CN105914392A - 装置、二次电池、制造方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置、二次电池、制造方法及电子设备，提供一种具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池。如果通过在最后完成二次电池前在大量的电解液中预先对正极进行电化学反应而可以得到稳定的正极，使用该正极完成二次电池，则可以制造可靠性高的二次电池。进而，如果关于负极也同样地通过在大量的电解液中预先对负极进行电化学反应而完成二次电池，则可以制造可靠性高的二次电池。

Description

装置、二次电池、制造方法及电子设备
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、它们的驱动方法或者它们的制造方法。特别涉及蓄电池的制造装置。
另外，在本发明书中，电子设备是指通过被供应电力而工作的所有装置，包括电源的电子设备、作为电源例如包括蓄电池的电子设备及电光学装置、包括蓄电池的信息终端装置以及包括蓄电池的车辆等都是电子设备。
背景技术
近年来，对以智能手机为代表的便携式信息终端的开发活跃。使用者期待作为电子设备的一种的便携式信息终端是轻质且小型的。
作为在任何地方并且双手的自由不被束缚而可以通过视觉获得信息的可穿戴设备的一个例子，公开了专利文献1。在专利文献1中，公开了能够进行通信且包含CPU的护目镜型显示装置。专利文献1所公开的装置也包括在电子设备的范畴内。
可穿戴设备、便携式信息终端大多安装有可以反复充放电的蓄电池(二次电池)，因为可穿戴设备、便携式信息终端为轻质、小型，所以产生其操作时间受到限制的问题。作为安装在可穿戴设备、便携式信息终端中的二次电池，要求轻质化、小型化、能够长时间使用。
作为二次电池，可以举出镍氢电池、锂离子二次电池等。其中，因为锂离子二次电池能够实现高容量化及小型化，所以其开发日益火热。
在锂离子二次电池中，作为被用作正极或负极的电极，使用金属锂、碳类材料、合金类材料等。锂离子二次电池根据电解质的种类而被分为金属锂电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池。另外，根据收容电极、电解质的外包装材料的种类而被分为薄型电池(也称为分层型电池)、圆筒型电池、硬币型电池、方型电池等。
现有技术文献
专利文献1：日本专利申请公开2005-157317号公报
发明内容
在制造使用电解液的锂离子二次电池时，利用外包装材料包围正极(例如包含锂的氧化物材料)、负极(例如碳)或其他构件，对被包围的区域中注入电解液并进行密封，由此制造锂离子二次电池。并且，在制造锂离子二次电池后进行第一次充电。或者在密封前进行第一次充电。
第一次充电也称为初期充电，在电极表面或电极与电解液的界面发生化学反应。有时因正极附近或负极附近的电解液的分解而产生气体，一般而言该倾向在负极附近较为明显，但当将高电位的活性物质用于正极时，在正极附近也容易产生气体。另外，在充电时从包含锂的氧化物材料释放出的锂离子会移动到负极而嵌入负极，此时，电解液分解而产生的生成物(生成物A)与锂起反应，有时生成对于嵌入锂来说不需要的成分(生成物B)。该生成物B影响到锂离子等的移动，有可能导致电池特性的变化。并且，为了形成生成物B，会消耗电池内部的锂，这对电池容量来说是对毫无关联的成分的消耗，另外，不从外部补充锂，因此有效的载体离子减少，电池的容量也相应地降低。
不限于初期充电，当在二次电池内产生气体时，被密封的区域膨胀而二次电池鼓起，有可能导致电池特性的劣化。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造装置。
本发明的一个方式的另一个目的是提供一种具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造方法。
本发明的一个方式的另一个目的是提供一种能够用于具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造的新颖的电解液。
本发明的一个方式的另一个目的是提供一种新颖的锂离子二次电池、新颖的锂离子二次电池的制造装置、新颖的锂离子二次电池的制造方法以及新颖的电解液。注意，上述目的的记载并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，可以从说明书、附图、权利要求书的描述中抽取上述目的以外的目的。
在本发明的一个方式中，在二次电池的制造过程中，在大量的电解液中使正极发生电化学反应，预先充分地形成反应生成物，典型的是生成气体，然后制造使用反应后的正极的二次电池。
如果通过在最后完成二次电池前在大量的电解液中预先对正极进行电化学反应而得到稳定的正极，使用该正极完成二次电池，则可以制造可靠性高的二次电池。另外，因初期充电而大量的电解液的一部分也会变质，但是不使用含有该生成物的大量的电解液来制造二次电池，而使用另外准备的少量的电解液来制造二次电池。只要使用进行了初期充电的正极，就几乎不会产生与少量的电解液的反应生成物。
另外，不限于正极，关于负极也通过在最后完成二次电池前在电解液中预先对负极进行电化学反应，也可以得到稳定的负极。
当在制造二次电池前进行初期充电时，从工作效率或设备等不复杂的观点看来，优选在大气环境中进行初期充电。当在大气环境中进行初期充电时，大气中的水分等溶解于电解液而成为杂质，在初期充电时混入电极，由此有可能使电极特性劣化。对此，在本发明的一个方式的制造装置及制造方法中，在电解液中混合容易与杂质起反应的成分，并使该成分与杂质起反应，由此能够俘获杂质。这就是本发明的一个方式的制造装置及制造方法的特征。由此，可以抑制在电极的预处理时杂质混入电极，从而提高电极特性。
本发明的一个方式的电池的制造装置包括：容器；保持第一至第三电极的单元；控制单元；以及线。容器具有储存电解液的功能。控制单元具有对第一至第三电极施加电位的功能。并且，本发明的一个方式的电化学反应装置包括：容器；第一电极；第二电极；第三电极；电解液；以及控制单元。电解液放在容器中，并且包含锂及锂以外的碱金属。第一电极、第二电极及第三电极分别分开地位于电解液中。控制单元具有对第一电极、第二电极及第三电极施加电位的功能。
本发明的另一个方式的电池的制造方法包括如下步骤：在容器中储存电解液，将第一至第三电极浸渍在电解液中，并对第一电极施加电位的第一工序；以及对第二电极及第三电极施加电位来引起电化学反应的第二工序。电解液包含锂及锂以外的碱金属。在第一工序中施加于第一电极的电位为锂的平衡电位以上且低于锂以外的碱金属的平衡电位的电位。在第一工序中，锂以外的碱金属析出于第一电极的表面。在第二工序中，析出于第一电极表面的锂以外的碱金属与杂质起反应。
在上述电池的制造方法中，锂以外的碱金属优选包含Na、K、Rb、Cs和Fr中的至少一种。尤其是，优选包含Na和K中的至少一种。在上述电池的制造方法中，第一电极优选包含锂以外的碱金属。在上述电池的制造方法中，第二电极优选包含金属锂。
本发明的一个方式的电池的制造方法的特征在于：将电极的处理工序分为三个步骤来进行。三个步骤的工序是：(1)将第一电极的电位设定为锂的平衡电位以上且低于锂以外的碱金属的平衡电位的电位，将溶解在电解液中的锂以外的碱金属离子以碱金属的状态析出于第一电极表面；(2)使析出于第一电极表面的锂以外的碱金属与杂质起反应；(3)对第二电极及第三电极施加电位来进行初期充电。注意，优选在碱金属析出于第一电极的表面后切换第一电极的电位。
作为在第一电极上析出锂以外的碱金属的方法，可以利用使第一电极与控制装置电连接来调节第一电极的电位的方法。
在本发明的一个方式的二次电池的制造方法中使用的电解液的特征在于包含：在将处理后的电极用作二次电池时成为载流子的锂离子；以及在去除杂质时使用的锂离子以外的碱金属离子。
调节第一电极的电位，使溶解在电解液中的锂以外的碱金属析出于第一电极表面，进而通过使所析出的锂以外的碱金属与溶解在电解液中的水、氧等杂质起反应来去除杂质。
此时，作为调节第一电极的电位的方法，可以利用如下方法：切换开关等来截断或连接第一电极和与其电连接的控制装置的导通，或者，调节与第一电极电连接的控制装置的电位。
当为了去除杂质而将碱金属直接浸渍在电解液中以使其与水、氧等杂质起反应时，需要将碱金属搬送到容器中，但一般而言碱金属接触大气就会快速地起反应，所以难以搬送。于是，作为第一电极，在此不使用碱金属，而使用几乎不与电解液起反应的材料。在电解液中使锂以外的碱金属析出于第一电极上，使所析出的锂以外的碱金属与杂质起反应，由此去除杂质。由此，可以无需在大气中处理富有反应性的碱金属而得到与将碱金属浸渍在电解液中同样的效果。这就是本发明的一个方式的二次电池的制造装置及二次电池的制造方法的特征。
另外，一般而言碱金属大多为箔状或块状，而其表面几乎都是平坦的。但是，在利用本发明的一个方式而在第一电极上析出的锂以外的碱金属的情况下，析出而形成的表面的平坦性根据锂以外的碱金属析出的速度而变化。因此，通过调节锂以外的碱金属的析出速度，可以改变表面的凹凸状态，根据条件，可以增大锂以外的碱金属的表面积，因此可以促进锂以外的碱金属与电解液中的杂质的反应性。
另外，所析出的锂以外的碱金属的表面状态依赖于第一电极的表面状态。如果在第一电极的表面形成凹凸，则锂以外的碱金属沿着其表面析出，因此也可以利用该方法来增大锂以外的碱金属的表面积。由此，可以促进锂以外的碱金属与电解液中的杂质的反应性。
注意，第二电极是对电极。另外，第三电极是进行初期充电的二次电池的正极或负极。对第二电极与第三电极之间施加电场来进行初期充电。
根据本发明的一个方式，可以提供一种具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造装置。
根据本发明的另一个方式，可以提供一种具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造方法。
根据本发明的另一个方式，可以提供一种能够用于具有稳定的充电特性及寿命特性的锂离子二次电池的制造的新颖的电解液。
根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的锂离子二次电池、新颖的锂离子二次电池的制造装置、新颖的锂离子二次电池的制造方法以及新颖的电解液。注意，上述效果的记载并不妨碍其他效果的存在。另外，本发明的一个方式并不需要具有所有例示的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个方式的制造装置的示意性立体图；
图2A及图2B是示出本发明的一个方式的制造装置的示意图；
图3是示出本发明的一个方式的二次电池的制造方法的流程图；
图4A至图4F是示出本发明的一个方式的薄型二次电池的制造工序的图；
图5A及图5B是说明可以用于二次电池的正极活性物质的截面图；
图6A至图6C是说明硬币型二次电池及圆筒型二次电池的图；
图7是说明薄型蓄电池的图；
图8A及图8B是说明薄型蓄电池的截面图；
图9A及图9B是说明薄型蓄电池的图；
图10A及图10B是说明薄型蓄电池的图；
图11是说明薄型蓄电池的图；
图12A至图12C是说明面的曲率半径的图；
图13A至图13D是说明薄膜的曲率半径的图；
图14A至图14C是说明二次电池的结构例子的立体图、俯视图及截面图；
图15A至图15D是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图16A、图16B、图16C1、图16C2及图16D是说明二次电池的结构例子的立体图、俯视图及截面图；
图17A至图17D是说明二次电池的制造方法的例子的图；
图18A及图18B是用来说明蓄电***的例子的图；
图19A1、图19A2、图19B1及图19B2是用来说明蓄电***的例子的图；
图20A及图20B是用来说明蓄电***的例子的图；
图21A至图21G是说明电子设备的一个例子的图；
图22A至图22C是说明电子设备的一个例子的图；
图23是说明电子设备的一个例子的图；
图24A及图24B是说明电子设备的一个例子的图；
图25是说明本发明的一个方式的方框图；
图26A至图26C是说明本发明的一个方式的示意图；
图27是说明本发明的一个方式的电路图；
图28是说明本发明的一个方式的电路图；
图29A至图29C是说明本发明的一个方式的示意图；
图30是说明本发明的一个方式的方框图；
图31是说明本发明的一个方式的流程图。
符号说明
A1 端子
A2 端子
B1 端子
B2 端子
C11 端子
C12 端子
C13 端子
C14 端子
C15 端子
S1 控制信号
S2 控制信号
S3 变压信号
SW1 开关
SW2 开关
SW3 开关
SW11 开关
11 外包装体
12 正极集电体
13 隔离体
14 负极集电体
15 密封层
16 导线电极
17 热压接合区域
18 正极活性物质层
19 负极活性物质层
20 电解液
40 二次电池
100a 二次电池
100b 二次电池
103 隔离体
103a 区域
103b 区域
107 外包装体
111 正极
111a 正极
115 负极
115a 负极
120 密封层
121 正极导线电极
125 负极导线电极
130 电极组装体
131 电极组装体
300 蓄电池
301 正极罐
302 负极罐
303 垫片
304 正极
305 正极集电体
306 正极活性物质层
307 负极
308 负极集电体
309 负极活性物质层
310 隔离体
331 第一区域
332 第二区域
333 第三区域
500 蓄电池
501 正极集电体
502 正极活性物质层
503 正极
504 负极集电体
505 负极活性物质层
506 负极
507 隔离体
508 电解液
509 外包装体
510 正极导线电极
511 负极导线电极
512 熔接区域
513 弯曲部
514 密封部
600 蓄电池
601 正极盖
602 电池罐
603 正极端子
604 正极
605 隔离体
606 负极
607 负极端子
608 绝缘板
609 绝缘板
610 垫片
611 PTC元件
612 安全阀机构
900 电路衬底
910 签条
911 端子
912 电路
913 蓄电池
914 天线
915 天线
916 层
917 层
918 天线
919 端子
920 显示装置
921 传感器
922 端子
951 端子
952 端子
1000 制造装置
1001 容器
1002 隔离体
1003 对电极
1004 电解液
1005 被处理电极
1006 消耗电极
1007 膜
1008 第一线
1009 第二线
1010 控制装置
1011 加热单元
1012 第三线
1013 搅拌单元
1020 控制装置
1300 蓄电装置
1301 端子对
1302 端子对
1303 切换控制电路
1304 切换电路
1305 切换电路
1306 变压控制电路
1307 变压电路
1308 电池部
1309 电池单元
1310 晶体管
1311 总线
1312 总线
1313 晶体管
1314 电流控制开关
1315 总线
1316 总线
1317 开关对
1318 开关对
1321 晶体管对
1322 晶体管
1323 晶体管
1324 总线
1325 总线
1331 晶体管对
1332 晶体管
1333 晶体管
1334 总线
1335 总线
1341 电池管理单元
1351 绝缘型DC-DC转换器
1352 开关部
1353 变压部
1700 曲面
1701 平面
1702 曲线
