JP2016139609A - 二次電池、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の外装体にフィルムを用いた場合、フィルムの強度は、金属缶よりも弱く、外部から力が加わった場合に、外装体に囲まれた領域に配置される集電体、または集電体表面に設けられた活物質層などにダメージを与える恐れがある。外部から力が加わった場合においても、丈夫な二次電池を実現する。【解決手段】二次電池において、外装体に囲まれた領域に緩衝材を設ける。具体的には、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方の面に形成された正極活物質層と、セパレータと、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方の面に形成された負極活物質層からなる、電極群の周辺に緩衝材を配置する。【選択図】図１

Description

本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器、又は、それらの製造方法に関する。特に、電子機器およびそのオペレーティングシステムに関する。

なお、本明細書中において電子機器とは、二次電池を有する装置全般を指し、二次電池を有する電気光学装置、二次電池を有する情報端末装置などは全て電子機器である。

使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器が盛んに開発されている。

使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器は、二次電池を電源として動作する。使用者が携帯する電子機器は、長時間使用することが望まれ、そのために大容量の二次電池を用いればよい。電子機器に大容量の二次電池を内蔵させると大容量の二次電池は大きく、重量がかさむ問題がある。そこで携帯する電子機器に内蔵できる小型または薄型で大容量の二次電池の開発が進められている。

また、二次電池は、外装体として金属缶を用い、その金属缶内に電解質などを収納する構成となっている。

外装体として金属缶を用いる場合、二次電池自体の重量が増加する問題点がある。また、薄い二次電池を実現するために、薄い金属缶を成形加工によって製造することが困難であり、このため外装体として金属箔（アルミニウム、ステンレスなど）と樹脂（熱融着性樹脂）の積層を含むフィルム（ラミネートフィルムとも呼ぶ）を用いると、金属缶を用いた二次電池よりも軽量であり、薄型の二次電池を作製することができる。例えば、金属箔を外装体として用いた例が特許文献１に記載されている。

特開２０００−１７３５５９号公報

二次電池の外装体にフィルムを用いた場合、フィルムの強度は、金属缶よりも弱く、外部から力が加わった場合に、外装体に囲まれた領域に配置される集電体、または集電体表面に設けられた活物質層などにダメージを与える恐れがある。外装体にフィルムを使うと、二次電池を曲げられたり、また曲げることで二次電池に曲面を持たせられたり、などといった形状の自由度は上がるが、曲げることにより外装体の一部に応力が集中し、その部分にダメージが生じやすい。特に図６（Ａ）のように、二次電池５００における、正極となる集電体と、セパレータと、負極となる集電体とを少なくとも有する、電極群、または電極群の積層体の位置する部分がシール領域５０１よりも厚くなっていると、電極群、または電極群の積層体、の端部に沿うように形成されている、外装体の斜面部分５０２に図６（Ｂ）のように二次電池を曲げた際に応力が集中して亀裂につながるシワが生じやすかった。このため、曲げることができ、なおかつ、曲げるための外力に対して、丈夫な二次電池が求められていた。

また、本発明の一態様は、新規な蓄電装置、新規な二次電池などを提供することを課題とする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

二次電池において、外装体に挟まれた周縁部に緩衝材を設けることを特徴とする。具体的には、正極となる集電体と、セパレータと、負極となる集電体とを少なくとも有する、電極群の周辺に緩衝材を配置し、緩衝材を配した部分が封止部となるようにすることを特徴とする。また、容量を増大させるために、外装体に囲まれた領域には、電極群を複数重ねた、電極群の積層体を設けることを特徴とする。

また、緩衝材の厚さは、集電体の厚さよりも大きいものを用いる。

緩衝材の形状としては、柱状、枠形状、棒形状、直方体形状、円柱形状などが挙げられる。また、外装体に囲まれた領域に複数の緩衝材を収納してもよく、それぞれ大きさや形状が異なってもよい。

また、外装体に挟まれた領域において、電極群、または電極群の積層体の周りに沿って枠形状に緩衝材を設ける場合、電極群、または電極群の積層体が設けられた外装体の部分と緩衝材が設けられた外装体の部分の間の段差が解消され、二次電池を曲げても応力の集中が緩和されるため、外装体に生じるシワを抑制することができる。

緩衝材の材料としては、絶縁体（プラスチック、ゴム（天然ゴム、合成ゴム）、ガラス、不織布、紙など）であることが好ましい。また、緩衝材の材料として弾性を有する材料（合成ゴム、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴムなど）が好ましい。具体的には、緩衝材の材料としてセパレータよりも弾性率の高い材料を用いる。ここで、弾性率は、弾性変形における応力とひずみの間の比例定数を示し、弾性率が高いほど、変形しにくくなる。また、緩衝材の材料として材料内部に気泡を有する多孔質材料（例えば、発泡スチロールや、上記合成ゴム材料を用いたスポンジゴムをシート状にしたもの）であってもよい。また、緩衝材の材料としてゲル化素材を用いてもよい。さらに、緩衝材の材料としては、セパレータと同じ材料を用いてシートを丸めたものを用いてもよい。

また、電極群、または電極群の積層体の曲がりやすさを抑制するために、緩衝材の弾性率は電極群、または電極群の積層体の弾性率よりも高いことが好ましい。

また、緩衝材の材料としては、表面が絶縁性を有していれば、導電材料を用いることもできる。例えば、緩衝材の材料として、炭素繊維の表面に有機樹脂をコートしたものや、金属箔（アルミニウム箔や銅箔やステンレス箔など）の表面に無機絶縁膜、例えば酸化シリコン膜を成膜したもの、金属箔の表面に有機樹脂をコートしたものなどを用いることができる。

二次電池において、外装体に挟まれた領域に緩衝材を設けることによって、電極群、または電極群の積層体などを安定な位置に収納できる。また、二次電池を所望の形状に曲げる場合、所望の形状となるように緩衝材も曲がった形状とすることもでき、二次電池の曲げられた形状維持にも寄与することもできる。また、二次電池が必要以上に曲がらないように制限する機能を持たせることもできる。緩衝材は、二次電池の骨格としても機能させることもできる。

また、外装体に挟まれた領域に緩衝材を設けることに限定されず、緩衝材の一部が露出するように緩衝材を設けてもよい。緩衝材の一部を露出させる配置の例としては、外装体の端面に対して緩衝材の端面が段差なく配置させてもよいし、外装体の端面に対して緩衝材の端面が外側に出るように配置してもよいし、逆に外装体の端面に対して緩衝材の端面が内側に入り込むように配置してもよい。なお、ここで言う「外側」、「内側」は外装体によって囲まれて形成される領域からみて、領域外であれば「外側」であり、領域内であれば「内側」となる。また、これらの場合には、いずれも緩衝材自体が外装体の一部、即ち封止部材の一つとして機能する。

また、電子機器の形態によっては、電子機器に搭載する二次電池を曲げるため、緩衝材も曲がることが望ましく、緩衝材の材料として可撓性を有することが好ましい。また、二次電池の内部の電解液が経時劣化により少なくなっても緩衝材があるため、曲げることでシワが発生する、或いは二次電池の外観の変化を抑えることができる。また、二次電池に衝撃力が加わった場合、外装体に囲まれた領域に緩衝材があるため、衝撃力が１点に集中されることを緩和し、局部的に二次電池が曲げられることが抑えられ、二次電池が損傷することを抑止できる。

また、外装体に挟まれた領域に緩衝材を設けることで、電極群、または電極群の積層体が設けられた外装体の部分と緩衝材が設けられた外装体の部分の間の段差が解消され、二次電池を曲げても外装体のシワの発生の原因となる応力の集中が緩和される。その結果、外装体の亀裂の発生が抑制され、二次電池の繰り返し曲げに対する耐性が向上する。

本発明の一態様に係る二次電池は、曲率半径３０ｍｍ以下好ましくは曲率半径１０ｍｍ以上の範囲で変形することができる。二次電池の外装体であるフィルムは、１枚または２枚で構成されており、積層構造の二次電池である場合、湾曲させた電池の断面構造は、外装体であるフィルムの２つの曲線で挟まれた構造となる。

ここで、面の曲率半径について、図１１を用いて説明しておく。図１１（Ａ）において、曲面１７００を切断した平面１７０１において、曲面１７００に含まれる曲線１７０２の一部を円の弧に近似して、その円の半径を曲率半径１７０３とし、円の中心を曲率中心１７０４とする。図１１（Ｂ）に曲面１７００の上面図を示す。図１１（Ｃ）に、平面１７０１で曲面１７００を切断した断面図を示す。曲面を平面で切断するとき、曲面に対する平面の角度や切断する位置に応じて、断面に現れる曲線の曲率半径は異なるものとなるが、本明細書等では、最も小さい曲率半径を面の曲率半径とする。

２枚のフィルムを外装体として電極・電解液１８０５などを挟む二次電池を湾曲させた場合には、二次電池の曲率中心１８００に近い側のフィルム１８０１の曲率半径１８０２は、曲率中心１８００から遠い側のフィルム１８０３の曲率半径１８０４よりも小さい（図１２（Ａ））。二次電池を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心１８００に近いフィルムの表面には圧縮応力がかかり、曲率中心１８００から遠いフィルムの表面には引っ張り応力がかかる（図１２（Ｂ））。外装体の表面に凹部または凸部で形成される模様を形成すると、このように圧縮応力や引っ張り応力がかかったとしても、ひずみによる影響を許容範囲内に抑えることができる。そのため、二次電池は、曲率中心に近い側の外装体の曲率半径が３０ｍｍ以下好ましくは１０ｍｍ以上となる範囲で変形することができる。

なお、二次電池の断面形状は、単純な円弧状に限定されず、一部が円弧を有する形状にすることができ、例えば図１２（Ｃ）に示す形状や、波状（図１２（Ｄ））、Ｓ字形状などとすることもできる。二次電池の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複数の曲率中心それぞれにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、２枚の外装体の曲率中心に近い方の外装体の曲率半径が、３０ｍｍ以下好ましくは１０ｍｍ以上となる範囲で二次電池が変形することができる。

なお、本発明の一態様は、様々な蓄電装置に対して適用させることができる。例えば、蓄電装置の一例としては、電池、一次電池、二次電池、リチウムイオン二次電池（リチウムイオンポリマー二次電池も含む）、リチウム空気電池、などがあげられる。さらに、蓄電装置の別の例として、キャパシタに適用することもできる。例えば、リチウムイオンキャパシタなどのようなキャパシタを構成することも可能である。

外部から力が加わることにより、二次電池が変形する程度、即ち二次電池の内部構成の一部変形を緩衝材の材質や配置によって調節することができる。例えば、二次電池が急激に曲げられようとされても緩衝材の存在により内部構造が破壊されない程度に曲げが抑えられる。また、外装体に挟まれた領域に緩衝材を設けることで、電極群、または電極群の積層体が設けられた外装体の部分と緩衝材が設けられた外装体の部分の間の段差が解消され、二次電池を曲げても外装体のシワの発生の原因となる応力の集中が緩和される。その結果、外装体の亀裂の発生が抑制され、二次電池の繰り返し曲げに対する耐性が向上する。

