JP2002083594A - リチウム電池用電極並びにこれを用いたリチウム電池及びリチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規なリチウム電池用電極並びにこれを用い
たリチウム電池及びリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含む
リチウム電池用電極であって、活物質として非結晶シリ
コンまたは微結晶シリコンを用いたことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なリチウム電
池用電極並びにこれを用いたリチウム電池及びリチウム
二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、研究開発が盛んに行われているリ
チウム二次電池は、用いられる電極により充放電電圧、
充放電サイクル寿命特性、保存特性などの電池特性が大
きく左右される。このことから、電極活物質を改善する
ことにより、電池特性の向上が図られている。

【０００３】負極活物質としてリチウム金属を用いる
と、重量当り及び体積当りともに高いエネルギー密度の
電池を構成することができるが、充電時にリチウムがデ
ンドライト状に析出し、内部短絡を引き起こすという問
題があった。

【０００４】これに対し、充電の際に電気化学的にリチ
ウムと合金化するアルミニウム、シリコン、錫などを電
極として用いるリチウム二次電池が報告されている（So
lidState Ionics, 113-115, p57(1998)）。これらのう
ち、特にシリコンは理論容量が大きく、高い容量を示す
電池用負極として有望であり、これを負極とする種々の
二次電池が提案されている（特開平１０−２５５７６８
号公報）。しかしながら、この種の合金負極は、電極活
物質である合金自体が充放電により微粉化し集電特性が
悪化することから、十分なサイクル特性は得られていな
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
なリチウム電池用電極並びにこれを用いたリチウム電池
及びリチウム二次電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に従う第１の局面
は、リチウムを吸蔵・放出する活物質を含むリチウム電
池用電極であり、活物質として非結晶シリコンを用いた
ことを特徴とするリチウム電池用電極である。

【０００７】一般に、シリコンは、結晶性の違いによ
り、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコ
ン、及び単結晶シリコンに大別される。本発明における
「非結晶シリコン」は、多結晶シリコン及び単結晶シリ
コンを除く、非晶質シリコン及び微結晶シリコンを意味
する。非晶質シリコンは、後述するラマン分光分析にお
いて結晶領域に対応する５２０ｃｍ^-1近傍のピークが実
質的に検出されないものである。微結晶シリコンは、ラ
マン分光分析において、結晶領域に対応する５２０ｃｍ
^-1近傍のピークと、非晶質領域に対応する４８０ｃｍ^-1
近傍のピークの両方が実質的に検出されるものである。
従って、微結晶シリコンは結晶領域と非晶質領域とから
実質的に構成される。多結晶シリコン及び単結晶シリコ
ンは、ラマン分光分析において、非晶質領域に対応する
４８０ｃｍ^-1近傍のピークが実質的に検出されない。

【０００８】上記のように、本発明における「非結晶シ
リコン」には、非晶質シリコン及び微結晶シリコンが含
まれる。従って、本発明に従う第１の局面では、活物質
として、非晶質シリコンまたは微結晶シリコンが用いら
れる。

【０００９】非結晶シリコンまたは微結晶シリコンに
は、水素が含まれていてもよい。この場合、非結晶シリ
コンまたは微結晶シリコン中の水素濃度は、例えば、
０．００１原子％以上である。水素濃度は、２次イオン
質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。

【００１０】第１の局面における微結晶シリコン中の結
晶領域のサイズは、Ｘ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒ
ｅｒの式から算出される結晶粒径として、例えば０．５
ｎｍ以上である。

【００１１】Ｘ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒｅｒの
式から結晶粒径を算出する方法は、薄膜ハンドブック
（第１版、日本学術振興会薄膜第１３１委員会編、株式
会社オーム社発行）の第３７５頁に記載されている。

【００１２】上記Ｘ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒｅ
ｒの式から算出される結晶粒径は、例えば走査型電子顕
微鏡で観察される結晶粒径とは必ずしも一致しない。ま
た、特定方向、例えば厚み方向に長く延びた結晶領域で
あってもよい。この場合、例えば厚み方向の長さが１０
μｍ程度のものであってもよい。

【００１３】また、第１の局面において、微結晶シリコ
ンのラマン分光分析における５２０ｃｍ^-1近傍のピーク
強度に対する４８０ｃｍ^-1近傍のピーク強度比（４８０
ｃｍ ^-1近傍／５２０ｃｍ^-1近傍）は、例えば０．０５以
上である。

【００１４】なお、非晶質領域に対応する４８０ｃｍ^-1
近傍のピークは、１０ｃｍ^-1程度シフトすることが知ら
れている。また、結晶領域に対応する５２０ｃｍ^-1近傍
のピークは、５ｃｍ^-1程度シフトすることが知られてい
る。なお、４８０ｃｍ^-1近傍のピークは、ブロードなピ
ークであるので、５２０ｃｍ^-1近傍までピークの裾が広
がる場合がある。この場合、ピークの広がり部分を差し
引くことなく、５２０ｃｍ^-1近傍のピークの高さをピー
ク強度として、上記ピーク強度比を算出している。

【００１５】第１の局面において、非結晶シリコン及び
微結晶シリコンは、シリコン薄膜であることが好まし
い。特に、気相からシリコン材料を供給することにより
基板上に堆積させたシリコン薄膜であることが好まし
い。シリコン材料とともに、水素ガスを導入して形成し
たシリコン薄膜であってもよい。

【００１６】シリコン材料としては、シリコン原子を含
む原料ガスまたはシリコン原子を含む原料パウダーが挙
げられる。上記シリコン薄膜を形成する方法としては、
例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、溶射法、または
真空蒸着法を挙げることができる。

【００１７】第１の局面においては、基板として集電体
を用い、集電体上にシリコン薄膜を形成したものが特に
好ましい。集電体上にシリコン薄膜を形成する際、集電
体上に中間層を形成し、該中間層の上にシリコン薄膜を
形成してもよい。

【００１８】集電体の材料としては、銅、ニッケル、ス
テンレス、モリブデン、タングステン、及びタンタルか
ら選ばれる少なくとも１種が挙げられる。集電体の表面
粗さＲａは、０．０１μｍ以上であることが好ましく、
さらに好ましくは０．０１〜１μｍであり、さらに好ま
しくは０．０５〜０．５μｍである。表面粗さＲａは、
日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に定
められており、例えば表面粗さ計により測定することが
できる。

【００１９】集電体の表面粗さＲａは、活物質薄膜の厚
みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有することが好ましい。
また、集電体の表面粗さＲａと局部山頂の平均間隔Ｓ
は、１００Ｒａ≧Ｓの関係を有することが好ましい。局
部山頂の平均間隔Ｓは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０
６０１−１９９４）に定められており、例えば表面粗さ
計により測定することができる。

【００２０】集電体表面の凹凸の凸部の形状は、特に限
定されるものではないが、例えば錐体状であることが好
ましい。本発明に従う第２の局面は、リチウムを吸蔵・
放出する活物質からなる薄膜が集電体上に設けられたリ
チウム電池用電極であり、薄膜がその厚み方向に形成さ
れた切れ目によって柱状に分離されており、かつ該柱状
部分の底部が集電体と密着していることを特徴としてい
る。

【００２１】上記第１の局面におけるシリコン薄膜は、
第２の局面に従う薄膜であることが好ましい。すなわ
ち、シリコン薄膜がその厚み方向に形成された切れ目に
よって柱状に分離されており、かつ該柱状部分の底部が
集電体と密着していることが好ましい。

【００２２】第２の局面における活物質薄膜は、その厚
み方向に形成された切れ目によって柱状に分離されてい
る。このため、柱状部分の周囲には隙間が形成されてお
り、この隙間によって充放電サイクルに伴う薄膜の膨張
収縮による応力が緩和され、活物質薄膜が集電体から剥
離するような応力が発生するのを抑制することができ
る。従って、柱状部分の底部における集電体との密着状
態を良好に保つことができる。

【００２３】第２の局面では、薄膜の厚み方向におい
て、少なくとも薄膜の厚みの１／２以上の部分が、切れ
目によって柱状に分離されていることが好ましい。ま
た、薄膜の表面に凹凸が形成されており、該凹凸の谷部
を端部とする切れ目が薄膜に形成されている場合には、
柱状部分が薄膜表面の少なくとも１つの凸部を含むよう
に切れ目が形成されていてもよい。この場合、複数の凸
部を含むように切れ目が形成されていてもよい。

【００２４】第２の局面において、薄膜に形成される切
れ目は、初回以降の充放電で形成されてもよい。このよ
うな場合、例えば、充放電前において薄膜の表面に凹凸
が形成されており、初回以降の充放電により薄膜表面の
凹凸の谷部を端部とする切れ目が形成され、この切れ目
によって薄膜が柱状に分離されていてもよい。

【００２５】薄膜表面の凹凸は、下地層である集電体表
面の凹凸に対応して形成されていてもよい。すなわち、
表面に凹凸を有する集電体を用い、その上に薄膜を形成
することにより、薄膜の表面に凹凸を付与することがで
きる。

【００２６】集電体の表面粗さＲａは、０．０１μｍ以
上であることが好ましく、さらに好ましくは０．０１〜
１μｍであり、さらに好ましくは０．０５〜０．５μｍ
である。表面粗さＲａは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ
０６０１−１９９４）に定められており、例えば表面粗
さ計により測定することができる。

【００２７】集電体の表面粗さＲａは、活物質薄膜の厚
みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有することが好ましい。
また、集電体の表面粗さＲａと局部山頂の平均間隔Ｓ
は、１００Ｒａ≧Ｓの関係を有することが好ましい。局
部山頂の平均間隔Ｓは、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０
６０１−１９９４）に定められており、例えば表面粗さ
計により測定することができる。

【００２８】集電体表面の凹凸の凸部の形状は、特に限
定されるものではないが、例えば錐体状であることが好
ましい。また、柱状部分の上方部は、充放電反応におけ
る電流の集中を避けるため、丸みを帯びた形状であるこ
とが好ましい。

【００２９】第２の局面において、活物質からなる薄膜
に形成される厚み方向の切れ目は、初回以降の充放電で
形成されていてもよいし、充放電前に予め形成されてい
てもよい。このような切れ目を充放電前に薄膜に予め形
成させる方法としては、電池を組み立てる前に、電極の
薄膜にリチウム等を吸蔵させた後放出させるなどの方法
により、薄膜の体積を膨張させた後収縮させて形成させ
ることができる。また、フォトリソグラフィーによりパ
ターニングしたレジスト膜などを用いて、柱状に薄膜を
形成することにより、切れ目によって柱状に分離された
薄膜としてもよい。

【００３０】第２の局面における活物質薄膜は、例え
ば、リチウムと化合物もしくは固溶体を形成する材料か
ら形成することができる。このような材料として、周期
律表IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、並び
に周期律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素の
酸化物及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材料を
挙げることができる。

【００３１】第２の局面において、リチウムと化合物も
しくは固溶体を形成する周期律表IIＢ族、IIIＢ族、IV
Ｂ族及びＶＢ族の元素としては、炭素、アルミニウム、
シリコン、リン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ
素、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、水銀、
タリウム、鉛、及びビスマスが挙げられる。また、周期
律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素は、具体
的には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、
マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イット
リウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチ
ウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミ
ウム、ランタノイド系元素、ハフニウム、タンタル、タ
ングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白
金、金、及び水銀である。

【００３２】上記元素の中でも、炭素、シリコン、ゲル
マニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、
カドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくと
も１種であることが好ましく、さらに好ましくはシリコ
ン及び／またはゲルマニウムである。

【００３３】第２の局面における「非結晶シリコン」
も、上述と同様に、多結晶シリコン及び単結晶シリコン
を除く、非晶質シリコン及び微結晶シリコンを意味す
る。第２の局面において、活物質薄膜として用いるシリ
コン薄膜としては、微結晶シリコン薄膜及び非晶質シリ
コン薄膜が好ましい。

【００３４】また、第２の局面において用いる好ましい
活物質薄膜としては、上記のシリコン薄膜以外に、ゲル
マニウム薄膜及びシリコンゲルマニウム合金薄膜が挙げ
られる。ゲルマニウム薄膜としては、微結晶ゲルマニウ
ム薄膜及び非晶質ゲルマニウム薄膜が好ましく用いられ
る。シリコンゲルマニウム合金薄膜としては、微結晶シ
リコンゲルマニウム合金薄膜及び非晶質シリコンゲルマ
ニウム薄膜が好ましく用いられる。ゲルマニウム薄膜及
びシリコンゲルマニウム合金薄膜の微結晶及び非晶質
は、上記のシリコン薄膜と同様にして定めることができ
る。シリコン、ゲルマニウムについては後述の実施例で
述べるように、良好な結果が得られている。シリコン、
ゲルマニウムは任意の割合で固溶するので、シリコンゲ
ルマニウム合金についても同様の効果が期待できる。

【００３５】第２の局面において、活物質薄膜を集電体
上に形成する方法は、特に限定されるものではないが、
例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、溶射
法、またはめっき法などが挙げられる。これらの薄膜形
成方法の中でも、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及び蒸
着法が特に好ましく用いられる。

