CN105552303B - 二次电池及二次电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个方式的目的是提供一种负极及使用该负极的二次电池。为了达到上述目的，在本发明的一个方式中，在负极活性物质层和负极集电体中设置多个凹凸。通过利用设置在负极活性物质层中的多个凹凸，可以吸收负极活性物质的膨胀，由此抑制其变形。另外，通过利用设置在负极集电体中的多个凹凸，可以抑制由于负极活性物质的膨胀及收缩导致的负极集电体的变形。
Description
技术领域
本发明涉及物体、方法或制造方法。另外，本发明涉及工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。尤其是，本发明的一个方式涉及半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、它们的驱动方法及制造方法。尤其是，本发明的一个方式涉及二次电池用负极及二次电池。
背景技术
近年来，随着以智能手机或平板终端为代表的便携式信息终端、如笔记本电脑或便携式游戏机等移动设备的发展，对它们内置的小型、轻量、高能量密度电池的研究开发成为当务之急，已在开发其一部分。
为了提高二次电池的能量密度，重要的是提高负极的容量密度。但是，广泛被用作锂离子二次电池的负极活性物质的石墨的理论容量密度为372mAh/g，已达到与理论容量接近的360mAh/g以上的容量密度。
为了进一步提高二次电池的能量密度，已在研发其理论容量密度更高的负极活性物质，与锂成为合金的硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、它们的氧化物及合金等引人瞩目。
例如，专利文献1及专利文献2公开了将包含硅的材料用于负极活性物质的二次电池。
[专利文献1]国际专利申请公开WO2007/074654号公报
[专利文献2]日本专利申请公开2012-38528号公报
但是，上述与锂成为合金的材料、它们的氧化物及合金等具有伴随充放电产生的体积变化大的特征。例如，硅因与锂成为合金而膨胀，使得其体积增加了大约三倍。
由此，发生如下问题：负极活性物质因反复膨胀及收缩而成为微粉并从集电体剥落；负极活性物质膨胀，使得负极集电体伸长，由此在负极集电体中发生起皱等。当负极活性物质剥落时，二次电池的容量下降。另外，当在负极集电体中发生起皱时，包括外包装体的二次电池的体积变大，使得二次电池的能量密度下降。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个方式的目的是提供一种新颖的二次电池用负极及二次电池。具体而言，提供一种能够吸收由于负极活性物质成为合金导致的膨胀的负极及使用该负极的二次电池。
另外，本发明的一个方式的目的是提供一种新颖的蓄电装置、新颖的负极以及安装有使用该负极的二次电池的电子设备等。注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。另外，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，从说明书、附图以及权利要求书等的记载中可自然得知上述目的以外的目的，并可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中提出上述目的以外的目的。
为了达到上述目的，在本发明的一个方式中，在负极活性物质层及负极集电体中设置多个凹凸。通过利用设置在负极活性物质层中的多个凹凸，可以吸收负极活性物质的膨胀，由此抑制其变形。另外，通过利用设置在负极集电体中的多个凹凸，可以抑制由于负极活性物质的膨胀及收缩导致的负极集电体的变形。
本发明的一个方式是一种二次电池，包括负极、正极、电解液以及隔离体，其中负极包括负极集电体及负极活性物质层，负极活性物质层包括作为负极活性物质的含硅化合物，负极活性物质层包括第一凹凸及第二凹凸，负极集电体包括第三凹凸及第四凹凸，负极活性物质层的第一凹凸与负极集电体的第三凹凸重叠，并且负极活性物质层的第二凹凸与负极集电体的第四凹凸重叠。
根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的二次电池用负极及二次电池。具体而言，可以提供一种能够吸收由于负极活性物质成为合金导致的膨胀的负极及使用该负极的二次电池。
另外，可以提供一种新颖的蓄电装置、新颖的二次电池用负极以及安装有二次电池的电子设备等。另外，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。另外，本发明的一个方式并不需要实现所有上述效果。另外，从说明书、附图以及权利要求书等的记载中可自然得知上述效果以外的效果，并可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中提出上述效果以外的效果。
附图说明
图1A至图1C是可以用于二次电池的负极的俯视图及截面图；
图2A至图2D是可以用于二次电池的负极的截面图；
图3A1-A3和图3B1-B2是可以用于二次电池的负极的俯视图；
图4是说明二次电池的例子的透视图；
图5A和图5B是说明二次电池的例子的截面图；
图6A至图6D是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图7A和图7B是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图8A至图8C是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图9A和图9B是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图10A和图10B是说明二次电池及二次电池的制造方法的例子的图；
图11A和图11B是说明二次电池的例子的图；
图12A至图12C是说明二次电池的例子的图；
图13A至图13C是说明二次电池的例子的图；
图14A和图14B是说明蓄电***的例子的图；
图15A1-A2和图15B1-B2是说明蓄电***的例子的图；
图16A和图16B是说明蓄电***的例子的图；
图17是说明蓄电装置的电池控制单元的方框图；
图18A至图18C是说明蓄电装置的电池控制单元的概念图；
图19是说明蓄电装置的电池控制单元的电路图；
图20是说明蓄电装置的电池控制单元的电路图；
图21A至图21C是说明蓄电装置的电池控制单元的概念图；
图22是说明蓄电装置的电池控制单元的方框图；
图23是说明蓄电装置的电池控制单元的流程图；
图24A至图24F是说明电子设备的例子的图；
图25A至图25C是说明电子设备的例子的图；
图26是说明电子设备的例子的图；
图27是说明电子设备的例子的图；
图28A和图28B是说明电子设备的例子的图；
图29A和图29B是充放电之前的负极的照片；
图30A至图30C是充放电之后的负极的X射线CT影像；
图31A至图31C是充放电之后的负极的照片；
图32是示出二次电池的充放电特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解可对其方式和详细内容进行各种变换。另外，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。
为了容易理解，有时附图等中所示的各构成要素的位置、大小、长度、范围等不表示实际上的位置、大小、长度、范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图等中所公开的位置、大小、长度、范围等。
“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1A至图3A1-A3和3B1-B2说明可以用于本发明的一个方式的二次电池的负极。
图1A是负极111的俯视图，该负极111可以用于根据本发明的一个方式的二次电池。图1B示出沿图1A的X1-X2的截面，而图1C示出沿图1A的Y1-Y2的截面。
负极111具有负极集电体101及形成在负极集电体101上的负极活性物质层102。负极活性物质层102包含负极活性物质。另外，负极活性物质层102也可以包含用来提高负极活性物质的紧密性的粘结剂(binder)、用来提高负极活性物质层的导电性的导电助剂等。
只要在二次电池内不引起显著的化学变化而呈现高导电性，对用于负极集电体101的材料没有特别的限制。例如，可以使用金、铂、铁、镍、铜、铝、钛、钽、锰等金属及这些金属的合金(不锈钢等)。另外，也可以使用碳、镍或钛等进行覆盖。另外，也可以添加硅、钕、钪、钼等而提高耐热性。另外，集电体可以适当地使用包括箔状、片状、板状、网状、圆柱状、线圈状、冲孔金属网(punching metal)状、拉制金属网(expand metal)状、多孔状及无纺布在内的各种形态等的形状。并且，为了提高与活性物质的紧密性，集电体还可以在其表面具有微细的凹凸。另外，集电体的厚度优选为5μm以上、30μm以下。
作为负极活性物质层102所包含的负极活性物质，优选使用能够与锂离子发生合金或脱合金反应而进行充放电反应的材料。典型地说，可以举出硅(Si)、锡(Sn)、锌(Zn)、锗(Ge)、镓(Ga)、这些元素的氧化物及合金等。通过使用与锂成为合金的材料、这些材料的氧化物及合金等，与使用碳类负极材料的情况相比可以形成更高容量的二次电池。尤其是，硅的理论容量高。由此，在负极活性物质中特别优选使用SiO等含硅材料。
另外，SiO是指包括富含硅的部分的硅氧化物的粉末，也可以表示为SiOy(2＞y＞0)。例如SiO包括包含Si2O3、Si3O4或Si2O中的一种或多种的材料以及Si的粉末与二氧化硅(SiO2)的混合物。特别优选的是在每一个SiO粒子中分散有10μm以下的Si粒子的状态。由于分散有微小的Si粒子，所以可以抑制由Si的膨胀及收缩导致的SiO粒子的***。此时，SiO粒子的组成优选在SiOy(0.95≤y≤1.05)的范围内。另外，SiO有时还包含其他元素(碳、氮、铁、铝、铜、钛、钙、锰等)。也就是说，SiO是指包含选自单晶Si、非晶Si、多晶Si、Si2O3、Si3O4、Si2O、SiO2中的多种的材料，且SiO为有色材料。非SiO的SiOx(X为2以上)是无色透明或者是白色的，从而可以辨别。然而，在使用作为二次电池的材料的SiO制造二次电池后，有时充放电的反复等使SiO氧化而变质成SiO2。
作为能够与锂离子发生合金或脱合金反应而进行充放电反应的材料的其他例子，例如，可以使用包含Mg、Ca、Al、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、Hg以及In等中的至少一种的材料。作为使用这种元素的合金类材料，例如有Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等。
作为可以用于负极活性物质层102中的粘结剂(binder)，可以举出聚酰亚胺、PVDF、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物、丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、氟橡胶、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、硝酸纤维素等。尤其优选的是，聚酰亚胺的强度高，由此能够耐受伴随充放电产生的上述负极活性物质的膨胀及收缩。
作为可以用于负极活性物质层102的导电助剂，可以举出乙炔黑、石墨烯、石墨、氧化石墨烯、氧化石墨、碳纳米管、富勒烯等。
负极集电体101及负极活性物质层102分别具有多个凹凸。另外，负极集电体101的凹凸与负极活性物质层102的凹凸重叠。在图1A至图1C中，例示出负极集电体101及负极活性物质层102具有多个平行的直线状凹部。
如图1B和图1C所示，负极活性物质层102的凹部既可浅于负极活性物质层102的厚度又可深到露出负极集电体101的程度。换句话说，在负极活性物质层102的凹部底部的一部分中也可以露出负极集电体101。另外，也可以形成深度不相同的凹部。另外，如图1A所示，凹部的间隔也可以不相同。
因为在负极活性物质层102中具有凹部，所以即使使用伴随充放电产生的体积变化大的负极活性物质，也可以吸收负极活性物质的膨胀，由此抑制负极活性物质层102的变形。由此，可以抑制负极活性物质因伴随其体积反复膨胀及收缩的微粉化而从集电体剥落，以提高二次电池的循环特性。另外，可以抑制在负极活性物质膨胀的同时负极集电体101伸长，使得在负极集电体101中发生起皱，由此可以抑制负极的体积增加，防止二次电池的能量密度下降。
另外，因为在负极集电体101中具有凹部，所以可以进一步抑制伴随负极活性物质的膨胀及收缩产生的负极集电体的变形。
另外优选的是，形成负极集电体101及负极活性物质层102的凹凸的区域正是在装入二次电池时与正极重叠的区域。这是因为膨胀及收缩变大的负极活性物质正是与正极重叠的区域的负极活性物质。因此，图1A所示的负极集电体101及负极活性物质层102的凹部的长度L2优选与重叠于此的正极的宽度大致相等。
为了抑制伴随二次电池的充放电而在负极111表面析出锂，使负极111的面积大于正极是有效的。但是，当正极与负极111的面积的差异过大时，二次电池的能量密度下降。因此，例如，凹部长度L2优选为与凹部平行的负极集电体101的边长L1的80％以上、100％以下，更优选为85％以上、98％以下