従って、緩衝材は、外部からの曲げる力によって内部構成が損傷することを保護することができる。または、新規な蓄電装置、新規な二次電池などを提供することが出来る。なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

本発明の一態様の二次電池の外観模式図及び断面図である。 本発明の一態様の二次電池の構成例を示す斜視図である。 本発明の一態様の二次電池の構成例を示す斜視図及び模式断面図である。 本発明の一態様の二次電池の緩衝材の模式図である。 本発明の一態様の二次電池の外観模式図及び断面図である。 従来の二次電池の外観斜視図である。 本発明の一態様の二次電池の外観模式図である。 本発明の一態様の二次電池の外観模式図である。 本発明の一態様の二次電池の断面模式図である。 本発明の一態様を示す電子機器の外観斜視図である。 面の曲率半径について説明する図である。 二次電池の断面を説明する図である。 本発明の一態様の電子機器を説明する図である。 本発明の一態様の二次電池の構成の例を説明する上面図および断面図である。 本発明の一態様の二次電池の構成例を示す斜視図及び断面図である。 本発明の一態様の二次電池の構成例を示す斜視図である。 本発明の一態様の二次電池の構成例を示す上面図、断面図および斜視図である。 本発明の一態様の二次電池の作製方法例を説明する図である。 本発明の一態様の電子機器の一例を説明する図である。 本発明の一態様を説明するブロック図である。 本発明の一態様を説明する概念図である。 本発明の一態様を説明する回路図である。 本発明の一態様を説明する回路図である。 本発明の一態様を説明する概念図である。 本発明の一態様を説明するブロック図である。 本発明の一態様を説明するフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、発明を明瞭化するために誇張または省略されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。

（実施の形態１）
図１に二次電池の模式図の一例を示す。また、二次電池の外装体に囲まれた内部構造の一例を図１（Ｂ）乃至図１（Ｄ）に示す。

本発明の一態様の二次電池１００は、外装体１０７内に、正極１０１と、セパレータ１０３と、負極１０２と、緩衝材と、電解液を少なくとも有する。二次電池の構造としては、様々な構造があるが、本実施の形態では、外装体１０７の形成にフィルムを用いる。

外装体１０７を形成するためのフィルムは金属フィルム（アルミニウム、ステンレス、ニッケル鋼、金、銀、銅、チタン、ニクロム、鉄、錫、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、亜鉛など金属箔となる金属または合金）、有機材料からなるプラスチックフィルム、有機材料（有機樹脂や繊維など）と無機材料（セラミックなど）とを含むハイブリッド材料フィルム、炭素含有無機フィルム（カーボンフィルム、グラファイトフィルムなど）から選ばれる単層フィルムまたはこれら複数からなる積層フィルムを用いる。

図２（Ａ）は緩衝材として、第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂを用いる例を示す図であるが、さらに、第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂの他に、第３の緩衝材３１０ｃを有してよい。図２（Ｂ）に模式図を示す。

本実施の形態では、第１の緩衝材３１０ａ及び第２の緩衝材３１０ｂ及び第３の緩衝材３１０ｃとして、柱状の弾性体（弾性を有する材料）を用いる。

第３の緩衝材を用いる場合、図２（Ｂ）に示すように第１の緩衝材３１０ａと第２の緩衝材３１０ｂと第３の緩衝材３１０ｃの、３つの緩衝材を、電極他の周囲（周縁部）に配置する。

また、外装体１０７の外周縁は、熱圧着により、接着する。外装体１０７に用いるフィルムにはポリプロピレンからなる層がフィルム表面に設けられ、熱圧着した部分のみが接着領域となる。

本実施の形態では、接着領域３１１は第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、第３の緩衝材３１０ｃを配置する場所であり、二次電池１００の側面において第１の緩衝材３１０ａが露出していてもよい。また、二次電池１００の側面において第２の緩衝材３１０ｂ及び第３の緩衝材３１０ｃが露出していてもよい。第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃは、封止材としても機能する。

第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃに用いる材料としては、セパレータよりも弾性率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、ゴム（天然ゴム、合成ゴムなど）を用いる。なお、電解液と接触することで化学反応しにくい材料を選択することが好ましい。本実施の形態では、電解液と接触することで化学反応しにくいシリコーンゴムを用いる。また、第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃに用いる材料は、電解液と接する箇所に、電解液に対して溶剤耐性が高い材質をコーティング、表面処理することが好ましい。

また、第１の緩衝材３１０ａ、及び第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃに用いる材料としては、熱圧着により接着する材料を用いることが好ましい。

第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃを設けることで、二次電池１００を曲げても、二次電池１００の外周部において、外装体のフィルムにシワが形成されにくい構成とすることができる。

第３の緩衝材３１０ｃはリード側に設けることができる。第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃによって外装体の間隔を保持できるため、リードと対向する辺には緩衝材を配置しなくてよい。緩衝材を設けない辺を作ることで、外装体のサイズを小さくすることができる。これによって電池を曲げた時に、外装体に対して内部の電極群が摺動した場合に、電極群が外装体に当たらないような間隔を確保できる。リードと反対側の領域で外装体を曲げており、シールは他の三辺で行っている。

また、二次電池１００の容量を大きくするために、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２の積層の電極群を複数重ねて電極群の積層体として外装体に収納する場合、トータルの厚さが厚くなり、周縁部との厚さと差が大きくなり、それによって外装体のフィルムに段差が生じる。大きな段差があると、曲げた際に応力が集中することがあり、外装体にシワ等が生じることがある。したがって、この段差を小さくするために、第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂ、及び第３の緩衝材３１０ｃを設けることが好ましい。

また、第１の緩衝材３１０ａ、及び第２の緩衝材３１０ｂを長くすることによって、二次電池１００を曲げる際に、集電体などが摺動しやすいようにスペースを設けてもよい。

また、第１の緩衝材３１０ａと第２の緩衝材３１０ｂと第３の緩衝材３１０ｃの３つの弾性体を用いる例を示したが、特に限定されず、コの字状に形成された１つの弾性材料を緩衝材として用いてもよい。

さらに、図２（Ｃ）のようにリード側に第３の緩衝材３１０ｃのみを配置してもよいし、図２（Ｄ）のようにリード側に配置した第３の緩衝材３１０ｃに加えて、その反対側に第４の緩衝材３１０ｄを配置してもよい。第４の緩衝材３１０ｄを配置する場合は上記のように集電体などが摺動しやすいようにスペースを設けてもよい。

また、柱状の弾性体の表面は、凹凸を有していてもよい。図４は柱状の弾性体の別の例である。図４に示すように、矩形波状断面（Ａ）、あるいは三角型断面（Ｂ）、半円弧型断面（Ｃ）、複数の円を帯で左右に連続的に接続した状態の断面（Ｄ）、複数の四角型を帯で左右に連続的に接続した状態の断面（Ｅ）の柱形状であってもよい。

上記の凹凸を有する柱状の弾性体を緩衝材として利用した例として、矩形波状断面の緩衝材６０３を利用した二次電池６００の模式図を図７に示す。また図８には、図４にて示した緩衝材を二次電池に組み込んだ例として、矩形波状断面の緩衝材６０３を組み込んだ二次電池（Ａ）の他、三角型断面の緩衝材６０４を組み込んだ二次電池（Ｂ）、半円弧型断面の緩衝材６０５を組み込んだ二次電池（Ｃ）、複数の円を帯で左右に連続的に接続した状態の断面の緩衝材６０６を組み込んだ二次電池（Ｄ）、複数の四角型を帯で左右に連続的に接続した状態の断面の緩衝材６０７を組み込んだ二次電池（Ｅ）、の外観模式図を示す。

なお、第１の緩衝材３１０ａ及び第２の緩衝材３１０ｂに対して、第３の緩衝材３１０ｃ及び第４の緩衝材３１０ｄは異なる断面形状の緩衝材を組み合わせて用いてもよい。例えば図５に示す二次電池の場合のように、第１の緩衝材３１２ａ及び第２の緩衝材３１２ｂは矩形波状断面を有するが、第３の緩衝材３１０ｃは表面が平坦な柱状の形状を有している。

図７に示す二次電池の場合、外装体６０１は矩形波状断面の凹凸に添うように矩形波状の凹凸を有する。また、図９（Ａ）は図７のＡ１−Ａ２断面を、図９（Ｂ）は図７のＢ１−Ｂ２断面を、模式的に表したものである。図９（Ａ）に示すように、外装体６０１の裏面（電極群、または電極群の積層体６０２に一部接する側の面）の凸部と、電極群、または電極群の積層体６０２が一部接するように配置される。本明細書に示す二次電池は曲げられるようになっている。

緩衝材の厚さは、集電体の厚さよりも大きいものを用いる。緩衝材が柱状の場合を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の二次電池１００のＡ１−Ａ２断面の模式図を示したものであり、Ｔ_１は第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂの厚さを示し、Ｔ_２は電極群、または電極群の積層体の厚さを示す。Ｔ_１はＴ_２の８０％以上、１２０％以下、さらに好ましくは９０％以上、１１０％以下の範囲内とすれば良く、同等になるようにすることがより好ましい。これによって電極群、または電極群の積層体と緩衝材の境界部分でも段差がなくなることで、外装体の、電極群、または電極群の積層体が配置される領域と、シール領域との段差がなくなり、平坦になる。

また、図１（Ｂ）は外装体１０７の端面と、第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂのそれぞれの端面、この場合は電極群、または電極群の積層体が配置されているのとは反対側の端面が、段差なく配置されている例を示している。しかし、これに限られることはなく、図１（Ｃ）は、外装体１０７の端面に対して第１の緩衝材３１０ａ、第２の緩衝材３１０ｂのそれぞれの端面、この場合は電極群、または電極群の積層体が配置されている面とは反対側の端面が、外側に出るように配置されていてもよいし、図１（Ｄ）のように内側に入り込むように配置されていてもよく、本明細書に示す二次電池を利用する場合に応じて適宜、選択することができる。

緩衝材が平坦な柱形状であれば緩衝材と電極群の厚さは同等になるようにすればよい一方、図７のように緩衝材が凹凸を有する表面の場合、図９（Ｂ）に示すように、緩衝材６０３の凹部を結んで得られる面どうしの距離をＴ_１とし、図９（Ａ）に示すように、電極群、または電極群の積層体の厚さをＴ_２とすると、Ｔ_１はＴ_２の８０％以上、１２０％以下の範囲内になるようにすることが好ましく、より望ましくは９０％以上、１１０％以下の範囲内になるようにすることが好ましい。電極群の厚さと、緩衝材の厚さを上記のように近づけることで、二次電池６００を湾曲させた際に外装体６０１に生じるシワを抑制することができる。