【００３６】第２の局面において用いる集電体は、その
上に活物質薄膜を良好な密着性で形成できるものであれ
ば特に限定されるものではない。集電体の具体例として
は、銅、ニッケル、ステンレス、モリブデン、タングス
テン、及びタンタルから選ばれる少なくとも１種が挙げ
られる。

【００３７】集電体は、厚みの薄いものであることが好
ましく、金属箔であることが好ましい。集電体は、リチ
ウムと合金化しない材料から形成されていることが好ま
しく、特に好ましい材料としては、銅が挙げられる。集
電体は銅箔であることが好ましく、その表面が粗面化さ
れた銅箔であることが好ましい。このような銅箔として
は電解銅箔が挙げられる。電解銅箔は、例えば、銅イオ
ンが溶解された電解液中に金属製のドラムを浸漬し、こ
れを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表
面に銅を析出させ、これを剥離して得られる銅箔であ
る。電解銅箔の片面または両面には、粗面化処理や表面
処理がなされていてもよい。

【００３８】また、圧延銅箔の表面に、電解法により銅
を析出させ、表面を粗面化した銅箔であってもよい。ま
た、集電体の上に中間層を形成し、この中間層の上に活
物質薄膜を形成してもよい。この場合、中間層として
は、活物質薄膜中に拡散し易い成分を含むものが好まし
く、例えば銅層が好ましい。例えば、表面が粗面化され
たニッケル箔（電解ニッケル箔など）の上に、銅層を形
成した集電体を用いてもよい。また、ニッケル箔の上に
電解法により、銅を析出させ、これによって粗面化した
ニッケル箔を用いてもよい。

【００３９】第２の局面において活物質薄膜に形成され
る切れ目は、予め活物質薄膜中に厚み方向に延びるよう
に形成された低密度領域に沿って形成されたものであっ
てもよい。このような低密度領域は、例えば、集電体表
面の凹凸の谷部から上方に向かって延びるように形成さ
れている。

【００４０】第２の局面においては、活物質薄膜に集電
体の成分が拡散していることが好ましい。このような集
電体成分の薄膜内への拡散により、集電体と活物質薄膜
の密着性を高めることができる。また、集電体成分とし
て、リチウムと合金化しない銅などの元素が拡散してい
る場合、拡散領域においてリチウムとの合金化が抑制さ
れるため、充放電反応に伴う薄膜の膨張・収縮を抑制す
ることができ、活物質薄膜の集電体からの剥離を生じさ
せるような応力の発生を抑制することができる。

【００４１】また、薄膜内に拡散した集電体成分の濃度
は、集電体近傍で高く、薄膜表面に近づくにつれて減少
していることが好ましい。このような集電体成分の濃度
勾配を有することにより、充放電反応に伴う薄膜の膨張
・収縮の抑制が、集電体近傍においてより強く働くた
め、活物質薄膜の剥離を生じさせる応力が集電体近傍で
発生するのを抑制することができ易くなる。また、薄膜
表面に近づくにつれて集電体成分の濃度が減少すること
により、高い充放電容量を維持することができる。

【００４２】また、拡散した集電体成分は、薄膜中にお
いて、薄膜成分と金属間化合物を形成せずに、固溶体を
形成していることが好ましい。ここで、金属間化合物と
は、金属同士が特定の比率で化合した特定の結晶構造を
有する化合物をいう。薄膜成分と集電体成分が薄膜中に
おいて、金属間化合物ではなく、固溶体を形成すること
により、薄膜と集電体との密着状態がより良好となり、
より高い充放電容量を得ることができる。

【００４３】第２の局面における活物質薄膜には、不純
物がドープされていてもよい。このような不純物として
は、例えば、リン、アルミニウム、ヒ素、アンチモン、
ホウ素、ガリウム、インジウム、酸素、窒素等の周期律
表IIIＢ族、IVＢ族、ＶＢ族、VIＢ族の元素を挙げるこ
とができる。

【００４４】また、第２の局面における活物質薄膜は、
複数の層を積層して形成されていてもよい。積層された
各層においては、組成、結晶性、不純物濃度等が異なっ
ていてもよい。また、薄膜の厚み方向に傾斜構造を有す
るものであってもよい。例えば、組成、結晶性、不純物
濃度等を厚み方向に変化させた傾斜構造とすることがで
きる。

【００４５】また、第２の局面の活物質薄膜の厚みは特
に限定されるものではないが、例えば２０μｍ以下の厚
みとすることができる。また、高い充放電容量を得るた
めには、厚みは１μｍ以上であることが好ましい。

【００４６】第２の局面においては、集電体と、薄膜と
の密着性を向上させるため、集電体と、薄膜との間に中
間層を設けてもよい。このような中間層の材料として
は、集電体材料及び活物質材料との間で合金を形成する
ような物質が好ましく用いられる。

【００４７】第２の局面における活物質薄膜は、リチウ
ムと合金を形成することによりリチウムを吸蔵する活物
質薄膜であることが好ましい。また、第２の局面におけ
る活物質薄膜には、予めリチウムが吸蔵または添加され
ていてもよい。リチウムは、活物質薄膜を形成する際に
添加してもよい。すなわち、リチウムを含有する活物質
薄膜を形成することにより、活物質薄膜にリチウムを添
加してもよい。また、活物質薄膜を形成した後に、活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させてもよい。活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させる方法として
は、電気化学的にリチウムを吸蔵または添加させる方法
が挙げられる。

【００４８】本発明の第３の局面の一実施形態では、リ
チウムの吸蔵・放出により膨張・収縮する活物質薄膜を
集電体上に形成したリチウム二次電池用電極であり、以
下の式で定義される集電体の引張強度が３．８２Ｎ／ｍ
ｍ以上であることを特徴としている。

【００４９】集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材
料の断面積当りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚
み（ｍｍ） ここで、集電体材料の断面積当りの引張強さは、例え
ば、日本工業規格（ＪＩＳ）によって規定された方法で
測定することができる。

【００５０】上記実施形態において、集電体の引張強度
は、７．４４Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましい。本発
明の第３の局面の他の実施形態では、リチウムの吸蔵・
放出により膨張・収縮する活物質薄膜を集電体上に形成
したリチウム二次電池用電極であり、活物質薄膜の厚み
１μｍあたりの集電体の引張強度が、１．１２Ｎ／ｍｍ
以上であることを特徴としている。

【００５１】活物質薄膜の厚み１μｍあたりの集電体の
引張強度は、以下の式により求めることができる。 （活物質薄膜の厚み１μｍあたりの集電体の引張強度）
＝（集電体の引張強度）÷（活物質薄膜の厚み：μｍ） なお、集電体の引張強度は、上記において定義される値
である。

【００５２】上記実施形態においては、活物質薄膜の厚
み１μｍあたりの集電体の引張強度が、２．１８Ｎ／ｍ
ｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは、４．
２５Ｎ／ｍｍ以上である。

【００５３】本発明の第３の局面のさらに他の実施形態
では、リチウムの吸蔵・放出により膨張・収縮する活物
質薄膜を集電体上に形成したリチウム二次電極であり、
集電体の厚みに対する活物質薄膜の厚みの比（活物質薄
膜の厚み／集電体の厚み）が０．１９以下であることを
特徴としている。

【００５４】上記実施形態では、集電体の厚みに対する
活物質薄膜の厚みの比が０．０９８以下であることが好
ましく、さらに好ましくは、０．０５以下である。本発
明の第３の局面に従えば、充放電により電極にしわが発
生するのを抑制することができる。

【００５５】第３の局面において、集電体の表面粗さＲ
ａは、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０
１〜１μｍであることがさらに好ましく、さらに好まし
くは０．０５〜０．５μｍである。また、集電体の表面
粗さＲａは、後述する電解銅箔の表面粗さＲａ程度であ
ることが好ましい。従って、集電体の表面粗さＲａは
０．１μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましく
は０．１〜１μｍである。表面粗さＲａは、日本工業規
格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に定められてお
り、例えば表面粗さ計により測定することができる。

【００５６】第３の局面において、集電体の表面粗さＲ
ａは、活物質の厚みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有する
ことが好ましい。また、集電体の表面粗さＲａと局部山
頂の平均間隔Ｓは、１００Ｒａ≧Ｓの関係を有すること
が好ましい。局部山頂の平均間隔Ｓは、日本工業規格
（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に定められてお
り、例えば表面粗さ計により測定することができる。

【００５７】集電体表面の凹凸の凸部の形状は、特に限
定されるものではないが、例えば錐体状であることが好
ましい。第３の局面においては、活物質薄膜に集電体成
分が拡散していることが好ましい。活物質薄膜に集電体
成分が拡散することにより、活物質薄膜と集電体との密
着性がさらに高まり、集電体からの活物質薄膜の剥離を
さらに有効に防止することができる。従って、充放電サ
イクル特性をさらに優れたものにすることができる。

【００５８】活物質薄膜としてリチウムと合金化する活
物質からなる薄膜を用い、集電体としてリチウムと合金
化しない材料からなる集電体を用いる場合、集電体成分
の拡散によって、リチウムの吸蔵・放出に伴う集電体近
傍の薄膜部分の膨張収縮を相対的に小さくすることがで
きる。従って、薄膜と集電体との密着状態をさらに良好
に保つことができる。

【００５９】薄膜における集電体成分の濃度は、集電体
近傍で高く、薄膜表面に近づくにつれて減少しているこ
とが好ましい。このような濃度勾配を有することによ
り、集電体近傍では薄膜の膨張収縮が抑制され、薄膜と
集電体の密着状態が保たれると共に、薄膜表面近傍では
活物質の量が相対的に多くなるので、高い充放電容量を
維持することができる。

【００６０】拡散した集電体成分は、薄膜中において、
薄膜成分と金属間化合物を形成せずに、固溶体を形成し
ていることが好ましい。ここで、金属間化合物とは、金
属同士が特定の比率で化合した特定の結晶構造を有する
化合物をいう。薄膜成分と集電体成分が薄膜中におい
て、金属間化合物ではなく、固溶体を形成することによ
り、薄膜と集電体との密着状態がより良好となり、より
高い充放電容量を得ることができる。

【００６１】第３の局面において、集電体成分が拡散し
ている領域の厚みは、特に限定されるものではないが、
１μｍ以上であることが好ましい。第３の局面において
用いる集電体は、上記第３の局面の条件を満足できるも
のであれば特に限定されるものではない。集電体の具体
例としては、銅、ニッケル、ステンレス、モリブデン、
タングステン、及びタンタルから選ばれる少なくとも１
種が挙げられる。

【００６２】集電体は、厚みの薄いものであることが好
ましく、金属箔であることが好ましい。集電体は、リチ
ウムと合金化しない材料から形成されていることが好ま
しく、特に好ましい材料としては、銅が挙げられる。集
電体は銅箔であることが好ましく、その表面が粗面化さ
れた銅箔であることが好ましい。このような銅箔として
は電解銅箔が挙げられる。電解銅箔は、例えば、銅イオ
ンが溶解された電解液中に金属製のドラムを浸漬し、こ
れを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表
面に銅を析出させ、これを剥離して得られる銅箔であ
る。電解銅箔の片面または両面には、粗面化処理や表面
処理がなされていてもよい。

【００６３】また、圧延銅箔の表面に、電解法により銅
を析出させ、表面を粗面化した銅箔であってもよい。ま
た、集電体の上に中間層を形成し、この中間層の上に活
物質薄膜を形成してもよい。この場合、中間層として
は、活物質薄膜中に拡散し易い成分を含むものが好まし
く、例えば銅層が好ましい。例えば、表面が粗面化され
たニッケル箔（電解ニッケル箔など）の上に、銅層を形
成した集電体を用いてもよい。また、ニッケル箔の上に
電解法により、銅を析出させ、これによって粗面化した
ニッケル箔を用いてもよい。

【００６４】第３の局面における活物質薄膜は、例え
ば、リチウムと化合物もしくは固溶体を形成する材料か
ら形成することができる。このような材料として、周期
律表IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、並び
に周期律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素の
酸化物及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材料を
挙げることができる。

【００６５】第３の局面において、リチウムと化合物も
しくは固溶体を形成する周期律表IIＢ族、IIIＢ族、IV
Ｂ族及びＶＢ族の元素としては、炭素、アルミニウム、
シリコン、リン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ
素、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、水銀、
タリウム、鉛、及びビスマスが挙げられる。また、周期
律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素は、具体
的には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、
マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イット
リウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチ
ウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミ
ウム、ランタノイド系元素、ハフニウム、タンタル、タ
ングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白
金、金、及び水銀である。

【００６６】上記元素の中でも、炭素、シリコン、ゲル
マニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、
カドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくと
も１種であることが好ましく、さらに好ましくはシリコ
ン及び／またはゲルマニウムである。

【００６７】第３の局面における「非結晶シリコン」
も、上述のように、多結晶シリコン及び単結晶シリコン
を除く、非晶質シリコン及び微結晶シリコンを意味す
る。第３の局面において、活物質薄膜として用いるシリ
コン薄膜としては、微結晶シリコン薄膜及び非晶質シリ
コン薄膜が好ましい。