另外优选的是，负极活性物质层102的凹凸中的凹部的深度H2足够深，使得容易地吸收负极活性物质的膨胀。因此，例如，H2优选为负极活性物质层102的厚度H1的90％以上、100％以下。
另外，负极集电体101及负极活性物质层102中的相邻的凹部之间的间隔W1足够窄，使得有利于吸收负极活性物质的膨胀，但是当间隔W1过窄时负极容量下降，使得二次电池的能量密度下降。因此，例如，W1优选为0.1mm以上、5mm以下，更优选为0.5mm以上、2mm以下。
另外，负极集电体101及负极活性物质层102中的凹部的宽度W2足够大，使得有利于吸收负极活性物质的膨胀，但是当宽度W2过大时负极容量下降，使得二次电池的能量密度下降。因此，例如，W2优选为W1以下。另外，W2优选为0.1mm以上、1mm以下，更优选为0.25mm以上、0.45mm以下。
负极活性物质层102及负极集电体101中的凹凸的形状不局限于图1A至图1C所示的形状。例如，如图2A所示，凹部也可以为近于三角柱的形状。另外，如图2B所示，凹部也可以为近于四角柱的形状。
再者，在图1A至图2B中，例示出在负极集电体101的一面形成有负极活性物质层102，但是，例如，如图2C及图2D所示，也可以在负极集电体101的两面形成有负极活性物质层102。通过在负极集电体101的两面形成负极活性物质层102，可以增加二次电池的容量。
当在负极集电体101的两面形成负极活性物质层102时，如图2C及图2D所示，一面的负极活性物质层102的凹部优选与另一面的负极活性物质层102的凹部不重叠。这是因为若两面的凹部重叠，则负极集电体101的强度恐怕会下降。
再者，凹凸的形成图案不局限于图1A至图2D所示的形状。例如，如图3A1所示，负极活性物质层102及负极集电体101的凹凸也可以形成为与负极集电体101的长边平行。另外，如图3A2所示，也可以形成为格子状。另外，如图3A3所示，也可以形成为六角形接连的形状。另外，如图3B1所示，也可以形成为三角形接连的形状。另外，如图3B2所示，也可以形成为同心圆的形状。
另外，在本实施方式中描述了本发明的一个方式。另外，在其他实施方式中描述了本发明的一个方式。但是，本发明的一个方式不局限于此。就是说，在本实施方式及其他实施方式中记载各种各样的发明的方式，由此本发明的一个方式不局限于特定的方式。例如，作为本发明的一个方式示出应用于锂离子二次电池的情况的例子，但是本发明的一个方式不局限于此。根据情况或状况，本发明的一个方式也可以应用于各种各样的二次电池、铅蓄电池、锂离子聚合物二次电池、镍氢蓄电池、镍镉蓄电池、镍铁蓄电池、镍锌蓄电池、氧化银锌蓄电池、固体电池、空气电池、一次电池、电容器或锂离子电容器等。另外，例如，根据情况或状况，本发明的一个方式也可以不应用于锂离子二次电池。例如，作为本发明的一个方式，例示出负极集电体或负极活性物质层具有凹凸的情况，但是本发明的一个方式不局限于此。根据情况或状况，在本发明的一个方式中，也可以在负极集电体或负极活性物质层以外的部分中具有凹凸。另外，例如，根据情况或状况，在本发明的一个方式中，负极集电体或负极活性物质层也可以具有凹凸以外的形状。另外，例如，根据情况或状况，在本发明的一个方式中，负极集电体或负极活性物质层也可以不具有凹凸。
实施方式2
在本实施方式中，参照图4及图5A和图5B对根据本发明的一个方式的二次电池更具体的结构及材料进行说明。在本实施方式中，以下例示出正极或负极之一被袋状的隔离体覆盖。
图4是示出二次电池200的外观的透视图。图5A是沿图4中的点划线A1-A2所示部位的截面图。另外，图5B是沿图4中的点划线B1-B2所示部位的截面图。
根据本发明的一个方式的二次电池200在外包装体207内包括被隔离体203覆盖的正极215、负极111及电解液204。另外，在本实施方式中，例示出在两面形成有正极活性物质层的正极集电体的个数为两个，在一面形成有负极活性物质层的负极集电体的个数为两个，且在两面形成有负极活性物质层的负极集电体的个数为一个的二次电池。另外，正极215与正极导线221电连接，负极111与负极导线225电连接。正极导线221及负极导线225也被称为导线电极或导线端子。正极导线221及负极导线225的一部分配置在外包装体的外侧。另外，二次电池200的充电及放电通过正极导线221及负极导线225进行。
另外，在图5A和图5B中，正极215被隔离体203覆盖，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，正极215也可以不被隔离体203覆盖。例如，也可以是负极111被隔离体203覆盖而不是正极215被覆盖。
[1.正极]
正极215由正极集电体205及在正极集电体205上形成的正极活性物质层206等构成。在图5A和图5B中，虽然示出在薄片状(或带状)的正极集电体205的两面设置有正极活性物质层206的例子，但是正极活性物质层206也可以设置在正极集电体205的一面。
作为正极集电体205，可以使用不锈钢、金、铂、铝、钛等金属及它们的合金等导电性高且不引起显著的化学变化的材料。另外，正极集电体205还可以使用添加有硅、钛、钕、钪、钼等提高耐热性的元素的铝合金。另外，也可以使用与硅反应形成硅化物的金属元素形成。作为与硅反应形成硅化物的金属元素，有锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴、镍等。正极集电体205可以适当地具有箔状、板状(薄片状)、网状、冲孔金属网状、拉制金属网状等形状。正极集电体205的厚度优选为5μm以上、30μm以下。另外，也可以在正极集电体205的表面使用石墨等设置基底层。
除了正极活性物质以外，正极活性物质层206还可以包含用来提高正极活性物质的紧密性的粘合剂(binder)以及用来提高正极活性物质层206的导电性的导电助剂等。
作为用于正极活性物质层206的正极活性物质，有具有橄榄石型结晶结构、层状岩盐型结晶结构或者尖晶石型结晶结构的复合氧化物等。作为正极活性物质，例如使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等化合物。
尤其是，LiCoO2具有容量大、与LiNiO2相比在空气中稳定、以及与LiNiO2相比热稳定等优点，所以是优选的。
另外优选的是，在LiMn2O4等含有锰的具有尖晶石型结晶结构的含锂材料中混合少量镍酸锂(LiNiO2或LiNi1-xMO2(M＝Co、Al等))时，可以提高使用上述材料的二次电池的特性。典型的是，可以举出由Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3的组成表示的材料。
或者，可以使用复合材料(通式为LiMPO4(M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一种以上)。作为通式LiMPO4的代表性实例，可以使用LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4(a+b为1以下，0＜a＜1，0＜b＜1)、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+e为1以下，0＜c＜1，0＜d＜1，0＜e＜1)、LiFefNigCohMniPO4(f+g+h+i为1以下，0＜f＜1，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1)等锂化合物作为材料。
尤其是，LiFePO4均衡地满足正极活性物质被要求的条件、诸如安全性、稳定性、高容量密度、初期氧化(充电)时能够抽出的锂离子的存在等，所以是优选的。
另外，可以使用通式为Li(2－j)MSiO4(M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一种以上，0≤j≤2)等复合材料。作为通式Li(2－j)MSiO4的锂化合物的代表性实例，可以使用Li(2－j)FeSiO4、Li(2－j)NiSiO4、Li(2－j)CoSiO4、Li(2－j)MnSiO4、Li(2－j)FekNilSiO4、Li(2－j)FekColSiO4、Li(2－j)FekMnlSiO4、Li(2－j)NikColSiO4、Li(2－j)NikMnlSiO4(k+l为1以下，0＜k＜1，0＜l＜1)、Li(2－j)FemNinCoqSiO4、Li(2－j)FemNinMnqSiO4、Li(2－j)NimConMnqSiO4(m+n+q为1以下，0＜m＜1，0＜n＜1，0＜q＜1)、Li(2－j)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u为1以下，0＜r＜1，0＜s＜1，0＜t＜1，0＜u＜1)等锂化合物作为材料。
另外，作为正极活性物质，可以使用以通式AxM2(XO4)3(A＝Li、Na、Mg，M＝Fe、Mn、Ti、V、Nb，X＝S、P、Mo、W、As、Si)表示的nasicon(ナシコン)型化合物。作为nasicon型化合物，有Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等。另外，作为正极活性物质，可以使用：以通式Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M＝Fe、Mn)表示的化合物；NaFeF3、FeF3等钙钛矿型氟化物；TiS2、MoS2等金属硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)；LiMVO4(M＝Mn、Co、Ni)等具有反尖晶石型结晶结构的氧化物；钒氧化物类(V2O5、V6O13、LiV3O8等)；锰氧化物；以及有机硫化合物等材料。
另外，在载体离子是锂离子以外的碱金属离子或者碱土金属离子的情况下，作为正极活性物质，也可以使用碱金属(例如，钠、钾等)、碱土金属(例如，钙、锶、钡、铍或镁等)代替锂。例如，作为正极活性物质，可以使用NaFeO2、Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2等含钠的层状氧化物。
作为正极活性物质，也可以使用上述材料中的多种组合而成的材料。例如，也可以使用上述材料中的多种组合而成的固溶体作为正极活性物质。例如，也可以使用LiCo1/ 3Mn1/3Ni1/3O2和Li2MnO3的固溶体作为正极活性物质。
另外，虽然未图示，但是也可以在正极活性物质层206的表面设置碳层等导电材料。通过设置碳层等导电材料可以提高电极的导电性。例如，通过在焙烧正极活性物质时混合葡萄糖等碳水化合物，可以形成覆盖正极活性物质层206的碳层。
粒状的正极活性物质层206的一次粒子的平均粒径为50nm以上、100μm以下即可。
作为导电助剂，可以使用乙炔黑(AB)、石墨(黑铅)粒子、碳纳米管、石墨烯、富勒烯等。
通过利用导电助剂，可以在正极215中形成导电网络。通过利用导电助剂，可以保持正极活性物质层206相互之间的导电路径。通过在正极活性物质层206中添加导电助剂，可以实现具有高导电性的正极活性物质层206。
另外，作为粘合剂，除了典型的聚偏氟乙烯(PVDF)之外，可以使用聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物、丁苯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、氟橡胶、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、硝酸纤维素等。
相对于正极活性物质层206的总重量，粘合剂的含量优选为1wt％以上、10wt％以下，更优选为2wt％以上、8wt％以下，进一步优选为3wt％以上、5wt％以下。另外，相对于正极活性物质层206的总重量，导电助剂的含量优选为1wt％以上、10wt％以下，更优选为1wt％以上、5wt％以下。
在通过涂覆法形成正极活性物质层206的情况下，将正极活性物质、粘合剂及导电助剂混合而制造正极浆料(slurry)，将其涂覆在正极集电体205上并进行干燥即可。
[2.负极]
作为负极111，可以使用在实施方式1中说明的负极。
另外，也可以在负极活性物质层102的表面形成石墨烯。例如，当负极活性物质为硅时，在充放电循环中伴随载体离子的吸留及释放而使得负极活性物质的体积发生很大的变化，由此负极集电体101与负极活性物质层102之间的紧密性降低，充放电导致电池特性的劣化。于是，通过在包含硅的负极活性物质层102的表面形成石墨烯，即使在充放电循环中硅的体积发生变化，也可以抑制负极集电体101与负极活性物质层102之间的紧密性的降低，从而减少电池特性的劣化，所以是优选的。
也可以在负极活性物质层102的表面形成氧化物等的覆膜。在充电时由于电解液的分解等而形成的覆膜不能将其形成时消耗的电荷量释放出来，从而形成不可逆容量。针对于此，通过将氧化物等的覆膜预先设置在负极活性物质层102的表面，可以抑制或防止产生不可逆容量。
作为这种覆盖负极活性物质层102的覆膜，可以使用铌、钛、钒、钽、钨、锆、钼、铪、铬、铝或硅中的任一种的氧化膜，或者使用包含这些元素中的任一种及锂的氧化膜。与现有的因电解液的分解生成物而在负极表面形成的覆膜相比，这种覆膜为充分致密的膜。