二次電池の外装体に囲まれた領域に緩衝材を設けることで、電極群、または電極群の積層体などを安定な位置に収納できる。二次電池を所望の形状に曲げる場合、所望の形状となるように緩衝材も曲がった形状とすることもでき、二次電池の曲げられた形状維持にも寄与することもできる。また、二次電池が必要以上に曲がらないように制限する機能を持たせることもできる。緩衝材は、二次電池の骨格としても機能させることもできる。二次電池の外装体に囲まれた領域に緩衝材を設けることで、二次電池の外部から力を加えて生じるひずみによる影響を許容範囲内に抑えることができる。よって、信頼性の良い二次電池を提供することができる。

なお、正極１０１は、集電体（アルミニウムなど）の片面または両面に正極活物質層などを有する。負極１０２は、集電体（銅など）の片面または両面に負極活物質層などを設けたものを含めて負極と呼ぶこととする。また、正極１０１は、正極リード１０４と電気的に接続されており、負極１０２は負極リード１０５と電気的に接続されている。正極リード１０４および負極リード１０５は、リード電極、またはリード端子とも呼ばれる。正極リード１０４および負極リード１０５の一部は外装体の外側に配置される。また、二次電池１００の充電および放電は、正極リード１０４および負極リード１０５を介して行われる。

正極集電体には、ステンレス、金、白金、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれらの合金など、導電性が高く、正極の電位で溶出しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。正極集電体は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。正極集電体は、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。また、正極集電体の表面に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。

また、負極集電体には、ステンレス、金、白金、鉄、銅、チタン等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。負極集電体は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。負極集電体は、厚みが５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いるとよい。また、負極集電体の表面に、グラファイトなどを用いてアンダーコート層を設けてもよい。

次に、図３（Ｂ）を用いて二次電池の充電時の電流の流れを説明する。リチウムを用いた二次電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向きになる。なお、リチウムを用いた二次電池では、充電と放電でアノード（陽極）とカソード（陰極）が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書においては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「＋極（プラス極）」と呼び、負極は「負極」または「−極（マイナス極）」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連したアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いると、充電時と放電時とでは、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード（陽極）やカソード（陰極）という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード（陽極）やカソード（陰極）という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極（プラス極）と負極（マイナス極）のどちらに対応するものかも併記することとする。

図３（Ｂ）に示す２つの端子には充電器が接続され、二次電池１００が充電される。二次電池１００の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図３（Ｂ）では、二次電池１００の外部の端子（正極リード１０４）から、正極１０１の方へ流れ、二次電池１００の中において、正極１０１から負極１０２の方へ流れ、負極１０２から二次電池１００の外部の端子（負極リード１０５）の方へ流れる電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしている。

なお、本実施の形態では説明を簡略にするため、一組の正極１０１と負極１０２を少なくとも有する電極群を外装体１０７に収納する例を示しているが、二次電池の容量を大きくするために、電極群の積層体を外装体１０７に収納してもよい。

外装体１０７内部には、図３（Ａ）に示すように、正極１０１と、セパレータ１０３と、負極１０２とが配置される例を示している。また、これらが複数配置されていてもよい。なお、図３（Ａ）では簡略化のため、外装体１０７、正極リード１０４、負極リード１０５は図示していない。

セパレータ１０３を形成するための材料として、セルロースや、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブテン、ナイロン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等の多孔性絶縁体を用いることができる。また、ガラス繊維等の不織布や、ガラス繊維と高分子繊維を複合した隔膜を用いてもよい。

本実施の形態において、二次電池の構成は、例えば、セパレータ１０３の厚さは約１５μｍ以上３０μｍ以下、正極１０１の集電体は約１０μｍ以上約４０μｍ以下、正極活物質層は約５０μｍ以上約１００μｍ以下、負極活物質層は約５０μｍ以上約１００μｍ以下、負極１０２の集電体は約５μｍ以上約４０μｍ以下とする。

また、図３（Ａ）では、セパレータ１０３は、シート状のものを用いる例を示したが、袋状のものを用いてよい。また、１枚のセパレータを曲げ、曲げたセパレータの間に正極（或いは負極）が位置するように外装体１０７内に設置してもよい。

二次電池１００の正極活物質層に用いる正極活物質としては、オリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結晶構造を有する複合酸化物等がある。正極活物質として、例えばＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２等の化合物を用いる。

または、複合材料（一般式ＬｉＭＰＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ_４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。

または、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等の複合材料を用いることができる。一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４の代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＮｉ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。

また、正極活物質として、Ａ_ｘＭ_２（ＸＯ_４）_３（Ａ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｘ＝Ｓ、Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｓ、Ｓｉ）の一般式で表されるナシコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Ｆｅ_２（ＭｎＯ_４）_３、Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３、Ｌｉ_３Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３等がある。また、正極活物質として、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ、Ｌｉ_２ＭＰ_２Ｏ_７、Ｌｉ_５ＭＯ_４（Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）の一般式で表される化合物、ＮａＦｅＦ_３、ＦｅＦ_３等のペロブスカイト型フッ化物、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２等の金属カルコゲナイド（硫化物、セレン化物、テルル化物）、ＬｉＭＶＯ_４等の逆スピネル型の結晶構造を有する酸化物、バナジウム酸化物系（Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＬｉＶ_３Ｏ_８等）、マンガン酸化物、有機硫黄等の材料を用いることができる。

また、正極活物質として、組成式Ｌｉ_ｘＭｎ_ｙＭ_ｚＯ_ｗで表されるリチウムマンガン複合酸化物を用いることもできる。ここで、元素Ｍは、リチウム、マンガン以外から選ばれた金属元素、またはシリコン、リンを用いることが好ましく、ニッケルであるとより好ましい。また、ｘ／（ｙ＋ｚ）は０以上２未満、かつｚは０より大きく、かつ（ｙ＋ｚ）／ｗは０．２６以上０．５未満を満たすことが好ましい。なお、リチウムマンガン複合酸化物とは、少なくともリチウムとマンガンとを含む酸化物をいい、クロム、コバルト、アルミニウム、ニッケル、鉄、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、インジウム、ガリウム、銅、チタン、ニオブ、シリコン、及びリンなどからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含んでいてもよい。また、リチウムマンガン複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造を有するものであることが好ましい。また、リチウムマンガン複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造及びスピネル型の結晶構造を有するものであってもよい。また、リチウムマンガン複合酸化物は、例えば、平均粒子径が、５ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

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

セパレータ１０３としては、絶縁体を用いることができる。絶縁体の例として、セルロース（紙）、または、空孔が設けられた、ポリプロピレンまたはポリエチレン、等を用いることができる。

電解液は、電解質として、キャリアイオンであるリチウムイオンを有し、さらに、キャリアイオンを移送することが可能である材料を用いる。電解質の代表例としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等のリチウム塩がある。これらの電解質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。

また、電解液の溶媒としては、キャリアイオンを移送することが可能な材料を用いる。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイドゲル、ポリプロピレンオキサイドゲル、フッ素系ポリマーのゲル等がある。また、電解液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つまたは複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。なお、イオン液体は、流動状態にある塩であり、イオン移動度（伝導度）が高い。また、イオン液体は、カチオンとアニオンとを含む。イオン液体としては、エチルメチルイミダゾリウム（ＥＭＩ）カチオンを含むイオン液体、またはＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウム（ＰＰ_１３）カチオンを含むイオン液体などがある。

また、電解液の代わりに、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。

二次電池１００の負極活物質層に用いる負極活物質としては、リチウムの溶解・析出、又はリチウムイオンを挿入、脱離することが可能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材料、合金系材料等を用いることができる。

リチウム金属は、酸化還元電位が低く（標準水素電極に対して−３．０４５Ｖ）、重量及び体積当たりの比容量が大きい（それぞれ３８６０ｍＡｈ／ｇ、２０６２ｍＡｈ／ｃｍ^３）ため、好ましい。

炭素系材料としては、黒鉛、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。

黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス系人造黒鉛、ピッチ系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。

黒鉛はリチウムイオンが黒鉛に挿入されたとき（リチウム−黒鉛層間化合物の生成時）にリチウム金属と同程度に卑な電位を示す（０．１乃至０．３Ｖ ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）。これにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。

負極活物質として、リチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な合金系材料も用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンである場合、合金系材料の例としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｇａ等のうち少なくとも一つを含む材料がある。このような元素は炭素に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が４２００ｍＡｈ／ｇと飛躍的に高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。このような元素を用いた材料としては、例えば、ＳｉＯ、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｇｅ、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｍｇ_２Ｓｎ、ＳｎＳ_２、Ｖ_２Ｓｎ_３、ＦｅＳｎ_２、ＣｏＳｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｃｕ_６Ｓｎ_５、Ａｇ_３Ｓｎ、Ａｇ_３Ｓｂ、Ｎｉ_２ＭｎＳｂ、ＣｅＳｂ_３、ＬａＳｎ_３、Ｌａ_３Ｃｏ_２Ｓｎ_７、ＣｏＳｂ_３、ＩｎＳｂ、ＳｂＳｎ等がある。なお、ＳｉＯとは、ケイ素リッチの部分を含むケイ素酸化物の粉末を指しており、ＳｉＯ_ｙ（２＞ｙ＞０）とも表記できる。例えばＳｉＯは、Ｓｉ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｏ_４、またはＳｉ_２Ｏから選ばれた単数または複数を含む材料や、Ｓｉの粉末と二酸化ケイ素ＳｉＯ_２の混合物も含む。また、ＳｉＯは他の元素（炭素、窒素、鉄、アルミニウム、銅、チタン、カルシウム、マンガンなど）を含む場合もある。即ち、単結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ、多結晶Ｓｉ、Ｓｉ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｏ_４、Ｓｉ_２Ｏ、ＳｉＯ_２から選ばれる複数を含む材料を指しており、ＳｉＯは有色材料である。ＳｉＯではないＳｉＯ_ｘ（Ｘは２以上）であれば無色透明、或いは白色であり、区別することができる。ただし、二次電池の材料としてＳｉＯを用いて二次電池を作製した後、充放電を繰り返すなどによって、ＳｉＯが酸化した場合には、ＳｉＯ_２に変質する場合もある。

また、負極活物質として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、リチウムチタン酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、リチウム−黒鉛層間化合物（Ｌｉ_ｘＣ_６）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_２）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_２）等の酸化物を用いることができる。

また、負極活物質として、リチウムと遷移金属の複窒化物である、Ｌｉ_３Ｎ型構造をもつＬｉ_３−ｘＭ_ｘＮ（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）を用いることができる。例えば、Ｌｉ_２．６Ｃｏ_０．４Ｎ_３は大きな充放電容量（９００ｍＡｈ／ｇ、１８９０ｍＡｈ／ｃｍ^３）を示し好ましい。

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

また、コンバージョン反応が生じる材料を負極活物質として用いることもできる。例えば、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ）等の、リチウムと合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反応が生じる材料としては、さらに、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ、ＲｕＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３等の酸化物、ＣｏＳ_０．８９、ＮｉＳ、ＣｕＳ等の硫化物、Ｚｎ_３Ｎ_２、Ｃｕ_３Ｎ、Ｇｅ_３Ｎ_４等の窒化物、ＮｉＰ_２、ＦｅＰ_２、ＣｏＰ_３等のリン化物、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用いてもよい。

