蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方式提供一种充放电特性得到了提高的蓄电装置用电极及使用该电极的蓄电装置。在活性物质层中设置在活性物质层的表面开口的多个空间部分。另外，通过用石墨烯覆盖活性物质层，容易进行急速充放电，从而防止充放电所导致的集电体的损坏。由此，能够提供急速充放电特性得到了提高且劣化少的蓄电装置用电极及使用该电极的蓄电装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蓄电装置用负极、使用该负极的蓄电装置及其制造方法。
技术介绍
近年来，已对锂二次电池、锂离子电容器、空气电池等蓄电装置进行了开发。蓄电装置具有两种电扱，即正极和负极。蓄电装置用负极通过在集电体的ー个表面形成活性物质而制造。作为负极活性物质，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(carrier ion))的吸留和释放的材料。例如，由于硅或掺杂有磷的硅和碳相比能够吸留大约四倍的载流子离子，所以其理论容量大，在蓄电装置的大容量化这ー点上占优势。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体积变化大，集电体与硅的紧贴性降低，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(graphite)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(參照专利文献I)。另外,娃的导电性比碳低，因此通过使用石墨烯(graphene)覆盖娃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极。另ー方面，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木。石墨烯是指具有Sp2键的I原子层的碳分子薄片。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(參照专利文献2)。另外，在通过使用设置有多个突起的正极及负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隔板(separator)的压力，在正极及负极的每个突起的头端分别设置绝缘体(參照专利文献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2011-29184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从亚微米变厚至微米，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。另ー方面，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減少，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体积的膨胀及其带来的粒子状的活性物质的微粉化。于是，本专利技术的ー个方式提供ー种充放电容量大，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，即所谓的充放电特性得到了提高的蓄电装置用负极和使用该负极的蓄电装置。本专利技术的ー个方式是蓄电装置用负极，该蓄电装置用负极包括集电体；以及设置在集电体上的、设置有多个在表面开ロ的空洞的活性物质层。本专利技术的ー个方式是蓄电装置用负极，该蓄电装置用负极包括集电体及活性物质层，其中活性物质层包括共通部、突出部及多个空洞，共通部设置在集电体上，并且突出部具有从共通部突出的形状。本专利技术的ー个方式是负极的制造方法，该负极的制造方法包括如下步骤在活性物质层上形成掩模；然后对活性物质层的一部分进行蚀刻来至少形成突出部及多个空洞；以及在活性物质层上形成石墨烯。本专利技术的ー个方式是负极的制造方法，该负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通部、突出部及多个空洞；以及在共通部及突出部上形成石墨烯。本专利技术的ー个方式是使用上述 负极形成的蓄电装置。当从活性物质层ー侧看时，作为本专利技术的ー个方式的负极具有空洞由突出部围绕的形状。換言之，在作为本专利技术的ー个方式的负极的俯视图中，该负极具有空洞由活性物质层围绕的形状。通过在活性物质层中设置多个空洞，能够缓和当活性物质层的充放电时突出部的体积变化所导致的内部应力，防止突出部的剥离或破坏(微粉化)。另外，当以使从上方看突出部时的包括空洞的每单位面积中的空洞面积为10%以上，优选为20%以上的方式设定空洞的大小时，能够提高防止剥离、破坏的效果。另外，在活性物质层中也可以混合有不同形状或尺寸的空洞。活性物质层也可以包括硅。或者，活性物质层也可以包括添加有磷或硼等赋予导电性的杂质的硅。活性物质层也可以包括单晶硅、多晶硅或非晶硅。或者，活性物质层也可以采用如下结构共通部包括单晶硅或多晶硅，突出部包括非晶硅。或者，活性物质层也可以采用如下结构共通部及突出部的一部分包括单晶硅或多晶硅，突出部的其他部分包括非晶硅。另外，通过用石墨烯覆盖活性物质层，能够提高防止充电所导致的活性物质的剥离、损坏等劣化现象的效果。另外，通过用石墨烯覆盖活性物质层，可以抑制作为充放电循环特性降低的原因之一的SEKSolid Electrolyte Interface :固体电解质界面)增加。另夕卜，由于石墨烯具有高导电性，所以可以提高载流子离子的传导性，从而可以提高活性物质与载流子离子的反应性。由于硅的导电性比碳低，并因充放电所导致的非晶化而进ー步降低，因此将硅用作活性物质的负极的电阻率高。然而，因为石墨烯的导电性高，所以通过用石墨烯覆盖硅，在作为载流子离子经过的部分的石墨烯中能够使电子的迁移充分快。此外，由于石墨烯为厚度薄的薄片状，因此通过用石墨烯覆盖突出部，能够使包含在活性物质层中的硅量更多，并与石墨相比可以使载流子离子更容易地迁移。其结果，能够提高载流子离子的传导性，可以提高作为活性物质的硅与载流子离子的反应性，从而使载流子离子易被硅吸留。因此，当将活性物质层被石墨烯覆盖的负极用于蓄电装置时，能够提供能够进行高速的充放电，并且充放电所导致的劣化少(充放电循环特性得到了提高)的蓄电装置。根据本专利技术的ー个方式，能够提供充放电容量高，能够进行急速充放电且充放电所导致的劣化少的蓄电装置。附图说明图1A和图1B是说明负极的 图2A和图2B是说明负极所具有的集电体的顶面形状的 图3A和图3B是说明负极所具有的集电体的顶面形状的 图4A和图4B是说明负极所具有的集电体的顶面形状的 图5A至图5C是说明负极所具有的集电体的顶面形状的 图6A和图6B是说明负极的结构例子的 图7A至图7C是说明负极的结构例子的 图8A至图SC是说明负极的制造方法的图； 图9A至图9C是说明正极的结构例子的 图1OA和图1OB是说明正极的结构例子的 图11是说明蓄电装置的ー个例子的 图12是说明电器设备的ー个例子的 图13A至图13C是说明电器设备的ー个例子的图。具体实施例方式下面，參照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式能够以多个不同方式来实施，所属
的普通技术人员能够很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本专利技术的宗g及其范围。因此，不应该限定为以下所示的实施方式所记载的内容而解释本专利技术。另外，在如下所示的附图中，相同部分或具有相同功能的部分用相同的符号表示，并且省略对它们本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括负极的蓄电装置，该负极包括：集电体；以及所述集电体上的活性物质层，其中，多个空洞形成在所述活性物质层的表面中。

【技术特征摘要】
2011.09.30 JP 2011-2179111.一种包括负极的蓄电装置，该负极包括 集电体；以及 所述集电体上的活性物质层， 其中，多个空洞形成在所述活性物质层的表面中。2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述多个空洞以规则的间隔配置。3.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述多个空洞以不规则的间隔配置。4.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述多个空洞以矩阵状配置。5.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述多个空洞以线状配置。6.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中当从上方看所述负极时，所述多个空洞分别被所述活性物质层围绕。7.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述空洞具有相同的形状。8.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述空洞分别具有狭缝状。9.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述活性物质层具有蜂窝结构。10.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述活性物质层具有桁架结构。11.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述活性物质层包含硅。12.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述活性物质层被石墨烯覆盖。13.根据权利要求1所述的蓄电装置，其中所述蓄电装置内置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：长多刚，田岛亮太，小国哲平，山崎舜平，
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：