１７１ 負極集電体
１７３ 負極活物質層
１７５ 正極集電体
１７７ 正極活物質層
２００ 充電装置
２０１ 二次電池
２０２ 抵抗
２０３ ダイオード
２０４ ｎチャネル型トランジスタ
２０５ 充電制御スイッチ
２０６ ダイオード
２０７ ｎチャネル型トランジスタ
２０８ 放電制御スイッチ
２０９ 負荷
２１１ コイル
２１２ ダイオード
２１３ ｎチャネル型トランジスタ
２１５ 電力変換回路
２１６ 直流電源
２１７ 電力供給部
２２１ ＮＴＣサーミスタ
２２２ 制御回路
２３１ 計装アンプ
２３２ コンパレータ
２３３ フリップフロップ
２３４ 発振回路
２３５ 電流制御回路
２４１ エラーアンプ
２４２ コンパレータ
２４３ 三角波発振回路
２４４ 電圧制御回路
２５１ ヒステリシスコンパレータ
２５２ 電流−電圧制御切替回路
２６１ 抵抗
２６２ 抵抗
２６３ 抵抗
２６４ 抵抗
２６５ 抵抗
２７１ ヒステリシスコンパレータ
２７２ ヒステリシスコンパレータ
２７３ ヒステリシスコンパレータ
２７４ インバータ
２７５ インバータ
２７６ 温度制御切替回路
２８１ マルチプレクサ
２８２ ＡＮＤ回路
２８３ レベルシフタ
２８４ ＮＡＮＤ回路
２８５ レベルシフタ
２８６ レベルシフタ
８０００ 表示装置
８００１ 筐体
８００２ 表示部
８００３ スピーカ部
８００４ リチウム二次電池
８１００ 照明装置
８１０１ 筐体
８１０２ 光源
８１０３ リチウム二次電池
８１０４ 天井
８１０５ 側壁
８１０６ 床
８１０７ 窓
８２００ 室内機
８２０１ 筐体
８２０２ 送風口
８２０３ リチウム二次電池
８２０４ 室外機
８３００ 電気冷凍冷蔵庫
８３０１ 筐体
８３０２ 冷蔵室用扉
８３０３ 冷凍室用扉
８３０４ リチウム二次電池
９０３３ 留め具
９０３４ スイッチ
９０３５ 電源スイッチ
９０３６ スイッチ
９０３８ 操作スイッチ
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３１ａ 表示部
９６３１ｂ 表示部
９６３２ａ 領域
９６３２ｂ 領域
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ コンバータ
９６３８ 操作キー
９６３９ ボタン
９７００ 電気自動車
９７０１ リチウム二次電池
９７０２ 制御回路
９７０３ 駆動装置
９７０４ 処理装置

Claims (1)

1. リチウム二次電池の電池温度をＴとし、任意の温度をＴ１、Ｔ２、Ｔ３（ただし、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）とするとき、
   Ｔ＜Ｔ１の場合、充電は、所定の電圧に到達するまで定電流により行った後、定電圧により行い、放電も可能であり、
   Ｔ１≦Ｔ＜Ｔ２の場合、充電は、定電流のみにより行い、放電も可能であり、
   Ｔ２≦Ｔ＜Ｔ３の場合、充電を行わず、放電のみ可能であり、
   Ｔ３≦Ｔの場合、充電も放電も行わないことを特徴とするリチウム二次電池の充放電方法。