蓄电装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种提高放电容量等能够提高性能（如更高放电容量）且不容易发生因活性物质层的剥落等导致的劣化的蓄电装置及其制造方法。蓄电装置包括：集电体；形成在集电体上的混合层；形成在混合层上且用作活性物质层的晶体硅层。晶体硅层包括晶体硅区域、具有突出在晶体硅区域上的多个突起物的须状的晶体硅区域。须状的晶体硅区域包括具有弯曲或分支的部分的突起物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。注意，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有单元及装置。
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进行了开发。上述蓄电装置用电极是通过在集电体的一个表面上提供活性物质来制造的。作为活性物质，例如使用碳或硅等的能够存储并放出成为载流子的离子的材料。例如，硅或掺杂了磷的硅比碳的理论容量大，所以在增大蓄电装置的容量方面是有利的(例如专利文献I )。· 日本专利申请公开2001-210315号公报。
技术实现思路
然而，即使将硅用作负极活性物质，获得理论容量那样的高放电容量也是很困难的。另外，在利用硅作为活性物质的蓄电装置中，有可能发生活性物质层的剥落等。于是，本专利技术的目的之一在于提供一种具有提高性能(例如更高放电容量)的蓄电装置及该蓄电装置的制造方法。另外，本专利技术的目的之一在于提供一种不容易发生因活性物质层的剥落等导致的蓄电装置的劣化的蓄电装置及该蓄电装置的制造方法。本专利技术的一个实施方式是一种蓄电装置，包括集电体；形成在集电体上的混合层；形成在混合层上且用作活性物质层的晶体硅层。晶体硅层包括晶体硅区域、具有突出在晶体硅区域上的多个突起物的须状晶体硅区域。须状的晶体硅区域包括具有弯曲或分支的部分的突起物。弯曲或分支的部分的延伸方向(S卩，轴方向)与作为基础的突起物的延伸方向(即，轴方向)不同。弯曲或分支的部分从作为基础的突起物的头端附近或侧面延伸出。也就是说，弯曲或分支的部分的根部(弯曲或分支的部分与作为基础的突起物之间的界面附近)位于作为基础的突起物的头端附近或侧面。具有弯曲或分支的部分的突起物还可以包括从该部分进一步弯曲或分支的部分。可以混有具有分支的部分的突起物及具有弯曲的部分的突起物。另外，具有分支的部分的突起物也可以具有弯曲的部分。须状的晶体硅区域中所包括的突起物可以与另一突起物部分接触或交叉。另外，在突起物彼此接触或交叉的部分处，突起物也可以相接合。须状的晶体硅区域中所包括的具有弯曲或分支的部分的突起物也可以与另一突起物部分接触或交叉。另外，须状的晶体硅区域中所包括的具有弯曲或分支的部分的突起物也可以在弯曲或分支的部分处与另一突起物接触或交叉。另外，在突起物彼此接触或交叉的部分处，突起物也可以相接合。在上述结构中，须状的晶体硅区域包括具有弯曲或分支的部分的突起物，所以可以突起物彼此容易缠绕、突起物彼此容易接触或者突起物彼此容易交叉。须状的晶体硅区域可以包括没有弯曲或分支的部分的突起物(这种突起物也简称为突起物)。也可以混有具有弯曲或分支的部分的突起物和没有弯曲或分支的部分的突起物。在上述结构中，须状的晶体硅区域中所包括的多个突起物的延伸方向(即，轴方向)可以彼此不统一(即，朝向不同的方向)。当多个突起物的延伸方向(即，轴方向)彼此不统一(即，朝向不同的方向)时，突起物可以彼此容易缠绕、接触或交叉。备选地，须状的晶体硅区域中的多个突起物的延伸方向(即，轴方向)也可以朝向集电体的法线方向。由于用作活性物质层的晶体硅层包括须状的晶体硅区域，由此晶体硅层的表面积增大。由于表面积增大，蓄电装置中的反应物质(锂离子等的载流子离子)被晶体硅吸收的速度或者反应物质从晶体娃放出的速度在每单位质量上增高。在反应物质的吸收或反应物 质的放出的速度增高时，在高电流密度条件下的反应物质的吸收量或放出量增大，因此，可以提高蓄电装置的放电容量或充电容量。