1703 曲率半径
1704 曲率中心
1800 曲率中心
1801 薄膜
1802 曲率半径
1803 薄膜
1804 曲率半径
7100 便携式显示装置
7101 框体
7102 显示部
7103 操作按钮
7104 蓄电装置
7200 便携式信息终端
7201 框体
7202 显示部
7203 带子
7204 带扣
7205 操作按钮
7206 输入/输出端子
7207 图标
7300 显示装置
7304 显示部
7400 移动电话机
7401 框体
7402 显示部
7403 操作按钮
7404 外部连接端口
7405 扬声器
7406 麦克风
7407 蓄电装置
7408 导线电极
7409 集电体
8000 显示装置
8001 框体
8002 显示部
8003 扬声器部
8004 蓄电装置
8021 充电装置
8022 电缆
8100 照明装置
8101 框体
8102 光源
8103 蓄电装置
8104 天花板
8105 侧壁
8106 地板
8107 窗户
8200 室内机
8201 框体
8202 送风口
8203 蓄电装置
8204 室外机
8300 电冷藏冷冻箱
8301 框体
8302 冷藏室门
8303 冷冻室门
8304 蓄电装置
8400 汽车
8401 车头灯
8500 汽车
9600 平板终端
9625 开关
9626 开关
9627 电源开关
9628 操作开关
9629 紧固件
9630 框体
9630a 框体
9630b 框体
9631 显示部
9631a 显示部
9631b 显示部
9632a 区域
9632b 区域
9633 太阳能电池
9634 充放电控制电路
9635 蓄电体
9636 DCDC转换器
9637 转换器
9638 操作键
9639 按钮
9640 可动部
具体实施方式
下面，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，只要是本领域术人员就可以很容易地理解一个事实，即其方式及详细内容可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限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。因此，即便记载为“电连接”，有时在实际的电路中也存在没有物理连接的部分而只是布线延伸的情况。
为了容易理解，有时附图中所示的各构成要素的位置、尺寸、范围等不表示实际上的位置、尺寸、范围等。因此，所公开的本发明并不必然限于附图中公开的位置、尺寸、范围等。另外，为了容易理解附图，有时省略附图中的一部分构成要素的记载。
另外，本说明书等中的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，其并不表示工序顺序或者层叠顺序等某种顺序或次序。注意，即使是在本说明书等中不附加序数词的用词，为了避免构成要素的混淆，在权利要求书中有时也对该用词附加序数词。注意，即使是在本说明书等中附加序数词的用词，在权利要求书中有时也对该用词附加其他序数词。注意，即使是在本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书等中有时也省略其序数词。
另外，在用于说明实施方式的所有附图中，有时附加相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，省略其重复说明。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1至图4F对本发明的一个方式的二次电池用电极的制造方法及制造装置进行说明。
[二次电池的结构]
图4A是二次电池40的外包装体11的立体图。图4B是层叠了正极、隔离体及负极的立体图。图4C示出用来将正极及负极抽出到外包装体外侧的导线电极16，其包括密封层15。图4D是二次电池40的立体图。图4E示出图4D所示的二次电池40的沿着点划线A-B的截面的一个例子。图4F示出二次电池40的充电时的电流的流向的图。
〈〈外包装体〉〉
作为外包装体11使用由柔性基材构成的片材。片材为叠层体，使用在金属膜的一个或两个表面上设置粘合层(也成为热封层)的膜。粘合层使用包含聚丙烯或聚乙烯等的热熔粘合性树脂膜。在本实施方式中，片材使用在铝箔的表面设置有尼龙树脂、在铝箔的背面设置有耐酸性聚丙烯膜与聚丙烯膜的叠层的金属片材。图4A示出将该片材切割且使其中央部弯折的状态。
〈〈电极〉〉
正极至少包括正极集电体12及正极活性物质层18。另外，负极至少包括负极集电体14及负极活性物质层19。在图4B中，虽然以矩形的薄片形状示出蓄电池用电极(正极或负极)，但是蓄电池用电极的形状并不局限于此，可以适当地选择任意形状。活性物质层虽然仅形成在集电体的单面，但是活性物质层也可以形成在集电体的双面。另外，活性物质层不需要在集电体的整个表面形成，适当地设置用来与电极片连接的区域等非涂布区域。
〈〈集电体〉〉
作为正极集电体及负极集电体可以分别使用导电性高的材料。
〈〈正极集电体〉〉
作为用于正极的集电体，例如可以使用铁、镍、铜、铝、钛、钽、锰等金属及它们的合金(不锈钢等)，但通过将铝用作正极集电体会提高正极的充放电特性的可逆性，所以优选使用铝。
〈〈负极集电体〉〉
作为用于负极的集电体，例如可以使用铁、镍、铜、铝、钛、钽、锰等金属及它们的合金(不锈钢等)，但优选使用不与锂形成合金的金属，例如铜或镍。
〈〈集电体表面处理及形状等〉〉
正极集电体及负极集电体分别可以被碳、镍或钛等覆盖。另外，也可以添加硅、钕、钪、钼等来提高耐热性。作为正极集电体及负极集电体可以适当地使用包括箔状、薄片状、板状、网状、圆柱状、线圈状、冲孔金属网状、拉制金属网状、多孔状及无纺布的各种形状。而且，为了提高与活性物质的粘结性，正极集电体及负极集电体的表面也可以具有细小的凹凸。正极集电体及负极集电体的厚度优选为5μm以上且30μm以下。
〈〈活性物质〉〉
作为用于正极或负极的活性物质，使用锂离子等载体离子能够嵌入及脱嵌的材料即可。通过以适当的方法进行粉碎、造粒及分级，可以控制活性物质的平均粒径、粒径分布。
〈〈正极活性物质〉〉
作为用于正极活性物质层18的正极活性物质，可以使用具有橄榄石型晶体结构、层状岩盐型晶体结构或者尖晶石型晶体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。
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的典型例子，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)等锂化合物来作为材料。
或者，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。作为材料可以使用通式为Li(2－j)MSiO4的锂化合物，其典型例子为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。
此外，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、Al，X＝S、P、Mo、W、As、Si)表示的钠超离子导体(nasicon)型化合物。作为钠超离子导体型化合物，有Fe2(MnO4)3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等。此外，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；FeF3等钙钛矿氟化物；TiS2、MoS2等金属硫族化合物(硫化物、硒化物、碲化物)；LiMVO4等具有反尖晶石型晶体结构的氧化物；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，作为正极活性物质，可以使用能够以组成式LiaMnbMcOd表示的锂锰复合氧化物。在此，元素M优选使用选自锂、锰之外的金属元素或硅、磷，更优选使用镍。另外，在对锂锰复合氧化物的粒子整体进行测定时，优选放电时满足0<a/(b+c)<2、c>0且0.26≤(b+c)/d<0.5。另外，关于锂锰复合氧化物的粒子整体的金属、硅、磷等组成比，例如可以利用ICP-MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry：感应耦合等离子体质量分析法)进行测定。另外，锂锰复合氧化物的粒子整体的氧的组成比例如可以利用EDX(EnergyDispersive X-ray Spectroscopy：能量分散型X射线分析法)进行测定。另外，锂锰复合氧化物的粒子整体的氧的组成比还可以与ICP-MS分析一起利用融合气体分析、XAFS(X-rayAbsorption Fine Structure：X射线吸收微细结构)分析的价数评价来算出。另外，锂锰复合氧化物是指至少包含锂和锰的氧化物，还可以包含选自于由铬、钴、铝、镍、铁、镁、钼、锌、铟、镓、铜、钛、铌、硅和磷等所组成的组中的至少一种元素。
另外，为了发现高容量，优选在表层部及中心部分别具有晶体结构、晶体取向或氧含量不同的锂锰复合氧化物。为了形成上述锂锰复合氧化物，优选组成式为LiaMnbNicOd(1.6≤a≤1.848、0.19≤c/b≤0.935、2.5≤d≤3)的范围内。此外，特别优选使用以组成式Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3表示的锂锰复合氧化物。在本说明书等中，以Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3的组成式表示的锂锰复合氧化物是指将原料材料的量的比例(摩尔比)设定为Li2CO3:MnCO3:NiO＝0.84:0.8062:0.318来形成的锂锰复合氧化物。由此，该锂锰复合氧化物以组成式Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3表示，但有时与该组成稍微不同。
图5A及5B示出具有晶体结构、晶体取向或氧含量不同的区域的锂锰复合氧化物的粒子的截面图的例子。
如图5A所示，具有晶体结构、晶体取向或氧含量不同的区域的锂锰复合氧化物优选包括第一区域331、第二区域332及第三区域333。第二区域332的至少一部分与第一区域331相接。第二区域332位于第一区域331的外侧。第三区域333的至少一部分与第二区域332相接。第三区域333位于第二区域332的外侧。在此，“外侧”表示离粒子的表面更近的一侧。另外，第三区域333优选包括具有含有锂锰复合氧化物的粒子的表面的区域。
另外，如图5B所示，第一区域331也可以包括没有被第二区域332覆盖的区域。另外，第二区域332也可以包括没有被第三区域333覆盖的区域。此外，例如第一区域331中也可以包括与第三区域333相接的区域。此外，第一区域331也可以包括没有被第二区域332及第三区域333中的任一区域覆盖的区域。
第二区域332的组成优选与第一区域331不同。
例如，对如下情况进行说明：分别对第一区域331及第二区域332的组成进行测定，第一区域331包含锂、锰、元素M及氧，第二区域332包含锂、锰、元素M及氧，第一区域331的锂、锰、元素M及氧的原子数比由a1:b1:c1:d1表示，第二区域332的锂、锰、元素M及氧的原子数比由a2:b2:c2:d2表示。另外，例如可以利用使用TEM(透射电子显微镜)的EDX(能量分散型X射线分析)分别对第一区域331及第二区域332各自的组成进行测定。当利用EDX进行测定时，有时难以测定锂的组成。因此，以下，关于第一区域331与第二区域332的组成的不同之处，对锂以外的元素进行叙述。在此，d1/(b1+c1)优选为2.2以上，更优选为2.3以上，进一步优选为2.35以上且3以下。另外，d2/(b2+c2)优选小于2.2，更优选小于2.1，进一步优选为1.1以上且1.9以下。另外，此时，优选包括第一区域331与第二区域332的整个锂锰复合氧化物粒子的组成满足之前所述的0.26≤(b+c)/d<0.5。
第二区域332所包含的锰的化合价也可以与第一区域331所包含的锰的化合价不同。第二区域332所包含的元素M的化合价也可以与第一区域331所包含的元素M的化合价不同。
具体而言，第一区域331优选为具有层状岩盐型晶体结构的锂锰复合氧化物。另外，第二区域332优选为具有尖晶石型晶体结构的锂锰复合氧化物。
在此，当各区域的组成或元素的化合价有空间分布时，例如，可以对多处的组成或化合价进行评价，算出平均值，将该平均值作为该区域的组成或化合价。
另外，第二区域332和第一区域331之间也可以具有过渡层。在此，过渡层是指例如组成连续地或阶段性地变化的区域。另外，过渡层是指晶体结构连续地或阶段性地变化的区域。另外，过渡层是指晶体的晶格常数连续地或阶段性地变化的区域。另外，第二区域332和第一区域331之间也可以具有混合层。在此，混合层是指例如具有不同的晶体取向的两个以上的晶体混在一起的区域。或者，混合层是指具有不同的晶体结构的两个以上的晶体混在一起的区域。或者，混合层是指具有不同的组成的两个以上的晶体混在一起的区域。
第三区域333可以使用碳或金属化合物。在此，作为金属，例如可以举出钴、铝、镍、铁、锰、钛、锌、锂等。作为金属化合物的一个例子，可以举出上述金属的氧化物或氟化物等。
第三区域333特别优选包含上述物质中的碳。由于碳具有高导电性，所以通过将被碳覆盖的粒子用于蓄电池的电极，例如可以降低电极的电阻。另外，由于第三区域333包含碳，可以使与第三区域333相接的第二区域332氧化。另外，第三区域333也可以具有石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。石墨烯及还原氧化石墨烯具有高导电性这样的优良的电特性以及高柔软性和高机械强度这样的优良的物理特性。此外，可以高效地覆盖锂锰复合氧化物的粒子。
通过使第三区域333包括以石墨烯为代表的碳，可以提高将锂锰复合氧化物用作正极材料的二次电池的循环特性。
含有碳的层的膜厚度优选为0.4nm以上且40nm以下。
另外，锂锰复合氧化物的初始粒子的平均粒径例如优选为5nm以上且50μm以下，更优选为100nm以上且500nm以下。另外，优选比表面积为5m2/g以上且15m2/g以下。另外，次级粒子的平均粒径优选为5μm以上且50μm以下。此外，通过利用SEM(扫描电子显微镜)或TEM进行的观察或者利用激光衍射及散射法的粒度分布仪等，可以测定平均粒径。另外，通过气体吸附法可以测定比表面积。
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。
正极活性物质层除了包含上述正极活性物质之外，还可以包含用来提高活性物质的粘结性的粘合剂(binder)、用来提高正极活性物质层的导电性的导电助剂等。
〈〈负极活性物质〉〉
另外，作为负极活性物质层19的负极活性物质，可以使用能够溶解且析出锂或能够使锂离子嵌入且脱嵌的材料，例如可以使用金属锂、碳类材料以及合金类材料等。
金属锂的氧化还原电位低(比标准氢电极低3.045V)，每重量及体积的比容量大(分别为3860mAh/g、2062mAh/cm3)，所以是优选的。
作为碳类材料，有石墨、易石墨化碳(graphitizing carbon)(软碳)、难石墨化碳(non-graphitizing carbon)(硬碳)、碳纳米管、石墨烯、炭黑等。
