蓄电装置制造方法及图纸

提供一种蓄电装置,具有大的充/放电容量和较低的由于充/放电所导致的电池特性的劣化，并能够进行急速充/放电。一种蓄电装置包括负电极。该负电极包括集电体及设置在集电体上的活性物质层，活性物质层包括从集电体突出的多个突起及设置在该多个突起上的石墨烯。多个突起的轴朝向同一方向。另外，在集电体和多个突起之间也具有共同部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蓄电装置
本专利技术涉及一种蓄电装置及其制造方法。
技术介绍
近年来，已对锂离子二次电池、锂离子电容器、空气电池等蓄电装置进行了开发。蓄电装置用电极通过在集电体的一个表面形成活性物质而制造。作为负电极活性物质，例如使用碳或硅等能够进行用作载流子的离子（以下，表示为载流子离子（carrierion））的吸留和释放的材料。例如，由于硅或掺杂有磷的硅能够吸留碳的大约四倍的载流子离子，所以其理论容量更大，在蓄电装置的大容量化这一点上占优势。但是，当载流子离子的吸留量增大时，产生如下问题：充放电循环中的伴随载流子离子的吸留和释放的活性物质体积变化大，使集电体与硅的密接性降低，而充放电导致电池特性的劣化。于是，通过在集电体上形成由硅构成的层且在该由硅构成的层上设置由石墨构成的层，降低由硅构成的层的膨胀收缩所导致的电池特性的劣化（参照专利文献1）。另外，硅的导电性比碳低，因此通过使用石墨覆盖硅粒子的表面并将该包括硅粒子的活性物质层形成在集电体上，制造降低了活性物质层的电阻率的负电极。另一方面，近年来，提出了在半导体装置中作为具有导电性的电子构件使用石墨烯的技术。石墨烯是指具有双键（也称为石墨键或sp2键）的1原子层厚的碳分子薄片。由于石墨烯具有化学稳定性和良好的电特性，所以期待将石墨烯应用于半导体装置所包括的晶体管的沟道区、导通孔（via）、布线等。此外，为了提高锂离子电池用电极材料的导电性，使用石墨或石墨烯覆盖粒子状的活性物质（参照专利文献2）。另外，在通过使用设置有多个突起的正电极及负电极来实现大容量化的蓄电装置中，为了降低因充放电所导致的电极的体积膨胀而施加到设置在电极之间的分离器的压力，在正电极及负电极的每个突起的顶端分别设置绝缘体（参照专利文献3至5）。[专利文献1]日本专利申请公开2001-283834号公报[专利文献2]日本专利申请公开2011-029184号公报[专利文献3]日本专利申请公开2010-219030号公报[专利文献4]日本专利申请公开2010-239122号公报[专利文献5]日本专利申请公开2010-219392号公报
技术实现思路
但是，当使用由石墨构成的层覆盖设置在集电体上的由硅构成的层时，由石墨构成的层的厚度厚，例如亚微米至微米，而使电解质和由硅构成的层之间的载流子离子的迁移量降低。另一方面，在包含由石墨覆盖的硅粒子的活性物质层中，包含在活性物质层中的硅的含量降低。其结果是，硅与载流子离子的反应量减少，而这会导致充放电容量的降低，且难以对蓄电装置进行急速充放电。此外，即使使用石墨烯覆盖粒子状的活性物质，也难以抑制由于反复充放电而产生的粒子状活性物质体积的膨胀及收缩以及其带来的粒子状的活性物质的微粉化。鉴于上述问题，本专利技术的一实施方式提供一种充放电容量大，能够进行急速充放电且充放电所导致的电池特性的劣化少的蓄电装置。本专利技术的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括负电极，该负电极包括：共同部；从共同部突出的多个突起；以及设置在共同部及多个突起上的石墨烯，其中多个突起至少用作活性物质，并且多个突起的轴朝向同一的方向。另外，在横截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。本专利技术的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括负电极，该负电极包括集电体及设置在集电体上的活性物质层，活性物质层包括从集电体突出的多个突起及设置在该多个突起上的石墨烯，并且多个突起的轴朝向同一的方向。另外，在集电体和多个突起之间也可以具有共同部。另外，多个突起的中的每一个与集电体接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起中的每一个的与集电体接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。本专利技术的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括：共同部；从共同部突出的多个突起；以及设置在共同部及多个突起上的石墨烯，其中至少多个突起用作活性物质，并且在从上方看时多个突起具有平移对称性。另外，在横截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。