【００６８】また、第３の局面において用いる好ましい
活物質薄膜としては、上記のシリコン薄膜以外に、ゲル
マニウム薄膜及びシリコンゲルマニウム合金薄膜が挙げ
られる。ゲルマニウム薄膜としては、微結晶ゲルマニウ
ム薄膜及び非晶質ゲルマニウム薄膜が好ましく用いられ
る。シリコンゲルマニウム合金薄膜としては、微結晶シ
リコンゲルマニウム合金薄膜及び非晶質シリコンゲルマ
ニウム薄膜が好ましく用いられる。ゲルマニウム薄膜及
びシリコンゲルマニウム合金薄膜の微結晶及び非晶質
は、上記のシリコン薄膜と同様にして定めることができ
る。シリコン、ゲルマニウムについては後述の実施例で
述べるように、良好な結果が得られている。シリコン、
ゲルマニウムは任意の割合で固溶するので、シリコンゲ
ルマニウム合金についても同様の効果が期待できる。

【００６９】第３の局面において、薄膜は、その厚み方
向に形成された切れ目によって柱状に分離されており、
かつ該柱状部分の底部が集電体と密着していることが好
ましい。また、薄膜の厚み方向において、少なくとも厚
みの１／２以上の部分が、切れ目によって柱状に分離さ
れていることが好ましい。

【００７０】上記切れ目は、薄膜の膨張収縮により形成
されるものであることが好ましく、このような薄膜の膨
張収縮は、例えば薄膜の充放電反応により与えられる。
従って、上記切れ目は、電池を組み立てた後の充放電反
応により形成されてもよいし、電池を組み立てる前の充
放電反応により形成されてもよい。このような切れ目を
充放電前に薄膜に予め形成させる方法としては、電池を
組み立てる前に、電極の薄膜にリチウム等を吸蔵させた
後放出させるなどの方法により、薄膜の体積を膨張させ
た後収縮させて形成することができる。また、フォトリ
ソグラフィー法によりパターニングしたレジスト膜など
を用いて、柱状に薄膜を形成することにより、切れ目に
よって柱状に分離された薄膜としてもよい。

【００７１】薄膜の表面に凹凸が形成されている場合、
上記切れ目は該薄膜表面の凹凸の谷部から集電体に向か
って厚み方向に形成されていてもよい。また、薄膜表面
の凹凸は、集電体表面の凹凸に対応して形成されていて
もよい。すなわち、表面に凹凸を有する集電体を用い、
その上に薄膜を形成することにより、薄膜の表面に凹凸
を付与することができる。

【００７２】また、薄膜の柱状部分の上方の形状は特に
限定されるものではないが、丸みを帯びた形状であるこ
とが好ましい。また、上記切れ目は、薄膜に予め形成さ
れた低密度領域に沿って厚み方向に形成されたものであ
ってもよい。このような低密度領域は、例えば面方向に
網目状に連なり、かつ集電体に向かって厚み方向に延び
ている。

【００７３】第３の局面において、活物質薄膜を集電体
上に形成する方法は、特に限定されるものではないが、
例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、溶射
法、またはめっき法などが挙げられる。これらの薄膜形
成方法の中でも、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及び蒸
着法が特に好ましく用いられる。

【００７４】第３の局面における活物質薄膜には、不純
物がドープされていてもよい。このような不純物として
は、例えば、リン、アルミニウム、ヒ素、アンチモン、
ホウ素、ガリウム、インジウム、酸素、窒素等の周期律
表IIIＢ族、IVＢ族、ＶＢ族、VIＢ族の元素を挙げるこ
とができる。

【００７５】また、第３の局面における活物質薄膜は、
複数の層を積層して形成されていてもよい。積層された
各層においては、組成、結晶性、不純物濃度等が異なっ
ていてもよい。また、薄膜の厚み方向に傾斜構造を有す
るものであってもよい。例えば、組成、結晶性、不純物
濃度等を厚み方向に変化させた傾斜構造とすることがで
きる。

【００７６】第３の局面における活物質薄膜は、リチウ
ムと合金を形成することによりリチウムを吸蔵する活物
質薄膜であることが好ましい。また、第３の局面におけ
る活物質薄膜には、予めリチウムが吸蔵または添加され
ていてもよい。リチウムは、活物質薄膜を形成する際に
添加してもよい。すなわち、リチウムを含有する活物質
薄膜を形成することにより、活物質薄膜にリチウムを添
加してもよい。また、活物質薄膜を形成した後に、活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させてもよい。活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させる方法として
は、電気化学的にリチウムを吸蔵または添加させる方法
が挙げられる。

【００７７】また、第３の局面の活物質薄膜の厚みは、
高い充放電容量を得るためには、１μｍ以上であること
が好ましい。第３の局面においては、上述のように、集
電体と薄膜との密着性を向上させるため、集電体と薄膜
との間に中間層を設けてもよい。このような中間層の材
料としては、集電体材料及び活物質材料との間で合金を
形成するような物質が好ましく用いられる。

【００７８】本発明の第４の局面は、リチウムを吸蔵・
放出する活物質からなる活物質薄膜が中間層を介して集
電体上に設けられたリチウム電池用電極であり、中間層
が活物質薄膜と合金化する材料から形成されていること
を特徴としている。

【００７９】中間層として、活物質薄膜と合金化する材
料から形成された中間層を用いることにより、活物質薄
膜の集電体に対する密着性を向上させることができる。
従って、充放電反応により薄膜が膨張収縮する際の集電
体からの薄膜の脱離を防止することができ、良好な充放
電サイクル特性を得ることができる。

【００８０】第４の局面に従う好ましい実施形態の１つ
においては、集電体として、中間層の材料よりも機械的
強度の高い金属または合金からなる箔が用いられる。第
４の局面においては、リチウムの吸蔵・放出により活物
質薄膜が膨張収縮するため、充放電反応に伴い集電体に
応力が生じる。このような応力により、集電体に不可逆
的、すなわち塑性変形によるしわが発生する。このしわ
の発生は、結果的に電池の体積増加と電極での反応の不
均一性をもたらし、エネルギー密度を低下させる原因と
なる。このようなしわの発生を抑制するためには、機械
的強度、すなわち引張強さ及び引張弾性率などの高い材
料を集電体として用いることが好ましい。しかしなが
ら、このような材料を集電体として用い、その上に直接
活物質薄膜を形成すると、活物質薄膜と集電体との密着
性が不十分となり、良好な充放電サイクルを得られない
場合がある。このような場合、上記のように活物質薄膜
と合金化する材料からなる中間層を集電体と薄膜との間
に設けることにより、充放電反応の際の薄膜の脱離を防
止することができると共に、集電体におけるしわの発生
を抑制することが可能となる。

【００８１】従って、集電体として、中間層の材料より
も機械的強度の高い金属または合金からなる箔を用いる
ことにより、良好な充放電サイクル特性を維持しなが
ら、集電体におけるしわの発生を抑制することができ
る。

【００８２】また、第４の局面においては、中間層の表
面に凹凸が形成されていることが好ましい。中間層の表
面に凹凸が形成されることにより、中間層と活物質薄膜
との界面における接触面積が大きくなり、活物質薄膜と
中間層との密着性、すなわち活物質薄膜と集電体との密
着性を高めることができる。

【００８３】上記中間層の表面の凹凸は、例えば、表面
に凹凸が形成された集電体を用いることにより、形成す
ることができる。この場合、集電体の表面の凹凸に対応
した凹凸が中間層の表面に形成される。

【００８４】上記の場合、集電体の表面粗さＲａは、
０．００１〜１μｍであることが好ましく、さらに好ま
しくは、０．０１〜１μｍである。表面粗さＲａは、日
本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に定め
られており、例えば表面粗さ計により測定することがで
きる。

【００８５】第４の局面において、集電体の表面粗さＲ
ａは、活物質の厚みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有する
ことが好ましい。また、集電体の表面粗さＲａと局部山
頂の平均間隔Ｓは、１００Ｒａ≧Ｓの関係を有すること
が好ましい。局部山頂の平均間隔Ｓは、日本工業規格
（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）に定められてお
り、例えば表面粗さ計により測定することができる。

【００８６】集電体表面の凹凸の凸部の形状は、特に限
定されるものではないが、例えば錐体状であることが好
ましい。第４の局面における活物質薄膜は、例えば、リ
チウムと化合物もしくは固溶体を形成する材料から形成
することができる。このような材料として、周期律表II
Ｂ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、並びに周期
律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素の酸化物
及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材料を挙げる
ことができる。

【００８７】第４の局面において、リチウムと化合物も
しくは固溶体を形成する周期律表IIＢ族、IIIＢ族、IV
Ｂ族及びＶＢ族の元素としては、炭素、アルミニウム、
シリコン、リン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ
素、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、水銀、
タリウム、鉛、及びビスマスが挙げられる。また、周期
律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素は、具体
的には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、
マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イット
リウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチ
ウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミ
ウム、ランタノイド系元素、ハフニウム、タンタル、タ
ングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白
金、金、及び水銀である。

【００８８】上記元素の中でも、炭素、シリコン、ゲル
マニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、
カドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくと
も１種であることが好ましく、さらに好ましくはシリコ
ン及び／またはゲルマニウムである。

【００８９】第４の局面における「非結晶シリコン」
も、上述のように、多結晶シリコン及び単結晶シリコン
を除く、非晶質シリコン及び微結晶シリコンを意味す
る。第４の局面において、活物質薄膜として用いるシリ
コン薄膜としては、微結晶シリコン薄膜及び非晶質シリ
コン薄膜が好ましい。

【００９０】また、第４の局面において用いる好ましい
活物質薄膜としては、上記のシリコン薄膜以外に、ゲル
マニウム薄膜及びシリコンゲルマニウム合金薄膜が挙げ
られる。ゲルマニウム薄膜としては、微結晶ゲルマニウ
ム薄膜及び非晶質ゲルマニウム薄膜が好ましく用いられ
る。シリコンゲルマニウム合金薄膜としては、微結晶シ
リコンゲルマニウム合金薄膜及び非晶質シリコンゲルマ
ニウム薄膜が好ましく用いられる。ゲルマニウム薄膜及
びシリコンゲルマニウム合金薄膜の微結晶及び非晶質
は、上記のシリコン薄膜と同様にして定めることができ
る。シリコン、ゲルマニウムについては後述の実施例で
述べるように、良好な結果が得られている。シリコン、
ゲルマニウムは任意の割合で固溶するので、シリコンゲ
ルマニウム合金についても同様の効果が期待できる。

【００９１】活物質薄膜として、シリコン薄膜、ゲルマ
ニウム薄膜、またはシリコンゲルマニウム合金薄膜を用
いる場合、これらと合金化する材料として、銅が挙げら
れる。従って、これらの薄膜を用いる場合、中間層とし
て銅層を用いることが好ましい。銅の引張強さは、２１
２．７Ｎ／ｍｍ²（２１．７ｋｇｆ／ｍｍ²、「改訂２版
金属データブック」丸善株式会社発行）である。このよ
うな銅の引張強さよりも高い引張強さを有する金属また
は合金としては、ニッケル（引張強さ＝３１５．６Ｎ／
ｍｍ²＝３２．２ｋｇｆ／ｍｍ²、「改訂２版金属データ
ブック」丸善株式会社発行）が挙げられる。従って、中
間層として銅層を形成する場合、集電体としては、ニッ
ケル箔を用いることが好ましい。また、その他の集電体
材料としては、錫青銅（リン青銅）、ケイ素青銅、アル
ミ青銅などの種々の銅合金、ニッケル合金、鉄及び鉄合
金、ステンレススチールなどの材質が挙げられる。ま
た、さらに他の集電体材料として、モリブデン、タング
ステン、タンタルなどが挙げられる。

【００９２】第４の局面において、中間層の材料は、活
物質薄膜と合金化する材料であるが、中間層の成分は、
活物質薄膜中に拡散していることが好ましい。活物質薄
膜に中間層の成分が拡散することにより、活物質薄膜と
中間層との密着性がさらに高まり、集電体からの活物質
薄膜の剥離を有効に防止することができる。従って、充
放電サイクル特性をさらに優れたものにすることができ
る。

【００９３】活物質薄膜としてリチウムと合金化する活
物質からなる薄膜を用い、中間層としてリチウムと合金
化しない材料からなる中間層を集電体上に形成する場
合、中間層の成分の拡散によって、リチウムの吸蔵・放
出に伴う中間層近傍の薄膜部分の膨張収縮を相対的に小
さくすることができる。従って、薄膜と中間層との密着
状態をさらに良好に保つことができる。

【００９４】活物質薄膜における中間層の成分の濃度
は、中間層近傍で高く、活物質薄膜表面に近づくにつれ
て減少していることが好ましい。このような濃度勾配を
有することにより、中間層近傍では薄膜の膨張収縮が抑
制され、薄膜と中間層の密着状態が保たれると共に、薄
膜表面近傍では活物質の量が相対的に多くなるので、高
い充放電容量を維持することができる。