作为石墨，有中间相碳微球(MCMB)、焦炭基人造石墨(coke-based artificialgraphite)、沥青基人造石墨(pitch-based artificial graphite)等人造石墨、球状化天然石墨等天然石墨。
当锂离子嵌入石墨中时(在生成锂-石墨层间化合物时)，石墨示出与金属锂相同程度的低电位(0.1至0.3V vs.Li/Li+)。由此，锂离子二次电池可以示出高工作电压。再者，石墨具有如下优点：每单位体积的容量较高；体积膨胀小；较便宜；与金属锂相比安全性高等，所以是优选的。
作为负极活性物质，也可以使用能够利用与锂的合金化及脱合金化反应进行充放电反应的合金类材料。例如在载体离子是锂离子的情况下，作为合金类材料的例子有包含Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、In及Ga等中的至少一种的材料。这种元素的容量比碳高，尤其是硅的理论容量显著高，为4200mAh/g。由此，优选将硅用于负极活性物质。作为使用这种元素的合金类材料，例如有SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb及SbSn等。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还包括包含选自Si2O3、Si3O4和Si2O中的一种或多种的材料、Si的粉末与二氧化硅SiO2的混合物。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有时是指包含选自单晶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。如果是非SiO的SiOx(x为2以上)，则是无色透明或者是白色的，从而可以辨别。但是，在使用SiO作为二次电池的材料制造二次电池后，有时由于充放电的反复循环等，使SiO氧化而变质成SiO2。
此外，作为负极活性物质，可以使用二氧化钛(TiO2)、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)、锂-石墨层间化合物(LixC6)、五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钨(WO2)、二氧化钼(MoO2)等氧化物。
此外，作为负极活性物质，可以使用包含锂和过渡金属的氮化物的具有Li3N型结构的Li3-xMxN(M＝Co、Ni、Cu)。例如，Li2.6Co0.4N3显示大的充放电容量(900mAh/g、1890mAh/cm3)，所以是优选的。
当作为负极活性物质使用包含锂和过渡金属的氮化物时，在负极活性物质中包含锂离子，因此可以将其与用作正极活性物质的V2O5、Cr3O8等不包含锂离子的材料组合，所以是优选的。注意，当作为正极活性物质使用含有锂离子的材料时，通过预先使包含在正极活性物质中的锂离子脱嵌，作为负极活性物质也可以使用包含锂和过渡金属的氮化物。
此外，也可以将引起变换反应的材料用于负极活性物质。例如，将氧化钴(CoO)、氧化镍(NiO)、氧化铁(FeO)等不与锂产生合金化反应的过渡金属氧化物用于负极活性物质。作为引起变换反应的材料，还可以举出Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O3等氧化物、CoS0.89、NiS、CuS等硫化物、Zn3N2、Cu3N、Ge3N4等氮化物、NiP2、FeP2、CoP3等磷化物、FeF3、BiF3等氟化物。注意，由于上述氟化物的电位高，所以也可以用作正极活性物质。
负极活性物质层19除了包含上述负极活性物质之外，还可以包含用来提高活性物质的粘结性的粘合剂(Binder)以及用来提高负极活性物质层19的导电性的导电助剂等。
〈〈隔离体〉〉
作为隔离体13可以使用绝缘体，例如，纤维素(纸)、设置有空孔的聚丙烯、设置有空孔的聚乙烯。
〈〈电解液〉〉
电解液20由电解质及溶剂构成，并且使用载体离子能够移动的材料。
〈〈电解质〉〉
作为电解质优选使用具有锂离子的材料。作为电解质的典型例子，有LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等锂盐。这些电解质既可以单独使用一种电解质，又可以按任意的组合及比率使用两种以上的电解质。
〈〈溶剂〉〉
作为电解液的溶剂，优选使用非质子性有机溶剂。作为非质子性有机溶剂的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氢呋喃等中的一种或多种。
此外，通过作为电解液的溶剂使用凝胶化的高分子材料，抗漏液性等的安全性得到提高。并且，能够实现蓄电池的薄型化及轻质化。作为凝胶化的高分子材料的典型例子，可以举出聚丙烯酸凝胶、聚甲基丙烯酸凝胶、聚丙烯腈凝胶、聚氧化乙烯类凝胶、聚氧化丙烯类凝胶、氟类聚合物的胶等。
另外，通过作为电解液的溶剂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)，即使由于蓄电池的内部短路、过度充电等而内部温度上升，也可以防止蓄电池的破裂、起火等。离子液体是流化状态的盐，离子迁移率(电导率)高。另外，离子液体含有阳离子和阴离子。作为离子液体，可以举出包含乙基甲基咪唑(EMI)阳离子的离子液体或包含N-甲基-N-丙基哌啶(propylpiperidinium)(PP13)阳离子的离子液体等。
此外，可以使用具有硫化物类、氧化物类等无机材料的固体电解质、具有PEO(聚环氧乙烷)类等高分子材料的固体电解质来代替电解液。当使用固体电解质时，不需要设置隔离体、间隔物。另外，可以使电池整体固体化，所以没有漏液的忧虑，安全性得到显著提高。
〈〈二次电池的构成要素例子〉〉
例如，二次电池的结构为如下：隔离体13的厚度大约为25μm，正极集电体12的厚度大约为20μm以上且40μm以下，正极活性物质层18的厚度大约为100μm，负极活性物质层19的厚度大约为100μm，负极集电体14的厚度大约为20μm以上且40μm以下。
[二次电池的电极处理装置及电极处理方法]
图1至图2B示出制造装置1000的示意图。
制造装置1000包括：容器1001；隔离体1002；对电极1003；电解液1004；被处理电极1005；消耗电极1006；第一线1008；第二线1009；控制装置1010；加热单元1011；控制装置1020；第三线1012；以及搅拌单元1013。
如本实施方式所示，本发明的一个方式的特征在于使用图1至图2B所示的第一至第三电极。在图1至图2B中，第一电极对应于消耗电极1006，第二电极对应于对电极1003，第三电极对应于被处理电极1005。
用于二次电池的电解液优选与预先放入容器1001内的电解液1004不同，作为用于二次电池的电解液，使用负极处的覆膜的稳定性高的材料。
〈〈电解液〉〉
用于二次电池的电解液及电解液1004分别由电解质及溶剂构成，并且使用载体离子能够移动的材料。
〈〈电解质〉〉
作为电解质优选使用具有锂离子的材料。作为电解质的典型例子，有LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等锂盐。这些电解质既可以单独使用一种电解质，又可以按任意的组合及比率使用两种以上的电解质。
并且，作为电解质，除了包含锂离子的材料，还优选使用锂以外的碱金属的盐。例如，优选使用由碱PF6 －、ClO4 －、AsF6 －、BF4 －、CF3SO3 －、(CF3SO2)2N－、(C2F5SO2)2N－等形成的碱金属盐。作为锂盐以外的碱金属盐可以使用具有Na、K、Rb、Cs、Fr的碱金属盐，但是在碱金属中，具有Na的碱金属盐与锂的平衡电位的差较大，容易选择性地在电极上析出，所以优选使用具有Na的碱金属盐。
〈〈溶剂〉〉
作为电解液的溶剂，优选使用非质子性有机溶剂。作为非质子性有机溶剂的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氢呋喃等中的一种或多种。
〈〈对电极〉〉
作为对电极1003(第二电极)，可以使用金属锂或铂。
〈〈消耗电极〉〉
作为消耗电极1006(第一电极)可以使用铜。作为消耗电极1006，可以使用能够用于集电体的材料。例如，可以使用钛、不锈钢等。
〈〈电极连接方法〉〉
将被处理电极1005(第三电极)放入容器1001的电解液1004中。被处理电极1005是在其单面或双面形成有活性物质层的集电体(薄片状电极)。被放入到电解液1004的被处理电极1005与固定单元(具有导电性的紧固件等)电连接。该固定单元通过第一线1008与控制装置1010电连接。
图1虽然示出以沿着容器1001内壁的方式放入被处理电极1005的方法，但是薄片状电极的形状有可能根据用途而改变。可以根据薄片状电极的长度选择放入容器内的方法。通过以固定单元固定被处理电极1005，被处理电极1005与对电极1003分开而不电连接。可以仅使被处理电极1005与对电极1003在空间上分开，但也可以在对电极1003的外周配置隔离体1002，以防被处理电极1005与对电极1003不慎接触。
作为隔离体1002可以使用绝缘体，例如，纤维素(纸)、设置有空孔的聚丙烯或设置有空孔的聚乙烯。
在控制装置1010中至少有两根布线，第一根布线(第一线1008)通过固定单元与集电体电连接，第二根布线(第二线1009)与对电极电连接。在本实施方式中，作为对电极1003使用锂，将作为与第二根布线电连接的对电极1003的锂放入容器内的电解液中。
在控制装置1010的两根布线之间配置有电解液1004，调节流过两根布线之间配置的电解液1004等的电流量、电压。通过调节电流量、电压来使电解液中配置的被处理电极1005氧化或还原。
消耗电极1006以其一部分或全部浸渍在电解液1004中的方式配置。消耗电极1006通过第三线1012与控制装置1020电连接。注意，第三线1012具有开关SW11，可以切换针对消耗电极1006的电位的施加或遮断。
〈〈电极处理方法〉〉
图2A至图3示出二次电池的电极处理方法。注意，在本实施方式中，金属锂电极的平衡电位(V vs.Li/Li+)为0，各端子的电位表示与金属锂电极的平衡电位的电位差。
首先，以作为对电极1003使用锂的情况为例进行说明。如图2A及图2B所示，连接对电极1003与控制装置1010的端子C13。另外，连接被处理电极1005与控制装置1010的端子C14。并且，通过开关SW11连接控制装置1020的端子C11与消耗电极1006。
接着，示出在消耗电极1006表面析出电解液1004所含的锂以外的碱金属离子的方法。在此，作为碱金属以Na为例进行说明。开启开关SW11以成为导通状态，使端子C11与端子C13的电位相同，并且，调节控制装置1010、1020以使其电位低于Na的平衡电位(步骤S101)。Na的平衡电位为0.331V vs.Li/Li+，因此作为端子C11及端子C13的电位，例如优选设定为0.2V vs.Li/Li+。其结果，电解液1004所含的Na离子在对电极1003及消耗电极1006的表面析出，形成Na的膜1007。注意，由于端子C11及端子C13的电位高于金属锂的平衡电位，所以锂不会析出。对端子C12可以施加作为基准电位的电位。对端子C15可以施加作为基准电位的电位，例如可以施加接地电位。另外，在上述内容中，举出通过使端子C11与端子C13的电位相同而使作为对电极1003的锂电极与消耗电极1006的电位相同的例子。或者，也可以使对电极1003与消耗电极1006短路。能够不使用特別的装置而使对电极1003与消耗电极1006的电位相同。
此外，既可以如图2A及图2B所示那样使膜1007覆盖在消耗电极1006表面地析出，也可以设成混合地存在形成有膜1007的部分以及消耗电极1006的表面对于电解液1004部分地露出的部分的状态。另外，消耗电极1006的表面既可以如图2A那样平坦，另外，也可以如图2B那样具有凹凸。
接着，示出使在消耗电极1006表面析出的Na与电解液1004中的杂质进行反应的方法(步骤S102)。优选关闭开关SW11以成为断开状态。在消耗电极1006表面电化学性地析出的金属Na的反应性高于金属锂，并且其表面积也大，所以电解液1004所含的氧、水分、氮等杂质主要在消耗电极1006表面起反应。在经过充分的时间后，能够使杂质的量降低到其对被处理电极1005的影响可以忽视的程度。
接着，对被处理电极1005进行处理(步骤S103)。将对电极1003及消耗电极1006的电位维持在步骤S102的状态，同时通过对被处理电极1005施加电位而引起氧化或还原反应。
在使被处理电极1005氧化或还原的期间，通过利用加热单元1011对电解液1004进行加热，可以促进电化学反应，从而实现短时间内的氧化或还原处理。加热单元1011可以配置在容器内部。
另外，为了促进电化学反应，电解液1004中也可以具有搅拌单元1013。
在进行电化学反应(氧化或还原)后，从容器内的电解液1004中取出被处理电极1005。并且在干燥后加工成所希望的形状。在被具有开口部的外包装体包围的区域中收容重叠正极、隔离体、负极而成的叠层体，在被外包装体包围的区域中收容电解液，并利用热压接合封住外包装体的开口部。图4D及图4E示出热压接合区域17。由此可以制造图4E所示的二次电池。
在此，参照图4F对二次电池的充电时的电流进行说明。当将使用锂的二次电池看作一个闭路时，锂离子迁移的方向和电流流过的方向相同。注意，在使用锂的二次电池中，由于阳极与阴极以及氧化反应与还原反应根据充电或放电而调换，所以将反应电位高的电极称为正极，而将反应电位低的电极称为负极。由此，在本说明书中，无论在充电中、在放电中、在流过反向脉冲电流时还是在流过充电电流时，都将正极称为“正极”或“+极”，而将负极称为“负极”或“－极”。如果使用与氧化反应及还原反应有关的阳极、阴极这样的术语，则由于在充电时和放电时阳极与阴极是相反的，有可能引起混乱。因此，在本说明书中，不使用阳极、阴极这样的术语。假设在使用阳极、阴极这样的术语时，会明确地表示出是充电时还是放电时，并且一并记载其对应于正极(+极)还是负极(-极)。
图4F所示的两个端子与充电器连接，对二次电池40进行充电。电极之间的电位差随着二次电池40的充电的推进而增大。在图4F中，电子从二次电池40外部的端子流向正极集电体12。在二次电池40中，电流从正极集电体12流向负极集电体14。正方向是指电流从负极集电体14流向二次电池40外部的端子的方向。也就是说，以充电电流的流向为电流的方向。
在本实施方式中，示出用于便携式信息终端等的小型电池的例子。但是，本发明的一个方式并不局限于此，也可以应用于装备在车辆等中的大型电池。
根据本发明的一个方式，可以降低正极及负极的初期不可逆容量，其结果，可以提供兼备大电极容量、高速充放电特性及得到改善的循环特性的二次电池。
虽然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并不局限于此。根据情形或状况，也可以将本发明的一个方式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、电容器或者锂离子电容器等。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。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式2
在本实施方式中，说明使用本发明的一个方式的蓄电装置的各种方式。
[硬币型蓄电池]
图6A是硬币型(单层扁平型)蓄电池的外观图，图6B是其截面图。