また、負極活物質層には、上述した負極活物質の他、活物質の密着性を高めるための結着剤（バインダ）、負極活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。

また、外装体に囲まれた領域に緩衝材を設けることに限定されず、緩衝材の一部が露出するように緩衝材を設けてもよい。外装体１０７の外周縁を熱圧着により、接着する際、接着領域とシート状の緩衝材の一部と重ねて熱圧着して封止してもよい。この場合、シート状の緩衝材は接着領域と接している部分で固定される。

本実施の形態では、携帯情報端末などに用いる小型の電池の例を示したが、特に限定されず、車両などに搭載する大型の電池にも適用することができる。

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、二次電池に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、様々な二次電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・鉄蓄電池、ニッケル・亜鉛蓄電池、酸化銀・亜鉛蓄電池、固体電池、空気電池、亜鉛空気電池、リチウム空気電池、一次電池、キャパシタ、または、電気二重層キャパシタ、ウルトラ・キャパシタ、スーパー・キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、などに適用してもよい。例えば、本発明の一態様として、二次電池を変形する場合や、曲げる場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における二次電池では、さまざまな形状としてもよい。例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における二次電池では平板形状としてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における二次電池では、変形しなくてもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、プレス加工、例えばエンボス加工により外装体のフィルムに凹凸を形成し、外装体で囲まれる領域に第１の緩衝材３１２ａ、第２の緩衝材３１２ｂ、第３の緩衝材３１０ｃ、とし、第１の緩衝材３１２ａ、第２の緩衝材３１２ｂは矩形波状の断面を有する弾性体を用い、第３の緩衝材３１０ｃは柱状の弾性体（弾性を有する材料）を用いる例を示す。

本実施の形態では、フィルム表面にエンボス加工を行い、模様を有するフィルムを用いてリチウムイオン二次電池を作製する例を、図５を用いて示す。なお、図５において、図１と共通の部分には同じ符号を用いて説明することとし、簡略化のため詳細な説明はここでは省略することとする。

まず、可撓性基材からなるシートを用意する。シートは、積層体を用い、金属フィルムの一方の面または両方の面に接着層（ヒートシール層とも呼ぶ）を有するものを用いる。接着層は、ポリプロピレンやポリエチレンなどを含む熱融着性樹脂フィルムを用いる。本実施の形態では、シートとして、アルミニウム箔の表面にナイロン樹脂を有し、アルミニウム箔の裏面に耐酸性ポリプロピレン膜と、ポリプロピレン膜の積層が設けられている金属シートを用いる。このシートをカットしてフィルムを用意する。

そして、このフィルムにエンボス加工を行い、フィルム表面に凹凸を形成し、視認可能な模様を形成する。なお、ここではシートをカットした後、エンボス加工を行う例を示すが、特に順序は限定されず、シートをカットする前にエンボス加工を行い、その後カットしてもよい。また、シートを曲げて熱圧着を行った後にカットしてもよい。

なお、エンボス加工とは、プレス加工の一種であり、表面に凹凸のあるエンボスロールをフィルムに圧接させ、エンボスロールの凹凸に対応する凹凸をフィルム表面に形成する処理のことを指している。エンボスロールは、表面に模様を彫刻したロールである。

また、エンボスロールを用いることに限定されず、エンボスプレートを用いてもよい。また、エンボス加工に限定されず、フィルムの一部に浮き彫り（レリーフ）を形成すればよい。

本実施の形態では、フィルム４１１の両面に凹凸を設けて模様を形成し、フィルム４１１を中央で曲げて２つの端部を重ね、３辺を接着層で封止する構造とする。

シール領域には緩衝材を配置するので、シール領域はエンボス加工を行わなくてもよいが、密着性に問題がなければシール領域にエンボス加工を行ってもよい。図５には電極群、または電極群の積層体が配置される領域にエンボス加工を行う例を示す。

次いで、フィルム４１１を中央で折り、図５（Ａ）に示す状態とする。

また、図５（Ｂ）に示すように二次電池を構成する正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２を積層した電極群と、第１の緩衝材３１２ａ、第２の緩衝材３１２ｂ、第３の緩衝材３１０ｃを用意する。また、正極１０１や負極１０２に用いる集電体としては、実施の形態１に記載の内容を参酌することができる。なお、ここでは説明を簡略にするため、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２の積層の電極群を１つにして外装体に収納する例を示したが、二次電池の容量を大きくするために電極群を複数重ねて外装体に収納してもよい。

そして図５（Ｃ）に示す封止層４１５を有するリード電極を２つ用意する。リード電極はリード端子とも呼ばれ、二次電池の正極または負極を外装フィルムの外側へ引き出すために設けられる。リード電極として正極リード１０４はアルミニウムを用い、負極リード１０５は、ニッケルメッキを施した銅を用いる。

そして、正極リード１０４と、正極１０１の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。そして負極リード１０５と、負極１０２の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。

そして、正極１０１、セパレータ１０３、負極１０２を少なくとも有する電極群の周囲に緩衝材を配置する。緩衝材の配置については、後の工程で電解液を入れるので、その妨げとならないように一時的に配置しなくてもよく、または、最終的に配置する位置に対して、ずらしてもよい。例えば、第２の緩衝材３１２ｂと第３の緩衝材３１０ｃを先に配置し、次の工程に示すように電解液を入れた後、第１の緩衝材３１２ａを配置するという方法も可能である。また、第１の緩衝材３１２ａを最終的に配置される位置から、一時的にずらしておいて、後の工程で電解液を入れて、電解液を入れた後、最終的な位置に配置するという方法を用いてもよい。

そして、電解液を入れるための一辺を残すため、フィルム４１１の２辺に対して熱圧着を行って封止する。熱圧着の際、リード電極に設けられた封止層４１５も溶けてリード電極とフィルム４１１との間を固定される。そして、減圧雰囲気下、或いは不活性雰囲気下で所望の量の電解液をフィルム４１１が袋状となった内側に滴下する。そして、最後に、熱圧着をせずに残していたフィルムの周縁に対して熱圧着を行って封止する。

こうして図５（Ｄ）に示す二次電池４００を作製することができる。図５（Ｄ）の二次電池をＡ１−Ａ２で切断した断面の模式図を図５（Ｅ）に示す。

緩衝材の表面には、外装体との接着性を高めるために融着層を有していてもよい。例えば、図５（Ｅ）に示すように、第１の緩衝材３１２ａと外装体の間に融着層４２０を配置してもよい。

得られた二次電池４００は、外装体となるフィルム４１１の表面に凹凸を有する模様を有している。端面の領域は熱圧着領域であり、その部分には表面に凹凸を有さないようにしてもよく、密着性に問題なければ表面に凹凸を有するようにしてもよい。緩衝材が配置されているので、二次電池を曲げた時に加わる応力を緩和することができる。

本実施の形態は、実施の形態１と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記の実施の形態とは異なる二次電池の例を、図１４乃至図１６を用いて示す。

図１４乃至図１６に示す二次電池２００は、複数の正極２１１、複数の負極２１５が積層した電極群の積層体を少なくとも有し、複数の正極２１１が電気的に接続された正極リード２２１、複数の負極２１５と電気的に接続された負極リード２２５を有する。また、正極２１１はそれぞれ、セパレータ２０３で覆われている。

二次電池２００は、電極群の積層体を覆う外装体２０７を有する。また二次電池２００は、外装体２０７で覆われた領域に、電解液２０４を有する。

また、二次電池２００は、緩衝材として、第１の緩衝材２３０ａ、第２の緩衝材２３０ｂ、第３の緩衝材２３０ｃを有する。第１の緩衝材２３０ａ、第２の緩衝材２３０ｂ、第３の緩衝材２３０ｃは、封止領域において、電極群の上側の外装体２０７と、電極群の下側の外装体２０７を接着し、かつ電極群の上側の外装体２０７と、電極群の下側の外装体２０７の間隔を保つ機能も有する。

図１４（Ｂ）および（Ｃ）で示すように第１の緩衝材２３０ａ、第２の緩衝材２３０ｂ、第３の緩衝材２３０ｃの外装体２０７に挟まれた部分の厚さを、Ｔ_１とし、電極群の積層体の厚さをＴ_２とする。なお、外装体２０７がエンボス加工等により凹部または凸部を有する場合は、第３の緩衝材２３０ｃの外装体２０７に挟まれた部分のうち、最も薄い部分の厚さをＴ_１と呼ぶこととする。

第１の緩衝材２３０ａ、第２の緩衝材２３０ｂ、第３の緩衝材２３０ｃの外装体２０７に挟まれた部分の厚さＴ_１は、電極群の厚さＴ_２の８０％以上、１２０％以下であることが好ましく、より望ましくは９０％以上、１１０％以下であることがより好ましい。電極群の厚さと、外装体の封止領域の厚さを上述のように近づけることで、二次電池２００を湾曲させた際に外装体２０７に生じるシワを抑制することができる。

外装体２０７に生じるシワを抑制することで、外装体２０７の亀裂、破断等を防止し、信頼性の高い二次電池２００とすることができる。

なお、図１４および図１５に示すように、二次電池２００は、正極集電体２０１の片面に正極活物質層２０２が形成された正極２１１を３枚、負極集電体２０５の片面に負極活物質層２０６が形成された負極２１５を３枚有している。これらの電極を、正極活物質層２０２と負極活物質層２０６が、セパレータ２０３を介して対向するように配置してもよい。また、負極２１５の負極活物質層２０６が形成されていない面同士が接するように配置してよい。

このような配置とすることで、負極２１５の負極活物質層２０６を有さない面同士という、金属同士の接触面をつくることができる。金属同士の接触面は、活物質層とセパレータ２０３との接触面と比較して摩擦係数を小さくすることができる。

そのため、正極２１１および負極２１５を湾曲したとき、負極２１５の負極活物質層２０６を有さない面同士が滑ることで、湾曲の内径と外径の差により生じる応力を逃がすことができる。そのため、正極２１１および負極２１５の劣化を抑制することができる。また、信頼性の高い二次電池２００とすることができる。

なお、複数の正極集電体２０１の正極タブと、封止層２２０を有する正極リード２２１の接続について、電気的な接続を安定に維持できるようにするため、例えば超音波溶接を利用することができる。

リード電極は、二次電池の作製後に外から力が加えられて生じる応力により、ヒビや切断が生じやすい。そこで、正極リード２２１を超音波溶接する際、突起を有するボンディングダイで挟み、正極タブに接続領域とは別に湾曲部を形成してもよい。湾曲部を設けることによって、二次電池２００の作製後に外から力が加えられて生じる応力を緩和することができる。よって、二次電池２００の信頼性を高めることができる。

また、正極タブに湾曲部を形成することに限定されず、正極集電体の材料をステンレス、チタンなどの強度のあるものとし、正極集電体の膜厚を１０μｍ以下とすることで二次電池の作製後に外から外力が加えられ生じる応力を緩和しやすくする構成としてもよい。