例如，氧化铌(Nb2O5)的导电率低达10-9S/cm，表现出高的绝缘性。因此，氧化铌膜妨碍负极活性物质与电解液之间的电化学分解反应。另一方面，氧化铌的锂扩散系数为10- 9cm2/sec，具有高的锂离子导电性。因此，其能够使锂离子透过。另外，也可以使用氧化硅或氧化铝。
在覆盖负极活性物质层102的覆膜的形成方面，例如可以使用溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法是一种形成薄膜的方法，其中通过水解反应及缩聚反应使含金属醇盐或金属盐等的溶液成为失去流动性的凝胶，再对该凝胶进行焙烧来形成薄膜。由于溶胶-凝胶法是从液相形成薄膜的方法，所以可以在分子水平上均匀地混合原料。由此，通过对溶剂阶段的金属氧化膜的原料添加石墨等负极活性物质，可以容易在凝胶中分散活性物质。如此，可以在负极活性物质层102表面形成覆膜。通过使用该覆膜，可以防止蓄电体的容量的降低。
[3.隔离体]
作为用来形成隔离体203的材料，可以使用纤维素、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丁烯、尼龙、聚酯、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、四氟乙烯等多孔绝缘体。另外，也可以使用玻璃纤维等无纺布或玻璃纤维与高分子纤维复合的隔膜。
[4.电解液]
作为用于二次电池200的电解液204的溶剂，优选使用非质子有机溶剂，例如，可以以任意组合及比率使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯、碳酸氯乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、二甲氧基乙烷(DME)、二甲亚砜、二***、二甘醇二甲醚(methyl diglyme)、乙腈、苄腈、四氢呋喃、环丁砜、磺内酯等溶剂之中的一种或两种以上。
另外，通过使用凝胶化的高分子材料作为电解液的溶剂，防漏液性的安全性得到提高。并且，能够实现二次电池的薄型化及轻量化。作为凝胶化的高分子材料的代表性实例，有硅酮凝胶、丙烯酸凝胶、丙烯腈凝胶、聚氧乙烯类凝胶、聚氧丙烯类凝胶、氟类聚合物凝胶等。
另外，作为电解液的溶剂，通过使用一种或多种具有阻燃性及难挥发性的离子液体(室温熔融盐)，即使因蓄电体的内部短路、过充电等而使内部温度上升也可以防止二次电池的破裂或起火等。
另外，作为溶解于上述溶剂中的电解质，当将锂离子用于载体时，例如可以以任意组合及比率使用LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C4F9SO2)(CF3SO2)、LiN(C2F5SO2)2等锂盐中的一种或两种以上。
作为用于二次电池的电解液，优选使用粒状的尘埃或电解液的构成元素以外的元素(下面，简单地称为“杂质”)的含量少的高纯度化的电解液。具体而言，杂质相对于电解液的重量比为1％以下，优选为0.1％以下，更优选为0.01％以下。另外，也可以向电解液中添加碳酸亚乙烯酯等添加剂。
[5.外包装体]
二次电池的外包装体的结构有各种种类，在本实施方式中采用使用薄膜形成外包装体207的结构。另外，用于形成外包装体207的薄膜使用单层薄膜或由多个单层薄膜形成的叠层薄膜，所述单层薄膜选自金属薄膜(铝、不锈钢、镍钢等)、由有机材料形成的塑料薄膜、包含有机材料(有机树脂或纤维等)及无机材料(陶瓷等)的混合材料薄膜、含碳无机膜(碳薄膜、石墨薄膜等)。金属薄膜容易进行压花加工，在利用压花加工形成凹部或凸部的情况下，暴露于外部空气的外包装体207的表面积增大，所以散热效果得到提高。
在二次电池200的形状因从外部施力而改变时，弯曲应力从外部施加到二次电池200的外包装体207，这有可能导致外包装体207的一部分发生变形或部分损坏。通过在外包装体207形成凹部或凸部，可以缓和因施加到外包装体207的应力而导致的应变。因此，可以提高二次电池200的可靠性。此外，应变是变形的尺度，其表示物体内的物质点相对于物体的基准(初始状态)长度的位移。通过在外包装体207中形成凹部或凸部，可以将因从外部对蓄电体施力导致的应变的影响抑制在可允许范围内。因此，可以提供可靠性良好的蓄电体。
本实施方式可以与其他实施方式及实施例适当地组合而实施。
实施方式3
在本实施方式中，参照图6A至图9B对二次电池200的制造方法的例子进行说明。
[1.用隔离体覆盖正极]
首先，在隔离体203上配置形成有正极活性物质层206的正极215(参照图6A)。接着，将隔离体203沿着图6A的虚线所示的部分折叠(参照图6B)，用隔离体203夹住正极215(参照图6C)。
接着，将正极215的外侧的隔离体203的***部分接合，形成袋状隔离体203(参照图6D)。隔离体203的***部分的接合既可以使用粘合材料等进行，又可以利用超声波焊接或加热融接来进行。
在本实施方式中，使用聚丙烯作为隔离体203，通过加热将隔离体203的***部分接合。图6D示出接合部203a。由此，可以用隔离体203覆盖正极215。隔离体203以覆盖正极活性物质层206的方式形成即可，而不需要覆盖正极215的整体。
此外，虽然在图6A至图6D中将隔离体203折叠了，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，也可以用两个隔离体夹住正极215。此时，也可以以基本上围绕四边的形式形成接合部203a。
另外，隔离体203的***部分的接合既可以以具有一定间隔的间隙的方式进行，又可以以一定间隔的点状进行接合。
另外，也可以只将隔离体203的***部分的一边接合。或者，也可以只将隔离体203的***部分的两边接合。或者，也可以将隔离体203的***部分的四边接合。由此，可以将四边变为均等状态。
另外，虽然在图6A至图6D等中描述了正极215被隔离体203覆盖的情况，但是本发明的一个方式不局限于此。例如，正极215也可以不被隔离体203覆盖。例如，也可以是负极111被隔离体203覆盖而不是正极215被覆盖。
在本实施方式中，使用在正极集电体的两面形成有正极活性物质层206的两个正极。
[2.准备负极]
接着，准备负极111，其在负极集电体及负极活性物质层中形成有凹凸。在本实施方式中，使用在负极集电体的一面形成有负极活性物质层的两个负极及在负极集电体的两面形成有负极活性物质层的一个负极。
[3.将导线连接到正极及负极]
接着，如图7A所示，将正极215和负极111层叠。
然后，通过在施加压力的同时照射超声波，使多个正极集电体205的正极极耳与具有密封层220的正极导线221电连接(超声波焊接)。
另外，导线电极容易因在制造蓄电体之后从外部施力所产生的应力而发生裂开或切断。
于是，当对正极导线221进行超声波焊接时，利用具有突起的一对焊接模具予以夹持，由此可以在正极极耳中形成连接区域222及弯曲部223(参照图7B)。
通过设置上述弯曲部223，可以缓和在制造二次电池200之后因从外部施力而产生的应力。因此，可以提高二次电池200的可靠性。
另外，不局限于在正极极耳中形成弯曲部223，而也可以将不锈钢等具有强度的材料用于正极集电体材料，并使正极集电体的膜厚为10μm以下，以易于缓和在制造二次电池之后因从外部施加外力而产生的应力。
当然无须赘言的是，可以组合多种上述方法来缓和正极极耳的应力集中。
然后，与正极集电体205同样，通过超声波焊接将负极集电体101的负极极耳和具有密封层220的负极导线225电连接。
[4.将外包装体的一边接合]
接着，将用于外包装体的薄膜在以虚线所示的部分处折叠(参照图8A)，通过热压合将重叠的一边接合。在图8B中，将通过热压合将外包装体207的一边予以接合的部位表示为接合部207a。
[5.密封]
接着，用外包装体207覆盖与正极导线221电连接的正极215以及与负极导线225电连接的负极111(参照图8C)。
接着，通过热压合将重叠于正极导线221及负极导线225的外包装体207的一边接合。与图8B同样，在图9A中，将通过热压合将外包装体207的一边予以接合的部位表示为接合部207a。
接着，从图9A所示的外包装体207没有密封的一边207b注入电解液204。并且，在进行抽真空、加热及加压的同时，对外包装体207没有密封的一边207b进行密封。上述操作通过使用手套箱等而在排出氧的环境下进行。优选的是，抽真空通过使用脱气封口机、注液封口机等进行。另外，通过使用封口机所具有的能够进行加热的两个棒状物夹住外包装体207，可以进行加热及加压。各条件例如可以为：真空度为60kPa，加热条件为190℃，加压条件为0.1MPa，时间为3秒钟。此时，也可以从外包装体207的上方进行加压。通过进行加压，可以从正极与负极之间排出注入电解液时混入的气泡。
经上述工序，可以制造二次电池200(参照图9B)。
[6.在进行时效处理之后，排出气体并再次密封]
在经上述工序制造二次电池200之后，优选进一步进行时效(ageing)的充放电。进一步而言，更优选在排出因进行时效时电解液分解等而产生的气体之后再次密封。
上述时效的充放电优选在向二次电池200的厚度方向(就是说，与二次电池的外包装体的长度、宽度、高度中的最短的部分平行)施加压力的同时进行。通过对二次电池200施加压力，可以进一步抑制在负极中产生的起皱等变形。所施加的压力可以为例如10MPa。
[7.变形例]
作为二次电池200的变形例，图10A示出二次电池200。图10A所示的二次电池200与图4的二次电池200之间的不同之处在于正极导线221和负极导线225的配置。具体而言，在图4的二次电池200中，正极导线221和负极导线225配置在外包装体207的同一边，而在图10A和图10B的二次电池200中，正极导线221和负极导线225配置在外包装体207的不同边。如此，在根据本发明的一个方式的二次电池中，可以自由地配置导线电极，从而使得其设计自由度高。因此，可以提高对根据本发明的一个方式的二次电池加以使用的产品的设计自由度。另外，可以提高对根据本发明的一个方式的二次电池加以使用的产品的生产率。
图10B是说明图10A的二次电池200的制造工序的图。其详细内容可以参照图4的二次电池200的制造方法。
另外，为了预先使得用于外包装体207的薄膜表面具有凹凸，可以进行压制加工，例如压花加工。通过使薄膜表面具有凹凸，作为二次电池的柔性及应力的缓和效果得到提高。利用压花加工在薄膜表面(或者薄膜背面)形成的凹部或凸部将形成空间(将该薄膜用作密封结构的壁的一部分)的容积可变的密闭空间。换言之，薄膜的凹部或凸部形成蛇腹状结构、波纹管状结构而构成该密闭空间。另外，本发明不局限于作为压制加工之一的压花加工，只要采用能够在薄膜的一部分上形成浮雕(relief)的方法即可。
根据本发明的一个方式的二次电池200使用高容量材料作为负极活性物质，由此可以减薄负极111的厚度。因此，本发明更合适于使二次电池200弯曲的情况或者实现柔性二次电池200的情况。
本实施方式可以与其他实施方式及实施例进行适当地组合而实施。
实施方式4
在本实施方式中，参照图11A至图16B说明根据本发明的二次电池的其他实例，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。
〈圆筒型二次电池〉
首先，作为二次电池的其他实例示出圆筒型二次电池。对于圆筒型二次电池，参照图11A和11B进行说明。如图11A所示，圆筒型二次电池600在顶面具有正极盖(电池盖)601，并在侧面及底面具有电池罐(外装罐)602。上述正极盖与电池罐(外装罐)602由垫片(绝缘垫片)610加以绝缘。
图11B是示意性地示出圆筒型二次电池的截面的图。在中空圆柱状电池罐602的内侧设置有电池元件，在该电池元件中，带状的正极604和负极606夹着隔离体605被卷起。虽然未图示，但是电池元件以中心销为中心被卷起。电池罐602的一端封闭，另一端开放。作为电池罐602，可以使用对电解液具有耐腐蚀性的镍、铝、钛等金属、它们的合金或者它们和其他金属的合金(例如不锈钢等)。另外，为了防止电解液所引起的腐蚀，电池罐602优选被镍或铝等覆盖。在电池罐602的内侧，正极、负极及隔离体被卷起的电池元件位于对置的一对绝缘板608和绝缘板609之间。另外，在设置有电池元件的电池罐602的内部注入有非水电解液(未图示)。作为非水电解液，可以使用与上述实施方式的二次电池相同的电解液。
与上述实施方式所示的薄型二次电池的正极及负极同样地制造正极604及负极606即可。另外，因为用于圆筒型二次电池的正极及负极被卷起，所以优选在集电体的两面形成活性物质。正极604与正极端子(正极集电导线)603连接，而负极606与负极端子(负极集电导线)607连接。正极端子603及负极端子607都可以使用铝等金属材料。将正极端子603焊接到安全阀机构612，将负极端子607焊接到电池罐602的内底。安全阀机构612与正极盖601通过PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)元件611电连接。当电池的内压上升而超过指定的阈值时，安全阀机构612切断正极盖601与正极604的电连接。另外，PTC元件611是在温度上升时其电阻增大的热敏电阻元件，并通过电阻的增大来限制电流量以防止异常发热。作为PTC元件，可以使用钛酸钡(BaTiO3)类半导体陶瓷等。
在图11A和11B中，虽然作为二次电池示出圆筒型二次电池，但是可以使用密封型二次电池、方型二次电池等各种形状的其他二次电池。另外，也可以采用正极、负极、隔离体多层层叠的结构以及正极、负极、隔离体被卷起的结构。例如，在图12A至图16B中示出其他二次电池的例子。