在硬币型蓄电池300中，兼作正极端子的正极罐(positive electrode can)301和兼作负极端子的负极罐(negative electrode can)302被由聚丙烯等形成的垫片303绝缘密封。正极304由正极集电体305以及与其相接地设置的正极活性物质层306形成。除了正极活性物质以外，正极活性物质层306还可以包含用来提高正极活性物质的粘结性的粘合剂以及用来提高正极活性物质层的导电性的导电助剂等。作为导电助剂，优选使用比表面积较大的材料，可以使用乙炔黑(AB)等。此外，也可以使用碳纳米管、石墨烯、富勒烯等碳材料。
另外，负极307由负极集电体308以及与其相接地设置的负极活性物质层309形成。除了负极活性物质以外，负极活性物质层309还可以包含用来提高负极活性物质的粘结性的粘合剂以及用来提高负极活性物质层的导电性的导电助剂等。在正极活性物质层306与负极活性物质层309之间设置有隔离体310及电解质(未图示)。
作为用于负极活性物质层309的负极活性物质，使用实施方式1所示的材料。在组装电池前，利用实施方式1所示的装置对负极307在电解液中进行氧化及还原处理。
另外，作为正极集电体305、负极集电体308等集电体，使用实施方式1所示的材料。
作为正极活性物质层306，可以使用锂离子能够嵌入及脱嵌的材料，例如，使用实施方式1所示的材料。另外，在组装电池前，利用实施方式1所示的装置对正极304在电解液中进行氧化及还原处理。
作为隔离体310可以使用绝缘体，例如，纤维素(纸)、设置有空孔的聚丙烯、设置有空孔的聚乙烯。
在电解液中，作为电解质使用具有载体离子的材料。作为电解质的典型例子，有LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等锂盐。这些电解质既可以单独使用一种电解质，又可以按任意的组合及比率使用两种以上的电解质。
另外，在载体离子是锂离子以外的碱金属离子、碱土金属离子的情况下，作为电解质，在上述锂盐中也可以使用碱金属(例如，钠、钾等)、碱土金属(例如，钙、锶、钡、铍、镁等)来代替锂。
另外，作为电解液的溶剂，使用载体离子能够移动的材料。作为电解液的溶剂，优选使用非质子性有机溶剂。作为非质子性有机溶剂的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氢呋喃等中的一种或多种。此外，通过作为电解液的溶剂使用凝胶化的高分子材料，抗漏液性等的安全性得到提高。并且，能够实现蓄电池的薄型化及轻质化。作为凝胶化的高分子材料的典型例子，可以举出聚丙烯酸凝胶、聚甲基丙烯酸凝胶、聚丙烯腈凝胶、聚氧化乙烯类凝胶、聚氧化丙烯类凝胶、氟类聚合物的胶等。另外，通过作为电解液的溶剂使用一个或多个具有阻燃性及非挥发性的离子液体(室温熔融盐)，即使因蓄电池的内部短路、过度充电等而使内部温度上升，也可以防止蓄电池的破裂、起火等。
作为正极罐301、负极罐302，可以使用对电解液具有抗腐蚀性的镍、铝、钛等金属、或者它们的合金、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，正极罐301及负极罐302优选被镍或铝等覆盖。正极罐301与正极304电连接，负极罐302与负极307电连接。
将这些负极307、正极304及隔离体310浸渍于电解质，如图6B所示，将正极罐301设置在下方，依次层叠正极304、隔离体310、负极307、负极罐302，使垫片303介于正极罐301与负极罐302之间并进行压接，由此制造硬币型蓄电池300。
另外，图6C示出圆筒型蓄电池的一个例子。图6C示意性地示出圆筒型蓄电池的截面。
圆筒型蓄电池600包括正极盖601(电池盖)和电池罐602(外包装罐)。这些正极盖601与电池罐602通过垫片610(绝缘垫片)而绝缘。
图6C是示意性地示出圆筒型蓄电池的截面的图。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和带状的负极606将隔离体605夹在中间地被卷绕。虽然未图示，但是电池元件以中心销为中心被卷绕。电池罐602的一端关闭且另一端开着。作为电池罐602可以使用对电解液具有抗腐蚀性的镍、铝、钛等金属、或者它们的合金、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、负极及隔离体被卷绕而成的电池元件被对置的一对绝缘板608和绝缘板609夹着。另外，在设置有电池元件的电池罐602的内部中注入有非水电解液(未图示)。作为非水电解液，可以使用与硬币型、分层型蓄电池相同的非水电解液。
与上述硬币型蓄电池的正极及负极同样地制造正极604及负极606即可，但由于用于圆筒型蓄电池的正极及负极被卷绕，所以活性物质形成在集电体的两个面，在这一点上不同。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电阻焊接到安全阀机构612，而将负极端子607电阻焊接到电池罐602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。当电池的内压上升到超过指定的阈值时，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611，可以使用钛酸钡(BaTiO3)类半导体陶瓷等。
在本实施方式中，虽然作为蓄电池示出硬币型及圆筒型蓄电池，但是也可以使用密封型蓄电池、方型蓄电池等各种形状的其他蓄电池。此外，也可以采用层叠有多个正极、多个负极、多个隔离体的结构以及卷绕有正极、负极、隔离体的结构。
[薄型蓄电池1]
图7示出作为蓄电装置的一个例子的薄型蓄电池。图7示出薄型蓄电池的一个例子。薄型蓄电池如果做成具有柔性的结构，则在安装到至少具有一部分有柔性的部位的电子设备时，可以使蓄电池与该电子设备的变形相符合地弯曲。
图7示出薄型蓄电池500的外观图。图8A及图8B示出沿着图7所示的单点划线A1-A2的截面以及B1-B2的截面。薄型蓄电池500包括：包含正极集电体501及正极活性物质层502的正极503；包含负极集电体504及负极活性物质层505的负极506；隔离体507；电解液508；以及外包装体509。在设置于被外包装体509包围的区域的正极503与负极506之间设置有隔离体507。此外，在被外包装体509包围的区域中充满电解液508。
作为正极503和负极506中的至少一个，使用应用本发明的一个方式而制造的电极。另外，也可以作为正极503和负极506这两者，使用应用本发明的一个方式而制造的电极。例如，作为正极503和负极506中的至少一个，使用利用实施方式1所示的装置进行了处理的电极。
作为电解液508及隔离体507可以使用实施方式1所示的材料。
优选将隔离体507加工为袋状，并以包围正极503和负极506中的某一个的方式配置。例如，如图9A所示，以夹住正极503的方式将隔离体507对折，并使用密封部514在与正极503重叠的区域的外侧进行密封，由此可以将正极503可靠地承载在隔离体507内。然后，如图9B所示，优选交替层叠被隔离体507包围的正极503和负极506并将它们配置在被外包装体509包围的区域，由此形成薄型蓄电池500。
在此，对如下例子进行说明：作为正极活性物质使用实施方式1所示的包含锂锰复合氧化物的粒子，作为正极503使用实施方式1所示的电极，并且，作为负极活性物质使用包含硅的活性物质。
由于包含硅的活性物质(例如，硅、SiO)的单位活性物质重量及单位活性物质体积的容量较大，所以可以提高蓄电池的单位重量及单位体积的容量。
图10A及图10B示出将集电体焊接到导线电极的例子。作为例子，示出将正极集电体501焊接到正极导线电极510的情况。通过超音波焊接等在焊接区域512中将正极集电体501焊接到正极导线电极510。由于正极集电体501具有图10B所示的弯曲部513，因此可以缓解在制造蓄电池500之后因从外部施加的力而产生的应力，从而提高蓄电池500的可靠性。
在图7至图8B所示的薄型蓄电池500中，通过超音波焊接将正极导线电极510与正极503所包括的正极集电体501焊接在一起，并且将负极导线电极511与负极506所包括的负极集电体504焊接在一起。另外，正极集电体501及负极集电体504也可以兼作与外部电接触的端子。此时，也可以不使用导线电极而配置成使正极集电体501及负极集电体504的一部分从外包装体509向外侧露出。
另外，在图7中，将正极导线电极510及负极导线电极511配置在同一边上，但是如图11所示，也可以将正极导线电极510及负极导线电极511配置在不同的边上。如此，在本发明的一个方式的蓄电池中，可以自由地配置导线电极，因此其设计自由度高。因此，可以提高使用本发明的一个方式的蓄电池的产品的设计自由度。另外，可以提高使用本发明的一个方式的蓄电池的产品的生产率。
在薄型蓄电池500中，作为外包装体509，例如可以使用如下三层结构的薄膜：在由聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、离聚物、聚酰胺等材料构成的膜上设置铝、不锈钢、铜、镍等柔性高的金属薄膜，并且在该金属薄膜上作为外包装体的外表面设置聚酰胺类树脂、聚酯类树脂等绝缘性合成树脂薄膜。
在图8A及8B中，作为一个例子，面对面的正极和负极的组合个数为五个，但是电极的组合个数当然不局限于五个，既可以多于五个又可以少于五个。当电极层数较多时，可以实现容量更高的蓄电池。当电极层数较少时，可以实现薄型且柔性高的蓄电池。
在上述结构中，二次电池的外包装体509可以在曲率半径为30mm以上、优选曲率半径为10mm以上的范围内变形。作为二次电池的外包装体的薄膜由一张或两张构成，在二次电池具有叠层结构的情况下，弯曲了的电池具有由作为外包装体的薄膜的两条曲线夹着的截面结构。
参照图12A至图12C说明曲面的曲率半径。在图12A中，在截断曲面1700而得到的平面1701上，使包括在曲面1700中包含的曲线1702的一部分近似于圆弧，将该圆的半径作为曲率半径1703，将圆中心作为曲率中心1704。图12B示出曲面1700的俯视图。图12C示出用平面1701截断曲面1700而得到的截面图。当用平面截断曲面时，出现在截面上的曲线的曲率半径根据平面相对于曲面的角度、截断位置而不同，但是在本说明书等中，将最小的曲率半径定义为面的曲率半径。
在使由作为外包装体的两个膜夹着电极及电解液等电池材料1805的二次电池弯曲的情况下，接近于二次电池的曲率中心1800一侧的薄膜1801的曲率半径1802比远离于曲率中心1800一侧的薄膜1803的曲率半径1804小(参照图13A)。当使二次电池弯曲而使其截面呈圆弧形时，离曲率中心1800近的膜表面受到压缩应力，离曲率中心1800远的膜表面受到拉伸应力(参照图13B)。当在外包装体的表面形成由凹部或凸部构成的图案时，即便如上所述那样被施加压缩应力、拉伸应力，也能够将变形的影响抑制在允许范围内。因此，二次电池可以在离曲率中心近的外包装体的曲率半径为30mm以上、优选为10mm以上的范围内变形。
此外，二次电池的截面形状不局限于简单的圆弧状，也可以为其一部分呈圆弧的形状，例如可以为图13C所示的形状、波状(参照图13D)、S形状等。当二次电池的曲面为具有多个曲率中心的形状时，二次电池可以在如下范围内变形：在多个曲率中心各自的曲率半径中曲率半径最小的曲面中，两个外包装体中的离曲率中心较近的外包装体的曲率半径为30mm以上、优选为10mm以上。
[薄型蓄电池2]
作为与图7不同的薄型蓄电池的例子，图14A至图14C示出二次电池100a。图14A是二次电池100a的立体图，图14B是二次电池100a的俯视图。图14C是沿着图14B的点划线D1-D2的截面图。注意，为了便于理解，在图14C中，摘出正极111、负极115、隔离体103、正极导线电极121、负极导线电极125及密封层120而示出。
在此，参照图15A至图15D，对图14A至图14C所示的二次电池100a的制造方法的一部分进行说明。
首先，在隔离体103上配置负极115(参照图15A)。此时，以负极115具有的负极活性物质层与隔离体103重叠的方式配置。
接着，使隔离体103弯折，并将隔离体103重叠在负极115上。接着，在隔离体103上重叠正极111(参照图15B)。此时，以正极111所具有的正极活性物质层与隔离体103及负极活性物质层重叠的方式配置。另外，当使用在集电体的单面形成有活性物质层的电极时，以正极111的正极活性物质层与负极115的负极活性物质层隔着隔离体103对置的方式配置。
在将聚丙烯等能够进行热熔接的材料用作隔离体103的情况下，通过对隔离体103彼此重叠的区域进行热熔接，然后将另一个电极重叠在隔离体103上，可以抑制在制造过程中电极错开。具体而言，优选对不与负极115或正极111重叠且隔离体103彼此重叠的区域(例如图15B的区域103a所示的区域)进行热熔接。
通过反复上述工序，如图15C所示那样，可以以夹着隔离体103的方式将正极111及负极115层叠。
注意，也可以配置成将多个负极115与多个正极111交替地夹在预先反复折叠好的隔离体103之间。
接着，如图15C所示，由隔离体103覆盖多个正极111及多个负极115。
并且，如图15D所示，通过对隔离体103彼此重叠的区域(例如图15D所示的区域103b)进行热熔接，由隔离体103覆盖多个正极111及多个负极115并将它们捆扎。
另外，也可以使用捆扎材料来捆扎多个正极111、多个负极115及隔离体103。
由于以这样的工序重叠正极111及负极115，在一个隔离体103中，具有被正极111及负极115夹着的区域以及配置成覆盖多个正极111及多个负极115的区域。
换言之，图14A至图14C的二次电池100a所包括的隔离体103是其一部分被折叠的一个隔离体。在隔离体103的被折叠的区域中夹有多个正极111及多个负极115。
关于二次电池100a的外包装体107的粘合区域、正极111、负极115、隔离体103、外包装体107的形状以及正极导线电极121、负极导线电极125的位置及形状以外的结构，可以参照实施方式1的记载。另外，关于重叠正极111及负极115的工序以外的二次电池100a的制造方法，可以参照实施方式1所记载的制造方法。
[薄型蓄电池3]
作为与图14A至图14C不同的薄型蓄电池的例子，图16A、图16B、图16C1、图16C2及图16D示出二次电池100b。图16A是二次电池100b的立体图，图16B是二次电池100b的俯视图。图16C1是第一电极组装体130的截面图，图16C2是第二电极组装体131的截面图。图16D是沿着图16B的单点划线E1-E2处的截面图。注意，为了便于理解，在图16D中，摘出第一电极组装体130、第二电极组装体131及隔离体103来示出。
在图16A、图16B、图16C1、图16C2及图16D所示的二次电池100b中，正极111、负极115及隔离体103的配置与图14A至图14C的二次电池100a不同。
如图16D所示，二次电池100b包括多个第一电极组装体130及多个第二电极组装体131。
如图16C1所示，在第一电极组装体130中，依次层叠有在正极集电体的双面具有正极活性物质层的正极111a、隔离体103、在负极集电体的双面具有负极活性物质层的负极115a、隔离体103、在正极集电体的双面具有正极活性物质层的正极111a。另外，如图16C2所示，在第二电极组装体131中，依次层叠有在负极集电体的双面具有负极活性物质层的负极115a、隔离体103、在正极集电体的双面具有正极活性物质层的正极111a、隔离体103、在负极集电体的双面具有负极活性物质层的负极115a。
并且，如图16D所示，多个第一电极组装体130及多个第二电极组装体131被卷起来的隔离体103覆盖。