【００９５】拡散した中間層の成分は、薄膜中におい
て、薄膜成分と金属間化合物を形成せずに、固溶体を形
成していることが好ましい。ここで、金属間化合物と
は、金属同士が特定の比率で化合した特定の結晶構造を
有する化合物をいう。薄膜成分と中間層成分が薄膜中に
おいて、金属間化合物ではなく、固溶体を形成すること
により、薄膜と中間層との密着状態がより良好となり、
より高い充放電容量を得ることができる。

【００９６】集電体は、厚みの薄いものであることが好
ましく、金属箔であることが好ましい。集電体は、リチ
ウムと合金化しない材料から形成されていることが好ま
しい。上述のように、中間層として銅層を形成する場
合、集電体としてはニッケル箔を用いることが好まし
い。

【００９７】集電体としてニッケル箔を用いる場合、そ
の表面に凹凸が形成されたニッケル箔としては、電解ニ
ッケル箔を用いることができる。電解ニッケル箔は、例
えば、ニッケルイオンが溶解された電解液中に、金属製
のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すこ
とにより、ドラムの表面にニッケルを析出させ、これを
剥離して得られるニッケル箔である。電解ニッケル箔の
片面または両面には、粗面化処理や表面処理がなされて
いてもよい。

【００９８】また、圧延ニッケル箔の表面に、電解法に
より銅を析出させ、表面を粗面化した銅層で被覆したニ
ッケル箔であってもよい。第４の局面において、活物質
薄膜は、その厚み方向に形成された切れ目によって柱状
に分離されており、かつ該柱状部分の底部が集電体と密
着していることが好ましい。また、活物質薄膜の厚み方
向において、少なくとも厚みの１／２以上の部分が、切
れ目によって柱状に分離されていることが好ましい。

【００９９】上記切れ目は、活物質薄膜の膨張収縮によ
り形成されるものであることが好ましく、このような活
物質薄膜の膨張収縮は、例えば活物質薄膜の充放電反応
により与えられる。従って、上記切れ目は、電池を組み
立てた後の充放電反応により形成されてもよいし、電池
を組み立てる前の充放電反応により形成されてもよい。
このような切れ目を充放電前に活物質薄膜に予め形成さ
せる方法としては、電池を組み立てる前に、電極の活物
質薄膜にリチウム等を吸蔵させた後放出させるなどの方
法により、活物質薄膜の体積を膨張させた後収縮させて
形成することができる。また、フォトリソグラフィー法
によりパターニングしたレジスト膜などを用いて、柱状
に活物質薄膜を形成することにより、切れ目によって柱
状に分離された活物質薄膜としてもよい。

【０１００】活物質薄膜の表面に凹凸が形成されている
場合、上記切れ目は該薄膜表面の凹凸の谷部から集電体
に向かって厚み方向に形成されていてもよい。また、活
物質薄膜表面の凹凸は、中間層表面の凹凸に対応して形
成されていてもよい。すなわち、表面に凹凸を有する中
間層を形成し、その上に活物質薄膜を形成することによ
り、活物質薄膜の表面に凹凸を付与することができる。

【０１０１】また、活物質薄膜の柱状部分の上方の形状
は特に限定されるものではないが、丸みを帯びた形状で
あることが好ましい。また、上記切れ目は、活物質薄膜
に予め形成された低密度領域に沿って厚み方向に形成さ
れたものであってもよい。このような低密度領域は、例
えば面方向に網目状に連なり、かつ集電体に向かって厚
み方向に延びている。

【０１０２】第４の局面において、活物質薄膜を中間層
の上に形成する方法は、特に限定されるものではない
が、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、溶
射法、またはめっき法などが挙げられる。これらの薄膜
形成方法の中でも、ＣＶＤ法、スパッタリング法、及び
蒸着法が特に好ましく用いられる。

【０１０３】第４の局面における活物質薄膜には、不純
物がドープされていてもよい。このような不純物として
は、例えば、リン、アルミニウム、ヒ素、アンチモン、
ホウ素、ガリウム、インジウム、酸素、窒素等の周期律
表IIIＢ族、IVＢ族、ＶＢ族、VIＢ族の元素を挙げるこ
とができる。

【０１０４】また、第４の局面における活物質薄膜は、
複数の層を積層して形成されていてもよい。積層された
各層においては、組成、結晶性、不純物濃度等が異なっ
ていてもよい。また、薄膜の厚み方向に傾斜構造を有す
るものであってもよい。例えば、組成、結晶性、不純物
濃度等を厚み方向に変化させた傾斜構造とすることがで
きる。

【０１０５】第４の局面における活物質薄膜は、リチウ
ムと合金を形成することによりリチウムを吸蔵する活物
質薄膜であることが好ましい。また、第４の局面におけ
る活物質薄膜には、予めリチウムが吸蔵または添加され
ていてもよい。リチウムは、活物質薄膜を形成する際に
添加してもよい。すなわち、リチウムを含有する活物質
薄膜を形成することにより、活物質薄膜にリチウムを添
加してもよい。また、活物質薄膜を形成した後に、活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させてもよい。活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させる方法として
は、電気化学的にリチウムを吸蔵または添加させる方法
が挙げられる。

【０１０６】また、第４の局面の活物質薄膜の厚みは、
高い充放電容量を得るためには、１μｍ以上であること
が好ましい。第４の局面において、集電体上に中間層を
形成する方法は、特に限定されるものではないが、例え
ば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、溶射法、ま
たは電解法（めっき法）などが挙げられる。

【０１０７】第４の局面において、中間層の厚みは、活
物質薄膜との密着性を向上させることができる厚みであ
れば特に限定されるものではないが、一般に０．０１〜
１０μｍ程度の厚みが好ましい。

【０１０８】また、中間層の材料は、集電体の材料に対
しても馴染みがある材質であることが好ましく、集電体
材料とも合金を形成するような材料であることが好まし
い。本発明の第５の局面のリチウム二次電池用電極は、
板状の集電体と、該集電体の両面上に堆積して形成され
た、リチウムを吸蔵・放出する活物質薄膜とを備えるこ
とを特徴としている。

【０１０９】第５の局面において、リチウムを吸蔵・放
出する活物質薄膜としては、集電体の上に堆積して形成
することができ、かつリチウムを吸蔵・放出することが
できる薄膜であれば、特に限定されるものではないが、
リチウムと化合物もしくは固溶体を形成する、周期律表
IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、並びに周
期律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素の酸化
物及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材料が挙げ
られる。これらの中でも、炭素、シリコン、ゲルマニウ
ム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、カドミ
ウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくとも１種
が好ましい。高い電極容量を得るという観点からは、特
にシリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、及びシリコンゲル
マニウム合金薄膜が好ましい。

【０１１０】シリコン薄膜の中でも、微結晶シリコン薄
膜または非晶質シリコン薄膜が特に好ましい。微結晶シ
リコン薄膜は、ラマン分光分析において、結晶領域に対
応する５２０ｃｍ^-1近傍のピークと、非晶質領域に対応
する４８０ｃｍ^-1近傍のピークの両方が実質的に検出さ
れるシリコン薄膜である。非晶質シリコン薄膜は、結晶
領域に対応する５２０ｃｍ^-1近傍のピークが実質的に検
出されず、非晶質領域に対応する４８０ｃｍ^-1近傍のピ
ークが実質的に検出されるシリコン薄膜である。

【０１１１】またゲルマニウム薄膜としては、非晶質ゲ
ルマニウム薄膜または微結晶ゲルマニウム薄膜が好まし
い。シリコンゲルマニウム合金薄膜としては、非晶質シ
リコンゲルマニウム合金薄膜または微結晶シリコンゲル
マニウム合金薄膜が好ましい。

【０１１２】第５の局面において活物質薄膜を形成する
方法としては、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、
溶射法などの気相中から薄膜を凝集して堆積させる方法
並びにめっき法が挙げられる。

【０１１３】活物質薄膜は、集電体の両面において、そ
れぞれの活物質薄膜のリチウムとの充放電反応量が、単
位面積当りで実質的に同じになるように形成されること
が好ましい。従って、集電体の両面において、それぞれ
の活物質薄膜の厚みが、実質的に同じになるように各活
物質薄膜が形成されることが好ましい。

【０１１４】第５の局面における集電体としては、例え
ば金属箔を用いることができる。金属箔としては、活物
質薄膜との密着性を高めるという観点からは、活物質薄
膜と合金化し得る金属からなる金属箔であることが好ま
しい。シリコン薄膜及びゲルマニウム薄膜を活物質薄膜
として形成する場合、集電体としては特に銅箔であるこ
とが好ましい。また、銅箔としては、表面粗さＲａが大
きい銅箔である、電解銅箔が好ましい。このような電解
銅箔としては、圧延銅箔などの銅箔を電解液中に浸漬
し、銅箔の両面に電解法により銅を析出させて両面を粗
面化した電解銅箔が挙げられる。

【０１１５】また、集電体の両面上に中間層を形成し、
この中間層の上に活物質薄膜を形成してもよい。この場
合、中間層は、活物質薄膜と合金化する材料から形成す
ることが好ましい。このような中間層を形成することに
より、活物質薄膜中に中間層の成分を拡散させることが
できる。

【０１１６】また、中間層を形成する場合の集電体は、
中間層の材料よりも機械的強度の高い金属または合金か
らなる箔であることが好ましい。例えば、中間層として
銅層を形成する場合、集電体としてニッケル箔を用いる
ことが好ましい。例えば、表面が粗面化されたニッケル
箔（電解ニッケル箔など）の上に、銅層を形成してもよ
い。また、ニッケル箔の上に電解法により、銅を析出さ
せ、これによって粗面化したニッケル箔を用いてもよ
い。

【０１１７】第５の局面において、活物質薄膜が形成さ
れる集電体の両面は、互いに実質的に同一の表面粗さＲ
ａを有していることが好ましい。また、第５の局面にお
いて、集電体の両面の表面粗さＲａは、それぞれ０．０
１μｍ以上であることが好ましく、０．０１〜１μｍで
あることがさらに好ましい。また、集電体の表面粗さＲ
ａは、後述する電解銅箔の表面粗さＲａ程度であること
が好ましい。従って、集電体の表面粗さＲａは０．１μ
ｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは０．１
〜１μｍである。また、表面粗さＲａと局部山頂の平均
間隔Ｓが、１００Ｒａ≧Ｓの関係を有することが好まし
い。

【０１１８】表面粗さＲａ及び局部山頂の平均間隔Ｓ
は、日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）
に定められており、例えば表面粗さ計により測定するこ
とができる。

【０１１９】第５の局面に従う好ましい実施形態のリチ
ウム二次電池用電極においては、活物質薄膜がその厚み
方向に形成された切れ目によって柱状に分離されてお
り、かつ該柱状部分の底部が集電体と密着していること
を特徴としている。

【０１２０】柱状部分のまわりには隙間が形成されてい
るため、充放電反応により活物質の膨張及び収縮が繰り
返されても、このような膨張収縮を隙間が吸収し、膨張
収縮による応力を大きく緩和することができる。従っ
て、活物質薄膜が集電体から脱離及び剥離等をすること
なく充放電反応を繰り返すことができる。

【０１２１】活物質薄膜の厚み方向において、少なくと
も厚みの１／２以上の部分が、上記切れ目によって柱状
に分離されていることが好ましい。また、上記切れ目
は、好ましくは活物質薄膜の膨張収縮により形成され
る。

【０１２２】また、上記切れ目は、電池を組み立てた後
の充放電反応により形成してもよいし、電池を組み立て
る前の充放電反応により形成してもよい。第５の局面に
おいて、活物質薄膜の表面には凹凸が形成されているこ
とが好ましい。また、上記切れ目は、該薄膜表面の凹凸
の谷部から集電体に向かって厚み方向に形成されている
ことが好ましい。

【０１２３】上記薄膜表面の凹凸は、好ましくは集電体
表面の凹凸に対応して形成されている。また、集電体表
面の凹凸の凸部は、錐体状であることが好ましい。さら
に、活物質薄膜の柱状部分の上方は、丸みを帯びた形状
であることが好ましい。

【０１２４】第５の局面に従う好ましい他の実施形態に
おいては、上記切れ目が形成される前の活物質薄膜に
は、面方向に網目状に連なりかつ集電体に向かって厚み
方向に延びた低密度領域が形成されており、該低密度領
域に沿って上記切れ目が厚み方向に形成されていること
を特徴としている。

【０１２５】第５の局面においては、活物質薄膜に集電
体成分が拡散していることが好ましい。活物質薄膜に集
電体成分が拡散することにより、活物質薄膜と集電体と
の密着性がさらに高まり、集電体からの活物質薄膜の剥
離をさらに有効に防止することができる。従って、充放
電サイクル特性をさらに優れたものにすることができ
る。

【０１２６】活物質薄膜としてリチウムと合金化する活
物質からなる薄膜を用い、集電体としてリチウムと合金
化しない材料からなる集電体を用いる場合、集電体成分
の拡散によって、リチウムの吸蔵・放出に伴う集電体近
傍の薄膜部分の膨張収縮を相対的に小さくすることがで
きる。従って、薄膜と集電体との密着状態をさらに良好
に保つことができる。