勿論、これらを複数組み合わせて正極タブの応力集中を緩和してもよいことは言うまでもない。

正極集電体２０１と同様に、複数の負極集電体２０５の負極タブと、封止層２２０を有する負極リード２２５の接続について、電気的な接続を安定に維持できるように、例えば超音波溶接を利用することができる。このとき、正極タブと同様に、負極タブに湾曲部を設ける、集電体の材料を強度のあるものにする等、応力を緩和しやすくする構成としてもよい。

さらに、図１４、１５、１６と異なる例として図１７に、図１と異なる二次電池７００を示す。図１７（Ａ）は二次電池７００の上面図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の一点破線Ｆ１−Ｆ２における断面図である。図１７（Ｃ）は、二次電池７００の正極７１１、負極７１５およびセパレータ７０３を抜粋して示した斜視図である。

図１７に示す二次電池７００は、正極リード７２１および負極リード７２５の位置、および正極７１１、負極７１５、セパレータ７０３および外装体７０７の形状が、図１の二次電池１００と異なる。

また、二次電池７００は、緩衝材７３０を有する。緩衝材７３０は、封止領域において、電極群の上側の外装体７０７と、電極群の下側の外装体７０７に挟まれて位置し、電極群の上側の外装体７０７と、電極群の下側の外装体７０７の間隔を保つ機能を有する。

さらに、二次電池は正極リード７２１、負極リード７２５が緩衝材を貫通した配置になっており、外装体と緩衝材に囲まれた空間への機密性を高めるために、不純物が外部から侵入しないよう、封止材７２０を配置している。また、図１７（Ｂ）に示すように二次電池の内部には電解液７０４が充填されている。

ここで、図１８を用いて、図１７に示す二次電池７００の作製方法の一部について説明する。

まずセパレータ７０３上に、負極７１５を配置する（図１８（Ａ））。このとき、負極７１５が有する負極活物質層７０６が、セパレータ７０３と重畳するように配置する。

次に、セパレータ７０３を折り曲げ、負極７１５の上にセパレータ７０３を重ねる。次に、セパレータ７０３の上に、正極７１１を重ねる（図１８（Ｂ））。このとき、正極７１１が有する正極活物質層７０２が、セパレータ７０３および負極活物質層７０６と重畳するように配置する。なお、集電体の片面に活物質層が形成されている電極を用いる場合は、正極７１１の正極活物質層７０２と、負極７１５の負極活物質層７０６がセパレータ７０３を介して対向するように配置する。

なお、図１８には正極活物質層７０２と負極活物質層７０６を正極７１１、負極７１５の面内の内側に配置されているように模式的に示しているが、これに限られず、例えば、正極リード７２１、負極リード７２５との接続領域を確保しつつも、正極７１１の集電体、負極７１５の集電体の端部まで活物質層の領域が広がっていてもよい。

セパレータ７０３にポリプロピレン等の熱溶着が可能な材料を用いている場合は、セパレータ７０３同士が重畳している領域を熱溶着してから次の電極を重ねることで、作製工程中に電極がずれることを抑制できる。具体的には、負極７１５または正極７１１と重畳しておらず、セパレータ７０３同士が重畳している領域、例えば図１８（Ｂ）の領域７０３ａで示す領域を熱溶着することが好ましい。

この工程を繰り返すことで、図１８（Ｃ）に示すように、セパレータ７０３を挟んで正極７１１および負極７１５を積み重ねることができる。

なお、あらかじめ繰り返し折り曲げたセパレータ７０３に、複数の負極７１５および複数の正極７１１を交互に挟むように配置してもよい。

次に、図１８（Ｃ）に示すように、セパレータ７０３で複数の正極７１１および複数の負極７１５を覆う。

さらに、図１８（Ｄ）に示すように、セパレータ７０３同士が重畳している領域、例えば図１８（Ｄ）に示す領域７０３ｂを熱溶着することで、複数の正極７１１と複数の負極７１５を、セパレータ７０３によって覆い、結束する。

なお、複数の正極７１１、複数の負極７１５およびセパレータ７０３を、結束材を用いて結束してもよい。

このような工程で正極７１１および負極７１５を積み重ねるため、セパレータ７０３は、１枚のセパレータ７０３の中で、複数の正極７１１と複数の負極７１５に挟まれている領域と、複数の正極７１１と複数の負極７１５を覆うように配置されている領域とを有する。

なお、二次電池７００の、正極７１１、負極７１５、セパレータ７０３および外装体７０７の形状、正極リード７２１および負極リード７２５の位置形状以外の構成は、上記の実施の形態の記載を参酌することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１乃至３のいずれか一を用いて得られる二次電池を組み込んだ電子機器の一例を示す。

二次電池を適用した電子機器として、例えば、ヘッドマウントディスプレイやゴーグル型ディスプレイのような表示装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、デスクトップ型やノート型等のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、玩具、マイクロフォン等の音声入力機器、電気シェーバ、電動歯ブラシ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、加湿器や除湿器やエアコンディショナ等の空気調和設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、電動工具、煙感知器、ガス警報装置や防犯警報装置等の警報装置、産業用ロボット、補聴器、心臓ペースメーカ、Ｘ線撮影装置、放射線測定器、電気マッサージ器や透析装置等の健康機器や医療機器、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、照明装置、ヘッドホン、ステレオ、リモートコントローラ、置き時計や壁掛け時計等の時計、コードレス電話子機、トランシーバ、歩数計、電卓、デジタルオーディオプレーヤ等の携帯型又は据置型の音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

実施の形態１乃至３のいずれか一を用いて得られる二次電池は、外装体が薄く柔軟性を有するフィルムであり、曲面を有する支持構造体に貼り付け、支持構造体の曲率半径の大きい領域の曲面部分に追随して変形させることができる。

また、フレキシブルな形状を備える二次電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。

図１０（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、二次電池７４０７を有している。

図１０（Ｂ）は、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４００を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている二次電池７４０７も湾曲される。また、その時、曲げられた二次電池７４０７の状態を図１０（Ｃ）に示す。二次電池７４０７はラミネート構造の二次電池（積層構造電池、フィルム外装電池とも呼ばれる）である。二次電池７４０７は曲げられた状態で固定されている。なお、二次電池７４０７は集電体７４０９と電気的に接続されたリード電極７４０８を有している。例えば、二次電池７４０７の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、二次電池７４０７が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。さらに、携帯電話機７４００は、ＳＩＭカードを挿入するためのスロットや、ＵＳＢメモリなどＵＳＢデバイスを接続するコネクタ部などを設けてもよい。

図１０（Ｄ）は、曲げることのできる携帯電話の一例を示している。前腕に巻くような形状に曲げれば、図１０（Ｅ）に示すバングル型の携帯電話にすることができる。携帯電話７１００は、筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び二次電池７１０４を備える。また、図１０（Ｆ）に曲げることのできる二次電池７１０４の状態を示す。二次電池７１０４は曲げられた状態で使用者の腕への装着時に、筐体が変形して二次電池７１０４の一部または全部の曲率が変化する。具体的には、曲率半径が１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲内で筐体または二次電池７１０４の主表面の一部または全部が変化する。なお、二次電池７１０４は集電体７１０６と電気的に接続されたリード電極７１０５を有している。例えば、二次電池７１０４の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、二次電池７１０４が曲率を変化させて曲げられる回数が多くとも高い信頼性を維持できる構成となっている。このように、図１０（Ｄ）に示す携帯電話は、複数の形状に変化することのできるデバイスであり、それを実現するためには少なくとも筐体７１０１、表示部７１０２、及び二次電池７１０４が可撓性を有することが望ましい。

さらに、携帯電話７１００は、ＳＩＭカードを挿入するためのスロットや、ＵＳＢメモリなどＵＳＢデバイスを接続するコネクタ部などを設けてもよい。

また、携帯電話の他の使用例として、図１０（Ｄ）に示す携帯電話の中央部分を曲げると、図１０（Ｇ）に示すような形状にすることもできる。また、携帯電話の中央部分をさらに曲げて図１０（Ｈ）に示すように携帯電話の端部が重なるようにして小型化させ、使用者のポケットなどに入れるサイズにできる。図１０（Ｄ）、図１０（Ｇ）、及び図１０（Ｈ）に示す変形のみであれば、二次電池７１０４は曲げられる状態にはなっていない。携帯電話は、落下や、その他の衝撃を受ける場合、薄型であると内部に配置されている二次電池７１０４にも衝撃が加えられる。二次電池７１０４の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられていればこれらの衝撃を緩和し、丈夫な二次電池を実現できる。従って、外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設ける二次電池７１０４は、携帯電話を曲げる、曲げないにかかわらず、信頼性の高い携帯電話を実現できる。

また、図１３（Ａ）は、掃除機の一例を示している。掃除機に二次電池を備えることでコードレスとすることができ、掃除機内部はゴミを吸い取り収納する集塵スペースを確保するため、二次電池７６０４の占める空間は小さければ小さいほど好ましい。従って、薄型であり、外側表面と集塵スペースとの間に曲げることのできる二次電池７６０４を配置することは有用である。

掃除機７６００は、操作ボタン７６０３、及び二次電池７６０４を備える。また、図１３（Ｂ）に曲げることのできる二次電池７６０４の状態を示す。二次電池７６０４は、外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けられており、二次電池７６０４が曲げられた状態での信頼性が高い構成となっている。二次電池７６０４は負極と電気的に接続されたリード電極７６０１と、正極と電気的に接続されたリード電極７６０２を有する。

また、外装体の一つの短辺に１つのリード電極をそれぞれ露出させている二次電池の例として、図１３（Ｃ）に曲げることのできる二次電池７６０５の状態を示す。二次電池７６０５は、外装体の２つの短辺にそれぞれ集電体またはリード電極を露出される構成である。二次電池７６０５の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材を設けることで曲げることができ、信頼性が高い。

薄型の二次電池７６０４は実施の形態３に示したラミネート構造の二次電池の作製方法を用いて作製することができる。

薄型の二次電池７６０４はラミネート構造であり、曲げられて固定されている。また、掃除機７６００は、薄型の二次電池７６０４の電力残量などを表示する表示部７６０６を有しており、掃除機の外表面の形状に合わせて表示面も湾曲されている表示部７６０６である。また、掃除機はコンセントに接続するための接続コードを有し、薄型の二次電池７６０４に十分な電力が充電されれば、接続コードを外して掃除機を使用することもできる。また、薄型の二次電池７６０４の充電は接続コードを用いず、ワイヤレスで無線充電を行ってもよい。二次電池７６０４の外装体のフィルムに囲まれた領域に緩衝材が設けることで衝撃に強く、信頼性が高い。

また、曲げることのできる二次電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。また、農業機械、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、電動カート、小型又は大型船舶、潜水艦、固定翼機や回転翼機等の航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などの移動体に曲げることのできる二次電池を搭載することもできる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至３のいずれか一を用いて得られる二次電池を車両に搭載する例を示す。

また、二次電池を車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、またはプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。