在此，参照图17A至图17D，对图16A、图16B、图16C1、图16C2及图16D所示的二次电池100b的制造方法的一部分进行说明。
首先，在隔离体103上配置第一电极组装体130(参照图17A)。
接着，使隔离体103弯折，并将隔离体103重叠于第一电极组装体130上。接着，在第一电极组装体130上下隔着隔离体103重叠两组第二电极组装体131(参照图17B)。
接着，以覆盖两组第二电极组装体131的方式将隔离体103卷起来。并且，在两组第二电极组装体131上下隔着隔离体103重叠两组第一电极组装体130(参照图17C)。
接着，以覆盖两组第一电极组装体130的方式将隔离体103卷起来(参照图17D)。
由于以这样的工序重叠多个第一电极组装体130及多个第二电极组装体131，所以这些电极组装体配置在卷成旋涡状的隔离体103之间。
注意，配置在最外侧的第一电极组装体130的正极111a在外侧优选不设置正极活性物质层。
另外，在图16C1及图16C2中，虽然示出电极组装体包括三个电极及两个隔离体的结构，但是本发明的一个方式并不局限于此。也可以采用电极为四个以上、隔离体为三个以上的结构。通过增加电极，可以进一步增大二次电池100b的容量。另外，也可以采用电极为两个、隔离体为一个的结构。当电极少时，可以实现更耐弯曲的二次电池100b。另外，在图16D中，虽然示出二次电池100b包括三组第一电极组装体130及两组第二电极组装体131的结构，但是本发明的一个方式并不局限于此。也可以采用具有更多电极组装体的结构。通过增加电极组装体，可以进一步增大二次电池100b的容量。另外，也可以采用包括更少的电极组装体的结构。当电极组装体少时，可以实现更耐弯曲的二次电池100b。
关于二次电池100b的正极111a、负极115a及隔离体103的配置以外的内容，可以参照关于图14A至图14C的记载。
[蓄电***的结构例子]
另外，针对蓄电***的结构例子，参照图18A至图20B进行说明。在此，蓄电***例如是指组装有蓄电装置的设备。在本实施方式中说明的蓄电***包括使用本发明的一个方式的蓄电池。
图18A和图18B是蓄电***的外观图。蓄电***包括电路衬底900及蓄电池913。在蓄电池913上贴合有签条910。并且，如图18B所示，蓄电***包括端子951、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，也可以进一步设置多个端子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的形状不局限于线圈状，例如也可以为线状、板状。另外，还可以使用平面天线、孔径天线、行波天线、EH天线、磁场天线或电介质天线等天线。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，不仅利用电磁场、磁场，而且还可以利用电场进行功率交换。
天线914的线宽度优选大于天线915的线宽度。由此，可以增大通过天线914接受的电能。
蓄电装置在天线914及天线915与蓄电池913之间包括层916。层916例如具有遮蔽来自蓄电池913的电磁场的功能。作为层916，例如可以使用磁性体。
蓄电***不局限于图18A和图18B所示的结构。
例如，如图19A1及图19A2所示，也可以在图18A及图18B所示的蓄电池913的对置的一对表面分别设置天线。图19A1是示出从上述一对表面中的一个表面一侧观察的外观图，图19A2是示出从上述一对表面中的另一个表面一侧观察的外观图。另外，与图18A及图18B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援引图18A及图18B所示的蓄电***的说明。
如图19A1所示，在蓄电池913的一对表面中的一个表面隔着层916地设置有天线914，如图19A2所示，在蓄电池913的一对表面中的另一个表面隔着层917地设置有天线915。层917例如具有遮蔽来自蓄电池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双方的尺寸。
或者，如图19B1及图19B2所示，在图18A及图18B所示的蓄电池913的对置的一对表面分别设置不同的天线。图19B1是示出从上述一对表面中的一个表面一侧观察的外观图，图19B2是示出从上述一对表面中的另一个表面一侧观察的外观图。另外，与图18A及图18B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援引图18A及图18B所示的蓄电***的说明。
如图19B1所示，在蓄电池913的一对表面中的一个表面隔着层916地设置有天线914和天线915，如图19B2所示，在蓄电池913的一对表面中的另一个表面隔着层917地设置有天线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，例如可以使用具有能够应用于天线914及天线915的形状的天线。作为经由天线918的蓄电***与其他设备之间的通信方式，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20A所示，也可以在图18A及图18B所示的蓄电池913处设置显示装置920。显示装置920通过端子919与端子911电连接。另外，也可以在设置有显示装置920的部分不贴合有签条910。此外，与图18A及图18B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援引图18A及图18B所示的蓄电***的说明。
在显示装置920上，例如可以显示示出是否正在进行充电的图像、示出蓄电量的图像等。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的功耗。
或者，如图20B所示，也可以在图18A及图18B所示的蓄电池913处设置传感器921。传感器921通过端子922与端子911电连接。此外，与图18A及图18B所示的蓄电***相同的部分可以适当地援引图18A及图18B所示的蓄电***的说明。
传感器921例如可以具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时刻、硬度、电场、电流、电压、功率、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，例如可以检测出表示设置有蓄电***的环境的数据(温度等)，并将其预先储存在电路912中的存储器。
在本实施方式所示的蓄电池、蓄电***中使用根据本发明的一个方式的电极。因此，可以增加蓄电池、蓄电***的容量。另外，可以提高能量密度。另外，可以提高可靠性。另外，可以延长寿命。
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3
在本实施方式中，说明将作为使用本发明的一个方式的蓄电装置的具有柔性的蓄电池安装在电子设备的例子。
图21A至图21G示出将上述实施方式所示的具有柔性的蓄电池安装在电子设备的例子。作为应用具有柔韧形状的蓄电装置的电子设备，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、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
此外，也可以将具有柔韧形状的蓄电装置沿着在房屋、高楼的内壁或外壁、汽车的内部装饰或外部装饰的曲面组装。
图21A示出移动电话机的一个例子。移动电话机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，移动电话机7400具有蓄电装置7407。
图21B示出使移动电话机7400弯曲的状态。在利用外部的力使移动电话机7400变形而使其整体弯曲时，设置在其内部的蓄电装置7407也弯曲。图21C示出弯曲状态的蓄电装置7407。蓄电装置7407是薄型蓄电池。蓄电装置7407在弯曲状态下被固定。此外，蓄电装置7407具有与集电体7409电连接的导线电极7408。
图21D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及蓄电装置7104。另外，图21E示出弯曲的蓄电装置7104的状态。当蓄电装置7104以弯曲的状态戴到使用者的胳膊时，蓄电装置7104的框体变形，使得蓄电装置7104的一部分或全部的曲率发生变化。将以等价圆半径的值表示曲线的任一点处的弯曲程度而得到的量称为曲率半径，并且将曲率半径的倒数称为曲率。具体而言，框体或蓄电装置7104的主表面的一部分或全部在曲率半径为40mm以上且150mm以下的范围内变化。只要蓄电装置7104的主表面处的曲率半径在40mm以上且150mm以下的范围内，就可以保持高可靠性。
图21F是手表型便携式信息终端的一个例子。便携式信息终端7200包括框体7201、显示部7202、带子7203、带扣7204、操作按钮7205、输入/输出端子7206等。
便携式信息终端7200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编写、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。
显示部7202的显示面弯曲地设置，能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外，显示部7202具备触摸传感器，可以用手指、触屏笔等触摸屏幕来进行操作。例如，通过触摸显示于显示部7202的图标7207，可以启动应用程序。
操作按钮7205除了时刻设定之外，还可以具有电源开关动作、无线通信的开关动作、静音模式的执行及取消、省电模式的执行及取消等各种功能。例如，通过利用组装在便携式信息终端7200中的操作***，可以自由地设定操作按钮7205的功能。
另外，便携式信息终端7200可以执行被通信标准化的近距离无线通信。例如，通过与可无线通信的耳麦进行相互通信，可以进行免提通话。
另外，便携式信息终端7200具备输入/输出端子7206，可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外，也可以通过输入/输出端子7206进行充电。另外，充电工作也可以利用无线供电进行，而不经由输入/输出端子7206。
便携式信息终端7200的显示部7202包括本发明的一个方式的蓄电装置。例如，可以将图21E所示的蓄电装置7104以弯曲的状态组装在框体7201的内部，或者，以能够弯曲的状态组装到带子7203的内部。
图21G示出臂章型显示装置的一个例子。显示装置7300具备显示部7304以及根据本发明的一个方式的蓄电装置。显示装置7300也可以在显示部7304具备触摸传感器，并被用作便携式信息终端。
显示部7304的显示面弯曲，能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外，显示装置7300可以利用被通信标准化的近距离无线通信等改变显示状况。
显示装置7300具备输入/输出端子，可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外，也可以通过输入/输出端子进行充电。另外，充电动作也可以利用无线供电进行，而不经由输入/输出端子。
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4
在本实施方式中，示出能够安装蓄电装置的电子设备的一个例子。
图22A和图22B示出能够进行对折的平板终端的一个例子。图22A及图22B所示的平板终端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、紧固件9629以及操作开关9628。图22A示出打开平板终端9600的状态，图22B示出合上平板终端9600的状态。
平板终端9600在框体9630a及框体9630b的内部具备蓄电体9635。蓄电体9635经过可动部9640设置于框体9630a及框体9630b。
在显示部9631a中，可以将其一部分用作触摸屏的区域9632a，并且可以通过接触所显示的操作键9638来输入数据。此外，作为一个例子，示出了显示部9631a的一半区域只具有显示的功能、并且剩下的一半区域具有触摸屏的功能的结构，但是不局限于该结构。也可以采用显示部9631a的整个区域具有触摸屏的功能的结构。例如，可以使显示部9631a的整个面显示键盘按钮而将其用作触摸屏，并且将显示部9631b用作显示画面。
此外，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屏的区域9632b。此外，通过使用手指、触屏笔等接触触摸屏上的显示有键盘显示切换按钮9639的位置，可以在显示部9631b上显示键盘按钮。
此外，也可以对触摸屏的区域9632a和触摸屏的区域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、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的外部光的光量，省电模式切换开关9625可以使显示的亮度设定为最适合的亮度。平板终端不仅仅内置光传感器，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。
此外，图22A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，既可以使一个显示部的尺寸和另一个显示部的尺寸不同，也可以使它们的显示质量有差异。例如将显示部9631a和显示部9631b中的一个显示部设成能够进行清晰度比另一个显示部更高的显示。
图22B是合上的状态，并且平板终端包括具备框体9630、太阳能电池9633、DCDC转换器9636的充放电控制电路9634。作为蓄电体9635使用本发明的一个方式的蓄电体。
此外，平板终端9600能够进行对折，因此不使用时可以以重叠的方式折叠框体9630a及框体9630b。通过折叠框体9630a及框体9630b，可以保护显示部9631a和显示部9631b，可以提高平板终端9600的耐久性。使用根据本发明的一个方式的蓄电体的蓄电体9635具有柔性，即使被反复弯曲拉伸，充放电容量也不容易减少。因此可以提供一种可靠性高的平板终端。
此外，除此之外，图22A和图22B所示的平板终端还可以具有如下功能：将各种各样的信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上；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；通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸屏、显示部或影像信号处理部等。注意，太阳能电池9633可以设置在框体9630的单面或双面，并且可以高效地对蓄电体9635进行充电，所以是优选的。另外，当作为蓄电体9635使用锂离子电池时，有可以实现小型化等优点。
另外，参照图22C所示的方框图而对图22B所示的充放电控制电路9634的结构和工作进行说明。图22C示出太阳能电池9633、蓄电体9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3以及显示部9631，蓄电体9635、DCDC转换器9636、转换器9637、开关SW1至开关SW3对应于图22B所示的充放电控制电路9634。