〈二次电池的结构的例子〉
图12A至图13C示出薄型二次电池的结构的例子。图12A所示的卷绕体993包括负极994、正极995以及隔离体996。
卷绕体993是以夹有隔离体996的方式使负极994与正极995重合并层叠，并且将该叠层片卷起而形成的。通过使用方型密封容器等包围该卷绕体993，制造方型二次电池。
另外，由负极994、正极995以及隔离体996构成的叠层的叠层个数根据所需的容量和元件体积适当地设计即可。负极994通过导线电极997和导线电极998中的一个与负极集电体(未图示)连接，正极995通过导线电极997和导线电极998中的另一个与正极集电体(未图示)连接。
在图12B及图12C所示的二次电池980中，在将作为外包装体的薄膜981和具有凹部的薄膜982通过热压合等贴合而形成的空间中容纳上述卷绕体993。卷绕体993包括导线电极997和导线电极998，并浸入处于薄膜981和具有凹部的薄膜982内部的电解液中。
薄膜981及具有凹部的薄膜982例如可以使用铝等金属材料或树脂材料。如果使用树脂材料作为薄膜981及具有凹部的薄膜982的材料，在从外部施力时可以使薄膜981及具有凹部的薄膜982变形，从而可以制造具有柔性的二次电池。
虽然在图12B及图12C中示出使用两个薄膜的例子，但是也可以将一个薄膜弯折而形成空间，并且在该空间中容纳上述卷绕体993。
另外，通过使薄型二次电池的外包装体或密封容器由树脂材料等构成，可以制造具有柔性的二次电池。但是，当使用树脂材料构成外包装体或密封容器时，使用导电材料作为连接到外部的部分。
图13A至图13C示出具有柔性的其他薄型二次电池的例子。图13A所示的卷绕体993与图12A所示的卷绕体相同，因此省略详细的说明。
在图13B及图13C所示的二次电池990中，由外包装体991包围上述卷绕体993。卷绕体993包括导线电极997及导线电极998，并浸入到处于由外包装体991、外包装体992包围的区域中的电解液中。外包装体991、外包装体992例如可以使用铝等金属材料或树脂材料。如果使用树脂材料作为外包装体991、外包装体992的材料，当从外部施力时可以使外包装体991、外包装体992变形，从而可以制造具有柔性的薄型二次电池。
〈蓄电***的结构的例子〉
参照图14A至图16B对蓄电***的结构的例子进行说明。在此，蓄电***例如是指安装有二次电池的设备。
图14A和图14B是示出蓄电***的外观图的图。蓄电***包括电路衬底900和二次电池913。在二次电池913上贴有标签910。并且，如图14B所示，蓄电***包括端子951和端子952、天线914和天线915。
电路衬底900包括端子911和电路912。端子911与端子951、端子952、天线914、天线915及电路912连接。另外，也可以设置多个端子911，将多个端子911分别用作控制信号输入端子、电源端子等。
电路912也可以设置在电路衬底900的背面。另外，天线914及天线915不局限于线圈状，例如也可以为线状、板状。另外，还可以使用平面天线、口径天线、行波天线、EH天线、磁场天线或介质天线等天线。或者，天线914或天线915也可以为平板状的导体。该平板状的导体也可以用作电场耦合用的导体之一。换言之，也可以将天线914或天线915用作电容器所具有的两个导体之一。由此，不但利用电磁场、磁场，而且还可以利用电场交换电力。
天线914的线宽度优选大于天线915的线宽度。由此，可以增大天线914所受的电量。
蓄电***在天线914及天线915与二次电池913之间具有层916。层916例如具有遮蔽来自二次电池913的电磁场的功能。作为层916，例如可以使用磁性体。
另外，蓄电***的结构不局限于图14A和图14B所示的结构。
例如，如图15A1及图15A2所示，也可以在图14A及图14B所示的二次电池913对置的两面上分别设置天线。图15A1示出从上述两面之一的侧方观察时的外观图，图15A2示出从上述两面的另一面的侧方观察时的外观图。另外，与图14A及图14B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援用图14A及图14B所示的蓄电***的说明。
如图15A1所示，在二次电池913的两面之一上隔着层916设置有天线914；如图15A2所示，在二次电池913的两面的另一面上隔着层917设置有天线915。层917例如具有遮蔽来自二次电池913的电磁场的功能。作为层917，例如可以使用磁性体。
通过采用上述结构，可以增大天线914和天线915两者的尺寸。
或者，如图15B1及图15B2所示，可以在图14A及图14B所示的二次电池913中对置的两面上分别设置不同的天线。图15B1示出从上述两面之一的侧方观察时的外观图，图15B2示出从上述两面的另一面的侧方观察时的外观图。另外，与图14A及图14B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援用图14A及图14B所示的蓄电***的说明。
如图15B1所示，在二次电池913的两面之一上隔着层916设置有天线914和天线915；如图15B2所示，在二次电池913的两面的另一面上隔着层917设置有天线918。天线918例如具有能够与外部设备进行数据通信的功能。作为天线918，例如可以使用能够应用于天线914及天线915的形状的天线。作为通过天线918在蓄电***与其他设备之间的通信方法，可以使用NFC等能够在蓄电***与其他设备之间使用的响应方式等。
或者，如图16A所示，也可以在图14A及图14B所示的二次电池913上设置显示装置920。显示装置920通过端子919与端子911电连接。另外，也可以不在设置有显示装置920的部分贴有标签910。另外，与图14A及图14B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援用图14A及图14B所示的蓄电***的说明。
在显示装置920上，例如可以显示表示是否正在进行充电的图像、表示蓄电量的图像等。作为显示装置920，例如可以使用电子纸、液晶显示装置、电致发光(也称为EL)显示装置等。例如，通过使用电子纸可以降低显示装置920的耗电量。
如图16B所示，也可以在图14A及图14B所示的二次电池913中设置传感器921。传感器921通过端子922与端子911电连接。另外，与图14A及图14B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援用图14A及图14B所示的蓄电***的说明。
传感器921例如可以具有能够测量如下参数的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转动数、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、斜率、振动、气味或红外线。通过设置传感器921，例如可以检测出表明设置有蓄电***的环境的数据(温度等)，也可将其储存在电路912中的存储器内。
在本实施方式所示的二次电池或蓄电***中，使用根据本发明的一个方式的电极。因此，可以提高二次电池或蓄电***的容量。另外，可以提高能量密度及可靠性。另外，可以延长使用寿命。
本实施方式可以与其他实施方式进行适当地组合而实施。
实施方式5
对于可以与包含上述实施方式所示负极的二次电池组合使用的电池控制单元(Battery Management Unit，BMU)以及适用于构成该电池控制单元的电路的晶体管，以下参照图17至图23加以说明。在本实施方式中，特别说明蓄电装置的电池控制单元，该蓄电装置具有串联连接的电池单元。
当对串联连接的多个电池单元反复进行充放电时，各电池单元之间的充放电特性变得不均匀，使得各电池单元的容量(输出电压)不同。串联连接的多个电池单元在整体放电时的容量取决于容量小的电池单元。在各电池单元的容量不均匀的情况下，放电时的整体容量变小。另外，当以容量小的电池单元为基准进行充电时，存在充电不足的忧虑。另外，当以容量大的电池单元为基准进行充电时，存在过充电的忧虑。
由此，对于具有串联连接的多个电池单元的蓄电装置的电池控制单元而言，其具有将电池单元之间的容量不均匀(充电不足或过充电的原因)予以拉平的功能。作为用来将电池单元之间的容量不均匀予以拉平的电路结构，有电阻方式、电容器方式或电感器方式等，这里，作为一个例子举出可以利用关态电流小的晶体管将容量不均匀予以拉平的电路结构来进行说明。
作为关态电流小的晶体管，优选为在沟道形成区中含有氧化物半导体的晶体管(OS晶体管)。通过将关态电流小的OS晶体管应用于蓄电装置的电路控制单元的电路结构，可以减少从电池泄漏的电荷量，以抑制随时间经过的容量下降。
作为用于沟道形成区的氧化物半导体，使用In-M-Zn氧化物(M是Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce或Nd)。在用来形成氧化物半导体膜的靶材中，假设金属元素的原子数比为In:M:Zn＝x1:y1:z1，x1/y1优选为1/3以上、6以下，更优选为1以上、6以下，z1/y1优选为1/3以上、6以下，更优选为1以上、6以下。另外，通过使z1/y1为1以上、6以下，可以容易地形成用作氧化物半导体膜的CAAC-OS膜。
这里，对CAAC-OS膜加以说明。
CAAC-OS膜是具有呈c轴取向的多个结晶部的氧化物半导体膜之一。
根据对透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)观察CAAC-OS膜的明场像及衍射图案的复合解析图像(也称为高分辨率TEM图像)进行观察，可以确认多个结晶部。另一方面，即使在高分辨率TEM图像中也无法确认结晶部彼此间的明确边界、即晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，不容易发生因晶界造成的电子迁移率的降低。
如果从大致平行于样品面的方向观察CAAC-OS膜的截面的高分辨率TEM图像，可确认在结晶部中金属原子排列为层状。各金属原子层具有反映了CAAC-OS膜的成膜面(也称为被形成面)或顶面的凸凹的形状，并以平行于CAAC-OS膜的被形成面或顶面的方式排列。
另一方面，如果从大致垂直于样品面的方向观察CAAC-OS膜的平面的高分辨率TEM图像，可确认在结晶部中金属原子排列为三角形状或六角形状。但是，在不同的结晶部之间金属原子的排列没有规律性。
如果使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)装置对CAAC-OS膜进行结构分析，例如当利用面外(out-of-plane)法分析包括InGaZnO4结晶的CAAC-OS膜时，在衍射角(2θ)为31°附近时会出现峰值。由于该峰值来源于InGaZnO4结晶的(009)面，由此可确认CAAC-OS膜的结晶具有c轴取向性，并且c轴朝向大致垂直于被形成面或顶面的方向。
另外，当利用面外法分析包括InGaZnO4结晶的CAAC-OS膜时，除了在2θ为31°附近的峰值之外，有时还在2θ为36°附近出现峰值。2θ为36°附近的峰值意味着CAAC-OS膜的一部分中含有不呈c轴取向的结晶。优选的是，CAAC-OS膜在2θ为31°附近时出现峰值而在2θ为36°附近时不出现峰值。
CAAC-OS膜是杂质浓度低的氧化物半导体膜。杂质是指氢、碳、硅、过渡金属元素等的氧化物半导体膜的主要成分以外的元素。尤其是，硅等元素因为其与氧的结合力比构成氧化物半导体膜的金属元素与氧的结合力更强，而成为因从氧化物半导体膜夺取氧而打乱氧化物半导体膜的原子排列，使得结晶性降低的主要因素。另外，铁或镍等重金属、氩、二氧化碳等因为其原子半径(或分子半径)大而在包含在氧化物半导体膜内部时，成为打乱氧化物半导体膜的原子排列而使得结晶性降低的主要因素。另外，包含在氧化物半导体膜中的杂质有时成为载流子陷阱或载流子发生源。
另外，CAAC-OS膜是缺陷态密度低的氧化物半导体膜。例如，氧化物半导体膜中的氧缺陷有时成为载流子陷阱，或者通过俘获氢而成为载流子发生源。
将杂质浓度低且缺陷态密度低(氧缺陷的个数少)的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较少的载流子发生源，因此可以降低载流子密度。因此，使用该氧化物半导体膜的晶体管很少具有负阈值电压的电特性(也称为常导通特性)。另外，高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较少的载流子陷阱。因此，使用该氧化物半导体膜的晶体管的电特性变动小，而成为可靠性高的晶体管。另外，被氧化物半导体膜的载流子陷阱俘获的电荷到被释放为止所需要的时间长，有时会表现为如同固定电荷。因此，使用杂质浓度高且缺陷态密度高的氧化物半导体膜的晶体管的电特性有时不稳定。
另外，在使用CAAC-OS膜的晶体管中，由可见光或紫外光的照射造成的电特性的变动小。
另外，因为OS晶体管的带隙比在沟道形成区中含有硅的晶体管(Si晶体管)大，所以不容易发生被施加高电压时的绝缘击穿。在串联连接电池单元的情况下产生几百V的电压，由此对于在蓄电装置中应用于这种电池单元的电池控制单元的电路而言，由上述OS晶体管构成是适宜的。
图17示出蓄电装置的方框图的一个例子。图17所示的蓄电装置BT00包括：端子对BT01；端子对BT02；切换控制电路BT03；切换电路BT04；切换电路BT05；变压控制电路BT06；变压电路BT07；以及电池部BT08，其包括串联连接的多个电池单元BT09。