【０１２７】薄膜における集電体成分の濃度は、集電体
近傍で高く、薄膜表面に近づくにつれて減少しているこ
とが好ましい。このような濃度勾配を有することによ
り、集電体近傍では薄膜の膨張収縮が抑制され、薄膜と
集電体の密着状態が保たれると共に、薄膜表面近傍では
活物質の量が相対的に多くなるので、高い充放電容量を
維持することができる。

【０１２８】拡散した集電体成分は、薄膜中において、
薄膜成分と金属間化合物を形成せずに、固溶体を形成し
ていることが好ましい。ここで、金属間化合物とは、金
属同士が特定の比率で化合した特定の結晶構造を有する
化合物をいう。薄膜成分と集電体成分が薄膜中におい
て、金属間化合物ではなく、固溶体を形成することによ
り、薄膜と集電体との密着状態がより良好となり、より
高い充放電容量を得ることができる。

【０１２９】第５の局面において、集電体成分が拡散し
ている領域の厚みは、特に限定されるものではないが、
１μｍ以上であることが好ましい。また、上述のよう
に、集電体の上に中間層を形成し、該中間層の上に活物
質薄膜を形成する場合、活物質薄膜中に中間層の成分が
拡散していることが好ましい。このような中間層成分の
濃度は、活物質薄膜中において、中間層近傍で高く、活
物質薄膜表面に近づくにつれて減少していることが好ま
しい。また、拡散した中間層の成分は、薄膜中におい
て、薄膜成分と金属間化合物を形成せずに、固溶体を形
成していることが好ましい。金属間化合物ではなく、固
溶体を形成することにより、薄膜と中間層との密着状態
がより良好となり、より高い充放電容量を得ることがで
きる。

【０１３０】第５の局面において用いる集電体は、上記
第５の局面の条件を満足できるものであれば特に限定さ
れるものではない。集電体の具体例としては、銅、ニッ
ケル、ステンレス、モリブデン、タングステン、及びタ
ンタルから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。

【０１３１】第５の局面における活物質薄膜には、不純
物がドープされていてもよい。このような不純物として
は、例えば、リン、アルミニウム、ヒ素、アンチモン、
ホウ素、ガリウム、インジウム、酸素、窒素等の周期律
表IIIＢ族、IVＢ族、ＶＢ族、VIＢ族の元素を挙げるこ
とができる。

【０１３２】また、第５の局面における活物質薄膜は、
複数の層を積層して形成されていてもよい。積層された
各層においては、組成、結晶性、不純物濃度等が異なっ
ていてもよい。また、薄膜の厚み方向に傾斜構造を有す
るものであってもよい。例えば、組成、結晶性、不純物
濃度等を厚み方向に変化させた傾斜構造とすることがで
きる。

【０１３３】第５の局面における活物質薄膜は、リチウ
ムと合金を形成することによりリチウムを吸蔵する活物
質薄膜であることが好ましい。また、第５の局面におけ
る活物質薄膜には、予めリチウムが吸蔵または添加され
ていてもよい。リチウムは、活物質薄膜を形成する際に
添加してもよい。すなわち、リチウムを含有する活物質
薄膜を形成することにより、活物質薄膜にリチウムを添
加してもよい。また、活物質薄膜を形成した後に、活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させてもよい。活物
質薄膜にリチウムを吸蔵または添加させる方法として
は、電気化学的にリチウムを吸蔵または添加させる方法
が挙げられる。

【０１３４】また、第５の局面の活物質薄膜の厚みは、
高い充放電容量を得るためには、１μｍ以上であること
が好ましい。第５の局面のリチウム二次電池は、上記第
５の局面のリチウム二次電池用電極を用いたことを特徴
としている。

【０１３５】上記第５の局面のリチウム二次電池用電極
は、第５の局面のリチウム二次電池において、負極とし
て用いてもよいし、正極として用いてもよいが、一般に
上記活物質薄膜の金属リチウムに対する標準電位は低い
ので、負極として用いることが好ましい。

【０１３６】第５の局面のリチウム二次電池において、
正極と負極の組み合わせによる電極構造は、特に限定さ
れるものではなく、種々の電極構造を採用することがで
きる。

【０１３７】例えば、第５の局面のリチウム二次電池用
電極からなる負極と、集電体の両面上に正極活物質層を
設けた正極とを、セパレータを介して交互に積層したス
タック型の電極構造を有していてもよい。

【０１３８】また、第５の局面のリチウム二次電池用電
極からなる負極と、集電体の両面上に正極活物質層を設
けた正極との間にセパレータを介在させ、これらをスパ
イラル状に巻き付けた電極構造を有していてもよい。こ
のような電極構造を有するリチウム二次電池として、円
筒型リチウム二次電池及び角形リチウム二次電池が知ら
れている。

【０１３９】また、Ｕ字形状に折り曲げられた一方の電
極内に、他方の電極を挿入した挟み込みの電極構造であ
ってもよい。上記挟み込みの電極構造を有するリチウム
二次電池の１つとして、Ｕ字形状に折り曲げられた集電
体の内側に一対の正極活物質層が対向するように設けら
れた正極と、集電体の両面上に負極活物質層が設けら
れ、上記Ｕ字形状の正極の内側に挿入される負極と、上
記正極の正極活物質層と上記負極の負極活物質層の間に
配置されるセパレータとを備え、上記負極が上記第５の
局面のリチウム二次電池用電極であることを特徴とする
リチウム二次電池が挙げられる。

【０１４０】また、上記挟み込みの電極構造を有する他
のリチウム二次電池として、Ｕ字形状に折り曲げられた
負極の内側に一対の負極活物質層が対向するように設け
られた負極と、集電体の両面上に正極活物質層が設けら
れ、上記Ｕ字形状の負極の内側に挿入される正極と、上
記正極の正極活物質層と上記負極の負極活物質層の間に
配置されるセパレータとを備え、上記負極の負極活物質
層が、上記本発明の第１の局面〜第４の局面に従うシリ
コン薄膜またはゲルマニウム薄膜などの活物質薄膜であ
ることを特徴とするリチウム二次電池が挙げられる。

【０１４１】上記第５の局面のリチウム二次電池におい
て、両面上に活物質層が設けられた集電体として、片面
上に活物質層が設けられた２つの集電体を背面で互いに
貼り合わせたものを用いてもよい。

【０１４２】第５の局面のリチウム二次電池電極用集電
体は、リチウムを吸蔵・放出する活物質薄膜が堆積して
形成される表面を両面に有することを特徴としている。
第５の局面の集電体は、上述のように、その両面が実質
的に同一の表面粗さＲａを有することが好ましく、また
両面の表面粗さＲａがそれぞれ０．０１μｍ以上である
ことが好ましく、０．０１〜１μｍであることがさらに
好ましい。

【０１４３】第５の局面の集電体は、金属箔であること
が好ましく、活物質薄膜がシリコン薄膜などである場合
には、銅箔であることが好ましい。銅箔としては、表面
粗さＲａが大きな銅箔である、電解銅箔であることが好
ましい。このような電解銅箔としては、例えば、銅箔の
両面に電解法により銅を析出させることにより粗面化し
た銅箔が挙げられる。

【０１４４】以下、本発明の第１の局面〜第５の局面を
「本発明」として説明する。本発明のリチウム電池は、
上記本発明の電極からなる負極と、正極と、電解質とを
備えることを特徴としている。

【０１４５】本発明において、「リチウム電池」の言葉
は、リチウム一次電池及びリチウム二次電池を含んでい
る。従って、本発明の電極は、リチウム一次電池用及び
リチウム二次電池用として用いることができる。

【０１４６】本発明のリチウム二次電池は、上記本発明
の電極からなる負極と、正極と、非水電解質とを備える
ことを特徴としている。本発明のリチウム二次電池に用
いる電解質の溶媒は、特に限定されるものではないが、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチ
レンカーボネートなどの環状カーボネートと、ジメチル
カーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネートなどの鎖状カーボネートとの混合溶媒が例示
される。また、前記環状カーボネートと１，２−ジメト
キシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどのエーテル
系溶媒や、γ−ブチロラクトン、スルホラン、酢酸メチ
ル等の鎖状エステル等との混合溶媒も例示される。ま
た、電解質の溶質としては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、Ｌ
ｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ
₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）（Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₂）、Ｌ
ｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃、Ｌｉ
ＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌｉ₂Ｂ₁₀Ｃｌ₁₀、Ｌｉ₂Ｂ₁₂Ｃ
ｌ₁₂など及びそれらの混合物が例示される。さらに電解
質として、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリ
ル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマー電解質に電解
液を含浸したゲル状ポリマー電解質や、ＬｉＩ、Ｌｉ₃
Ｎなどの無機固体電解質が例示される。本発明のリチウ
ム二次電池の電解質は、イオン導電性を発現させる溶媒
としてのＬｉ化合物とこれを溶解・保持する溶媒が電池
の充電時や放電時あるいは保存時の電圧で分解しない限
り、制約なく用いることができる。

【０１４７】本発明のリチウム二次電池の正極活物質と
しては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、Ｌ
ｉＭｎＯ₂、ＬｉＣｏ_0.5Ｎｉ_0.5Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.7Ｃｏ
_0.2Ｍｎ_0.1Ｏ₂などのリチウム含有遷移金属酸化物や、
ＭｎＯ₂などのリチウムを含有していない金属酸化物が
例示される。また、この他にも、リチウムを電気化学的
に挿入・脱離する物質であれば、制限なく用いることが
できる。

【０１４８】本発明の電極は、リチウム以外の、ナトリ
ウムやカリウムなどのアルカリ金属や、マグネシウムや
カルシウムなどのアルカリ土類金属を吸蔵・放出する電
極活物質を用いる非水電解質電池及び非水電解質二次電
池の電極としても用いることができると考えられる。

【０１４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づいて
さらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら
限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲に
おいて適宜変更して実施することが可能なものである。

【０１５０】（実験１） 〔負極の作製〕基板として圧延銅箔（厚み１８μｍ）を
用い、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ ₄）を用い、キャ
リアガスとして水素（Ｈ₂）ガスを用いて、ＣＶＤ法に
より銅箔の上に微結晶シリコン薄膜を形成した。具体的
には、反応室中のヒーターの上に基板としての銅箔を設
置し、真空排気装置により、反応室中の圧力を１Ｐａ以
下まで排気した。その後、原料ガスであるシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）及びキャリアガスである水素（Ｈ₂）ガスを、原料
ガス導入ポートから導入し、ヒーターで基板を１８０℃
まで加熱した。真空排気装置により、真空度を反応圧力
になるように調整し、高周波電源で高周波を励起し、そ
の高周波を電極より導入してグロー放電を誘起した。詳
細な薄膜形成条件を表１に示す。なお、表１における流
量の単位ｓｃｃｍは、０℃、１気圧（１０１．３３ｋＰ
ａ）の１分間当りの体積流量（ｃｍ ³／分）であり、sta
ndard cubic centimeters per minute の略である。

【０１５１】

【表１】

【０１５２】微結晶シリコン薄膜の膜厚が約１０μｍに
なるまで上記条件で堆積させた。これを、電子顕微鏡
（２００万倍）で観察すると微小な結晶粒からなる結晶
領域の周囲に、非晶質領域が配置された状態であって、
非結晶であることが確認できた。次に、得られたサンプ
ルを直径１７ｍｍとなるように打ち抜き、電極ａ１を得
た。電極ａ１と同じものを４００℃で３時間熱処理し、
電極ａ２とした。

【０１５３】また、比較のため、市販の単結晶シリコン
粉末（粒子径１０μｍ）が９０重量部、結着剤としての
ポリテトラフルオロエチレンが１０重量部となるように
混合し、これを直径１７ｍｍの金型でプレスし加圧成形
して、ペレット状の電極ｂ１を得た。

【０１５４】〔正極の作製〕出発原料として、Ｌｉ₂Ｃ
Ｏ₃及びＣｏＣＯ₃を用いて、Ｌｉ：Ｃｏの原子比が１：
１となるように秤量して乳鉢で混合し、これを直径１７
ｍｍの金型でプレスし加圧成形した後、空気中において
８００℃で２４時間焼成し、ＬｉＣｏＯ₂の焼成体を得
た。これを乳鉢で平均粒子径２０μｍとなるまで粉砕し
た。

【０１５５】得られたＬｉＣｏＯ₂粉末が８０重量部、
導電材としてのアセチレンブラックが１０重量部、結着
剤としてのポリテトラフルオロエチレンが１０重量部と
なるように混合し、直径１７ｍｍの金型でプレスし加圧
成形して、ペレット状の正極を作製した。

【０１５６】〔電解液の作製〕エチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートとの等体積混合溶媒に、ＬｉＰＦ
₆を１モル／リットル溶解して電解液を作製し、これを
以下の電池の作製において用いた。

【０１５７】〔電池の作製〕上記の電極ａ１、ａ２及び
ｂ１を負極として用い、上記正極及び電解液を用いて、
扁平形リチウム二次電池を作製した。

【０１５８】図１は、作製したリチウム二次電池の断面
模式図であり、正極１、負極２、セパレーター３、正極
缶４、負極缶５、正極集電体６、負極集電体７及びポリ
プロピレン製の絶縁パッキング８などからなる。