首先，说明在利用外部光通过太阳能电池9633进行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它成为用来对蓄电体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，采用当不进行显示部9631中的显示时使开关SW1断开并且使开关SW2导通来对蓄电体9635进行充电的结构即可。
注意，作为发电单元的一个例子示出太阳能电池9633，但是不局限于此，也可以构成为使用压电元件(piezoelectric element)或热电转换元件(珀尔帖元件(Peltierelement))等其他发电单元进行蓄电体9635的充电。例如，也可以构成为使用以无线(不接触)的方式收发电力来进行充电的无触点电力传输模块或组合其他充电方法进行充电。
图23示出其他电子设备的例子。在图23中，显示装置8000是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8004的电子设备的一个例子。具体地说，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及蓄电装置8004等。根据本发明的一个方式的蓄电装置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，又可以使用蓄积在蓄电装置8004中的电力。因此，即使当由于停电等而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蓄电装置8004用作不间断电源，也可以利用显示装置8000。
作为显示部8002，可以使用半导体显示装置，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(数字微镜装置：DigitalMicromirror Device)、PDP(等离子体显示面板：Plasma Display Panel)及FED(场致发射显示器：Field Emission Display)等。
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显示信息用显示装置，例如个人计算机用显示装置、广告显示用显示装置等。
在图23中，安镶型照明装置8100是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8103的电子设备的一个例子。具体地说，照明装置8100包括框体8101、光源8102及蓄电装置8103等。虽然在图23中例示出蓄电装置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，但是蓄电装置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，又可以使用蓄积在蓄电装置8103中的电力。因此，即使当由于停电等而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蓄电装置8103用作不间断电源，也可以利用照明装置8100。
另外，虽然在图23中例示出设置在天花板8104的安镶型照明装置8100，但是本发明的一个方式的蓄电装置既可以用于设置在天花板8104以外的例如侧壁8105、地板8106、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，可以使用利用电力人工地获得光的人工光源。具体地说，作为上述人工光源的例子，可以举出白炽灯泡、荧光灯等放电灯以及LED、有机EL元件等发光元件。
在图23中，具有室内机8200及室外机8204的空调器是使用本发明的一个方式的蓄电装置8203的电子设备的一个例子。具体地说，室内机8200包括框体8201、送风口8202及蓄电装置8203等。虽然在图23中例示出蓄电装置8203设置在室内机8200中的情况，但是蓄电装置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这两者中设置有蓄电装置8203。空调器既可以接受来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在蓄电装置8203中的电力。尤其是，当在室内机8200和室外机8204这两者中设置有蓄电装置8203时，即使当由于停电等而不能接受来自商业电源的电力供应时，通过将本发明的一个方式的蓄电装置8203用作不间断电源，也可以利用空调器。
另外，虽然在图23中例示由室内机和室外机构成的分体式空调器，但是也可以将本发明的一个方式的蓄电装置用于在一个框体中具有室内机的功能和室外机的功能的一体式空调器。
在图23中，电冷藏冷冻箱8300是使用根据本发明的一个方式的蓄电装置8304的电子设备的一个例子。具体地说，电冷藏冷冻箱8300包括框体8301、冷藏室门8302、冷冻室门8303及蓄电装置8304等。在图23中，蓄电装置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，又可以使用蓄积在蓄电装置8304中的电力。因此，即使当由于停电等而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蓄电装置8304用作不间断电源，也可以利用电冷藏冷冻箱8300。
另外，微波炉等高频加热装置和电饭煲等电子设备在短时间内需要高功率。因此，通过将根据本发明的一个方式的蓄电装置用作用来辅助通过商业电源不能完全供应的电力的辅助电源，在使用电子设备时可以防止商业电源的总开关跳闸。
另外，在不使用电子设备的时间段，尤其是在商业电源的供应源能够供应的电力总量中的实际使用的电能的比率(称为电力使用率)低的时间段中，将电力预先蓄积在蓄电装置中，由此可以抑制在上述时间段以外的时间段中电力使用率增高。例如，在电冷藏冷冻箱8300时，在气温低且不进行冷藏室门8302、冷冻室门8303的开关的夜间，将电力蓄积在蓄电装置8304中。并且，在气温高且进行冷藏室门8302、冷冻室门8303的开关的白天，将蓄电装置8304用作辅助电源，由此可以抑制白天的电力使用率。
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5
在本实施方式中，示出将蓄电装置安装在车辆中的例子。
当将蓄电装置安装在车辆时，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24A和图24B中，例示出使用本发明的一个方式的车辆。图24A所示的汽车8400是作为用于行驶的动力源使用电动机的电动汽车。或者，汽车8400是作为用于行驶的动力源能够适当地选择使用电动机和引擎的混合动力汽车。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具备蓄电装置。蓄电装置不仅驱动电动机，而且还可以将电力供应到车头灯8401、室内灯(未图示)等发光装置。
另外，蓄电装置可以将电力供应到汽车8400所具有的速度表、转速计等的显示装置。此外，蓄电装置可以将电力供应到汽车8400所具有的导航***等的半导体装置。
在图24B所示的汽车8500中，可以通过利用插电方式、非接触供电方式等从外部的充电设备接受供应电力，来对汽车8500所具有的蓄电装置(未图示)进行充电。图24B示出从地面设置型的充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车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、连接器的规格等，根据CHAdeMO(日本的注册商标)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的电源。例如，通过利用外插充电技术从外部供应电力，可以对安装在汽车8500中的蓄电装置进行充电。可以通过AC/DC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外，虽然未图示，但是也可以将受电装置安装在车辆中并从地面的送电装置以非接触方式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、外壁组装送电装置，不仅在停车期间，而且在行驶期间也可以进行充电。此外，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，还可以在车辆的外装部设置太阳能电池，在停车时、行驶时进行蓄电装置的充电。可以利用电磁感应方式、磁场共振方式实现这样的非接触式的供电。
根据本发明的一个方式，可以提高蓄电装置的循环特性及可靠性。此外，根据本发明的一个方式，可以提高蓄电装置的特性，因而，可以使蓄电装置本身小型轻质化。另外，如果可以使蓄电装置本身小型轻质化，则有助于实现车辆的轻质化，从而可以延长续航距离。另外，也可以将安装在车辆中的蓄电装置用作车辆之外的电力供应源。此时，可以避免在电力需求高峰时使用商业电源。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
实施方式6
在本实施方式中，参照图25至图31说明可以与包含在上述实施方式中说明的材料的电池单元组合而使用的电池管理单元(Battery Management Unit：BMU)及适合于构成该电池管理单元的电路的晶体管。在本实施方式中，特别说明具有串联连接的电池单元的蓄电装置的电池管理单元。
当对串联连接的多个电池单元反复进行充放电时，容量(输出电压)根据电池单元之间的特性的不均匀而不同。串联连接的多个电池单元整体的放电时的容量取决于容量小的电池单元。在各电池单元之间的容量不均匀的情况下，所有电池单元的放电时的容量变小。当以容量小的电池单元为基准进行充电时，有可能充电不足。当以容量大的电池单元为基准进行充电时，有可能过度充电。
由此，具有串联连接的多个电池单元的蓄电装置的电池管理单元具有调整成为充电不足、过度充电的原因的电池单元之间的容量不均匀的功能。作为用来调整电池单元之间的容量不均匀的电路结构，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来调整容量不均匀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，可以减少从电池单元泄漏的电荷量，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以上且6以下，更优选为1以上且6以下，z1/y1优选为1/3以上且6以下，更优选为1以上且6以下。注意，通过将z1/y1设为1以上且6以下，容易形成用作氧化物半导体膜的CAAC-OS膜。
这里，说明CAAC-OS膜。
CAAC-OS膜是包含呈c轴取向的多个晶体部的氧化物半导体膜之一。
根据利用透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)观察CAAC-OS膜的亮视场像及衍射图案的复合分析图像(也称为高分辨率TEM图像)，可以观察到多个晶体部。但是，在高分辨率TEM图像中观察不到晶体部与晶体部之间的明确的边界、即晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，不容易发生起因于晶界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，能够确认在晶体部中金属原子排列为层状。各金属原子层具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也称为被形成面)或CAAC-OS膜的顶面的凸凹的形状，并以平行于CAAC-OS膜的被形成面或CAAC-OS膜的顶面的方式排列。
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，则能够确认在晶体部中金属原子排列为三角形状或六边形状。但是，在不同的晶体部之间金属原子的排列没有发现规律性。
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out-of-plane法分析包括InGaZnO4晶体的CAAC-OS膜时，在衍射角(2θ)为31°附近有时会出现峰值。由于该峰值来源于InGaZnO4晶体的(009)面，由此能够确认CAAC-OS膜中的晶体具有c轴取向性，并且c轴朝向大致垂直于CAAC-OS膜的被形成面或顶面的方向。
注意，当利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4晶体的CAAC-OS膜时，除了在2θ为31°附近的峰值之外，有时还在2θ为36°附近观察到峰值。2θ为36°附近的峰值意味着CAAC-OS膜的一部分含有不呈c轴取向的晶体。优选的是，在CAAC-OS膜中在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而使得晶体性降低的主要因素。另外，铁或镍等重金属、氩、二氧化碳等因为其原子半径(分子半径)大，所以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晶体性降低的主要因素。注意，包含在氧化物半导体膜中的杂质有时成为载流子陷阱、载流子发生源。
另外，CAAC-OS膜是缺陷能级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能级密度低(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，因此可以具有较低的载流子密度。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成为电特性变动小、高可靠性的晶体管。另外，被氧化物半导体膜的载流子陷阱俘获的电荷直至被释放需要长时间，有时像固定电荷那样动作。因此，使用杂质浓度高且缺陷能级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，由于可见光、紫外光的照射引起的电特性的变动小。
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，但作为应用于这种电池单元的蓄电装置的电池管理单元的电路，通过上述OS晶体管来构成是适合的。
图25示出蓄电装置的方框图的一个例子。图25所示的蓄电装置1300包括：端子对1301；端子对1302；切换控制电路1303；切换电路1304；切换电路1305；变压控制电路1306；变压电路1307；以及包括串联连接的多个电池单元1309的电池部1308。
另外，在图25所示的蓄电装置1300中，将由端子对1301、端子对1302、切换控制电路1303、切换电路1304、切换电路1305、变压控制电路1306以及变压电路1307构成的部分可以称为电池管理单元。
切换控制电路1303控制切换电路1304及切换电路1305的工作。具体而言，切换控制电路1303根据每个电池单元1309的测定电压来决定要放电的电池单元(放电电池单元群)及要充电的电池单元(充电电池单元群)。