另外，在图17的蓄电装置BT00中，可将由端子对BT01、端子对BT02、切换控制电路BT03、切换电路BT04、切换电路BT05、变压控制电路BT06以及变压电路BT07构成的部分称为电池控制单元。
切换控制电路BT03对切换电路BT04及切换电路BT05的工作进行控制。具体而言，切换控制电路BT03根据每个电池单元BT09的测定电压决定要放电的电池单元(放电电池单元组)及要充电的电池单元(充电电池单元组)。
再者，切换控制电路BT03根据上述所决定的放电电池单元组及充电电池单元组输出控制信号S1及控制信号S2。将控制信号S1输出到切换电路BT04。该控制信号S1是用来控制切换电路BT04以连接端子对BT01和放电电池单元组的信号。另外，将控制信号S2输出到切换电路BT05。该控制信号S2是用来控制切换电路BT05以连接端子对BT02和充电电池单元组的信号。
另外，切换控制电路BT03根据切换电路BT04、切换电路BT05以及变压电路BT07的结构产生控制信号S1及控制信号S2，以在端子对BT01与放电电池单元组之间或者在端子对BT02与充电电池单元组之间将同一极性的端子相互连接。
以下详细描述切换控制电路BT03的工作。
首先，切换控制电路BT03测定多个电池单元BT09的每一个的电压。然后，切换控制电路BT03例如将电压为规定阈值以上的电池单元BT09判断为高电压的电池单元(高电压单元)，并将电压低于规定阈值的电池单元BT09判断为低电压的电池单元(低电压单元)。
另外，可以使用各种方法判断高电压单元及低电压单元。例如，切换控制电路BT03也可以以多个电池单元BT09中的电压最高或电压最低的电池单元BT09为基准，判断各电池单元BT09是高电压单元还是低电压单元。在此情况下，切换控制电路BT03判定各电池单元BT09的电压相对于基准电压是否为规定比例以上等，由此可以判断各电池单元BT09是高电压单元还是低电压单元。然后，切换控制电路BT03根据上述判断结果决定放电电池单元组和充电电池单元组。
另外，在多个电池单元BT09中，高电压单元和低电压单元有可能在各种状态下混合存在。例如，在高电压单元和低电压单元混合存在的状态下，切换控制电路BT03将最多的高电压单元连续串联连接的部分作为放电电池单元组。另外，切换控制电路BT03将最多的低电压单元连续串联连接的部分作为充电电池单元组。另外，切换控制电路BT03也可以将近于过充电或过放电的电池单元BT09优先地选作放电电池单元组或充电电池单元组。
这里，参照图18A至图18C说明本实施方式中的切换控制电路BT03的工作实例。图18A至图18C是用来说明切换控制电路BT03的工作实例的图。另外，为了说明的方便起见，在图18A至图18C中，以四个电池单元BT09串联连接的情况为例进行说明。
首先，图18A示出在以电压Va至Vd表示电池单元a至d的电压时处于Va＝Vb＝Vc>Vd的关系的情况。就是说，串联连接有连续的三个高电压单元a至c和一个低电压单元d。在此情况下，切换控制电路BT03将三个高电压单元a至c判定为放电电池单元组。另外，切换控制电路BT03将低电压单元d判定为充电电池单元组。
其次，图18B示出处于Vc>Va＝Vb>>Vd的关系的情况。就是说，串联连接有连续的两个低电压单元a和b、一个高电压单元c以及一个即将成为过放电状态的低电压单元d。在此情况下，切换控制电路BT03将高电压单元c判定为放电电池单元组。另外，因为低电压单元d即将成为过放电状态，所以切换控制电路BT03不是将连续的两个低电压单元a和b判定为充电电池单元组，而是将低电压单元d优先地判定为充电电池单元组。
最后，图18C示出处于Va>Vb＝Vc＝Vd的关系的情况。就是说，串联连接有一个高电压单元a和连续的三个低电压单元b至d。在此情况下，切换控制电路BT03将高电压单元a判定为放电电池单元组。另外，切换控制电路BT03将连续的三个低电压单元b至d判定为充电电池单元组。
切换控制电路BT03根据上述如图18A至图18C所示例决定的结果，将控制信号S1和控制信号S2分别输出到切换电路BT04和切换电路BT05，控制信号S1设定了显示切换电路BT04的连接对象、即放电电池单元组的信息，控制信号S2设定了显示切换电路BT05的连接对象、即充电电池单元组的信息。
对有关切换控制电路BT03的工作的详细说明到此为止。
切换电路BT04根据从切换控制电路BT03输出的控制信号S1，将端子对BT01的连接对象设定为由切换控制电路BT03决定的放电电池单元组。
端子对BT01由成对端子A1及A2构成。切换电路BT04将该端子A1及A2中的任何一个连接于在放电电池单元组中位于最上游(高电位一侧)的电池单元BT09的正极端子，并将该端子A1及A2中的另一个连接于在放电电池单元组中位于最下游(低电位一侧)的电池单元BT09的负极端子，以设定端子对BT01的连接对象。另外，切换电路BT04根据在控制信号S1中设定的信息得知放电电池单元组的位置。
切换电路BT05根据从切换控制电路BT03输出的控制信号S2，将端子对BT02的连接对象设定为由切换控制电路BT03决定的充电电池单元组。
端子对BT02由成对端子B1及B2构成。切换电路BT05将该端子B1及B2中的任何一个连接于在充电电池单元组中位于最上游(高电位一侧)的电池单元BT09的正极端子，并将该端子B1及B2中的另一个连接于在充电电池单元组中位于最下游(低电位一侧)的电池单元BT09的负极端子，以设定端子对BT02的连接对象。另外，切换电路BT05根据在控制信号S2中设定的信息得知充电电池单元组的位置。
图19和图20是示出切换电路BT04及切换电路BT05的结构实例的电路图。
在图19中，切换电路BT04具有多个晶体管BT10、总线BT11及BT12。总线BT11与端子A1连接。而总线BT12与端子A2连接。多个晶体管BT10的源极和漏极之一分别交替连接于总线BT11及BT12。另外，多个晶体管BT10的源极和漏极中的另一方分别连接于相邻的两个电池单元BT09之间。
多个晶体管BT10中位于最上游的晶体管BT10的源极和漏极中的另一方与位于电池BT08最上游的电池单元BT09的正极端子连接。另外，多个晶体管BT10中位于最下游的晶体管BT10的源极和漏极中的另一方与位于电池BT08最下游的电池单元BT09的负极端子连接。
切换电路BT04根据被送至多个晶体管BT10的栅极的控制信号S1，使连接于总线BT11的多个晶体管BT10中的一个及连接于总线BT12的多个晶体管BT10中的一个分别成为导通状态，以连接放电电池单元组和端子对BT01。由此，放电电池单元组中位于最上游端的电池单元BT09的正极端子连接于端子对A1及A2中的任何一个。另外，放电电池单元组中位于最下游的电池单元BT09的负极端子连接于端子对的端子A1及A2中的另一个，即连接于未连接至正极端子的那个端子。
晶体管BT10优选使用OS晶体管。因为OS晶体管的关态电流小，所以可以减少从不属于放电电池单元组的电池单元泄漏的电荷量，以抑制随时间经过的容量下降。另外，OS晶体管不容易发生被施加高电压时的绝缘击穿。由此，即使放电电池单元组的输出电压大，也可以使连接于处于非导通状态的晶体管BT10的电池单元BT09和端子对BT01成为绝缘状态。
另外，在图19中，切换电路BT05具有多个晶体管BT13、电流控制开关BT14、总线BT15及总线BT16。总线BT15及BT16被配置在多个晶体管BT13与电流控制开关BT14之间。多个晶体管BT13的源极和漏极之一分别交替连接于总线BT15及BT16。另外，多个晶体管BT13的源极和漏极中的另一方分别连接于相邻的两个电池单元BT09之间。
另外，多个晶体管BT13中位于最上游的晶体管BT13的源极和漏极中的另一方与位于电池BT08最上游的电池单元BT09的正极端子连接。另外，多个晶体管BT13中位于最下游的晶体管BT13的源极和漏极中的另一方与位于电池BT08最下游的电池单元BT09的负极端子连接。
与晶体管BT10同样，晶体管BT13优选使用OS晶体管。因为OS晶体管的关态电流小，所以可以减少从不属于充电电池单元组的电池单元泄漏的电荷量，以抑制随时间经过的容量下降。另外，OS晶体管不容易发生被施加高电压时的绝缘击穿。由此，即使用来对充电电池单元组充电的电压大，也可以使连接于处于非导通状态的晶体管BT13的电池单元BT09和端子对BT02成为绝缘状态。
电流控制开关BT14具有开关对BT17和开关对BT18。开关对BT17的一端连接于端子B1。另外，开关对BT17的另一端分歧为两个开关，其中一个开关连接于总线BT15，而另一个开关连接于总线BT16。开关对BT18的一端连接于端子B2。另外，开关对BT18的另一端分歧为两个开关，其中一个开关连接于总线BT15，而另一个开关连接于总线BT16。
与晶体管BT10及晶体管BT13同样，开关对BT17及开关对BT18所具有的开关优选使用OS晶体管。
切换电路BT05根据控制信号S2对晶体管BT13及电流控制开关BT14的导通/截止状态的组合进行控制，以连接充电电池单元组和端子对BT02。
作为一个例子，切换电路BT05使用如下方法连接充电电池单元组和端子对BT02。
切换电路BT05根据被送至多个晶体管BT13的栅极的控制信号S2，使得与位于充电电池单元组中最上游的电池单元BT09的正极端子连接的晶体管BT13成为导通状态。另外，切换电路BT05根据被送至多个晶体管BT13的栅极的控制信号S2，使得与位于充电电池单元组中最下游的电池单元BT09的负极端子连接的晶体管BT13成为导通状态。
被施加到端子对BT02的电压的极性根据连接于端子对BT01的放电电池单元组及变压电路BT07的结构而改变。另外，为了使电流向对充电电池单元组充电的方向流动，需要在端子对BT02与充电电池单元组之间使同一极性的端子相互连接。由此，电流控制开关BT14被控制信号S2控制，以使其相应于被施加到端子对BT02的电压的极性，分别切换开关对BT17及开关对BT18的连接对象。
作为一个例子，举出将电压施加到端子对BT02以使端子B1和B2分别成为正极和负极的状态来进行说明。此时，在电池部BT08最下游的电池单元BT09为充电电池单元组的情况下，开关对BT17受到控制信号S2的控制，以使其与该电池单元BT09的正极端子连接。就是说，开关对BT17中连接于总线BT16的开关成为导通状态，而开关对BT17中的连接于总线BT15的开关成为截止状态。另一方面，开关对BT18受到控制信号S2的控制，以使其与该电池单元BT09的负极端子连接。就是说，开关对BT18中连接于总线BT15的开关成为导通状态，而开关对BT18中的连接于总线BT16的开关成为截止状态。如此，在端子对BT02与充电电池单元组之间使同一极性的端子相互连接。由此，来自端子对BT02的电流的方向被控制为对充电电池单元组充电的方向。
另外，电流控制开关BT14也可以不包括在切换电路BT05内而是包括在切换电路BT04内。在此情况下，根据电流控制开关BT14及控制信号S1来控制被施加到端子对BT01的电压的极性，以控制被施加到端子对BT02的电压的极性。由此，电流控制开关BT14控制从端子对BT02流过充电电池单元组的电流的方向。
图20是示出与图19不同的切换电路BT04及BT05的结构实例的电路图。
在图20中，切换电路BT04具有多个晶体管对BT21、总线BT24及总线BT25。总线BT24与端子A1连接。而总线BT25与端子A2连接。多个晶体管对BT21的一端各自分歧为晶体管BT22及BT23。晶体管BT22的源极和漏极之一连接于总线BT24。另外，晶体管BT23的源极和漏极之一连接于总线BT25。另外，多个晶体管对BT21的另一端分别连接于相邻的两个电池单元BT09之间。多个晶体管对BT21中位于最上游的晶体管对BT21的另一端与位于电池BT08最上游的电池单元BT09的正极端子连接。另外，多个晶体管对BT21中位于最下游的晶体管对BT21的另一端与位于电池BT08最下游的电池单元BT09的负极端子连接。
切换电路BT04根据控制信号S1切换晶体管BT22及晶体管BT23的导通/非导通状态，以将该晶体管对BT21的连接对象切换为端子A1和A2中的任何一个。具体而言，当晶体管BT22成为导通状态时，晶体管BT23成为非导通状态，该连接对象成为端子A1。另一方面，当晶体管BT23成为导通状态时，晶体管BT22成为非导通状态，该连接对象成为端子A2。成为导通状态的是晶体管BT22还是BT23取决于控制信号S1。
为了将端子对BT01和放电电池单元组连接，使用两个晶体管对BT21。具体而言，通过根据控制信号S1分别决定两个晶体管对BT21的连接对象，对放电电池单元组和端子对BT01进行连接。由控制信号S1控制，以使两个晶体管对BT21各自的连接对象中的一个成为端子A1，另一个成为端子A2。
切换电路BT05具有多个晶体管对BT31、总线BT34及总线BT35。总线BT34与端子B1连接。而总线BT35与端子B2连接。多个晶体管对BT31的一端各自分歧为晶体管BT32及BT33。被晶体管BT32分歧的一端连接于总线BT34。另外，被晶体管BT33分歧的一端连接于总线BT35。另外，多个晶体管对BT31的另一端连接于相邻的两个电池单元BT09之间。另外，多个晶体管对BT31中位于最上游的晶体管对BT31的另一端与位于电池BT08最上游的电池单元BT09的正极端子连接。另外，多个晶体管对BT31中位于最下游的晶体管对BT31的另一端与位于电池BT08最下游的电池单元BT09的负极端子连接。
