本发明专利技术提供一种充放电循环特性高且充放电容量高的蓄电装置。一种蓄电装置的电极，其包括：集电体及设置在该集电体上的活性物质层，其中所述活性物质层包括多个须状活性物质体，每一个所述多个须状活性物质体至少包括芯和以覆盖该芯的方式设置的外壳，所述外壳为非晶结构，所述集电体与所述活性物质体的所述芯之间的部分为非晶结构。此外，也可以设置金属层代替所述集电体，所述活性物质体也可以不具有所述芯，所述集电体与所述活性物质层之间也可以设置有混合层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种蓄电装置及其电极。另外，在本说明书中，蓄电装置包括所有具有蓄电功能的元件及具有蓄电功能的装置。
技术介绍
近年来，对锂离子二次电池、锂离子电容器及空气电池等的蓄电装置的开发日益火热。此外，已提出将该蓄电装置用于冰箱(参照专利文献1)、空调(参照专利文献2)、室内照明装置(参照专利文献3)、微波炉(参照专利文献4)等的各种电子设备。作为蓄电装置用电极，例如可以通过在集电体的一个表面形成活性物质来制造。作为吸留锂的活性物质，例如可以使用碳或硅等能够吸留并释放成为载流子的离子的材料。尤其是硅，由于其理论容量比碳的理论容量大能够实现蓄电装置的大容量化而备受瞩目。例如，非专利文献1中公开了一种作为正极使用须状单晶硅的锂离子二次电池。根据非专利文献1可知：通过使用须状的单晶硅，即使由于锂离子的吸留和释放导致硅的体积发生变化，电极结构也不容易被破坏，从而可以提高充放电特性。[专利文献1]美国专利申请公开第2009/0045680号说明书[专利文献2]美国专利第6134902号说明书[专利文献3]美国专利第4764853号说明书[专利文献4]美国专利申请公开第2007/0295718号说明书[非专利文献1]CANDACE K.CHAN et al.、「High-performanee lithium battery anodes using silicon nanowires」、nature nanotechnology、United Kingdom、Nature Publishing Group、2007年12月16日、Vol.3、p.31-35专利
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的是提高使用须状活性物质时的活性物质与活性物质被形成面之间的紧密性。本专利技术的一个方式的目的是提供一种充放电循环特性高的蓄电装置。本专利技术的一个方式的目的是提供一种充放电容量高的蓄电装置。本专利技术的一个方式的电极将至少外壳是非晶结构(例如非晶硅)的须状物质用作蓄电装置的活性物质。须状物质的芯可以是结晶物质(例如，结晶硅)。另外，所述活性物质也可以仪有一部分为须状。另外，该活性物质中的一部分也可以不含有结晶。另外，在上述结构中，须状活性物质也可以在其一部分中具有结晶性。另外，优选须状活性物质的90％以上是非晶结构。当作为蓄电装置的活性物质使用须状物质时，由于反复进行充电，所以需要提高须状物质与被形成面之间的紧密性以不使活性物质脱离。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括：集电体或金属层；所述集电体或所述金属层的金属元素与活性物质发生反应而形成的所述集电体或所述金属层上的混合层；以及包括所述混合层上的须状活性物质的层，其中所述混合层的厚度为50nm以下。另外，优选所述混合层不具有结晶性。另外，所述混合层的厚度较薄为50nm以下，但是根据焊接的例子可以推算出混合层的厚度越厚紧密性越高。但是，如后面的实施例所示，混合层(例如，硅化物层)的厚度为50nm以下，并且厚度越薄活性物质的紧密性越高，于是蓄电装置的充放电循环特性也就越高。另外，虽然优选所述混合层为50nm以下，但是只要是厚度为 100nm以下的混合层就包括在专利技术的一个方式的技术范围之内。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置的电极，其包括：集电体及设置在该集电体上的活性物质层，其中所述活性物质层分别包括多个须状活性物质体，所述多个须状活性物质体至少包括芯及以覆盖该芯的方式设置的外壳，所述外壳是非晶结构并且所述集电体与所述活性物质体的所述芯之间为非晶结构。另外，在上述结构中，所述活性物质也可以在一部分中具有结晶性。另外，优选所述活性物质的90％以上为非晶结构。在上述结构中，作为所述活性物质层的材料例如可以举出硅。在上述结构中，所述活性物质体的长轴方向的长度为0.5μm以上1000μm以下。在上述结构中，所述活性物质体的所述芯的截面的宽度优选为50nm以上10000nm以下。在上述结构中，作为所述集电体及所述金属层的材料，例如可以举出钛。另外，本专利技术的一个方式是一种蓄电装置的制造方法，其中利用通过加热堆积性气体进行减压的CVD(LPCVD：Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法在集电体或金属层上形成至少一部分为须状的活性物质层。在本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极中，集电体与活性物质层的紧密性高，即使由于成为载流子的离子的吸留和释放导致活性物质层的体积发生变化，电极结构也不容易被破坏，由此可以提高充放电循环特性。