[发明专利]蓄电装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置及其制造方法。

注意，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有单元及装置。

背景技术

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１）。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1] 日本专利申请公开2001-210315号公报。

发明内容

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，本发明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，本发明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。

本发明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（即，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硅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，可以采用以铂、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。