蓄能装置及其制造方法制造方法及图纸

提供一种能够提高放电容量的蓄能装置和/或提供一种能够减小由反复充放电导致的电极退化的蓄能装置。提供一种包括用作活性材料层的晶体硅层的蓄能装置的电极。晶体硅层包括晶体硅区域、以及具有从该晶体硅区域向上突出的多个突起物的须状晶体硅区域。这些突起物包括第一突起物和第二突起物，第二突起物具有比第一突起物更大的沿轴的长度以及更尖锐的顶端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的
涉及蓄能(energy storage)装置及其制造方法。注意，蓄能装置表示具有蓄电功能的所有元件及装置。
技术介绍
近年来，对如锂离子二次电池、锂离子电容器以及空气电池等蓄能装置进行了开发。用于蓄能装置的电极是通过在集电器(current collector)的一个表面或相反的表面上提供活性材料来制造的。作为活性材料，例如使用碳或硅等能够吸收并放出用作载流子的离子的材料。另外，硅或掺杂了磷的硅具有比碳大的理论容量，所以在增加蓄能装置 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，即使将硅用作如负极活性材料等活性材料时，获得理论容量那样的高放电容量也是很困难的。鉴于以上情况，本专利技术的一个实施方式的目的在于提供一种放电容量高的。另外，本专利技术的一个实施方式中，另一目的在于通过例如减轻由反复充放电导致的电极退化，来提供一种性能得到改进的。另外，本专利技术的一个实施方式中，另一目的在于通过例如提高放电容量或充电容量，来提供一种性能得到改进的。在所公开的蓄能装置中，利用晶体硅层作为活性材料层。另外，该晶体硅层包含须状(whisker-like)的晶体硅区域。注意，“须状的晶体硅区域”是指在晶体硅层的表面一侧上的具有包含多个柱状突起物及针状突起物的晶体硅区域。利用柱状突起物，可以提高活性材料层在厚度方向上的强度。通过提高活性材料层的强度，可以减小由反复充放电或由振动等导致的电极退化。因此，提高了蓄能装置的耐久性。另外，通过提高活性材料层的强度，可以防止放电容量或充电容量的减小。这样，通过使用包含须状的晶体硅区域的晶体硅层作为活性材料层，使得晶体硅区域中包含柱状突起物，提高了蓄能装置的性能。另外，利用针状突起物，增大了活性材料层的每单位质量的表面积。通过增大表面积，提高了蓄能装置的放电容量或充电容量。这样，通过使用包含须状的晶体硅区域的晶体硅层作为活性材料层，使得晶体硅区域中包含针状突起物，提高了蓄能装置的性能。本专利技术的一个实施方式是一种蓄能装置，包括用作活性材料层的晶体硅层，其中晶体硅层在该晶体硅层的表面上具有多个突起物，并且多个突起物包括柱状突起物和针状突起物。另外，本专利技术的另一实施方式是一种蓄能装置，包括集电器；以及集电器上的用作活性材料层的晶体硅层，其中晶体硅层包括晶体硅区域以及具有从该晶体硅区域向上突出的多个突起物的须状晶体硅区域，并且其中多个突起物包括柱状突起物和针状突起物。另外，也可以在集电器与活性材料层之间提供包含用于集电器的金属元素和用于活性材料层的硅的层。通过具有该层，在集电器与活性材料层之间不形成低密度的区域(稀疏的区域)，因此提高了如集电器与活性材料层的粘合性等特性。另外，可以在集电器与活性材料层之间提供包括用于集电器的金属元素和用于活性材料层的硅的硅化物。另外，用于集电器的金属元素可以是锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钥、钨、钴或镍。另外，所述柱状突起物可以是圆柱状突起物或矩形柱状突起物。另外，所述针状突起物可以是圆锥状突起物或棱锥状突起物。另外，本专利技术的另一实施方式是一种蓄能装置的制造方法，包括以下步骤通过低压化学气相沉积(LPCVD :Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法使用包含娃的沉积气体，在集电器上形成包含具有柱状突起物和针状突起物的晶体硅区域的晶体硅层，作为活性材料层。 