図１９において、本発明の一態様を用いた車両を例示する。図１９（Ａ）に示す自動車８４００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。また、自動車８４００は二次電池を有する。二次電池は電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。

また、二次電池は、自動車８４００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、二次電池は、自動車８４００が有するナビゲーションシステムなどの半導体装置に電力を供給することができる。

図１９（Ｂ）に示す自動車８５００は、自動車８５００が有する二次電池にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図１９（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された二次電池に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクタの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された二次電池（図示せず）を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。

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

本発明の一態様によれば、二次電池のサイクル特性が良好となり、信頼性を向上させることができる。また、本発明の一態様によれば、二次電池の特性を向上することができ、よって、二次電池自体を小型軽量化することができる。二次電池自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、航続距離を向上させることができる。また、車両に搭載した二次電池を車両以外の電力供給源として用いることもできる。この場合、電力需要のピーク時に商用電源を用いることを回避することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した二次電池を少なくとも有する電池セルと組み合わせて用いることができる電池制御ユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：ＢＭＵ）、および該電池制御ユニットを構成する回路に適したトランジスタについて、図２０乃至図２６を参照して説明する。本実施の形態では、特に直列に接続された電池セルを有する蓄電装置の電池制御ユニットについて説明する。

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

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

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

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

ここで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図２０には、蓄電装置のブロック図の一例を示す。図２０に示す蓄電装置１３００は、端子対１３０１と、端子対１３０２と、切り替え制御回路１３０３と、切り替え回路１３０４と、切り替え回路１３０５と、変圧制御回路１３０６と、変圧回路１３０７と、直列に接続された複数の電池セル１３０９を含む電池部１３０８と、を有する。

また、図２０の蓄電装置１３００において、端子対１３０１と、端子対１３０２と、切り替え制御回路１３０３と、切り替え回路１３０４と、切り替え回路１３０５と、変圧制御回路１３０６と、変圧回路１３０７とにより構成される部分を、電池制御ユニットと呼ぶことができる。

切り替え制御回路１３０３は、切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５の動作を制御する。具体的には、切り替え制御回路１３０３は、電池セル１３０９毎に測定された電圧に基づいて、放電する電池セル（放電電池セル群）、および充電する電池セル（充電電池セル群）を決定する。

さらに、切り替え制御回路１３０３は、当該決定された放電電池セル群および充電電池セル群に基づいて、制御信号Ｓ１および制御信号Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ１は、切り替え回路１３０４へ出力される。この制御信号Ｓ１は、端子対１３０１と放電電池セル群とを接続させるように切り替え回路１３０４を制御する信号である。また、制御信号Ｓ２は、切り替え回路１３０５へ出力される。この制御信号Ｓ２は、端子対１３０２と充電電池セル群とを接続させるように切り替え回路１３０５を制御する信号である。

また、切り替え制御回路１３０３は、切り替え回路１３０４、切り替え回路１３０５、および変圧回路１３０７の構成を踏まえ、端子対１３０１と放電電池セル群との間、または端子対１３０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士が接続されるように、制御信号Ｓ１および制御信号Ｓ２を生成する。

切り替え制御回路１３０３の動作の詳細について述べる。

まず、切り替え制御回路１３０３は、複数の電池セル１３０９毎の電圧を測定する。そして、切り替え制御回路１３０３は、例えば、所定の閾値以上の電圧の電池セル１３０９を高電圧の電池セル（高電圧セル）、所定の閾値未満の電圧の電池セル１３０９を低電圧の電池セル（低電圧セル）と判断する。

なお、高電圧セルおよび低電圧セルを判断する方法については、様々な方法を用いることができる。例えば、切り替え制御回路１３０３は、複数の電池セル１３０９の中で、最も電圧の高い、又は最も電圧の低い電池セル１３０９の電圧を基準として、各電池セル１３０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断してもよい。この場合、切り替え制御回路１３０３は、各電池セル１３０９の電圧が基準となる電圧に対して所定の割合以上か否かを判定する等して、各電池セル１３０９が高電圧セルか低電圧セルかを判断することができる。そして、切り替え制御回路１３０３は、この判断結果に基づいて、放電電池セル群と充電電池セル群とを決定する。

なお、複数の電池セル１３０９の中には、高電圧セルと低電圧セルが様々な状態で混在し得る。例えば、切り替え制御回路１３０３は、高電圧セルと低電圧セルが混在する中で、高電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を放電電池セル群とする。また、切り替え制御回路１３０３は、低電圧セルが最も多く連続して直列に接続された部分を充電電池セル群とする。また、切り替え制御回路１３０３は、過充電又は過放電に近い電池セル１３０９を、放電電池セル群又は充電電池セル群として優先的に選択するようにしてもよい。

ここで、本実施形態における切り替え制御回路１３０３の動作例を、図２１を用いて説明する。図２１は、切り替え制御回路１３０３の動作例を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図２１では４個の電池セル１３０９が直列に接続されている場合を例に説明する。

まず、図２１（Ａ）の例では、電池セル１３０９のａ乃至ｄの電圧を電圧Ｖａ乃至電圧Ｖｄとすると、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１３０３は、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１３０３は、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。

次に、図２１（Ｂ）の例では、Ｖｃ＞Ｖａ＝Ｖｂ＞＞Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、連続する２つの低電圧セルａ、ｂと、１つの高電圧セルｃと、１つの過放電間近の低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１３０３は、高電圧セルｃを放電電池セル群として決定する。また、切り替え制御回路１３０３は、低電圧セルｄが過放電間近であるため、連続する２つの低電圧セルａおよびｂではなく、低電圧セルｄを充電電池セル群として優先的に決定する。

最後に、図２１（Ｃ）の例では、Ｖａ＞Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄの関係にある場合を示している。つまり、１つの高電圧セルａと、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄとが直列に接続されている。この場合、切り替え制御回路１３０３は、高電圧セルａを放電電池セル群と決定する。また、切り替え制御回路１３０３は、連続する３つの低電圧セルｂ乃至ｄを充電電池セル群として決定する。

切り替え制御回路１３０３は、上記図２１（Ａ）乃至（Ｃ）の例のように決定された結果に基づいて、切り替え回路１３０４の接続先である放電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ１と、切り替え回路１３０５の接続先である充電電池セル群を示す情報が設定された制御信号Ｓ２を、切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５に対してそれぞれ出力する。

以上が、切り替え制御回路１３０３の動作の詳細に関する説明である。

切り替え回路１３０４は、切り替え制御回路１３０３から出力される制御信号Ｓ１に応じて、端子対１３０１の接続先を、切り替え制御回路１３０３により決定された放電電池セル群に設定する。

端子対１３０１は、対を成す端子Ａ１およびＡ２により構成される。切り替え回路１３０４は、この端子Ａ１およびＡ２のうち、いずれか一方を放電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続し、他方を放電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続することにより、端子対１３０１の接続先を設定する。なお、切り替え回路１３０４は、制御信号Ｓ１に設定された情報を用いて放電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路１３０５は、切り替え制御回路１３０３から出力される制御信号Ｓ２に応じて、端子対１３０２の接続先を、切り替え制御回路１３０３により決定された充電電池セル群に設定する。

端子対１３０２は、対を成す端子Ｂ１およびＢ２により構成される。切り替え回路１３０５は、この端子Ｂ１およびＢ２のうち、いずれか一方を充電電池セル群の中で最も上流（高電位側）に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続し、他方を充電電池セル群の中で最も下流（低電位側）に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続することにより、端子対１３０２の接続先を設定する。なお、切り替え回路１３０５は、制御信号Ｓ２に設定された情報を用いて充電電池セル群の位置を認識することができる。

切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５の構成例を示す回路図を図２２および図２３に示す。

図２２では、切り替え回路１３０４は、複数のトランジスタ１３１０と、バス１３１１および１３１２とを有する。バス１３１１は、端子Ａ１と接続されている。また、バス１３１２は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ１３１０のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バス１３１１および１３１２と接続されている。また、複数のトランジスタ１３１０のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セル１３０９の間に接続されている。

なお、複数のトランジスタ１３１０のうち、最上流に位置するトランジスタ１３１０のソース又はドレインの他方は、電池部１３０８の最上流に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ１３１０のうち、最下流に位置するトランジスタ１３１０のソース又はドレインの他方は、電池部１３０８の最下流に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１３０４は、複数のトランジスタ１３１０のゲートに与える制御信号Ｓ１に応じて、バス１３１１に接続される複数のトランジスタ１３１０のうちの１つと、バス１３１２に接続される複数のトランジスタ１３１０のうちの１つとをそれぞれ導通状態にすることにより、放電電池セル群と端子対１３０１とを接続する。これにより、放電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セル１３０９の正極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか一方と接続される。また、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１３０９の負極端子は、端子対の端子Ａ１又はＡ２のいずれか他方、すなわち正極端子と接続されていない方の端子に接続される。

トランジスタ１３１０には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、放電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、放電電池セル群の出力電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタ１３１０が接続された電池セル１３０９と端子対１３０１とを絶縁状態とすることができる。

また、図２２では、切り替え回路１３０５は、複数のトランジスタ１３１３と、電流制御スイッチ１３１４と、バス１３１５と、バス１３１６とを有する。バス１３１５および１３１６は、複数のトランジスタ１３１３と、電流制御スイッチ１３１４との間に配置される。複数のトランジスタ１３１３のソース又はドレインの一方は、それぞれ１つおきに交互に、バス１３１５および１３１６と接続されている。また、複数のトランジスタ１３１３のソース又はドレインの他方は、それぞれ隣接する２つの電池セル１３０９の間に接続されている。

なお、複数のトランジスタ１３１３のうち、最上流に位置するトランジスタ１３１３のソース又はドレインの他方は、電池部１３０８の最上流に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ１３１３のうち、最下流に位置するトランジスタ１３１３のソース又はドレインの他方は、電池部１３０８の最下流に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続されている。

トランジスタ１３１３には、トランジスタ１３１０と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さいため、充電電池セル群に属しない電池セルから漏洩する電荷量を減らし、時間の経過による容量の低下を抑制することができる。またＯＳトランジスタは高電圧を印加した際の絶縁破壊が生じにくい。そのため、充電電池セル群を充電するための電圧が大きくても、非導通状態とするトランジスタ１３１３が接続された電池セル１３０９と端子対１３０２とを絶縁状態とすることができる。

電流制御スイッチ１３１４は、スイッチ対１３１７とスイッチ対１３１８とを有する。スイッチ対１３１７の一端は、端子Ｂ１に接続されている。また、スイッチ対１３１７の他端は各々、別のバスに接続しており、一方のスイッチはバス１３１５に接続され、他方のスイッチはバス１３１６に接続されている。スイッチ対１３１８の一端は、端子Ｂ２に接続されている。また、スイッチ対１３１８の他端は各々、別のバスに接続しており、一方のスイッチはバス１３１５に接続され、他方のスイッチはバス１３１６に接続されている。

スイッチ対１３１７およびスイッチ対１３１８が有するスイッチは、トランジスタ１３１０およびトランジスタ１３１３と同様に、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。