再者，切换控制电路1303根据上述所决定的放电电池单元群及充电电池单元群输出控制信号S1及控制信号S2。将控制信号S1输出到切换电路1304。控制信号S1是用来控制切换电路1304以连接端子对1301和放电电池单元群的信号。将控制信号S2输出到切换电路1305。控制信号S2是用来控制切换电路1305以连接端子对1302和充电电池单元群的信号。
另外，切换控制电路1303根据切换电路1304、切换电路1305以及变压电路1307的结构，产生控制信号S1及控制信号S2，以在端子对1302与充电电池单元群之间将同一极性的端子彼此连接。
以下详细描述切换控制电路1303的工作。
首先，切换控制电路1303测定多个电池单元1309的每一个的电压。然后，切换控制电路1303例如将电压为规定阈值以上的电池单元1309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1309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1303也可以以多个电池单元1309中的电压最高的电池单元1309或电压最低的电池单元1309为基准，判断各电池单元1309是高电压单元还是低电压单元。在此情况下，切换控制电路1303判定各电池单元1309的电压相对于基准电压是否为规定比例以上，由此可以判断各电池单元1309是高电压单元还是低电压单元。然后，切换控制电路1303根据上述判断结果决定放电电池单元群和充电电池单元群。
在多个电池单元1309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1303将最多个高电压单元连续串联连接的部分判断为放电电池单元群。另外，切换控制电路1303将最多个低电压单元连续串联连接的部分判断为充电电池单元群。另外，切换控制电路1303也可以将接近于过度充电或过度放电的电池单元1309优先地作为放电电池单元群或充电电池单元群选出。
这里，参照图26A至图26C说明本实施方式中的切换控制电路1303的工作例子。图26A至图26C是用来说明切换控制电路1303的工作例子的图。为了说明的方便起见，在图26A至图26C中，以四个电池单元1309串联连接的情况为例子进行说明。
首先，在图26A的例子中示出在以电压Va至Vd表示电池单元1309a至d的电压时存在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1303将连续的三个高电压单元a至c判定为放电电池单元群。另外，切换控制电路1303将低电压单元d判定为充电电池单元群。
其次，在图26B的例子中，示出处于Vc>Vb＝Va>>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度放电状态的低电压单元d。在此情况下，切换控制电路1303将高电压单元c判定为放电电池单元群。另外，因为低电压单元d即将成为过度放电状态，所以切换控制电路1303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群，而是将低电压单元d优先地判定为充电电池单元群。
最后，在图26C的例子中，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1303将高电压单元a判定为放电电池单元群。另外，切换控制电路1303将连续的三个低电压单元b至d判定为充电电池单元群。
根据如图26A至图26C所示的例子那样决定的结果，切换控制电路1303将控制信号S1和控制信号S2分别输出到切换电路1304和切换电路1305，其中控制信号S1设定有表示作为切换电路1304的连接目的地的放电电池单元群的信息，控制信号S2设定有表示作为显示切换电路1305的连接目的地的充电电池单元群的信息。
对有关切换控制电路1303的工作的详细说明到此为止。
切换电路1304根据从切换控制电路1303输出的控制信号S1将端子对1301的连接目的地设定为由切换控制电路1303决定的放电电池单元群。
端子对1301由一对端子A1及端子A2构成。切换电路1304将该一对端子A1及端子A2中的任何一个连接于放电电池单元群中的位于最上游端(高电位一侧)的电池单元1309的正极端子，并将该端子A1及端子A2中的另一个连接于放电电池单元群中的位于最下游端(低电位一侧)的电池单元1309的负极端子，从而设定端子对1301的连接目的地。切换电路1304能够利用在控制信号S1中设定的信息来识别放电电池单元群的位置。
切换电路1305根据从切换控制电路1303输出的控制信号S2将端子对1302的连接目的地设定为由切换控制电路1303决定的充电电池单元群。
端子对1302由一对端子B1及端子B2构成。切换电路1305将该一对端子B1及端子B2中的任何一个连接于充电电池单元群中的位于最上游端(高电位一侧)的电池单元1309的正极端子，并将该端子B1及端子B2中的另一个连接于充电电池单元群中的位于最下游端(低电位一侧)的电池单元1309的负极端子，从而设定端子对1302的连接目的地。另外，切换电路1305利用在控制信号S2中设定的信息来识别充电电池单元群的位置。
图27和图28是示出表示切换电路1304及切换电路1305的结构例子的电路图。
在图27中，切换电路1304具有多个晶体管1310、总线1311及1312。总线1311与端子A1连接。总线1312与端子A2连接。多个晶体管1310的源极和漏极中的一方的各电极每隔一个地交替连接于总线1311及1312。另外，多个晶体管1310的源极和漏极中的另一方的各电极连接于相邻的两个电池单元1309之间。
多个晶体管1310中的位于最上游端的晶体管1310的源极和漏极中的另一方连接于位于电池部1308的最上游端的电池单元1309的正极端子。另外，多个晶体管1310中的位于最下游端的晶体管1310的源极和漏极中的另一方连接于位于电池部1308的最下游端的电池单元1309的负极端子。
切换电路1304根据被供应到多个晶体管1310的栅极的控制信号S1使连接于总线1311的多个晶体管1310中的一个及连接于总线1312的多个晶体管1310中的一个分别成为导通状态，从而连接放电电池单元群和端子对1301。由此，放电电池单元群中的位于最上游端的电池单元1309的正极端子连接于一对端子A1及A2中的某一个。另外，放电电池单元群中的位于最下游端的电池单元1309的负极端子连接于一对端子A1及A2中的另一方、即未连接于正极端子的一方的端子。
作为晶体管1310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群的电池单元泄漏的电荷量，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，即使放电电池单元群的输出电压大，也可以使连接有处于非导通状态的晶体管1310的电池单元1309和端子对1301处于绝缘状态。
另外，在图27中，切换电路1305具有多个晶体管1313、电流控制开关1314、总线1315及总线1316。总线1315及总线1316被配置在多个晶体管1313与电流控制开关1314之间。多个晶体管1313的源极和漏极中的一方的各电极每隔一个地交替连接于总线1315及总线1316。另外，多个晶体管1313的源极和漏极中的另一方的各电极连接于相邻的两个电池单元1309之间。
多个晶体管1313中的位于最上游端的晶体管1313的源极和漏极中的另一方连接于位于电池部1308的最上游端的电池单元1309的正极端子。另外，多个晶体管1313中的位于最下游端的晶体管1313的源极和漏极中的另一方连接于位于电池部1308的最下游端的电池单元1309的负极端子。
与晶体管1310同样，作为晶体管1313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群的电池单元泄漏的电荷量，抑制容量随时间的经过而下降。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群进行充电的电压大，也可以使连接有处于非导通状态的晶体管1313的电池单元1309和端子对1302处于绝缘状态。
电流控制开关1314具有开关对1317和开关对1318。开关对1317及开关对1318分别由成对的开关构成。开关对1317的一端连接于端子B1。开关对1317的另一端分支为两个开关，其中一个开关连接于总线1315，而另一个开关连接于总线1316。开关对1318的一端连接于端子B2。开关对1318的另一端分支为两个开关，其中一个开关连接于总线1315，而另一个开关连接于总线1316。
与晶体管1310及晶体管1313同样，开关对1317及开关对1318所具有的开关优选使用OS晶体管。
切换电路1305根据控制信号S2控制晶体管1313及电流控制开关1314的导通/断开状态的组合，从而连接充电电池单元群和端子对1302。
作为一个例子，切换电路1305使用如下方式连接充电电池单元群和端子对1302。
切换电路1305根据被供应到多个晶体管1313的栅极的控制信号S2，使连接于位于充电电池单元群中的最上游端的电池单元1309的正极端子的晶体管1313成为导通状态。另外，切换电路1305根据被供应到多个晶体管1313的栅极的控制信号S2，使连接于位于充电电池单元群中的最下游端的电池单元1309的负极端子的晶体管1313成为导通状态。
被施加到端子对1302的电压的极性有可能根据连接于端子对1301的放电电池单元群及变压电路1307的结构而变化。另外，为了使电流向对充电电池单元群充电的方向流动，需要在端子对1302与充电电池单元群之间将同一极性的端子彼此连接。由此，电流控制开关1314通过控制信号S2来控制，以根据被施加到端子对1302的电压的极性分别切换开关对1317及开关对1318的连接目的地。
作为一个例子，举出将电压施加到端子对1302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1308的最下游端的电池单元1309为充电电池单元群的情况下，开关对1317通过控制信号S2来控制，以使其与该电池单元1309的正极端子连接。就是说，开关对1317中的连接于总线1316的开关成为导通状态，而开关对1317中的连接于总线1315的开关成为断开状态。另一方面，开关对1318通过控制信号S2来控制，以使其与该电池单元1309的负极端子连接。就是说，开关对1318中的连接于总线1315的开关成为导通状态，而开关对1318中的连接于总线1316的开关成为断开状态。如此，在端子对1302与充电电池单元群之间将同一极性的端子彼此连接。由此，来自端子对1302的电流的方向被控制为对充电电池单元群充电的方向。
另外，电流控制开关1314也可以不包括在切换电路1305中而包括在切换电路1304中。在此情况下，根据电流控制开关1314及控制信号S1控制被施加到端子对1301的电压的极性，从而控制被施加到端子对1302的电压的极性。由此，电流控制开关1314控制从端子对1302流向充电电池单元群的电流的方向。
图28是示出与图27不同的切换电路1304及切换电路1305的结构例子的电路图。
在图28中，切换电路1304具有多个晶体管对1321、总线1324及1325。总线1324与端子A1连接。总线1325与端子A2连接。多个晶体管对1321的一端分别通过晶体管1322及晶体管1323而分支。晶体管1322的源极和漏极中的一方连接于总线1324。晶体管1323的源极和漏极中的一方连接于总线1325。另外，多个晶体管对1321的另一端分别连接于相邻的两个电池单元1309之间。多个晶体管对1321中的位于最上游端的晶体管对1321的另一端连接于位于电池部1308的最上游端的电池单元1309的正极端子。另外，多个晶体管对1321中的位于最下游端的晶体管对1321的另一端连接于位于电池部1308的最下游端的电池单元1309的负极端子。
切换电路1304根据控制信号S1切换晶体管1322及晶体管1323的导通/非导通状态，从而将该晶体管对1321的连接目的地切换为端子A1和A2中的某一个。具体而言，当晶体管1322成为导通状态时，晶体管1323成为非导通状态，其连接目的地成为端子A1。另一方面，当晶体管1323成为导通状态时，晶体管1322成为非导通状态，其连接目的地成为端子A2。成为导通状态的是晶体管1322还是晶体管1323，这根据控制信号S1来决定。
为了连接端子对1301和放电电池单元群，使用两个晶体管对1321。具体而言，通过根据控制信号S1分别决定两个晶体管对1321的连接目的地，连接放电电池单元群和端子对1301。通过控制信号S1进行控制，以使两个晶体管对1321各自的连接目的地中的一方和另一方分别成为端子A1和端子A2。
切换电路1305具有多个晶体管对1331、总线1334及1335。总线1334与端子B1连接。总线1335与端子B2连接。多个晶体管对1331的一端分别通过晶体管1332及晶体管1333而分支。通过晶体管1332而分支的一端连接于总线1334。通过晶体管1333而分支的一端连接于总线1335。另外，多个晶体管对1331的另一端分别连接于相邻的两个电池单元1309之间。多个晶体管对1331中的位于最上游端的晶体管对1331的另一端连接于位于电池部1308的最上游端的电池单元1309的正极端子。另外，多个晶体管对1331中的位于最下游端的晶体管对1331的另一端连接于位于电池部1308的最下游端的电池单元1309的负极端子。
切换电路1305根据控制信号S2切换晶体管1332及晶体管1333的导通/非导通状态，从而将该晶体管对1331的连接目的地切换为端子B1和端子B2中的任何一方。具体而言，当晶体管1332成为导通状态时，晶体管1333成为非导通状态，其连接目的地成为端子B1。另一方面，当晶体管1333成为导通状态时，晶体管1332成为非导通状态，其连接目的地成为端子B2。成为导通状态的是晶体管1332还是晶体管1333，这根据控制信号S2来决定。
为了连接端子对1302和充电电池单元群，使用两个晶体管对1331。具体而言，通过根据控制信号S2分别决定两个晶体管对1331的连接目的地，连接充电电池单元群和端子对1302。通过控制信号S2进行控制，以使两个晶体管对1331各自的连接目的地中的一方和另一方分别成为端子B1和端子B2。
两个晶体管对1331各自的连接目的地根据被施加到端子对1302的电压的极性来决定。具体而言，在对端子对1302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1331通过控制信号S2进行控制，以使晶体管1332成为导通状态并使晶体管1333成为非导通状态。另一方面，下游侧的晶体管对1331通过控制信号S2进行控制，以使晶体管1333成为导通状态并使晶体管1332成为非导通状态。在对端子对1302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1331通过控制信号S2进行控制，以使晶体管1333成为导通状态并使晶体管1332成为非导通状态。另一方面，下游侧的晶体管对1331通过控制信号S2进行控制，以使晶体管1332成为导通状态并使晶体管1333成为非导通状态。如此，在端子对1302与充电电池单元群之间将具有同一极性的端子彼此连接。由此，来自端子对1302的电流的方向被控制为对充电电池单元群充电的方向。