本专利技术的一个实施方式可以提供放电容量高的。另外，本专利技术的一个实施方式可以提供高性能，其中，电极不易破损。附图说明图IA至图IC是图示蓄能装置的电极的结构及制造方法的截面图。图2是图示蓄能装置的电极的制造方法的截面图。图3A和图3B是图示蓄能装置的一个实施方式的平面图及截面图。图4是图示蓄能装置的应用例子的透视图。图5是晶体硅的平面SEM图像。图6是晶体硅的截面TEM图像。图7是集电器与活性材料层之间的界面附近的放大图像。图8示出集电器与活性材料层之间的界面附近的使用EDX的二维元素映射。图9图示二次电池的制造方法的例子。图10图示RF供电(power feeding)系统的结构。图11图示RF供电系统的结构。图12是突起物的截面TEM图像。图13是突起物的截面TEM图像。图14是图示蓄能装置的应用例子的透视图。具体实施例方式以下，将参考附图描述本专利技术的实施方式。注意，本专利技术不局限于以下描述，并且所属
的普通技术人员将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修改为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在以下给出的实施方式的描述。注意，在所参考的附图中，有时在不同的附图中使用类似的附图标记来表示类似的部分。另外，有时同样的阴影线应用于类似的部分，而可以省略其附图标记。(实施方式I) 在本实施方式中，将描述作为本专利技术的一个方式的蓄能装置的电极的结构及该电极的制造方法。参考图IA至图IC将对蓄能装置的电极的结构的例子进行描述。如图IA所示，蓄能装置的电极在集电器101上包括用作活性材料层103的晶体硅层。 图IB是在图IA中用虚线105环绕的集电器101及活性材料层103的放大图。活性材料层103包括晶体硅区域103a和形成在晶体硅区域103a上的须状的晶体硅区域103b。注意，晶体硅区域103a与须状的晶体硅区域103b的界面不明确。因此，将与形成在须状的晶体硅区域103b的多个突起物之间的谷中最深的谷底相同水平且与集电器的表面平行的平面视为晶体硅区域103a和须状的晶体硅区域103b之间的界面。晶体硅区域103a覆盖集电器101。另外，须状的晶体硅区域103b具有分散的多个须状的突起物。须状的晶体硅区域103b具有包括柱状突起物和针状突起物的多个突起物。突起物的顶部可以是圆的。突起物的直径为50nm以上10 μ m以下，优选为500nm以上3μπι以下。另外，突起物沿轴的长度为O. 5 μ m以上1000 μ m以下，优选为I μ m以上100 μ m以下。柱状的突起物可以包含圆柱状的突起物或矩形柱状的突起物。在图IB中，柱状突起物121从晶体硅区域向上突出。在此，柱状的突起物沿轴的长度Ii1是指沿着经过突起物的顶面(上表面)的中心行进的轴的突起物的顶面与晶体硅区域103a之间的距离。另外，具有柱状的突起物的部分中的须状的晶体硅区域103b的厚度是指从突起物的顶面的中心垂直地到晶体硅区域103a的表面行进的线的长度。针状的突起物可以包含圆锥状的突起物或棱锥状的突起物。在图IB中，针状突起物122从晶体硅区域向上突出。注意，针状的突起物沿着轴的长度h2是指沿着经过突起物的顶部行进的轴的突起物的顶部与晶体硅区域103a之间的距离。另外，在具有针状的突起物的部分中的须状的晶体硅区域103b的厚度是指从突起物的顶部垂直地到晶体硅区域103a的表面行进的线的长度。注意，将突起物从晶体硅区域103a伸出的方向称为长边方向。将沿长边方向的截面形状称为长边截面形状。另外，将沿垂直于长边方向的方向的截面形状称为横截面形状。如图IB所示，形成在须状的晶体硅区域103b中的突起物的长边方向可以是相同方向(例如，相对于晶体硅区域103a表面的法线方向)。注意本文档来自技高网...

【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：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：