切换电路BT05根据控制信号S2切换晶体管BT32及晶体管BT33的导通/非导通状态，以将该晶体管对BT31的连接对象切换为端子B1和B2中的任何一个。具体而言，当晶体管BT32成为导通状态时，晶体管BT33成为非导通状态，该连接对象成为端子B1。相反，当晶体管BT33成为导通状态时，晶体管BT32成为非导通状态，该连接对象成为端子B2。成为导通状态的是晶体管BT32还是晶体管BT33取决于控制信号S2。
为了连接端子对BT02和充电电池单元组，使用两个晶体管对BT31。具体而言，通过根据控制信号S2分别决定两个晶体管对BT31的连接对象，对充电电池单元组和端子对BT02进行连接。由控制信号S2控制，以使两个晶体管对BT31的连接对象中的一个成为端子B1，另一个成为端子B2。
另外，两个晶体管对BT31的各连接对象取决于被施加到端子对BT02的电压的极性。具体而言，在对端子对BT02施加电压以使端子B1和端子B2分别成为正极和负极的情况下，上游侧的晶体管对BT31受到控制信号S2的控制，以使晶体管BT32成为导通状态并使晶体管BT33成为非导通状态。另一方面，下游侧的晶体管对BT31受到控制信号S2的控制，以使晶体管BT33成为导通状态并使晶体管BT32成为非导通状态。另外，在对端子对BT02施加电压以使端子B1和端子B2分别成为负极和正极的情况下，上游侧的晶体管对BT31受到控制信号S2的控制，以使晶体管BT33成为导通状态并使晶体管BT32成为非导通状态。另一方面，下游侧的晶体管对BT31受到控制信号S2的控制，以使晶体管BT32成为导通状态并使晶体管BT33成为非导通状态。如此，在端子对BT02与充电电池单元组之间使同一极性的端子相互连接。由此，来自端子对BT02的电流的方向被控制为对充电电池单元组充电的方向。
变压控制电路BT06控制变压电路BT07的工作。变压控制电路BT06根据包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数以及包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数，产生控制变压电路BT07的工作的变压信号S3，并将其输出到变压电路BT07。
另外，当包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数多于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数时，需要防止对充电电池单元组施加过大的充电电压。为此，变压控制电路BT06输出用来控制变压电路BT07的变压信号S3，以在能够对充电电池单元组充电的范围内降低放电电压(Vdis)。
另外，当包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数为包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数以下时，需要确保对充电电池单元充电所必需的充电电压。为此，变压控制电路BT06输出用来控制变压电路BT07的变压信号S3，以在不对充电电池单元组施加过大的充电电压的范围内提高放电电压(Vdis)。
另外，作为过大充电电压的电压值可以鉴于在电池部BT08中使用的电池单元BT09的产品规格等而决定。另外，将被变压电路BT07进行了升压及降压的电压作为充电电压(Vcha)施加到端子对BT02。
这里，参照图21A至图21C说明本实施方式中的变压控制电路BT06的工作实例。对应于图18A至图18C中所说明的放电电池单元组及充电电池单元组，图21A至图21C是用来说明变压控制电路BT06的工作实例的概念图。另外，图21A至图21C示出电池控制单元BT41。如上所述，电池控制单元BT41由端子对BT01、端子对BT02、切换控制电路BT03、切换电路BT04、切换电路BT05、变压控制电路BT06以及变压电路BT07构成。
在图21A所示的例子中，如图18A所示，串联连接有连续的三个高电压单元a至c和一个低电压单元d。在此情况下，如参照图18A加以说明，切换控制电路BT03将高电压单元a至c判定为放电电池单元组，并将低电压单元d判定为充电电池单元组。然后，变压控制电路BT06基于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数与包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数比，计算出从放电电压(Vdis)至充电电压(Vcha)的转换比例N。
另外，当包括在放电电池单元组中的电池单元BT09个数多于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09时，若不改变放电电压而直接施加到端子对BT02，则过大的电压可能会通过端子对BT02被施加到包括在充电电池单元组中的电池单元BT09。由此，在图21A所示的情况下，被施加到端子对BT02的充电电压(Vcha)需要低于放电电压。再者，为了对充电电池单元组充电，充电电压需要大于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的合计电压。由此，变压控制电路BT06将转换比例N设定为大于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数与包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数比。
相对于包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数与包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数比，变压控制电路BT06优选将转换比例N设定为高出1％至10％左右。此时，充电电压虽然大于充电电池单元组的电压，但实际上与充电电池单元组的电压相等。但是，变压控制电路BT06根据转换比例N将充电电池单元组的电压变为与充电电压相等，由此使对充电电池单元组充电的电流得以流动。该电流为由变压控制电路BT06设定的值。
在图21A所示的例子中，因为包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数为三个且包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数为一个，所以变压控制电路BT06计算得出稍微大于1/3的值作为转换比例N。然后，变压控制电路BT06将变压信号S3输出到变压电路BT07，该变压信号S3将放电电压根据该转换比例N降低并转换成充电电压。然后，变压电路BT07将根据变压信号S3改变的充电电压施加到端子对BT02。然后，利用被施加到端子对BT02的充电电压给包括在充电电池单元组中的电池单元BT09充电。
另外，在图21B和图21C所示的例子中，与图21A同样地计算出转换比例N。在图21B和图21C所示的例子中，包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数为包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数以下，由此转换比例N成为1以上。因此，在此情况下，变压控制电路BT06输出用来将放电电压升高并转换成充电电压的变压信号S3。
变压电路BT07根据变压信号S3将被施加到端子对BT01的放电电压改变成充电电压。然后，变压电路BT07将改变后的充电电压施加到端子对BT02。这里，变压电路BT07对于端子对BT01与端子对BT02之间进行电绝缘。由此，变压电路BT07防止由在放电电池单元组中位于最下游的电池单元BT09的负极端子的绝对电压与在充电电池单元组中位于最下游的电池单元BT09的负极端子的绝对电压的差异导致的短路。再者，如上所述，变压电路BT07根据变压信号S3将作为放电电池单元组合计电压的放电电压转换成充电电压。
另外，变压电路BT07可以使用例如绝缘型DC(Direct Current，直流)-DC转换器。在此情况下，变压控制电路BT06将控制绝缘型DC-DC转换器的导通/截止比(占空比)的信号作为变压信号S3输出，以控制被变压电路BT07转换的充电电压。
另外，作为绝缘型DC-DC转换器，有反激式(Flyback)方式、正激式(Forward)方式、RCC(Ringing Choke Converter，振荡阻塞转换器)方式、推挽(Push-Pull)方式、半桥(Half-Bridge)方式、全桥(Full-Bridge)方式等，但是根据目标输出电压的大小选择适当的方式。
图22示出使用绝缘型DC-DC转换器的变压电路BT07的结构。绝缘型DC-DC转换器BT51具有开关部BT52和变压部BT53。开关部BT52是切换绝缘型DC-DC转换器的工作的导通/截止的开关，例如，使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或双极型晶体管等来实现。另外，开关部BT52基于从变压控制电路BT06输出的控制导通/截止比的变压信号S3，周期性地切换绝缘型DC-DC转换器BT51的导通状态和截止状态。另外，开关部BT52根据所采用的绝缘型DC-DC转换器的方式而采取各种结构。变压部BT53将来自端子对BT01所施加的放电电压转换成充电电压。具体而言，变压部BT53与开关部BT52的导通/截止状态联动而工作，并根据该导通/截止比将放电电压转换成充电电压。随着在开关部BT52的开关周期中成为导通状态的时间变长，上述充电电压变大。另一方面，随着在开关部BT52的开关周期中成为导通状态的时间变短，上述充电电压变小。另外，在使用绝缘型DC-DC转换器的情况下，可以在变压部BT53的内部使端子对BT01与端子对BT02彼此绝缘。
以下参照图23说明本实施方式中的蓄电装置BT00的处理流程。图23是示出蓄电装置BT00的处理流程的流程图。
首先，蓄电装置BT00获取多个电池单元BT09各自的测定电压(步骤S001)。然后，蓄电装置BT00判定是否满足将多个电池单元BT09的电压差值拉平为小于规定阈值的工作开始条件(步骤S002)。例如，该开始条件可以为：多个电池单元BT09各自的测定电压的最大值与最小值的差值是否为规定阈值以上。当不满足该开始条件时(步骤S002：否)，各电池单元BT09之间达到平衡状态，由此，蓄电装置BT00不执行以后的处理。另一方面，当满足该开始条件时(步骤S002：是)，蓄电装置BT00执行将各电池单元BT09之间的电压差值拉平为小于规定阈值的处理。在该处理中，蓄电装置BT00基于每个单元的测定电压判定各电池单元BT09是高电压单元还是低电压单元(步骤S003)。然后，蓄电装置BT00基于判定结果决定放电电池单元组及充电电池单元组(步骤S004)。再接下来，蓄电装置BT00生成控制信号S1及控制信号S2，该控制信号S1用来将所决定的放电电池单元组设定为端子对BT01的连接对象，该控制信号S2用来将所决定的充电电池单元组设定为端子对BT02的连接对象(步骤S005)。蓄电装置BT00将所生成的控制信号S1和S2分别输出到切换电路BT04和BT05。由此，切换电路BT04连接端子对BT01和放电电池单元组，而切换电路BT05连接端子对BT02和充电电池单元组(步骤S006)。另外，蓄电装置BT00基于包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数及包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数生成变压信号S3(步骤S007)。然后，蓄电装置BT00基于变压信号S3将被施加到端子对BT01的放电电压转换成充电电压，并将其施加到端子对BT02(步骤S008)。由此，放电电池单元组的电荷迁移到充电电池单元组。
另外，虽然在图23所示的流程图中依次记载有多个步骤，但是各步骤的执行顺序不局限于该记载的顺序。
总之，根据本实施方式，当使电荷从放电电池单元组迁移到充电电池单元组时，不需要像电容器方式一样先储存来自放电电池单元组的电荷再将其释放到充电电池单元组的结构。由此，可以提高每单位时间的电荷迁移率。另外，可以利用切换电路BT04和切换电路BT05分别切换放电电池单元组和充电电池单元组中连接于变压电路的电池单元。
再者，变压电路BT07基于包括在放电电池单元组中的电池单元BT09的个数和包括在充电电池单元组中的电池单元BT09的个数，将被施加到端子对BT01的放电电压转换成充电电压，并将其施加到端子对BT02。由此，无论怎样选择放电一侧及充电一侧的电池单元BT09，都可以实现电荷的迁移而不发生问题。
再者，通过使用OS晶体管作为晶体管BT10及晶体管BT13，可以减少从不属于充电电池单元组及放电电池单元组的电池单元BT09泄漏的电荷量。由此，可以抑制不对充电及放电作出贡献的电池单元BT09的容量的下降，另外，与Si晶体管相比，OS晶体管的对于热的特性变动小。由此，即使电池单元BT09的温度上升，也可以根据控制信号S1及S2切换导通状态和非导通状态而进行正常工作。
实施方式6
在本实施方式中，对将二次电池安装在电子设备中的例子进行说明，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。