变压控制电路1306控制变压电路1307的工作。变压控制电路1306根据包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数及包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数，产生控制变压电路1307的工作的变压信号S3，并将其输出到变压电路1307。
当包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数多于包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数时，需要防止对充电电池单元群施加过大的充电电压。为此，变压控制电路1306输出用来控制变压电路1307的变压信号S3，以在能够对充电电池单元群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群中的电池单元1309的个数为包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数以下时，需要确保足以对充电电池单元群充电的充电电压。为此，变压控制电路1306输出用来控制变压电路1307的变压信号S3，以在不对充电电池单元群施加过大的充电电压的范围内提高放电电压(Vdis)。
被当作过大充电电压的电压值可以鉴于用于电池部1308的电池单元1309的产品规格等而决定。另外，将被变压电路1307进行了升压及降压而得到的电压作为充电电压(Vcha)施加到端子对1302。
这里，参照图29A至图29C说明本实施方式中的变压控制电路1306的工作例子。图29A至图29C是用来说明对应于图26A至图26C所说明的放电电池单元群及充电电池单元群的变压控制电路1306的工作例子的概念图。图29A至图29C示出电池管理单元1341。如上所述，电池管理单元1341由端子对1301、端子对1302、切换控制电路1303、切换电路1304、切换电路1305、变压控制电路1306以及变压电路1307构成。
在图29A所示的例子中，如图26A所说明的那样，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26A所说明的那样，切换控制电路1303将高电压单元a至c判定为放电电池单元群，并将低电压单元d判定为充电电池单元群。然后，变压控制电路1306基于在以包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数为基准时的、包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数之比，计算出从放电电压(Vdis)转换为充电电压(Vcha)的转换比率N。
当包括在放电电池单元群中的电池单元1309个数多于包括在充电电池单元群中的电池单元1309时，若不对放电电压进行变压而直接施加到端子对1302，则过大的电压可能会通过端子对1302而施加到包括在充电电池单元群中的电池单元1309。因此，在图29A所示的情况下，需要使被施加到端子对1302的充电电压(Vcha)低于放电电压。再者，为了对充电电池单元群充电，充电电压需要大于包括在充电电池单元群中的电池单元1309的总电压。由此，变压控制电路1306将转换比率N设定为大于在以包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数为基准时的、包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数之比。
变压控制电路1306优选将转换比率N设定为比在以包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数为基准时的、包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数之比大1至10％左右。此时，充电电压虽然大于充电电池单元群的电压，但实际上充电电压与充电电池单元群的电压相等。注意，变压控制电路1306按照转换比率N将充电电池单元群的电压设定为与充电电压相等，因此使对充电电池单元群充电的电流流过。该电流为由变压控制电路1306设定的值。
在图29A所示的例子中，因为包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数为三个且包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数为一个，所以变压控制电路1306将稍微大于1/3的值计算为转换比率N。然后，变压控制电路1306将用来使放电电压根据该转换比率N降低并转换成充电电压的变压信号S3输出到变压电路1307。变压电路1307将根据变压信号S3而变压了的充电电压施加到端子对1302。然后，利用被施加到端子对1302的充电电压给包括在充电电池单元群中的电池单元1309充电。
另外，在图29B和图29C所示的例子中，与图29A同样地算出转换比率N。在图29B和图29C所示的例子中，包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数为包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数以下，由此转换比率N成为1以上。因此，在此情况下，变压控制电路1306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1307根据变压信号S3将被施加到端子对1301的放电电压变换成充电电压。然后，变压电路1307将被变换了的充电电压施加到端子对1302。这里，变压电路1307使端子对1301与端子对1302之间电绝缘。由此，变压电路1307防止由在放电电池单元群中位于最下游端的电池单元1309的负极端子的绝对电压与在充电电池单元群中位于最下游端的电池单元1309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1307根据变压信号S3将作为放电电池单元群的总电压的放电电压转换成充电电压。
另外，在变压电路1307中可以使用例如绝缘型DC(Direct Current：直流)-DC转换器等。在此情况下，变压控制电路1306将控制绝缘型DC-DC转换器的导通/断开比(占空比)的信号作为变压信号S3输出，从而控制被变压电路1307转换的充电电压。
作为绝缘型DC-DC转换器，有反激(Flyback)方式、正激(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，根据目标输出电压的大小选择适当的方式。
图30示出使用绝缘型DC-DC转换器的变压电路1307的结构。绝缘型DC-DC转换器1351具有开关部1352和变压器部1353。开关部1352是切换绝缘型DC-DC转换器的工作的导通/断开的开关，例如，使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、双极型晶体管等来实现。另外，开关部1352基于从变压控制电路1306输出的控制导通/断开比的变压信号S3周期性地切换绝缘型DC-DC转换器1351的导通状态和断开状态。开关部1352的结构有可能根据所采用的绝缘型DC-DC转换器的方式而不同。变压器部1353将从端子对1301施加的放电电压转换成充电电压。具体而言，变压器部1353与开关部1352的导通/断开状态联动而工作，并根据该导通/断开比将放电电压转换成充电电压。在开关部1352的开关周期中成为导通状态的时间越长，上述充电电压越大。另一方面，在开关部1352的开关周期中成为导通状态的时间越短，上述充电电压越小。在使用绝缘型DC-DC转换器的情况下，可以在变压器部1353的内部使端子对1301与端子对1302彼此绝缘。
以下参照图31说明本实施方式中的蓄电装置1300的处理流程。图31是示出蓄电装置1300的处理顺序的流程图。
首先，蓄电装置1300获取针对多个电池单元1309的每一个而测定的电压(步骤S001)。蓄电装置1300判定是否满足多个电池单元1309的电压的调整工作的开始条件(步骤S002)。例如，该开始条件可以设为：针对多个电池单元1309的每一个而测定的电压的最大值与最小值的差分是否为规定的阈值以上等。当不满足该开始条件时(步骤S002：“否”)，是各电池单元1309的电压之间得到平衡的状态，由此，蓄电装置1300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1300执行各电池单元1309的电压的调整处理。在该处理中，蓄电装置1300基于所测定的每个单元的电压，判定各电池单元1309是高电压单元还是低电压单元(步骤S003)。然后，蓄电装置1300基于判定结果决定放电电池单元群及充电电池单元群(步骤S004)。并且，蓄电装置1300生成用来将所决定的放电电池单元群设定为端子对1301的连接目的地的控制信号S1以及用来将所决定的充电电池单元群设定为端子对1302的连接目的地的控制信号S2(步骤S005)。蓄电装置1300将所生成的控制信号S1和S2分别输出到切换电路1304和切换电路1305。由此，通过切换电路1304连接端子对1301和放电电池单元群，通过切换电路1305连接端子对1302和充电电池单元群(步骤S006)。另外，蓄电装置1300基于包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数及包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数，生成变压信号S3(步骤S007)。然后，蓄电装置1300基于变压信号S3将被施加到端子对1301的放电电压转换成充电电压，并将其施加到端子对1302(步骤S008)。由此，放电电池单元群的电荷移动到充电电池单元群。
虽然在图31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群移动到充电电池单元群时，不需要像电容器方式那样暂时储存来自放电电池单元群的电荷然后将其释放到充电电池单元群的结构。由此，可以提高每单位时间的电荷迁移效率。另外，可以利用切换电路1304和切换电路1305分别独立地切换放电电池单元群和充电电池单元群中的与变压电路连接的电池单元。
再者，通过变压电路1307基于包括在放电电池单元群中的电池单元1309的个数和包括在充电电池单元群中的电池单元1309的个数将被施加到端子对1301的放电电压转换成充电电压，并将其施加到端子对1302。由此，无论怎样选择放电一侧及充电一侧的电池单元1309，都可以实现电荷的移动而不发生问题。
再者，通过将OS晶体管用作晶体管1310及晶体管1313，可以减少从不属于充电电池单元群及放电电池单元群的电池单元1309泄漏的电荷量。由此，可以抑制不对充电及放电做贡献的电池单元1309的容量的下降。另外，与Si晶体管相比，OS晶体管相对于热的特性变动小。由此，即使电池单元1309的温度上升，也可以进行如根据控制信号S1及S2切换导通状态和非导通状态这样的正常工作。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
容器；
所述容器中的电解液，该电解液包含锂及锂以外的碱金属元素；
第一电极；
第二电极；
第三电极；以及
控制单元，配置成对所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极施加电位，
其中，所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极以相互分开的方式位于所述电解液中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三电极包括包含锂的活性物质粒子。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述活性物质粒子是正极活性物质粒子。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电极包括所述碱金属元素的金属。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述电解液包含锂离子及所述碱金属元素的离子。
6.一种二次电池，该二次电池包括使用权利要求1所述的装置制造的电极。
7.一种电子设备，包括：
权利要求6所述的二次电池；以及
天线、操作开关、麦克风或扬声器。
8.一种电极的制造方法，包括如下步骤：
将第一电极、第二电极及第三电极放入电解液中；
在所述电解液中对所述第一电极施加第一电位；以及
在对所述第一电极施加所述第一电位后，对所述第二电极施加第二电位并且对所述第三电极施加第三电位，
其中，所述电解液包含锂及锂以外的碱金属元素，
所述第一电位为锂平衡电位以上且低于所述碱金属元素的平衡电位，
并且，所述第二电位低于所述第三电位。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中所述碱金属元素是钠或钾。
10.根据权利要求8所述的制造方法，
其中所述第一电极包含所述碱金属元素，
并且所述第二电极包含金属锂。
11.根据权利要求8所述的制造方法，其中所述第三电极包括活性物质粒子。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中所述活性物质粒子是正极活性物质粒子。
13.根据权利要求8所述的制造方法，其中所述碱金属元素的金属在施加所述第一电位的期间内沉积。
14.根据权利要求8所述的制造方法，
其中金属锂在施加所述第二电位及所述第三电位的期间内沉积，
并且电流在施加所述第二电位及所述第三电位的期间内从所述第二电极流向所述第三电极。
15.根据权利要求8所述的制造方法，其中电流在施加所述第一电位的期间从所述第一电极流向所述第二电极。
16.根据权利要求8所述的制造方法，
其中所述碱金属元素在施加所述第一电位的期间沉积在所述第一电极的表面上，
并且沉积在所述第一电极的所述表面上的所述碱金属元素在施加所述第二电位及所述第三电位的期间与杂质起反应。
17.一种二次电池的制造方法，包括如下步骤：
将第一电极、第二电极及第三电极放入第一电解液中，所述第三电极包括正极活性物质层或负极活性物质层；
对所述第一电极施加第一电位；
在施加所述第一电位后，在所述第一电解液中对所述第二电极施加第二电位且对所述第三电极施加第三电位以引起电化学反应；
在施加所述第二电位及所述第三电位后，在被具有开口部的外包装体包围的区域中收容包括所述第三电极及第四电极的叠层体；
在***述叠层体后，在被所述外包装体包围的所述区域中放入第二电解液；以及
在放入所述第二电解液后封闭所述外包装体的所述开口部，
其中，所述第四电极包括活性物质层，
并且，所述第一电解液包含锂及锂以外的碱金属元素。
18.根据权利要求17所述的制造方法，其中所述第四电极包含负极活性物质。
19.根据权利要求17所述的制造方法，
其中所述碱金属元素在施加所述第一电位的期间内沉积在所述第一电极的表面上，
并且沉积在所述第一电极的所述表面上的所述碱金属元素在所述施加第二电位及所述第三电位的期间内与杂质起反应。
20.根据权利要求17所述的制造方法，
其中金属锂在施加所述第二电位及所述第三电位的期间内沉积，
并且电流在施加所述第二电位及所述第三电位的期间内从所述第二电极流向所述第三电极。
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