由于须状的晶体硅区域包括具有弯曲或分支的部分的突起物，所以突起物可以彼此容易缠绕、接触或交叉。因此，可以增高突起物的强度(即，更为不易折断)，而可以抑制因活性物质层的剥落等导致的蓄电装置的劣化。由于须状的晶体硅区域包括具有弯曲或分支的部分的突起物，所以可以在须状的晶体硅区域中抑制硅密度的减少。尤其是，在须状的晶体硅区域中，可以抑制除了突起物的根部(突起物与晶体硅区域的界面附近)附近以外的区域中的硅密度的减少。另外，在须状的晶体硅区域中，可以增大硅量，并可以增大表面积。在利用具有该须状的晶体硅区域的晶体硅层而制造的蓄电装置中，可以提高蓄电装置的每单位体积的能量密度。对于集电体，可以采用以钼、铝、铜为代表的金属元素等导电性高的材料。另外，可以利用与硅起反应而形成硅化物的金属元素形成集电体。混合层包含金属元素及硅。混合层可以包含导电体中包含的金属元素及硅。当利用与硅起反应而形成硅化物的金属元素形成导电层时，可以利用硅化物形成混合层。通过在集电体与活性物质层之间具有混合层，在集电体与活性物质层之间不形成低密度的区域(粗糙的区域)，使得可以提高集电体和活性物质层之间的界面特性。另外，也可以在混合层与活性物质层之间设置金属氧化物层。可以利用集电体中包含的金属元素的金属氧化物形成金属氧化物层。另外，也可以利用氧化物半导体形成金属氧化物层。通过利用氧化物半导体形成金属氧化物层，与利用绝缘体形成金属氧化物层的情况相比，可以减小集电体与活性物质层之间的电阻，从而可以进一步提高放电容量或充电容量。在上述结构中，具有须状的晶体硅区域的晶体硅层可以通过利用含有硅的沉积气体并进行加热的热化学蒸镀(热CVD :Chemical vapor deposition)法或低压化学蒸镀(LPCVD:Low pressure chemical vapor deposition)法在集电体上形成。通过上述方法形成的须状的晶体硅区域包括多个突起物，多个突起物包括具有弯曲或分支的部分的突起物。根据本专利技术的一个实施方式，可以提供一种放电容量或充电容量增大等其性能提高的蓄电装置。另外，也可以提供一种抑制因活性物质层的剥落等导致的蓄电装置的劣化的蓄电装置。附图说明在附图中 图IA至图ID是示出蓄电装置的电极的截面图的例子； 图2是示出蓄电装置的电极的截面图的例子； 图3A和3B分别是示出蓄电装置的一个实施方式的平面图及截面图； 图4A至图4D是示出蓄电装置的应用例子的透视 图5是示出无线供电系统的结构的例子的 图6是示出无线供电系统的结构的例子的 图7是活性物质层的平面SEM图像； 图8是活性物质层的截面TEM图像； 图9是集电体与活性物质层之间的界面附近的放大图像； 图10示出使用EDX的集电体与活性物质层之间的界面附近的二维元素分布； 图11示出二次电池的制造方法的例子；以及 图12A和12B是活性物质层的平面SEM图像。具体实施例方式以下，将参照附图说明本专利技术的实施方式的例子。注意，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于下述实施方式的说明。另外，当在说明中参照附图时，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，有时使用同样的阴影图案应用于相同的部分，并且附图标记不一定标明类似部分。(实施方式I) 在本实施方式中，将说明作为本专利技术的一个实施方式的蓄电装置的电极及该电极的制造方法。将参照图I及图2对蓄电装置的电极及其制造方法进行说明。如图IA所示，在集电体101上利用热CVD法，优选使用LPCVD法形成晶体硅层作为活性物质层103。这样，形成具有集电体101及活性物质层103本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：村上智史，栗城和贵，汤川干央，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：
国别省市：