图24A至图24F示出将具有柔性的二次电池安装在电子设备中的例子。作为应用具有柔性形状的二次电池的电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的显示器、数码相机、数码摄像机、数码相框、手机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
另外，也可以将具有柔性形状的二次电池沿着房屋及高楼的内壁或外壁、汽车的内部装饰或外部装饰的曲面进行组装。
图24A示出手机的一个例子。手机7400除了组装在框体7401中的显示部7402之外，还具备操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。另外，手机7400具有二次电池7407。
图24B示出使手机7400弯曲的状态。在利用外部的力量使手机7400变形而使其整体弯曲时，设置在其内部的二次电池7407也被弯曲。另外，图24C示出此时被弯曲的二次电池7407的状态。二次电池7407是薄型二次电池。二次电池7407在弯曲状态下被固定。
图24D示出手镯型显示装置的一个例子。便携式显示装置7100具备框体7101、显示部7102、操作按钮7103及二次电池7104。另外，图24E示出被弯曲的二次电池7104的状态。当二次电池7104以弯曲的状态戴在使用者的手臂时，框体发生变形，二次电池7104的一部分或全部的曲率发生变化。另外，与曲线的任一点的弯曲程度贴合的等价圆半径的值表示曲率半径，并且将曲率半径的倒数称为曲率。具体而言，框体或二次电池7104的主表面的一部分或全部在曲率半径为40mm以上、150mm以下的范围内变形。只要二次电池7104的主表面中的曲率半径在40mm以上、150mm以下的范围内，就可以保持高可靠性。
另外，在各种电子设备中，可以以空间效率高的方式搭载能够弯曲的二次电池。例如，在图24F所示的炉子410中，在主体412上安装有模块411，该模块411具有二次电池200、电动机、风扇、送风口411a以及热电发电装置。在炉子410中，从开口部412a引入燃料并使其点火，然后，利用二次电池200的电力使模块411的电动机及风扇旋转，以将外部空气从送风口411a送到炉子410的内部。如此，能够高效地引入外部空气，由此可以实现火力强的炉子。进一步地，在上部的烤架413上可以利用当燃料燃烧时获取的热能进行烹调。另外，可以将该热能通过模块411的热电发电装置转换成电力，以对二次电池200进行充电。再者，可以从外部端子411b输出被充入二次电池200中的电力。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式7
在本实施方式中，示出可以搭载二次电池的电子设备的例子，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。
图25A和图25B示出可对折式平板型终端的一个例子。图25A及图25B所示的平板型终端9600包括框体9630a、框体9630b、连接框体9630a和框体9630b的可动部9640、具有显示部9631a及显示部9631b的显示部9631、显示模式切换开关9626、电源开关9627、省电模式切换开关9625、扣件9629以及操作开关9628。图25A示出打开平板型终端9600的状态，图25B示出合上平板型终端9600的状态。
平板型终端9600在框体9630a及框体9630b的内部具有二次电池9635。二次电池9635穿过可动部9640，跨越框体9630a及框体9630而设置。
在显示部9631a中，可以将其一部分用作触摸面板的区域9632a，并且可以通过触碰所显示的操作键9638来输入数据。另外，作为一个例子示出显示部9631a的一半区域只具有显示功能，而另一半具有触摸面板功能的结构，但是不局限于该结构。也可以采用显示部9631a的整个区域都具有触摸面板功能的结构。例如，可以使显示部9631a的整个面显示键盘按钮来将其用作触摸面板，并且将显示部9631b用作显示画面。
另外，在显示部9631b中与显示部9631a同样，也可以将其一部分用作触摸面板的区域9632b。另外，通过使用手指或触屏笔等触碰表示触摸面板的键盘显示切换按钮9639的位置，可以在显示部9631b上显示键盘按钮。
另外，也可以对触摸面板的区域9632a和触摸面板的区域9632b同时进行触摸输入。
另外，显示模式切换开关9626能够切换竖屏显示和横屏显示等显示的方向，并选择黑白显示或彩色显示等的切换。根据通过平板终端9600所内置的光传感器所检测的使用时外部光线的光量，省电模式切换开关9625可以将显示的亮度设定为最适合的亮度。平板型终端除了光传感器以外，还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等其他检测装置。
另外，图25A示出显示部9631b的显示面积与显示部9631a的显示面积相同的例子，但是不局限于此，既可以使一个的尺寸和另一个的尺寸不同，也可以使它们的显示质量有差异。例如显示部9631a和9631b中的一个可以作为比另一个进行更高清晰显示的显示面板。
图25B是合上的状态，并且平板型终端包括框体9630、太阳能电池9633、具备DCDC转换器9636的充放电控制电路9634。另外，使用本发明的一个方式的二次电池作为二次电池9635。
另外，平板型终端9600能够对折，因此不使用时可以以框体9630a与框体9630b重叠的方式进行折叠。通过折叠，可以保护显示部9631a和显示部9631b，从而可以提高平板型终端9600的耐久性。另外，使用本发明的一个方式的二次电池的二次电池9635具有柔性，即使被反复屈伸，充放电容量也不容易减少。因此可以提供可靠性高的平板型终端。
除此以外，图25A和图25B所示的平板型终端还可以具有如下功能：显示各种各样的信息(静态图像、动态图像、文字图像等)；将日历、日期或时刻等显示在显示部上；对显示在显示部上的信息进行触摸输入操作或编辑的触摸输入；对通过各种各样的软件(程序)进行的处理予以控制等。
通过利用安装在平板型终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸面板、显示部或图像信号处理部等。另外，太阳能电池9633可以设置在框体9630的单面或双面，并且具有可以对二次电池9635高效地进行充电的结构。另外，当使用本发明的一个方式的二次电池作为二次电池9635时，可以抑制由于反复进行充放电导致的放电容量的下降，由此可以实现能够长期使用的平板终端。
另外，参照图25C所示的方框图而对图25B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图25C示出太阳能电池9633、二次电池9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3以及显示部9631，并且二次电池9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3为与图25B所示的充放电控制电路9634相对应的部位。
首先，说明在利用外部光线使太阳能电池9633发电时的工作的例子。使用DCDC转换器9636对太阳能电池所产生的电力进行升压或降压，以使其成为用来对二次电池9635进行充电的电压。并且，当利用来自太阳能电池9633的电力使显示部9631工作时使开关SW1导通，并且，利用转换器9637将其升压或降压到显示部9631所需要的电压。另外，当不进行显示部9631中的显示时，采用使开关SW1截止且使开关SW2导通来对二次电池9635进行充电的结构即可。
另外，作为发电手段的一个例子示出太阳能电池9633，但是不局限于此，也可以具有使用压电元件(piezo element)或热电转换元件(珀耳帖元件，Peltier element)等其他发电手段对二次电池9635进行充电的结构。例如，也可以使用具有依靠无线(不接触)方式收发电力来进行充电的无接点电力传输模块或与其他充电手段组合进行充电的结构。
另外，可以在图26所示的可穿戴设备中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。
例如，可以在图26所示的眼镜型设备400中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。眼镜型设备400具有镜框400a和显示部400b。通过在具有弯曲的镜框400a的镜腿部中安装二次电池200，可以实现得到重量平衡性良好且连续使用时间长的眼镜型设备400。
另外，可以在头戴型设备401中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。头戴型设备401至少具有麦克风部401a、柔性管401b以及耳机部401c。可以在柔性管401b内或耳机部401c内设置二次电池200。
另外，可以在能够直接安装在身体上的设备402中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。可以在设备402的薄型框体402a中设置二次电池402b。
另外，可以在能够安装在衣服上的设备403中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。可以在设备403的薄型框体403a中设置二次电池403b。
另外，可以在袖章型设备404中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。袖章型设备404具有主体404a上的显示部404b，可以在主体404a中设置二次电池404c。
另外，可以在手表型设备405中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。手表型设备405具有显示部405a及表带部405b，可以在显示部405a或表带部405b中设置二次电池200。
另外，可以在腰带型设备406中搭载二次电池，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。腰带型设备406具有腰带部406a及无线供电受电部406b，可以在腰带部406a内设置二次电池200。
图27示出其他电子设备的例子。在图27中，显示装置8000是对根据本发明的一个方式的二次电池8004加以使用的电子设备的一个例子。具体而言，显示装置8000相当于电视广播接收用显示装置，包括框体8001、显示部8002、扬声器部8003及二次电池8004等。根据本发明的一个方式的二次电池8004设置在框体8001的内部。显示装置8000既可以接受来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8004中的电力。因此，即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时，通过将根据本发明的一个方式的二次电池8004用作不间断电源，也可以使用显示装置8000。
作为显示部8002，可以使用诸如液晶显示装置、在每个像素中具备有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜装置)、PDP(Plasma Display Panel，等离子体显示面板)及FED(Field Emission Display，场致发射显示器)等半导体显示装置。
另外，除了电视广播接收用的显示装置之外，显示装置还包括所有用于信息显示的显示装置，例如用于个人计算机的显示装置或用于广告显示的显示装置等。
在图27中，安镶型照明装置8100是对根据本发明的一个方式的二次电池8103加以使用的电子设备的一个例子。具体而言，照明装置8100包括框体8101、光源8102及二次电池8103等。虽然在图27中例示出二次电池8103设置在安镶有框体8101及光源8102的天花板8104的内部的情况，但是二次电池8103也可以设置在框体8101的内部。照明装置8100既可以接受来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8103中的电力。因此，即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时，通过将根据本发明的一个方式的二次电池8103用作不间断电源，也可以使用照明装置8100。
另外，虽然在图27中例示出设置在天花板8104的安镶型照明装置8100，但是根据本发明的一个方式的二次电池既可以用于设置在天花板8104以外(例如侧壁8105、地板8106或窗户8107等)的安镶型照明装置，又可以用于台式照明装置等。
另外，作为光源8102，可以使用利用电力以人造方式发光的人造光源。具体而言，作为上述人造光源的例子，可以举出白炽灯泡、荧光灯等放电灯以及LED或有机EL元件等发光元件。
在图27中，具有室内机8200及室外机8204的空调器是对根据本发明的一个方式的二次电池8203加以使用的电子设备的一个例子。具体而言，室内机8200包括框体8201、送风口8202及二次电池8203等。虽然在图27中例示出二次电池8203设置在室内机8200中的情况，但是二次电池8203也可以设置在室外机8204中。或者，也可以在室内机8200和室外机8204二者中均设置有二次电池8203。空调器既可以接受来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8203中的电力。尤其是，当在室内机8200和室外机8204二者中均设置有二次电池8203时，即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时，通过将根据本发明的一个方式的二次电池8203用作不间断电源，也可以使用空调器。