本专利技术的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括集电体及设置在集电体上的活性物质层，活性物质层包括从集电体突出的多个突起以及设置在该多个突起上的石墨烯，在从上方看时多个突起具有平移对称性。另外，在集电体和多个突起之间也可以具有共同部。另外，多个突起中的每一个的与集电体接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起的中的每一个与集电体接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。在上述电极中，共同部是指覆盖集电体的整个面并由与多个突起相同的材料形成的区域。另外，多个突起的轴是指经过突起的顶点（或顶面的中心）及突起与共同部或集电体接触的底面的中心的直线。也就是说，多个突起的轴是指经过突起的纵向方向上的中心的直线。另外，多个突起的轴朝向同一的方向是指多个突起的各上述直线大致彼此平行，典型的是，多个突起的每一个的上述直线所成的角度为10°以下，优选为5°以下。如上所述，多个突起是指通过蚀刻工序形成的结构体，而与向任意方向随机延伸的晶须状结构体不同。共同部及多个突起也可以使用硅形成。或者，共同部及多个突起也可以使用添加有磷、硼等赋予导电型的杂质的硅形成。共同部及多个突起也可以使用单晶硅、多晶硅或非晶硅形成。或者，也可以采用如下结构：共同部使用单晶硅或多晶硅形成且多个突起使用非晶硅形成。或者，也可以采用如下结构：共同部及多个突起的一部分使用单晶硅或多晶硅形成且多个突起的其他部分使用非晶硅形成。多个突起中的每一个也可以是柱状、圆锥或棱锥体状、类似板状或类似管状。在多个突起中的每一个的顶端和石墨烯之间也可以具有保护层。石墨烯也可以覆盖多个突起的表面。另外，石墨烯包括单层石墨烯及多层石墨烯。此外，石墨烯也可以包含其浓度为2atomic%以上且11atomic%以下，优选为3atomic%以上且10atomic%以下的氧。另外，在上述负电极的石墨烯上也可以具有用作隔离物的绝缘层。设置在负电极的石墨烯上的绝缘层具有点状、矩形状、格子状等顶面形状，并设置在一个或多个突起的顶端上。另外，设置在负电极的石墨烯上的绝缘层优选使用丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺、聚酰胺等有机材料或玻璃浆、玻璃粉、玻璃带等低熔点玻璃形成。另外，设置在负电极的石墨烯上的绝缘层也可以含有电解质的溶质。另外，优选将设置在负电极的石墨烯上的绝缘层的厚度设定为1μm以上且10μm以下，更优选设定为2μm以上且7μm以下。本专利技术的一实施方式是一种电极的制造方法，包括如下步骤：在硅衬底上形成掩模；然后对硅衬底的一部分进行蚀刻形成共同部及从共同部突出的多个突起；以及在共同部及多个突起上形成石墨烯。本专利技术的一实施方式是一种电极的制造方法，包括如下步骤：在集电体上形成硅层；在硅层上形成掩模；对硅层的一部分进行蚀刻形成从集电体突出的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括负电极的蓄电装置，所述负电极包括：共同部；从所述共同部突出的多个突起；以及设置在所述共同部及所述多个突起上的包括石墨烯的层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.16 JP 2011-203579;2011.09.22 JP 2011-207691.一种负电极，包括：活性物质层，包括：共同部；和从所述共同部突出的多个突起；在所述共同部及所述多个突起之上的包括石墨烯的层；所述多个突起中的每一个的顶部与包括所述石墨烯的所述层之间的保护层；以及在包括所述石墨烯的所述层之上的绝缘层，其中所述保护层包括导电层或半导体层。2.根据权利要求1所述的负电极，还包括与所述活性物质层相接触的集电体。3.一种负电极，包括：集电体；活性物质层，包括：在所述集电体之上的共同部；和从所述共同部突出的多个突起；在所述共同部及所述多个突起之上的包括石墨烯的层；所述多个突起中的每一个的顶部与包括所述石墨烯的所述层之间的保护层；以及在包括所述石墨烯的所述层之上的绝缘层，其中所述保护层包括导电层或半导体层。4.根据权利要求1或3所述的负电极，其中所述多个突起的轴朝向相同的方向。5.根据权利要求1或3所述的负电极，其中在横截面形状中，所述多个突起中的每一个的与所述共同部接触的底部的面积比所述多个突起中的每一个的所述顶部的面积大。6.根据权利要求1或3所述的负电极，其中所述共同部或所述多个突起包含硅。7.根据权利要求1或3所述的负电极，其中所述多个突起分别具有柱状、圆锥或棱锥体状、类似板状或类似管状。8.根据权利要求1或3所述的负电极，其中在纵截面形状中，所述多个突起中的每一个的与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田岛亮太，山崎舜平，小国哲平，长多刚，笹川慎也，栗城和贵，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP