蓄电装置用电极及蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有优良的循环特性及充放电容量的蓄电装置用电极。另外，本发明专利技术提供一种安装有该电极的蓄电装置。一种蓄电装置用电极，包括导电层；以及设置在该导电层上的活性物质层，其中活性物质层具有石墨烯和多个晶须状的活性物质，并且石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并在活性物质层的一部分中有空隙。另外，该石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并覆盖多个晶须状的活性物质。另外，本发明专利技术制造安装有该电极的蓄电装置。

【技术实现步骤摘要】
蓄电装置用电极及蓄电装置
本专利技术涉及一种蓄电装置用电极及使用该电极的蓄电装置。另外，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件及装置。
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已在进行了研究开发。蓄电装置用电极通过在集电器的一个表面上形成活性物质层而制造。作为活性物质，使用能够吸留并释放离子的材料，例如有碳或硅等。与碳的理论容量相比，掺杂有磷的硅的理论容量大，因此硅在蓄电装置的大容量化上占优势（参照专利文献1）。因为石墨烯具有高导电率（高电子迁移率）的优良电特性、高柔软性或高机械强度的优良物理特性，所以正在尝试将其应用于多种产品（参照专利文献2及专利文献3）。另外，还已提出了将石墨烯应用于锂离子二次电池的技术（参照专利文献4）。[专利文献1]日本专利申请公开2001-210315号公报[专利文献2]美国专利申请公开第2009/0110627号公报[专利文献3]美国专利申请公开第2007/0131915号公报[专利文献4]美国专利申请公开第2010/0081057号公报。在将硅用于蓄电装置用电极中的活性物质层的情况下，由于反复进行充放电，所以该硅反复进行膨胀及收缩。结果，作为活性物质层的硅被微粉化而发生剥离等，使得该蓄电装置的特性退化。另外，在将硅用于活性物质层的情况下，难以得到像理论容量那样高的充放电容量。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的就是提供一种具有优良的循环特性（cyclecharacteristics）及充放电容量的蓄电装置用电极。另外，本专利技术的目的就是提供一种安装有该电极的蓄电装置。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置用电极，包括导电层；以及设置在导电层上的活性物质层，其中活性物质层具有石墨烯和多个晶须状的活性物质，并且石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并在活性物质层的一部分中有空隙。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置用电极，其中活性物质层具有石墨烯和多个晶须状的活性物质，并且石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并覆盖多个晶须状的活性物质。另外，在活性物质层的平面视上，石墨烯形成为连续地扩展在多个晶须状的活性物质上。在上述结构中，多个晶须状的活性物质至少具有作为具有结晶性区域的芯和覆盖该芯的作为非晶区域的外壳。另外，在上述结构中，例如，多个晶须状的活性物质的材料可以为硅。另外，在上述结构中，导电层的材料可以为钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴或镍。再者，本专利技术的一个方式是一种安装有具有上述结构的电极的蓄电装置。关于本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极，即使晶须状活性物质的体积随着离子的吸留及释放而变化，石墨烯也缓和由该体积变化导致的应力，从而不容易引起晶须状活性物质的微粉化及剥离等电极的结构破坏。根据本专利技术的一个方式，可以提供能够提高循环特性的蓄电装置用电极，再者，还可以提供安装有该电极而使循环特性得到提高的蓄电装置。另外，关于本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极，例如，在多个晶须状的活性物质中设置有具有结晶性的结构的芯，并且在多个晶须状的活性物质之间设置有具有高导电率（高电子迁移率）的石墨烯，从而具有优良的电特性。根据本专利技术的一个方式，可以提供能够提高充放电容量的蓄电装置用电极，再者，还可以提供安装有该电极而使充放电容量得到提高的蓄电装置。附图说明图1A和1B是用来说明本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面示意图；图2是用来说明电泳法的截面图；图3A和3B是用来说明蓄电装置的一个方式的平面图及截面图；图4是用来说明蓄电装置的应用方式的图；图5A和5B是本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极表面的平面SEM图像；图6A和6B是本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面TEM图像；图7A和7B是本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面TEM图像；图8是示出本专利技术的一个方式的蓄电装置的制造方法的透视图；图9A和9B是示出本专利技术的一个方式的蓄电装置的循环特性及充放电特性的图；图10A和10B是用来说明本专利技术的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面示意图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式及实施例的一个例子。但是，本专利技术不局限于以下说明，而所属
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，当在说明中参照附图时，有时在不同的附图中也共同使用相同的附图标记表示相同的部分。另外，当表示相同的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。实施方式1在本实施方式中，参照附图说明本专利技术的一个方式的电极以及该电极的制造方法。图1A和1B是本专利技术的一个方式的电极100的表面的一部分的截面示意图。电极100具有衬底101、设置在衬底101上的导电层103以及设置在导电层103上的活性物质层108。活性物质层108包括具有区域107a及区域107b的多个晶须状的活性物质；以及具有第一区域113及第二区域115且与该多个晶须状的活性物质接触的石墨烯116。另外，在本说明书中，晶须状活性物质是指包括像区域107a那样的平坦的区域及像区域107b那样的从区域107a突起为须状（带子状或纤维状）的区域的活性物质。另外，为了明确如图1A和1B那样在活性物质层108中存在着多个作为一个突起区域的一个晶须状活性物质的突起区域，将具有区域107a及区域107b的活性物质记载为多个晶须状的活性物质。区域107a形成为与导电层103接触，而区域107b形成为从区域107a突出且无序地分散。因此，活性物质层108具有沿多个晶须状的活性物质的形状的微细的表面结构。另外，也可以在导电层103上设置有与活性物质层108（尤其是多个晶须状的活性物质）起反应而形成在导电层103的表层的一部分或全部的混合层105。另外，混合层105也具有导电性而用作导电层。在混合层105形成在导电层103的表层的一部分时，成为如下结构：在多个晶须状的活性物质（尤其是区域107a）下形成有混合层105及导电层103的一部分（未图示）。在混合层105形成在导电层103的表层的全部时，成为如下结构：在多个晶须状的活性物质（尤其是区域107a）下形成有混合层105（参照图1A和1B）。另外，区域107a与区域107b的界面不明确。因此，将经过形成在活性物质层108（多个晶须状的活性物质）之间的谷中最深的谷底且与衬底101或导电层103的表面平行的面定义为区域107a与区域107b的界面。在活性物质层108中，多个晶须状的活性物质优选由具有结晶性的结构的芯109和具有非晶结构的外壳111形成。非晶结构的特征在于：对伴随离子的吸留及释放而发生的体积变化具有耐受性（例如，缓和伴随体积变化导致的应力）。另外，结晶性结构的特征在于：具有优良的导电性及离子迁移率，从而每单位质量的离子的吸留速度及释放速度快。因此，通过使用具备具有芯109及外壳111的多个晶须状的活性物质的电极100，可以制造输出特性、充放电容量以及循环特性得到提高的蓄电装置。另外，芯109不局限于如芯109a那样的接触导电层103的结构，也可以为如下结构：如芯109b那样在附图进深方向上延伸的结构；或者，如芯1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电装置用电极，包括：导电层；以及所述导电层上的活性物质层，其中，所述活性物质层包含石墨烯、活性物质以及空隙，其中所述活性物质具有不平坦的表面，所述石墨烯形成为附着于所述活性物质的所述不平坦的表面，并且包含在所述活性物质层中的所述空隙被所述石墨烯围绕。

【技术特征摘要】
2011.08.19 JP 2011-179958;2011.08.19 JP 2011-17991.一种蓄电装置用电极，包括：导电层；以及所述导电层上的活性物质层，其中，所述活性物质层包含石墨烯、活性物质以及空隙，其中所述活性物质具有不平坦的表面，所述石墨烯形成为附着于所述活性物质的所述不平坦的表面，包含在所述活性物质层中的所述空隙被所述石墨烯围绕，所述活性物质包括芯和形成为覆盖该芯的外壳，所述芯包括具有结晶性的结构，并且所述外壳包括非晶结构。2.根据权利要求1所述的蓄电装置用电极，其中，所述活性物质包括多个晶须。3.根据权利要求1所述的蓄电装置用电极，其中，包括多个晶须的所述活性物质包含硅。4.根据权利要求1所述的蓄电装置用电极，其中，所述导电层的材料包含选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴以及镍中的一种。5.根据权利要求1所述的蓄电装置用电极，其中，包含在所述石墨烯中的氢和碳以外的元素的比率为15at.％以下，或者，包含在所述石墨烯中的碳以外的元素的比率为30at.％以下。6.一种包括根据权利要求1所述的电极的蓄电装置。7.一种包括根据权利要求6所述的蓄电装置的电子设备。8.一种蓄电装置用电极，包括：导电层；以及所述导电层上的活性物质层，其中，所述活性物质层包含石墨烯和包括多个晶须的活性物质，所述石墨烯形成为附着于包括所述多个晶须的所述活性物质的表面，所述石墨烯覆盖包括所述多个晶须的所述活性物质，包括多个晶须的所述活性物质至少包括芯和形成为覆盖该芯的外壳，所述芯包括具有结晶性的结构，并且所述外壳包括非晶结构。9.根据权利要求8所述的蓄电装置用电极，其中，在所述活性物质层的平面视上，所述石墨烯形成为连续地扩展在包括所述多个晶须的所述活性物质上。10.根据权利要求8所述的蓄电装置用电极，其中，包括所述多个晶须的所述活性物质包含硅。11.根据权利要求8所述的蓄电装置用电极，其中，所述导电层的材料包含选自钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴以及镍中的一种。12.根据权利要求8所述的蓄电装置用电极，其中，包含在所述石墨烯中的氢和碳以外的元素的比率为15at.％以下，或者，包含在所述石墨烯中的碳以外的元素的比率为30at.％以下。13.一种包括根据权利要求8所述的电极的蓄电装置。14.一种包括根据权利要求13所述的蓄电装置的电子设备。15.一种蓄...

【专利技术属性】
技术研发人员：小国哲平，长多刚，竹內敏彦，
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：