【０１５９】正極１及び負極２は、セパレーター３を介
して対向している。これらは正極缶４及び負極缶５が形
成する電池ケース内に収納されている。正極１は、正極
集電体６を介して正極缶４に接続され、負極２は負極集
電体７を介して負極缶５に接続され、二次電池としての
充電及び放電が可能な構造となっている。電極ａ１を負
極として用いたものを電池Ａ１とし、電極ａ２を負極と
して用いたものを電池Ａ２とし、電極ｂ１を負極として
用いたものを電池Ｂ１とした。

【０１６０】〔充放電サイクル寿命特性の測定〕２５℃
において電流値１００μＡで負極容量が２０００ｍＡｈ
／ｇとなるまで充電した後放電し、これを１サイクルの
充放電とし、各電池について５０サイクル目の容量維持
率を測定した。なお、２０００ｍＡｈ／ｇまで充電され
なかったＢ１電池については、４．２Ｖまで充電した
後、放電することによりサイクル試験を行った。結果を
表２に示す。

【０１６１】表２には、各電池の負極活物質の、ＳＩＭ
Ｓ測定により得られた水素濃度、ラマン分光分析による
４８０ｃｍ^-1近傍／５２０ｃｍ^-1近傍のピーク強度比、
並びにＸ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒｅｒの式によ
り算出された結晶粒径を併せて示した。なお、電池Ｂ１
の結晶粒径は、粉末の粒子径とほぼ同じであると思われ
るので粉末の粒子径を示している。

【０１６２】

【表２】

【０１６３】表２に示す結果から明らかなように、本発
明に従う電池Ａ１及びＡ２は、比較の電池Ｂ１に比べ、
著しく高い容量維持率を示している。以上のように、微
結晶シリコン薄膜を負極活物質として用いることによ
り、リチウム二次電池の充放電サイクル特性が著しく改
善されている。微結晶シリコン薄膜において、リチウム
を吸蔵・放出する際の膨張収縮が緩和されているため、
負極活物質の微粉化を抑制することができ、集電特性の
悪化を抑制しているものと思われる。

【０１６４】（実験２）基板である集電体として電解銅
箔（厚み１８μｍ）を用いる以外は、上記実験１の電池
Ａ１と同様にして、電解銅箔上に微結晶シリコン薄膜
（厚み約１０μｍ）を形成して電極ａ３を作製し、これ
を用いて電池Ａ３を作製した。

【０１６５】また、実験１で用いた圧延銅箔の表面をエ
メリー紙＃４００または＃１２０で１分間研磨処理した
銅箔を作製し、これらの銅箔を基板である集電体として
用いる以外は、上記実験１の電池Ａ１と同様にして、銅
箔上に微結晶シリコン薄膜（厚み約１０μｍ）を形成し
て電極を作製した。エメリー紙＃４００で研磨したもの
を電極ａ４とし、エメリー紙＃１２０で研磨したものを
電極ａ５とした。これらを用いて電池Ａ４及びＡ５を上
記実験１と同様にして作製した。

【０１６６】これらの電池Ａ３〜Ａ５並びに上記実験１
で作製した電池Ａ１及び電池Ｂ１について、上記実験１
と同様の充放電サイクル条件で、充放電サイクル試験を
行い、１０サイクル目の容量維持率を求めた。結果を表
３に示す。なお、表３には、電池Ａ１及び電池Ｂ１の集
電体である銅箔及び電池Ａ３〜Ａ５の集電体である銅箔
の表面粗さＲａ及び局部山頂の平均間隔Ｓを併せて示
す。

【０１６７】銅箔の表面粗さＲａ及び局部山頂の平均間
隔Ｓは、触針式表面形状測定器Ｄｅｋｔａｋ ＳＴ（日
本真空技術社製）を用い、測定距離を２．０ｍｍに設定
して測定した。表面粗さＲａの計算は、たわみ分の補正
後に行った。たわみの補正に用いた補正値は、ローパス
＝２００μｍ、ハイパス＝２０μｍである。表面粗さＲ
ａは自動計算された値であり、局部山頂の平均間隔Ｓは
チャートから読み取った値である。

【０１６８】

【表３】

【０１６９】表３に示す結果から明らかなように、表面
粗さＲａの値が大きな銅箔を集電体として用いた電池Ａ
３〜Ａ５は、表面粗さＲａの値が小さな銅箔を用いた電
池Ａ１に比べ、１０サイクル目の容量維持率が向上して
いることがわかる。これは、表面粗さＲａの値が大きな
銅箔を集電体として用いることにより、集電体と活物質
との密着性が向上し、リチウムを吸蔵・放出する際の活
物質の膨張収縮による活物質の構造変化の影響を低減す
ることができるためであると思われる。

【０１７０】（実験３）上記実験１で作製した電池Ａ１
及び上記実験２で作製した電池Ａ３について、上記実験
１と同様の充放電サイクル条件で、さらに充放電サイク
ル試験を行い、３０サイクル目の容量維持率を求めた。
結果を表４に示す。

【０１７１】

【表４】

【０１７２】表４に示す結果から明らかなように、３０
サイクル目においても、電池Ａ１及び電池Ａ３は良好な
容量維持率を示している。特に、表面粗さＲａの値が大
きな銅箔を集電体として用いた電池Ａ３が良好な容量維
持率を示している。

【０１７３】そこで、電池Ａ３に用いた電極ａ３のシリ
コン薄膜の状態を電子顕微鏡で観察した。先ず、電池に
組み込む前の状態、すなわち充放電前の状態の電極ａ３
を走査型電子顕微鏡で観察した。図２及び図３は、それ
ぞれ充放電前の電極ａ３を示す走査型電子顕微鏡写真
（二次電子像）である。図２の倍率は２０００倍であ
り、図３の倍率は５０００倍である。

【０１７４】サンプルは、電極を樹脂で包埋し、これを
スライスしたものを用いた。図２において上方端部及び
下方端部に観察される層及び図３において上方端部に観
察される層は、この包埋樹脂の層である。

【０１７５】図２及び図３において、やや明るい部分
は、銅箔の部分を示しており、銅箔の上にやや暗い部分
としてシリコン薄膜（厚み約１０μｍ）が形成されてい
る。図２及び図３に示すように、銅箔の表面には凹凸が
形成されており、特に凸部は錐体状になっている。そし
てその上に設けられたシリコン薄膜の表面にも、銅箔の
凹凸と同様の凹凸が形成されている。従って、シリコン
薄膜表面の凹凸は、銅箔表面の凹凸により形成されてい
るものと思われる。

【０１７６】次に、上記の３０サイクル後の電池Ａ３か
ら取り出した電極ａ３について同様にして樹脂で包埋し
て走査型電子顕微鏡で観察した。なお、電極ａ３は放電
後に取り出した。従って、観察した電極ａ３は放電後の
状態のものである。

【０１７７】図４及び図５は、この放電後の電極ａ３を
示す走査型電子顕微鏡写真（二次電子像）である。図４
の倍率は５００倍であり、図５の倍率は２５００倍であ
る。図４及び図５に示すように、シリコン薄膜には、そ
の厚み方向に切れ目が形成され、この切れ目によって、
シリコン薄膜が柱状に分離されていることがわかる。ま
た、切れ目は厚み方向に形成されているが、面方向には
ほとんど形成されておらず、柱状部分の底部は集電体で
ある銅箔と密着していることがわかる。また、柱状部分
の上方部は丸みを帯びた形状であり、充放電前のシリコ
ン薄膜表面の凹凸の谷部から切れ目が形成されているこ
とがわかる。

【０１７８】さらに、充放電後の電極ａ３のシリコン薄
膜の表面を、走査型電子顕微鏡で観察した。図６及び図
７はシリコン薄膜の表面を上方から観察した走査型電子
顕微鏡写真（二次電子像）であり、図６の倍率は１００
０倍、図７の倍率は５０００倍である。図８及び図９
は、シリコン薄膜の表面をやや斜め方向から観察した走
査型電子顕微鏡写真（二次電子像）であり、図８の倍率
は１０００倍、図９の倍率は５０００倍である。

【０１７９】図６〜図９に示すように、シリコン薄膜の
柱状部分の周りには切れ目が形成されており、隣接する
柱状部分との間に隙間が設けられている。このため、充
電の際シリコン薄膜がリチウムを吸蔵し、柱状部分が膨
張してその体積が増加しても、柱状部分の周囲に形成れ
た隙間により、この体積増加を吸収することができるも
のと思われる。また、放電の際にはシリコン薄膜の柱状
部分がリチウムを放出し収縮するため、再び体積が減少
し、柱状部分の周りに隙間が形成されるものと思われ
る。このようなシリコン薄膜の柱状構造により、充放電
の際の活物質の膨張収縮により生ずる応力を緩和し、活
物質であるシリコン薄膜の集電体からの脱落を防ぐこと
ができるものと思われる。

【０１８０】また、シリコン薄膜に切れ目が形成され、
柱状に分離されることにより、電解液との接触面積が大
幅に増加する。また、柱状部分がほぼ同程度の大きさで
それぞれ形成されているので、リチウムの吸蔵・放出を
伴う充放電反応が活物質薄膜内において効率的になされ
るものと思われる。

【０１８１】また、図４及び図５に示すように、シリコ
ン薄膜の各柱状部分は集電体と密着しているので、活物
質が集電体に良好な状態で電気的に接続されており、充
放電反応を効率的に行うことができるものと思われる。

【０１８２】また、図６〜図９に示すように、柱状部分
の上方部は丸みを帯びた形状を有している。従って、電
流の集中が生じ難く、デンドライト状のリチウム金属の
析出反応等を生じ難い電極構造となっている。

【０１８３】図１０は、銅箔上に形成されたシリコン薄
膜に切れ目が形成され、柱状に分離される工程を示す模
式的断面図である。図１０（ａ）に示すように、銅箔１
０の表面１０ａには、凹凸が形成されている。このよう
な凹凸は、表面粗さＲａの値が大きな銅箔程、より大き
な凹凸となる。

【０１８４】図１０（ｂ）は、銅箔１０の凹凸が形成さ
れた表面１０ａの上に、非結晶シリコン薄膜１１を堆積
した状態を示している。シリコン薄膜１１の表面１１ａ
は、銅箔１０の表面１０ａの凹凸の影響を受け、銅箔１
０の表面１０ａの凹凸と同様の凹凸を有している。充放
電前においては、図１０（ｂ）に示すように、シリコン
薄膜１１は連続した薄膜である。このような状態で、充
電を行うと、シリコン薄膜１１中にリチウムが吸蔵さ
れ、シリコン薄膜１１の体積が膨張する。このときのシ
リコン薄膜１１の膨張は、薄膜の面方向及び厚み方向に
共に生じるものと思われるが、その詳細は明らかでな
い。次に、放電反応の際には、シリコン薄膜１１からリ
チウムが放出され、体積が収縮する。このとき、シリコ
ン薄膜１１内では引っ張り応力が生じる。このような応
力は、おそらくシリコン薄膜１１の表面１１ａの凹凸の
谷部１１ｂに集中し、このため、図１０（ｃ）に示すよ
うに、谷部１１ｂを起点として、厚み方向に切れ目１２
が形成されるものと思われる。このように形成された切
れ目１２により、応力が開放され、シリコン薄膜１１が
銅箔１０から剥離することなく、シリコン薄膜１１が収
縮するものと思われる。

【０１８５】以上のようにして柱状に分離されたシリコ
ン薄膜は、その後の充放電サイクルにおいても、上述の
ように、柱状部分の周りに形成された隙間により、活物
質の膨張収縮により生ずる応力が緩和されるため、活物
質が集電体から剥離することなく充放電サイクルを繰り
返すことができるものと思われる。

【０１８６】さらに、上記シリコン薄膜に切れ目が形成
されるメカニズムについて検討するため、電解銅箔上に
膜厚約１０μｍの微結晶シリコン薄膜を形成した電極ａ
３について透過型電子顕微鏡で観察した。図１１は、充
放電前の電極ａ３の断面を示す透過型電子顕微鏡写真
（倍率１２５００倍）である。観察したサンプルは、電
極を樹脂で包埋し、これをスライスしたものを用いた。

【０１８７】図１３は、図１１に示す透過型電子顕微鏡
写真を模式的に示す図である。図１１に示す透過型電子
顕微鏡写真においては、図１３に示すように電解銅箔１
０の表面１０ａ上に、シリコン薄膜１１が形成されてい
る。なお、透過型電子顕微鏡写真においては、シリコン
薄膜１１は銅箔１０よりも明るい部分として示されてい
る。図１１に示されたシリコン薄膜１１を観察すると、
シリコン薄膜１１の表面１１ａの凹凸の谷部１１ｂと、
銅箔１０の表面１０ａの凹凸の谷部１０ｂを結ぶ領域に
より明るい部分が観察される。図１３においては、この
明るい部分をＡ、Ｂ及びＣとして一点鎖線で図示してい
る。特にＡで示す領域において明るい部分がより明確に
観察されている。これらの領域は、シリコン薄膜１１に
おいて密度が低い領域、すなわち低密度領域であると考
えられる。この低密度領域についてさらに詳細に観察す
るため、電極ａ３と同様の条件で電解銅箔上に膜厚約２
μｍの微結晶シリコン薄膜を形成した電極ａ６を作製し
た。