虽然在图27中例示由室内机和室外机构成的分体式空调器，但是也可以将根据本发明的一个方式的二次电池用于在一个框体中具有室内机功能和室外机功能的一体式空调器。
在图27中，电冷藏冷冻箱8300是对根据本发明的一个方式的二次电池8304加以使用的电子设备的一个例子。具体而言，电冷藏冷冻箱8300包括框体8301、冷藏室门8302、冷冻室门8303及二次电池8304等。在图27中，二次电池8304设置在框体8301的内部。电冷藏冷冻箱8300既可以接受来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8304中的电力。因此，即使当由于停电等不能接受来自商业电源的电力供应时，通过将根据本发明的一个方式的二次电池8304用作不间断电源，也可以使用电冷藏冷冻箱8300。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施方式8
在本实施方式中，示出将二次电池搭载在车辆中的例子，该二次电池具有在实施方式1中说明的负极。
当将二次电池搭载在车辆中时，可以实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车。
在图28A和图28B中，例示出使用本发明的一个方式的车辆。图28A所示的汽车8400是使用电发动机作为行驶动力源的电动汽车。或者，汽车8400是能够适当地选择使用电发动机或引擎作为行驶动力源的混合动力汽车。通过使用本发明的一个方式，可以实现续航距离长的车辆。另外，汽车8400具备二次电池。二次电池不但可以驱动电发动机，而且还可以将电力供应到车头灯8401或室内灯(未图示)等发光装置。
另外，二次电池可以将电力供应到汽车8400所具有的速度表、转速计等显示装置。另外，二次电池可以将电力供应到汽车8400所具有的导航***等半导体装置。
在图28B所示的汽车8500中，可以通过利用插电方式或非接触供电方式等从外部的充电设备接受电力供应，来对汽车8500所具有的二次电池进行充电。图28B示出从地上设置型充电装置8021通过电缆8022对搭载在汽车8500中的蓄电装置进行充电的状态。当进行充电时，作为充电方法或连接器的规格等，根据CHAdeMO(注册商标)或联合充电***“Combined Charging System”等的规定的方式而适当地进行充电即可。作为充电装置8021，也可以使用设置在商业设施的充电站或家庭电源。例如，通过利用插电技术从外部供应电力，可以对搭载在汽车8500中的二次电池进行充电。可以通过AC/DC转换器等转换装置将交流电转换成直流电来进行充电。
另外，虽然未图示，但是也可以将受电装置搭载在车辆中并从地上的送电装置非接触地供应电力来进行充电。当利用非接触供电方式时，通过在公路或外壁中嵌入送电装置，不但停车时可以进行充电，而且行驶中也可以进行充电。另外，也可以利用该非接触供电方式，在车辆之间进行电力的发送及接收。再者，还可以在车辆的外部设置太阳能电池，在停车时或行驶时进行二次电池的充电。可以利用电磁感应方式或磁场共振方式实现这样的非接触供电。
根据本发明的一个方式，可以提高二次电池的循环特性及可靠性。另外，根据本发明的一个方式，可以提高二次电池的特性，从而可以使二次电池本身小型轻量化。另外，如果可以使二次电池本身小型轻量化，就有助于实现车辆的轻量化，从而可以延长续航距离。另外，可以将搭载在车辆中的二次电池用作车辆之外的电力供应源。此时，可以避免在电力需求高峰时使用商业电源。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中，对下述负极在充放电之后的比较结果加以说明：在负极集电体及负极活性物质层中具有多个凹凸的负极；在负极集电体及负极活性物质层中不具有凹凸的负极。
(样品A)
首先，作为样品A，制造在负极集电体及负极活性物质层中具有多个凹凸的负极，将该负极装入二次电池，然后在对其施加压力的同时进行充放电。
样品A的负极的制造方法如下。首先，作为负极集电体使用18μm的铜箔。使用粒径为大约5μm的SiO作为负极活性物质，将乙炔黑(AB)及聚酰亚胺(PI)混合作为导电助剂及粘合剂。混合比例为SiO:AB:PI＝80:5:15(重量比)。将它们涂敷在负极集电体的一面来形成负极活性物质层。
当在负极集电体上形成负极活性物质层之后，对负极集电体及负极活性物质层用切刀形成间隔约1mm彼此平行的多个凹凸。图29A和图29B示出在负极集电体及负极活性物质层中形成有多个凹凸的负极。图29A示出在负极集电体上形成有负极活性物质层的一面，而图29B示出在负极集电体上未形成负极活性物质层的一面。
使用如上所述制造的负极来制造二次电池。作为二次电池的其他材料使用的材料如下。
使用铝作为正极集电体。使用以Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3的组成表示的材料作为正极活性物质，将乙炔黑(AB)及PVDF混合作为导电助剂及粘合剂。它们的混合比例为为Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3:AB:PVDF＝90:5:5(重量比)。正极容量占负极容量的85％。
使用聚丙烯作为隔离体。
使用如下电解液：在以EC:DEC:EMC:＝3:6:1(重量比)的比例混合的有机溶剂中溶解1.2mol/L的LiPF6，并添加0.5wt％的丙磺酸内酯(PS)、0.5wt％的碳酸亚乙烯酯(VC)作为添加剂。
使用铝层压膜作为外包装体。使用如下铝层压膜：在厚度为40μm的铝的表面，通过厚度为3μm的干式叠层对厚度为25μm的取向尼龙进行粘合，并且在铝的背面层叠设置厚度为45μm的聚丙烯。
对于使用上述材料制造的二次电池在施加压力的同时进行充放电。
对于施加压力而言，在二次电池的厚度方向(就是说，与二次电池的外包装体的纵、横和高度中的最短部分平行)施加10MPa的压力。
以CC充放电(充电为4.6V终止，而放电为1.5V终止)进行了充放电。
(样品B)
接下来作为样品B，除在负极集电体及负极活性物质层中未形成凹凸这一点以外，与样品A同样地制造负极，并与样品A同样地将该负极装入二次电池，然后在对其施加压力的同时进行充放电。
(样品C)
接下来作为样品C，与样品B同样地制造负极，除在进行充放电时未施加压力这一点以外，与样品B同样地将该负极装入二次电池进行充放电。
图30A至图30C示出对如上所述制造的样品A、B和C进行了充放电之后的负极的X射线CT影像。图30A为样品A的影像，图30B为样品B的影像，图30C为样品C的影像。
由此可知，既没有负极集电体及负极活性物质层中的凹凸，又未在充放电时施加压力的样品C的负极上发生大的起皱。该起皱的高低差大约为200μm至300μm，使得二次电池的体积增大。再者，在起皱深的部分中，观察到表示因电解液分解而发生的气体积存的黑影。
关于在进行充放电时加压的样品B，负极集电体的起皱虽然被抑制，但是明显地观察到该起皱。
另一方面，关于在负极集电体及负极活性物质层中形成有凹凸，且在进行充放电时加压的样品A，观察不到负极的起皱。
再者，从二次电池取出对样品A、样品B和样品C进行了充放电之后的负极，以进行观察。图31A示出样品A的负极照片，图31B示出样品B的负极照片，图31C示出样品C的负极照片。
在既没有负极集电体及负极活性物质层中的凹凸，又未在充放电时施加压力的样品C中，观察到负极活性物质层沿起皱剥离的部分。另外发现，负极活性物质层的颜色也异常。
在进行充放电时加压的样品B中，在样品C中观察到的异常得到抑制。
在负极集电体及负极活性物质层中形成有凹凸，且在进行充放电时进行了加压的样品A中，观察不到负极活性物质层的剥离及负极活性物质层的颜色异常。
根据上述结果可知，通过在负极集电体及负极活性物质层中形成多个凹凸，可以吸收伴随充电发生的负极活性物质的膨胀，由此抑制负极的变形。
实施例2
在本实施例中，对实施例1中的样品A和样品B(即在负极集电体和负极活性物质层中具有多个凹凸的负极以及在负极集电体和负极活性物质层中没有凹凸的负极)的初次充放电特性进行说明。
图32示出在实施例1中说明的样品A及样品B的初次充放电特性的图。实线表示样品A的充放电特性，虚线表示样品B的充放电特性。另外，右边上升的曲线为充电曲线，而右边下降的曲线为放电曲线。
由图32的结果可知，与在负极集电体及负极活性物质层中没有凹凸的负极相比，在负极集电体及负极活性物质层中具有多个凹凸的负极的放电容量更好。
Claims (20)
1.一种二次电池，所述二次电池包括：
负极；
正极；
电解液；以及
隔离体，
其中，所述负极包括负极集电体及负极活性物质层，
所述负极集电体包括第一表面及与该第一表面相对的第二表面，
所述负极活性物质层位于所述第一表面一侧，
所述负极活性物质层包括含硅化合物，
所述负极活性物质层包括第一凹部及第二凹部，
所述负极集电体包括所述第一表面上的第三凹部及第四凹部，
所述负极集电体包括所述第二表面上的第一凸部及第二凸部，
所述第一凹部、所述第三凹部以及所述第一凸部彼此重叠，并且
所述第二凹部、所述第四凹部以及所述第二凸部彼此重叠。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述第一凹部的底部露出所述负极集电体。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中作为所述含硅化合物使用SiOy，0.95≤y≤1.05。
4.根据权利要求1所述的二次电池，所述负极还包括位于所述负极活性物质层的表面上的石墨烯。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述含硅化合物包括SiO粒子。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中在所述SiO粒子中分散有粒径为10μm以下的Si粒子。
7.一种负极，所述负极包括：
负极集电体；以及
负极活性物质层，
所述负极集电体包括第一表面及与该第一表面相对的第二表面，
所述负极活性物质层位于所述第一表面一侧，
其中，所述负极活性物质层包括含硅化合物，
所述负极活性物质层包括第一凹部及第二凹部，
所述负极集电体包括所述第一表面上的第三凹部及第四凹部，
所述负极集电体包括所述第二表面上的第一凸部及第二凸部，
所述第一凹部、所述第三凹部以及所述第一凸部彼此重叠，
所述第二凹部、所述第四凹部以及所述第二凸部彼此重叠，
在所述负极的俯视图中，所述第三凹部的长边及所述第四凹部的长边与所述负极集电体的短边平行，并且
所述第三凹部的长边长度及所述第四凹部的长边长度为所述负极集电体的短边长度的80％以上、100％以下。
8.根据权利要求7所述的负极，其中在所述第一凹部的底部露出所述负极集电体。
9.根据权利要求7所述的负极，其中作为所述含硅化合物使用SiOy，0.95≤y≤1.05。
10.根据权利要求7所述的负极，所述负极还包括位于所述负极活性物质层的表面上的石墨烯。
11.根据权利要求7所述的负极，其中所述含硅化合物包括SiO粒子。
12.根据权利要求11所述的负极，其中在所述SiO粒子中分散有粒径为10μm以下的Si粒子。
13.一种二次电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：
在沿所述二次电池的厚度方向施加压力的同时进行首次充放电，
其中，所述二次电池包括：
负极；
正极；
电解液；以及
隔离体，
其中，所述负极包括负极集电体及负极活性物质层，
所述负极集电体包括第一表面及与该第一表面相对的第二表面，
所述负极活性物质层位于所述第一表面一侧，
所述负极活性物质层包括含硅化合物，
所述负极活性物质层包括第一凹部及第二凹部，
所述负极集电体包括所述第一表面上的第三凹部及第四凹部，
所述负极集电体包括所述第二表面上的第一凸部及第二凸部，
所述第一凹部、所述第三凹部以及所述第一凸部彼此重叠，并且
所述第二凹部、所述第四凹部以及所述第二凸部彼此重叠。
14.根据权利要求13所述的方法，其中用切刀形成所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部、所述第四凹部、所述第一凸部以及所述第二凸部。
15.根据权利要求13所述的方法，其中施加的所述压力为10MPa。
16.根据权利要求13所述的方法，其中在所述第一凹部的底部露出所述负极集电体。
17.根据权利要求13所述的方法，其中作为所述含硅化合物使用SiOy，0.95≤y≤1.05。
18.根据权利要求13所述的方法，所述负极还包括位于所述负极活性物质层的表面上的石墨烯。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述含硅化合物包括SiO粒子。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述SiO粒子中分散有粒径为10μm以下的Si粒子。
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