切り替え回路１３０５は、制御信号Ｓ２に応じて、トランジスタ１３１３、および電流制御スイッチ１３１４のオン／オフ状態の組み合わせを制御することにより、充電電池セル群と端子対１３０２とを接続する。

切り替え回路１３０５は、一例として、以下のようにして充電電池セル群と端子対１３０２とを接続する。

切り替え回路１３０５は、複数のトランジスタ１３１３のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で最も上流に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続されているトランジスタ１３１３を導通状態にする。また、切り替え回路１３０５は、複数のトランジスタ１３１３のゲートに与える制御信号Ｓ２に応じて、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１３０９の負極端子に接続されているトランジスタ１３１３を導通状態にする。

端子対１３０２に印加される電圧の極性は、端子対１３０１と接続される放電電池セル群、および変圧回路１３０７の構成によって変わり得る。また、充電電池セル群を充電する方向に電流を流すためには、端子対１３０２と充電電池セル群との間で、同じ極性の端子同士を接続する必要がある。そこで、電流制御スイッチ１３１４は、制御信号Ｓ２により、端子対１３０２に印加される電圧の極性に応じてスイッチ対１３１７およびスイッチ対１３１８の接続先をそれぞれ切り替えるように制御される。

一例として、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対１３０２に印加されている状態を挙げて説明する。この時、電池部１３０８の最下流の電池セル１３０９が充電電池セル群である場合、スイッチ対１３１７は、制御信号Ｓ２により、当該電池セル１３０９の正極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対１３１７のバス１３１６に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対１３１７のバス１３１５に接続されるスイッチがオフ状態となる。一方、スイッチ対１３１８は、制御信号Ｓ２により、当該電池セル１３０９の負極端子と接続されるように制御される。すなわち、スイッチ対１３１８のバス１３１５に接続されるスイッチがオン状態となり、スイッチ対１３１８のバス１３１６に接続されるスイッチがオフ状態となる。このようにして、端子対１３０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対１３０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。

また、電流制御スイッチ１３１４は、切り替え回路１３０５ではなく、切り替え回路１３０４に含まれていてもよい。この場合、電流制御スイッチ１３１４、制御信号Ｓ１に応じて、端子対１３０１に印加される電圧の極性を制御することにより、端子対１３０２に印加される電圧の極性を制御する。そして、電流制御スイッチ１３１４は、端子対１３０２から充電電池セル群に流れる電流の向きを制御する。

図２３は、図２２とは異なる、切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５の構成例を示す回路図である。

図２３では、切り替え回路１３０４は、複数のトランジスタ対１３２１と、バス１３２４およびバス１３２５とを有する。バス１３２４は、端子Ａ１と接続されている。また、バス１３２５は、端子Ａ２と接続されている。複数のトランジスタ対１３２１の一端は、各々、別のバスに接続している。トランジスタ１３２２のソース又はドレインの一方は、バス１３２４と接続されている。また、トランジスタ１３２３のソース又はドレインの一方は、バス１３２５と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３２１の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セル１３０９の間に接続されている。なお、複数のトランジスタ対１３２１のうち、最上流に位置するトランジスタ対１３２１の他端は、電池部１３０８の最上流に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３２１のうち、最下流に位置するトランジスタ対１３２１の他端は、電池部１３０８の最下流に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１３０４は、制御信号Ｓ１に応じてトランジスタ１３２２およびトランジスタ１３２３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対１３２１の接続先を、端子Ａ１又は端子Ａ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタ１３２２が導通状態であれば、トランジスタ１３２３は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ１になる。一方、トランジスタ１３２３が導通状態であれば、トランジスタ１３２２は非導通状態となり、その接続先は端子Ａ２になる。トランジスタ１３２２およびトランジスタ１３２３のどちらが導通状態になるかは、制御信号Ｓ１によって決定される。

端子対１３０１と放電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対１３２１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ１に基づいて、２つのトランジスタ対１３２１の接続先がそれぞれ決定されることにより、放電電池セル群と端子対１３０１とが接続される。２つのトランジスタ対１３２１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ａ１となり、他方が端子Ａ２となるように、制御信号Ｓ１によって制御される。

切り替え回路１３０５は、複数のトランジスタ対１３３１と、バス１３３４およびバス１３３５とを有する。バス１３３４は、端子Ｂ１と接続されている。また、バス１３３５は、端子Ｂ２と接続されている。複数のトランジスタ対１３３１の一端は、各々、別のバスに接続している。トランジスタ１３３２を介して接続する一端は、バス１３３４と接続されている。また、トランジスタ１３３３を介して接続する一端は、バス１３３５と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３３１の他端は、それぞれ隣接する２つの電池セル１３０９の間に接続されている。なお、複数のトランジスタ対１３３１のうち、最上流に位置するトランジスタ対１３３１の他端は、電池部１３０８の最上流に位置する電池セル１３０９の正極端子と接続されている。また、複数のトランジスタ対１３３１のうち、最下流に位置するトランジスタ対１３３１の他端は、電池部１３０８の最下流に位置する電池セル１３０９の負極端子と接続されている。

切り替え回路１３０５は、制御信号Ｓ２に応じてトランジスタ１３３２およびトランジスタ１３３３の導通／非導通状態を切り換えることにより、当該トランジスタ対１３３１の接続先を、端子Ｂ１又は端子Ｂ２のいずれか一方に切り替える。詳細には、トランジスタ１３３２が導通状態であれば、トランジスタ１３３３は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ１になる。逆に、トランジスタ１３３３が導通状態であれば、トランジスタ１３３２は非導通状態となり、その接続先は端子Ｂ２になる。トランジスタ１３３２およびトランジスタ１３３３のどちらが導通状態となるかは、制御信号Ｓ２によって決定される。

端子対１３０２と充電電池セル群とを接続するには、２つのトランジスタ対１３３１が用いられる。詳細には、制御信号Ｓ２に基づいて、２つのトランジスタ対１３３１の接続先がそれぞれ決定されることにより、充電電池セル群と端子対１３０２とが接続される。２つのトランジスタ対１３３１のそれぞれの接続先は、一方が端子Ｂ１となり、他方が端子Ｂ２となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。

また、２つのトランジスタ対１３３１のそれぞれの接続先は、端子対１３０２に印加される電圧の極性によって決定される。具体的には、端子Ｂ１が正極、端子Ｂ２が負極となるような電圧が端子対１３０２に印加されている場合、上流側のトランジスタ対１３３１は、トランジスタ１３３２が導通状態となり、トランジスタ１３３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対１３３１は、トランジスタ１３３３が導通状態、トランジスタ１３３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。また、端子Ｂ１が負極、端子Ｂ２が正極となるような電圧が端子対１３０２に印加されている場合は、上流側のトランジスタ対１３３１は、トランジスタ１３３３が導通状態となり、トランジスタ１３３２が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。一方、下流側のトランジスタ対１３３１は、トランジスタ１３３２が導通状態、トランジスタ１３３３が非導通状態となるように、制御信号Ｓ２によって制御される。このようにして、端子対１３０２と充電電池セル群との間で、同じ極性をもつ端子同士が接続される。そして、端子対１３０２から流れる電流の方向が、充電電池セル群を充電する方向となるように制御される。

変圧制御回路１３０６は、変圧回路１３０７の動作を制御する。変圧制御回路１３０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数とに基づいて、変圧回路１３０７の動作を制御する変圧信号Ｓ３を生成し、変圧回路１３０７へ出力する。

なお、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数が充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数よりも多い場合は、充電電池セル群に対して過剰に大きな充電電圧が印加されることを防止する必要がある。そのため、変圧制御回路１３０６は、充電電池セル群を充電できる範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を降圧させるように変圧回路１３０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

また、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数以下である場合は、充電電池セル群を充電するために必要な充電電圧を確保する必要がある。そのため、変圧制御回路１３０６は、充電電池セル群に過剰な充電電圧が印加されない範囲で放電電圧（Ｖｄｉｓ）を昇圧させるように変圧回路１３０７を制御する変圧信号Ｓ３を出力する。

なお、過剰な充電電圧とする電圧値は、電池部１３０８で使用される電池セル１３０９の製品仕様等に鑑みて決定することができる。また、変圧回路１３０７により昇圧および降圧された電圧は、充電電圧（Ｖｃｈａ）として端子対１３０２に印加される。

ここで、本実施形態における変圧制御回路１３０６の動作例を、図２４（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。図２４（Ａ）乃至（Ｃ）は、図２１（Ａ）乃至（Ｃ）で説明した放電電池セル群および充電電池セル群に対応させた、変圧制御回路１３０６の動作例を説明するための概念図である。なお図２４（Ａ）乃至（Ｃ）は、電池制御ユニット１３４１を図示している。電池制御ユニット１３４１は、端子対１３０１と、端子対１３０２と、切り替え制御回路１３０３と、切り替え回路１３０４と、切り替え回路１３０５と、変圧制御回路１３０６と、変圧回路１３０７とにより構成される。

図２４（Ａ）に示される例では、図２１（Ａ）で説明したように、連続する３つの高電圧セルａ乃至ｃと、１つの低電圧セルｄとが直列に接続されている。この場合、図２１（Ａ）を用いて説明したように、切り替え制御回路１３０３は、高電圧セルａ乃至ｃを放電電池セル群として決定し、低電圧セルｄを充電電池セル群として決定する。そして、変圧制御回路１３０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数の比に基づいて、放電電圧（Ｖｄｉｓ）から充電電圧（Ｖｃｈａ）への変換比Ｎを算出する。

なお放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数よりも多い場合に、放電電圧を変圧せずに端子対１３０２にそのまま印加すると、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９に、端子対１３０２を介して過剰な電圧が印加される可能性がある。そのため、図２４（Ａ）に示されるような場合では、端子対１３０２に印加される充電電圧（Ｖｃｈａ）を、放電電圧よりも降圧させる必要がある。さらに、充電電池セル群を充電するためには、充電電圧は、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の合計電圧より大きい必要がある。そのため、変圧制御回路１３０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数の比よりも、変換比Ｎを大きく設定する。

変圧制御回路１３０６は、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数を基準とした時の、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数の比に対して、変換比比Ｎを１乃至１０％程度大きくするのが好ましい。この時、充電電圧は充電電池セル群の電圧よりも大きくなるが、実際には充電電圧は充電電池セル群の電圧と等しくなる。ただし、変圧制御回路１３０６は変換比Ｎに従い充電電池セル群の電圧を充電電圧と等しくするために、充電電池セル群を充電する電流を流すこととなる。この電流は変圧制御回路１３０６に設定された値となる。

図２４（Ａ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数が３個で、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の数が１個であるため、変圧制御回路１３０６は、１／３より少し大きい値を変換比Ｎとして算出する。そして、変圧制御回路１３０６は、放電電圧を当該変換比Ｎに応じて降圧し、充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を変圧回路１３０７に出力する。そして、変圧回路１３０７は、変圧信号Ｓ３に応じて変圧された充電電圧を、端子対１３０２に印加する。そして、端子対１３０２に印加される充電電圧によって、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９が充電される。