【０１８８】図１２は、この電極ａ６を上記と同様にし
て透過型電子顕微鏡で観察した時の透過型電子顕微鏡写
真である。図１２において、倍率は２５０００倍であ
る。図１４は、図１２に示す透過型電子顕微鏡写真を模
式的に示す図である。図１２から明らかなように、電極
ａ６においても、シリコン薄膜１１の表面１１ａの凹凸
の谷部１１ｂと、銅箔１０の表面１０ａの凹凸の谷部１
０ｂを結ぶ領域Ｄにおいて低密度領域が観察される。さ
らに詳細に図１２の写真を観察すると、図１４において
矢印で示す方向に延びる微細な筋がシリコン薄膜１１中
に観察される。この筋は、おそらくシリコン薄膜の成長
に伴って形成されるものと考えられる。従って、シリコ
ン薄膜１１は、銅箔１０の表面１０ａに対し略垂直方向
に成長するものと考えられる。そして、このような方向
に成長するシリコン薄膜の層は、隣接する銅箔表面の傾
斜面上に堆積し成長する層と領域Ｄの部分で互いにぶつ
かり合い、この結果として領域Ｄの部分に低密度領域が
形成されるものと考えられる。このようなシリコン薄膜
層のぶつかり合いが薄膜形成完了まで続き、低密度領域
がシリコン薄膜の表面まで引き続き形成されるものと思
われる。

【０１８９】図１５は、電極ａ３の表面を上方から観察
した走査型電子顕微鏡写真（二次電子像）である。図１
５に示す電極ａ３は充放電前の状態のものである。図１
５の倍率は１０００倍である。図１５において、明るい
部分はシリコン薄膜表面の凸部であり、その周囲の暗い
部分はシリコン薄膜表面の谷部である。図１５に示すよ
うに、シリコン薄膜表面の谷部は網目状に連なってい
る。従って、シリコン薄膜における上記低密度領域は、
面方向に網目状に連なって形成されていることがわか
る。このような網目状の低密度領域は、図１１及び図１
３に示すように、さらに集電体に向かって厚み方向に延
びている。なお、図１５における暗い部分が切れ目（空
隙）でないことは、図２及び図３に示す走査型電子顕微
鏡写真において厚み方向に切れ目（空隙）が観察されな
いことから明らかである。

【０１９０】図１６は、充放電前の状態の電極ａ６の表
面を上方から観察した走査型電子顕微鏡写真（二次電子
像）であり、倍率は１０００倍である。図１６から明ら
かなように、電極ａ６においても谷部が網目状に連なっ
ており、従って低密度領域が面方向に網目状に連なって
いることがわかる。

【０１９１】図１７は、電極ａ６におけるシリコン薄膜
の深さ方向での構成元素の濃度分布を示す図である。構
成元素の濃度分布は、ＳＩＭＳにより、Ｏ₂ ⁺をスパッタ
源に用いて、銅元素（⁶³Ｃｕ⁺）及びシリコン元素（Ｓ
ｉ²⁺）の濃度を測定することにより行った。図１７にお
いて横軸はシリコン薄膜表面からの深さ（μｍ）を示し
ており、縦軸は各構成元素の強度（カウント数）を示し
ている。

【０１９２】図１７から明らかなように、集電体近傍で
はシリコン薄膜に集電体の成分である銅（Ｃｕ）が拡散
しており、シリコン薄膜の表面に近づくにつれて集電体
の成分である銅（Ｃｕ）の濃度が減少していることがわ
かる。また、銅（Ｃｕ）の濃度が連続的に変化している
ことから、銅（Ｃｕ）が拡散している領域においては、
シリコンと銅の金属間化合物ではなく、シリコンと銅の
固溶体が形成されていることがわかる。

【０１９３】以上のことを考慮すると、充放電によるシ
リコン薄膜の膨張収縮によりシリコン薄膜に厚み方向の
切れ目が形成されるメカニズムは以下の通りであると考
えられる。すなわち、図１０を参照して説明したよう
に、シリコン薄膜の体積の膨張収縮により生じる応力
は、シリコン薄膜表面の凹凸の谷部に集中するととも
に、この谷部から下方の集電体に向かって低密度領域が
予め存在しており、この低密度領域が機械的強度の低い
部分であることから、この低密度領域に沿って切れ目
（空隙）が形成されるものと思われる。

【０１９４】さらに図１７に示すように、シリコン薄膜
中には、集電体の成分である銅元素が拡散しており、し
かも集電体近傍では銅の濃度が高く、シリコン薄膜表面
に近づくにつれて銅の濃度が減少する濃度勾配を有して
いる。従って、集電体近傍ではリチウムと反応しない銅
の濃度が高くなり、リチウムと反応するシリコンの濃度
が小さくなっている。このため、集電体近傍ではリチウ
ムの吸蔵・放出が少なく、従ってシリコン薄膜の膨張収
縮が相対的に小さくなると考えられる。このため、集電
体近傍のシリコン薄膜に生じる応力が小さくなり、集電
体近傍では、シリコン薄膜が集電体から剥離あるいは脱
離するような切れ目（空隙）が生じにくく、シリコン薄
膜の柱状部分の底部は集電体との密着状態を保つことが
できるものと考えられる。

【０１９５】以上のようにして形成される切れ目によっ
て柱状に分離されたシリコン薄膜は、充放電サイクルに
おいても、集電体と強固に密着しており、かつ柱状部分
の周りに形成された隙間により、充放電サイクルに伴う
薄膜の膨張収縮による応力が緩和されるため、優れた充
放電サイクル特性が得られるものと考えられる。

【０１９６】（実験４） 〔電極ａ７の作製〕基板である集電体として、電極ａ３
に用いたのと同様の電解銅箔を用い、この上にＲＦスパ
ッタリング法により非晶質ゲルマニウム薄膜（厚み約２
μｍ）を形成して電極ａ７を作製した。

【０１９７】薄膜形成条件は、ターゲット：ゲルマニウ
ム、スパッタガス（Ａｒ）流量：１００ｓｃｃｍ、基板
温度：室温（加熱なし）、反応圧力０．１Ｐａ、高周波
電力２００Ｗとした。

【０１９８】得られたゲルマニウム薄膜について、ラマ
ン分光分析を行ったところ、２７４ｃｍ^-1近傍のピーク
は検出されたが、３００ｃｍ^-1近傍のピークは検出され
なかった。このことから、得られたゲルマニウム薄膜は
非晶質ゲルマニウム薄膜であることが確認された。

【０１９９】〔電極ａ８の作製〕電極ａ７の集電体と同
様の電解銅箔を用いて、この上に蒸着法により非晶質ゲ
ルマニウム薄膜（厚み約２μｍ）を形成して電極ａ８を
作製した。

【０２００】具体的には、図１８に示す構成の装置を用
い、ゲルマニウム薄膜を基板上に形成した。図１８を参
照して、ＥＣＲプラズマ源８１には、プラズマ発生室８
２が設けられており、プラズマ発生室８２にマイクロ波
電力８５及びＡｒガス８６が供給される。プラズマ発生
室８２にマイクロ波電力８５が供給されると、Ａｒプラ
ズマが発生する。このＡｒプラズマ８３をプラズマ発生
室８２から引き出し、基板８０に照射する。基板８０の
下方には、電子ビーム（ＥＢ）ガン８４が設けられてお
り、電子ビームガン８４からの電子ビームにより、ゲル
マニウム薄膜を基板８０上に堆積することができる。

【０２０１】基板である電解銅箔上にゲルマニウム薄膜
を堆積する前に、Ａｒプラズマを基板上に照射し前処理
を行った。反応室内の真空度を約０．０５Ｐａ（約５×
１０ ^-4Ｔｏｒｒ）とし、Ａｒガス流量を４０ｓｃｃｍと
し、供給するマイクロ波電力を２００ＷとしてＡｒプラ
ズマを基板上に照射した。Ａｒプラズマを照射する際、
基板に−１００Ｖのバイアス電圧を印加した。１５分間
Ａｒプラズマを照射し、前処理を行った。

【０２０２】次に、電子ビームガンにより、蒸着速度１
ｎｍ／秒（１０Å／秒）で、基板上にゲルマニウム薄膜
を堆積させた。基板温度は室温（加熱なし）とした。得
られたゲルマニウム薄膜について、ラマン分光分析を行
ったところ、電極ａ７と同様に、非晶質ゲルマニウム薄
膜であることが確認された。

【０２０３】〔電極ｂ２の作製〕平均粒子径が１０μｍ
のゲルマニウム粉末を用い、ゲルマニウム粉末が８０重
量部、導電材としてのアセチレンブラックが１０重量
部、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレンが１０
重量部となるように混合し、これを直径１７ｍｍの金型
でプレスして加圧成形し、ペレット状の電極ｂ２を作製
した。

【０２０４】〔電池の作製〕上記の電極ａ７、ａ８及び
ｂ２を負極として用い、それ以外は実験１と同様にして
リチウム二次電池を作製した。電極ａ７を負極として用
いたものを電池Ａ７とし、電極ａ８を負極として用いた
ものを電池Ａ８とし、電極ｂ２を負極として用いたもの
を電池Ｂ２とした。

【０２０５】〔充放電サイクル特性の評価〕上記各電池
について、２５℃にて、０．１ｍＡの電流で充電電圧が
４．２Ｖとなるまで充電した後、充電電圧が２．７５Ｖ
となるまで放電し、これを１サイクルの充放電とし、１
０サイクル目の容量維持率を測定した。測定結果を表５
に示す。

【０２０６】

【表５】

【０２０７】表５から明らかなように、集電体上にゲル
マニウム薄膜を形成した本発明の電極を負極として用い
た電池Ａ７及び電池８は、ゲルマニウム粉末を負極材料
として用いた電池Ｂ２に比べ、非常に良好な容量維持率
を示している。

【０２０８】〔電子顕微鏡による観察〕図１９及び図２
０は、充放電前の状態の電極ａ７の断面を示す走査型電
子顕微鏡写真（反射電子像）である。図１９の倍率は２
０００倍であり、図２０の倍率は１００００倍である。

【０２０９】サンプルは、電極を樹脂で包埋し、これを
スライスしたものを用いた。図１９において上方端部及
び下方端部に観察される層及び図２０において上方端部
に観察される層は、この包埋樹脂の層である。

【０２１０】図１９及び図２０において、明るい部分
は、銅箔及びゲルマニウム薄膜であり、明るい部分の表
面の薄い層がゲルマニウム薄膜であり、その下が銅箔で
ある。銅箔の表面には凹凸が形成されており、その上に
設けられたゲルマニウム薄膜の表面にも、銅箔の凹凸と
同様の凹凸が形成されている。従って、ゲルマニウム薄
膜表面の凹凸は銅箔表面の凹凸により形成されたものと
思われる。

【０２１１】図２０において、銅箔の左端の谷部上のゲ
ルマニウム薄膜の領域には、薄膜の厚み方向に延びる暗
い部分が観察される、この部分は、ゲルマニウム薄膜に
おいて密度の低い領域、すなわち低密度領域であると思
われる。

【０２１２】図２１及び図２２は、充放電前の電極ａ８
の断面を示す走査型電子顕微鏡写真（反射電子像）であ
る。図２１の倍率は２０００倍であり、図２２の倍率は
１００００倍である。サンプルは、図１９及び図２０に
示す電極ａ７と同様に、樹脂によって包埋されている。

【０２１３】図２１及び図２２において、明るい部分は
銅箔の部分を示しており、銅箔の上にやや暗い部分とし
てゲルマニウム薄膜（厚み約２μｍ）が形成されてい
る。電極ａ８においても、電極ａ７と同様に、ゲルマニ
ウム薄膜の表面に銅箔と同様の凹凸が形成されている。

【０２１４】図２３及び図２４は、１０サイクル後の電
池Ａ７から取り出した電極ａ７の断面を示す走査型電子
顕微鏡写真（反射電子像）である。また、図２５及び図
２６は、１０サイクル後の電池Ａ８から取り出した電極
ａ８の断面を示す走査型電子顕微鏡写真（反射電子像）
である。いずれのサンプルも、電極を樹脂で包埋し、こ
れをスライスしたものを用いている。図２３及び図２５
の倍率は５００倍であり、図２４及び図２６の倍率は２
５００倍である。

【０２１５】図２３〜図２６において、ゲルマニウム薄
膜の表面に観察される白い部分は、包埋樹脂に埋め込む
際にゲルマニウム薄膜の表面にコートした金である。こ
のように金でコートする理由は、ゲルマニウム薄膜と樹
脂との反応を防ぐこと及び樹脂とゲルマニウム薄膜との
境界を明確にするためである。

【０２１６】図２３〜図２６から明らかなように、ゲル
マニウム薄膜の場合にも、シリコン薄膜と同様に、充放
電によって、薄膜の厚み方向に切れ目が形成され、この
切れ目によって、薄膜が柱状に分離されていることがわ
かる。また、集電体である銅箔とゲルマニウム薄膜との
コントラストの差があまりないため、その境界がわかり
にくくなっているが、注意深く観察すれば、集電体の凸
部に柱状のゲルマニウム薄膜が存在しており、ゲルマニ
ウム薄膜が集電体に密着していることがわかる。