另外，本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极包括多个须状活性物质体，由于该活性物质体的芯例如采用结晶硅，因此导电性高而能够提高蓄电装置的充放电容量。附图说明图1A至1C是用于说明本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极表 面的截面图；图2是说明用于本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极表面的截面图；图3A和3B是实施例的电极表面的SEM图像；图4A和4B是实施例的电极表面的STEM图像；图5是实施例的电极表面的STEM图像；图6是示出本专利技术的一个方式的蓄电装置的结构的透视图；图7A和7B是比较例的电极表面的SEM图像；图8A和8B是比较例的电极表面的STEM图像；图9A是实施例的电极表面的SEM图像，图9B是比较例的电极表面的SEM图像；图10A是实施例的电极表面的STEM图像，图10B是比较例的电极表面的STEM图像；图11是比较实施例电池与比较例电池的充放电循环特性的图；图12A和12B是实施例的电极与比较例的电极的紧密性试验后的照片；图13A和13B是示出本专利技术的一个方式的蓄电装置的例子的图；图14是示出本专利技术的一个方式的蓄电装置的应用例的图；图15是示出须状活性物质体的形成初期的SEM图像；图16是图15的拉曼光谱。具体实施方式下面，使用附图对本专利技术的实施方式的一个例子进行说明。但是，本专利技术不局限于以下说明，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本专利技术的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在下述实施方式所记载的内容中。另外，当说明中参照附图时，有时在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分。另外，当表示相同的部分时有时使用同样的阴 影线，而不特别附加附图标记。在本实施方式中，参照附图对本专利技术的一个方式的电极及其制造方法进行说明。图2是示出本专利技术的一个方式的电极的表面的一部分的截面的示意图。图2所示的电极包括集电体101以及设置在集电体101上的活性物质层103。活性物质层103包括：以接触于集电体101的方式设置的区域103a；以及区域103b。区域103b设置在区域103a上并包括多个须状活性物质体。设置在区域103b的多个须状活性物质体具有芯105及外壳107。另外，芯105是芯105a、芯105b及芯105c的总称。另外，外壳107是外壳107a、外壳107b及外壳107c的总称。另外，区域103a与区域103b的界面不清楚。为此，将区域103a与区域103b的界面定义为经过形成在区域103b所具有的多个须状活性物质体之间的谷中的最深的谷底且与集电体101的表面平行的平面。集电体101用作电极的集电体，集电体101是箔状、板状或网状的导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种蓄电装置的制造方法，包括：使用包含硅的气体利用LPCVD法在集电体或金属层上形成包括须状非晶硅的活性材料层。
【技术特征摘要】
2011.06.24 JP 2011-140253;2011.06.24 JP 2011-140421.一种蓄电装置的制造方法，包括：使用包含硅的气体利用LPCVD法在集电体或金属层上形成包括须状非晶硅的活性材料层。2.根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中所述集电体或所述金属层的材料是钛。3.根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中所述活性材料层在500°C以上且低于580°C的温度下形成。4.根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中所述包含硅的气体是包含氢化硅、氟化硅或氯化硅的气体。5. 根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中在所述活性材料层的所述形成中，压力被设定为20 Pa以上且200 Pa以下。6.根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中所述包含硅的气体包括磷化氢或乙硼烷。7. 根据权利要求1所述的蓄电装置的制造方法，其中所述须状非晶硅覆盖芯，以及其中所述芯由结晶硅形成。8.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：竹內敏彦，小国哲平，长多刚，
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
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