また、図２４（Ｂ）や図２４（Ｃ）に示される例でも、図２４（Ａ）と同様に、変換比Ｎが算出される。図２４（Ｂ）や図２４（Ｃ）に示される例では、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数が、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数以下であるため、変換比Ｎは１以上となる。よって、この場合は、変圧制御回路１３０６は、放電電圧を昇圧して充電電圧に変換する変圧信号Ｓ３を出力する。

変圧回路１３０７は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対１３０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換する。そして、変圧回路１３０７は、変換された充電電圧を端子対１３０２に印加する。ここで、変圧回路１３０７は、端子対１３０１と端子対１３０２との間を電気的に絶縁している。これにより、変圧回路１３０７は、放電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１３０９の負極端子の絶対電圧と、充電電池セル群の中で最も下流に位置する電池セル１３０９の負極端子の絶対電圧との差異による短絡を防止する。さらに、変圧回路１３０７は、上述したように、変圧信号Ｓ３に基づいて放電電池セル群の合計電圧である放電電圧を充電電圧に変換する。

また、変圧回路１３０７は、例えば絶縁型ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣコンバータ等を用いることができる。この場合、変圧制御回路１３０６は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータのオン／オフ比（デューティー比）を制御する信号を変圧信号Ｓ３として出力することにより、変圧回路１３０７で変換される充電電圧を制御する。

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

絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた変圧回路１３０７の構成を図２５に示す。絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３５１は、スイッチ部１３５２とトランス部１３５３とを有する。スイッチ部１３５２は、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの動作のオン／オフを切り替えるスイッチであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やバイポーラ型トランジスタ等を用いて実現される。また、スイッチ部１３５２は、変圧制御回路１３０６から出力される、オン／オフ比を制御する変圧信号Ｓ３に基づいて、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ１３５１のオン状態とオフ状態を周期的に切り替える。なお、スイッチ部１３５２は、使用される絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの方式によって様々な構成を取り得る。トランス部１３５３は、端子対１３０１から印加される放電電圧を充電電圧に変換する。詳細には、トランス部１３５３は、スイッチ部１３５２のオン／オフ状態と同期して動作し、そのオン／オフ比に応じて放電電圧を充電電圧に変換する。この充電電圧は、スイッチ部１３５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が長いほど大きくなる。一方、充電電圧は、スイッチ部１３５２のスイッチング周期において、オン状態となる時間が短いほど小さくなる。なお、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合、トランス部１３５３の内部で、端子対１３０１と端子対１３０２は互いに絶縁することができる。

本実施形態における蓄電装置１３００の処理の流れを、図２６を用いて説明する。図２６は、蓄電装置１３００の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、蓄電装置１３００は、複数の電池セル１３０９毎に測定された電圧を取得する（ステップＳ００１）。そして、蓄電装置１３００は、複数の電池セル１３０９の電圧を揃える動作の開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ００２）。この開始条件は、例えば、複数の電池セル１３０９毎に測定された電圧の最大値と最小値との差分が、所定の閾値以上か否か等とすることができる。この開始条件を満たさない場合は（ステップＳ００２：ＮＯ）、各電池セル１３０９の電圧のバランスが取れている状態であるため、蓄電装置１３００は、以降の処理を実行しない。一方、開始条件を満たす場合は（ステップＳ００２：ＹＥＳ）、蓄電装置１３００は、各電池セル１３０９の電圧を揃える処理を実行する。この処理において、蓄電装置１３００は、測定されたセル毎の電圧に基づいて、各電池セル１３０９が高電圧セルか低電圧セルかを判定する（ステップＳ００３）。そして、蓄電装置１３００は、判定結果に基づいて、放電電池セル群および充電電池セル群を決定する（ステップＳ００４）。さらに、蓄電装置１３００は、決定された放電電池セル群を端子対１３０１の接続先に設定する制御信号Ｓ１、および決定された充電電池セル群を端子対１３０２の接続先に設定する制御信号Ｓ２を生成する（ステップＳ００５）。蓄電装置１３００は、生成された制御信号Ｓ１および制御信号Ｓ２を、切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５へそれぞれ出力する。そして、切り替え回路１３０４により、端子対１３０１と放電電池セル群とが接続され、切り替え回路１３０５により、端子対１３０２と放電電池セル群とが接続される（ステップＳ００６）。また、蓄電装置１３００は、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数と、充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数とに基づいて、変圧信号Ｓ３を生成する（ステップＳ００７）。そして、蓄電装置１３００は、変圧信号Ｓ３に基づいて、端子対１３０１に印加される放電電圧を充電電圧に変換し、端子対１３０２に印加する（ステップＳ００８）。これにより、放電電池セル群の電荷が充電電池セル群へ移動される。

また、図２６のフローチャートでは、複数のステップが順番に記載されているが、各ステップの実行順序は、その記載の順番に制限されない。

以上、本実施形態によれば、放電電池セル群から充電電池セル群へ電荷を移動させる際、キャパシタ方式のように、放電電池セル群からの電荷を一旦蓄積し、その後充電電池セル群へ放出させるような構成を必要としない。これにより、単位時間あたりの電荷移動効率を向上させることができる。また、切り替え回路１３０４および切り替え回路１３０５により、放電電池セル群および充電電池セル群のうち、変圧回路と接続する電池セルを、個別に切り替えられる。

さらに、変圧回路１３０７により、放電電池セル群に含まれる電池セル１３０９の個数と充電電池セル群に含まれる電池セル１３０９群の個数とに基づいて、端子対１３０１に印加される放電電圧が充電電圧に変換され、端子対１３０２に印加される。これにより、放電側および充電側の電池セル１３０９がどのように選択されても、問題なく電荷の移動を実現できる。

さらに、トランジスタ１３１０およびトランジスタ１３１３にＯＳトランジスタを用いることにより、充電電池セル群および放電電池セル群に属しない電池セル１３０９から漏洩する電荷量を減らすことができる。これにより、充電および放電に寄与しない電池セル１３０９の容量の低下を抑制することができる。また、ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタに比べて熱に対する特性の変動が小さい。これにより、電池セル１３０９の温度が上昇しても、制御信号Ｓ１、Ｓ２に応じた導通状態と非導通状態の切り替えといった、正常な動作をさせることができる。

１００ 二次電池
１０１ 正極
１０２ 負極
１０３ セパレータ
１０４ 正極リード
１０５ 負極リード
１０７ 外装体
２００ 二次電池
２０１ 正極集電体
２０２ 正極活物質層
２０３ セパレータ
２０４ 電解液
２０５ 負極集電体
２０６ 負極活物質層
２０７ 外装体
２１１ 正極
２１５ 負極
２２０ 封止層
２２１ 正極リード
２２５ 負極リード
２３０ａ 緩衝材
２３０ｂ 緩衝材
２３０ｃ 緩衝材
３１０ａ 緩衝材
３１０ｂ 緩衝材
３１０ｃ 緩衝材
３１０ｄ 緩衝材
３１１ 接着領域
３１２ａ 緩衝材
３１２ｂ 緩衝材
４００ 二次電池
４１１ フィルム
４１５ 封止層
４２０ 融着層
５００ 二次電池
５０１ シール領域
５０２ 外装体の斜面部分
６００ 二次電池
６０１ 外装体
６０２ 電極群、または電極群の積層体
６０３ 緩衝材
６０４ 緩衝材
６０５ 緩衝材
６０６ 緩衝材
６０７ 緩衝材
７００ 二次電池
７０２ 正極活物質層
７０６ 負極活物質層
７０３ セパレータ
７０３ａ 領域
７０３ｂ 領域
７０４ 電解液
７０７ 外装体
７１１ 正極
７１５ 負極
７２０ 封止材
７２１ 正極リード
７２５ 負極リード
７３０ 緩衝材
１７００ 曲面
１７０１ 平面
１７０２ 曲線
１７０３ 曲率半径
１７０４ 曲率中心
１８００ 曲率中心
１８０１ フィルム
１８０２ 曲率半径
１８０３ フィルム
１８０４ 曲率半径
１８０５ 電極・電解液
７１００ 携帯電話
７１０１ 筐体
７１０２ 表示部
７１０３ 操作ボタン
７１０４ 二次電池
７１０５ リード電極
７１０６ 集電体
７４００ 携帯電話機
７４０１ 筐体
７４０２ 表示部
７４０３ 操作ボタン
７４０４ 外部接続ポート
７４０５ スピーカ
７４０６ マイク
７４０７ 二次電池
７４０８ リード電極
７４０９ 集電体
７６００ 掃除機
７６０１ リード電極
７６０２ リード電極
７６０３ 操作ボタン
７６０４ 二次電池
７６０５ 二次電池
７６０６ 表示部
８４００ 自動車
８４０１ ヘッドライト
８５００ 自動車
１３００ 蓄電装置
１３０１ 端子対
１３０２ 端子対
１３０３ 切り替え制御回路
１３０４ 切り替え回路
１３０５ 切り替え回路
１３０６ 変圧制御回路
１３０７ 変圧回路
１３０８ 電池部
１３０９ 電池セル
１３１０ トランジスタ
１３１１ バス
１３１２ バス
１３１３ トランジスタ
１３１４ 電流制御スイッチ
１３１５ バス
１３１６ バス
１３１７ スイッチ対
１３１８ スイッチ対
１３２１ トランジスタ対
１３２２ トランジスタ
１３２３ トランジスタ
１３２４ バス
１３２５ バス
１３３１ トランジスタ対
１３３２ トランジスタ
１３３３ トランジスタ
１３３４ バス
１３３５ バス
１３４１ 電池制御ユニット
１３５１ 絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３５２ スイッチ部
１３５３ トランス部
Ｓ１ 制御信号
Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 変圧信号
Ａ１ 端子
Ａ２ 端子
Ｂ１ 端子
Ｂ２ 端子
Ｓ００１ ステップ
Ｓ００２ ステップ
Ｓ００３ ステップ
Ｓ００４ ステップ
Ｓ００５ ステップ
Ｓ００６ ステップ
Ｓ００７ ステップ
Ｓ００８ ステップ

Claims (6)

1. 外装体と、電極群と、緩衝材と、を有する二次電池であって、
   前記電極群は、正極と、セパレータと、負極と、を有し、
   前記緩衝材は前記電極群の周縁部に設けられ、
   前記電極群と前記緩衝材は、前記外装体に挟まれていることを特徴とする二次電池。
2. 請求項１において、
   前記緩衝材の厚さが、前記電極群の厚さの９０％以上、１１０％以下であることを特徴とする二次電池。
3. 請求項１乃至２のいずれか一において、前記緩衝材は可撓性を有することを特徴とする二次電池。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、前記緩衝材は弾性体であることを特徴とする二次電池。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、前記外装体はフィルムであり、前記フィルムはエンボス加工されていることを特徴とする二次電池。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の二次電池と、
   表示装置、筐体、スピーカ、マイク、または、操作ボタンと、
   を有する電子機器。

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