【０２１７】シリコン薄膜の場合と異なり、ゲルマニウ
ム薄膜の場合は、横方向にも切れ目が観察されている
が、このような切れ目は、断面観察のためにゲルマニウ
ム薄膜を研磨した際に発生した可能性がある。

【０２１８】また、ゲルマニウム薄膜の場合、柱状部分
の間の切れ目（空隙）の幅がシリコン薄膜に比べ大きく
なっている。これは、充放電後の柱状部分の高さが約６
μｍであり、充放電前の膜厚２μｍの３倍程度に高くな
っていることから、充電によってリチウムを吸蔵し膨張
した薄膜が、放電によって収縮する際、横方向、すなわ
ち面方向に主に収縮し、厚み方向の収縮率が小さいた
め、柱状部分の間の切れ目（隙間）の幅が大きくなるこ
とによるものと思われる。

【０２１９】図２７及び図２８は、充放電後の電極ａ７
のゲルマニウム薄膜の表面を、上方から観察した走査型
電子顕微鏡写真（二次電子像）であり、図２７の倍率は
１０００倍、図２８の倍率は５０００倍である。図２９
及び図３０は、充放電後の電極ａ７のゲルマニウム薄膜
の表面をやや斜め方向から観察した走査型電子顕微鏡写
真（二次電子像）であり、図２９の倍率は１０００倍、
図３０の倍率は５０００倍である。

【０２２０】図３１及び図３２は、充放電後の電極ａ８
のゲルマニウム薄膜の表面を上方から観察した走査型電
子顕微鏡写真（二次電子像）であり、図３１の倍率は１
０００倍、図３２の倍率は５０００倍である。図３３及
び図３４は、充放電後の電極ａ８のゲルマニウム薄膜の
表面をやや斜め方向から観察した走査型電子顕微鏡写真
（二次電子像）であり、図３３の倍率は１０００倍、図
３４の倍率は５０００倍である。

【０２２１】図２７〜図３４に示すように、ゲルマニウ
ム薄膜の柱状部分の周りには切れ目（空隙）が形成され
ており、隣接する柱状部分との間に隙間が設けられてい
る。このため、上述のシリコン薄膜と同様に、充放電の
際の活物質の膨張収縮による応力を緩和することができ
るものと思われる。

【０２２２】図３５は、充放電前の電極ａ７のゲルマニ
ウム薄膜の表面を上方から観察した走査型電子顕微鏡写
真（二次電子像）である。図３６は、充放電前の電極ａ
８のゲルマニウム薄膜の表面を上方から観察した走査型
電子顕微鏡写真（二次電子像）である。図３５及び図３
６の倍率は、１０００倍である。

【０２２３】図３５及び図３６に示すように、ゲルマニ
ウム薄膜の表面には、下地の電解銅箔の凹凸に沿った凹
凸が形成されている。ゲルマニウム薄膜の谷部は網目状
に連なっている。このような谷部の厚み方向に沿って切
れ目（空隙）が形成され、ゲルマニウム薄膜の柱状部分
が形成されることがわかる。

【０２２４】〔ＳＩＭＳによる深さ方向の濃度分布の分
析〕図３７は、電池に組み込む前、すなわち充放電前の
電極ａ７における深さ方向の構成元素の濃度分布を示す
図である。図３８は、同様に、充放電前の電極ａ８にお
ける深さ方向の構成元素の濃度分布を示す図である。構
成元素の濃度分布は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）
により、Ｏ₂ ⁺をスパッタ源に用いて、銅元素（⁶³Ｃ
ｕ^-）及びゲルマニウム元素（⁷³Ｇｅ^-）の濃度を、薄膜
表面から深さ方向に測定することにより行った。横軸は
ゲルマニウム薄膜の表面からの深さ（μｍ）を示してお
り、縦軸は各構成元素の強度（カウント数）を示してい
る。

【０２２５】図３７及び図３８から明らかなように、集
電体近傍では、ゲルマニウム薄膜に集電体成分である銅
（Ｃｕ）が拡散しており、ゲルマニウム薄膜の表面に近
づくにつれて集電体成分である銅（Ｃｕ）が減少してい
ることがわかる。

【０２２６】以上のように、ゲルマニウム薄膜中には、
集電体の成分である銅元素が拡散しており、しかも集電
体近傍では銅の濃度が高く、ゲルマニウム薄膜表面に近
づくにつれて銅の濃度が減少する濃度勾配を有してい
る。従って、集電体近傍ではリチウムと反応しない銅の
濃度が高くなり、リチウムと反応するゲルマニウムの濃
度が小さくなっている。このため、集電体近傍ではリチ
ウムの吸蔵・放出が少なく、従ってゲルマニウム薄膜の
膨張収縮が相対的に小さくなると考えられる。このた
め、集電体近傍のゲルマニウム薄膜に生じる応力が小さ
くなり、集電体近傍では、ゲルマニウム薄膜が集電体か
ら剥離あるいは脱離するような切れ目（空隙）が生じに
くく、ゲルマニウム薄膜の柱状部分の底部は集電体と密
着状態を保つことができるものと考えられる。

【０２２７】以上のように、柱状に分離されたゲルマニ
ウム薄膜は、充放電サイクルにおいても、集電体と強固
に密着しており、かつ柱状部分の周りに形成された隙間
により、充放電サイクルに伴う薄膜の膨張収縮による応
力が緩和されるため、優れた充放電サイクル特性が得ら
れるものと考えられる。

【０２２８】（実験５） 〔電極ａ９の作製〕基板である集電体として電解銅箔
（厚み１８μｍ）を用い、ＲＦスパッタリング法により
この電解銅箔の上にシリコン薄膜を形成した。ＲＦスパ
ッタリングの条件は、スパッタガス（Ａｒ）流量：１０
０ｓｃｃｍ、基板温度：室温（加熱なし）、反応圧力：
０．１Ｐａ（１．０×１０^-3Ｔｏｒｒ）、高周波電力：
２００Ｗの条件とした。シリコン薄膜は、その厚みが約
２μｍとなるまで堆積させた。

【０２２９】得られたシリコン薄膜について、ラマン分
光分析を行ったところ、４８０ｃｍ ^-1近傍のピークは検
出されたが、５２０ｃｍ^-1近傍のピークは検出されなか
った。このことから、得られたシリコン薄膜は非晶質シ
リコン薄膜であることがわかる。

【０２３０】この非晶質シリコン薄膜を形成した電解銅
箔を２ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り出し、電極ａ９を作
製した。用いた電解銅箔の表面粗さＲａ及び局部山頂の
平均間隔Ｓを、触針式表面形状測定器Ｄｅｋｔａｔ³Ｓ
Ｔ（日本真空技術社製）を用い、測定距離を２．０ｍｍ
に設定して測定した。表面粗さＲａは０．１８８μｍで
あり、局部山頂の平均間隔Ｓは１１μｍであった。

【０２３１】〔電極ａ１０の作製〕基板である集電体と
して、上記電極ａ９の作製に用いた電解銅箔と同じもの
を用い、シリコン薄膜の厚みを約２μｍとする以外は、
上記実験１の電極ａ１と同じ条件でシリコン薄膜を電解
銅箔上に形成し、上記電極ａ９と同様にして電極ａ１０
を作製した。

【０２３２】得られたシリコン薄膜について、ラマン分
光分析を行ったところ、４８０ｃｍ ^-1近傍のピークと、
５２０ｃｍ^-1近傍のピークの両方が検出された。従っ
て、得られたシリコン薄膜は微結晶シリコン薄膜であ
る。

【０２３３】〔比較電極ｂ３の作製〕基板である集電体
として、上記実験１において用いた圧延銅箔を用い、電
極ａ９の作製と同様に、ＲＦスパッタリング法により非
晶質シリコン薄膜（厚み約２μｍ）を形成した。

【０２３４】次に、得られた非晶質シリコン薄膜に対
し、６５０℃、１時間のアニール処理を施した。アニー
ル処理後のシリコン薄膜について、ラマン分光分析を行
ったところ、４８０ｃｍ^-1近傍のピークが消失し、５２
０ｃｍ^-1近傍のピークのみが検出された。従って、アニ
ール処理により多結晶シリコン薄膜が形成されているこ
とが確認された。

【０２３５】この圧延銅箔上に形成された多結晶シリコ
ン薄膜を用いて、上記電極ａ９と同様にして電極ｂ３を
作製した。圧延銅箔について、上記と同様にして表面粗
さＲａ及び局部山頂の平均間隔Ｓを測定したところ、表
面粗さＲａは０．０３７μｍであり、局部山頂の平均間
隔Ｓは１４μｍであった。

【０２３６】〔充放電特性の測定〕上記で得られた電極
ａ９、電極ａ１０及び電極ｂ３を作用極として用い、対
極及び参照極を金属リチウムとした試験セルを作製し
た。電解液としては、上記実験１で作製したものと同じ
ものを用いた。なお、単極の試験セルでは作用極の還元
を充電とし、酸化を放電としている。

【０２３７】上記の各試験セルを、２５℃にて、０．５
ｍＡの定電流で、参照極を基準とする電位が０Ｖに達す
るまで充電した後、２Ｖに達するまで放電を行った。こ
れを１サイクルの充放電とし、１サイクル目及び５サイ
クル目の放電容量及び充放電効率を測定した。結果を表
６に示す。

【０２３８】

【表６】

【０２３９】表６に示す結果から明らかなように、本発
明に従い非晶質シリコン薄膜を電極活物質とした電極ａ
９及び微結晶シリコン薄膜を電極活物質とした電極ａ１
０は、多結晶シリコン薄膜を電極活物質とした比較電極
ｂ３に比べ、高い放電容量を示すと共に、５サイクル目
においても良好な充放電効率を示している。

【０２４０】（実験６） ＜実施例１〜７及び比較例１〜２＞ 〔集電体の作製〕基板となる集電体として、表７に示す
サンプル１〜４を用いた。サンプル１は、電極ｂ３にお
いて集電体として用いた圧電銅箔と同様のものである。
サンプル２〜４は、圧延銅箔の表面を、エメリーペーパ
ーの＃１００、＃４００、＃１０００で研磨して粗面化
した後、純水で洗浄し乾燥させたものである。

【０２４１】

【表７】

【０２４２】上記の銅箔を基板として用い、表８〜表１
０に示す条件で、ＲＦアルゴンスパッタリング装置を用
いて、基板上にシリコン薄膜を堆積させた。比較例２に
ついては、薄膜形成後、熱処理（アニール処理）を行っ
た。なお、実施例１〜７及び比較例１については、薄膜
形成前に基板に対して前処理を行った。前処理は、別に
設けたプラズマ源で、ＥＣＲアルゴンプラズマを発生さ
せ、マイクロ波電力２００Ｗ、アルゴンガス分圧０．０
６Ｐａで１０分間、基板に照射することにより行った。
シリコン薄膜について、ラマン分光分析を行い、結晶性
を同定した。結果を表８〜表１０に示す。

【０２４３】〔充放電特性の測定〕実施例１〜７及び比
較例１〜２の銅箔上に形成されたシリコン薄膜を、２ｃ
ｍ×２ｃｍの大きさに切り出し、上記実験５と同様にし
て、試験セルを作製した。各試験セルについて、上記実
験５と同様にして充放電試験を行い、１サイクル目、５
サイクル目、及び２０サイクル目の放電容量及び充放電
効率を測定した。結果を表８〜表１０に示す。

【０２４４】

【表８】

【０２４５】

【表９】

【０２４６】

【表１０】

【０２４７】表８〜表１０に示す結果から明らかなよう
に、本発明に従い非晶質シリコン薄膜を電極活物質とし
た実施例１〜７においては、多結晶シリコン薄膜を電極
活物質とした比較例１〜２に比べ、高い放電容量が得ら
れるとともに、良好な充放電サイクル特性が得られてい
る。

【０２４８】（実験７）電解銅箔（厚み１８μｍ、表面
粗さＲａ＝０．１８８μｍ、平均間隔Ｓ＝６μｍ）の上
に、ＲＦスパッタリング法により非晶質シリコン薄膜
（厚み約３μｍ）を形成して電極ａ１１を作製した。な
お、薄膜形成条件は、ターゲット：単結晶シリコン、ス
パッタガス（Ａｒ）流量：１００ｓｃｃｍ、基板温度：
室温（加熱なし）、反応圧力：０．１Ｐａ、高周波電
力：２００Ｗとした。

【０２４９】得られたシリコン薄膜について、ラマン分
光分析を行ったところ、４８０ｃｍ ^-1近傍のピークは検
出されたが、５２０ｃｍ^-1近傍のピークは検出されなか
った。このことから、得られたシリコン薄膜は非晶質シ
リコン薄膜であることがわかる。

【０２５０】得られた電極ａ１１を用い、上記実験１と
同様にして電池Ａ１１を作製し、上記実験１と同様の充
放電サイクル条件で、充放電サイクル試験を行い、３０
サイクル目の容量維持率を求めた。結果を表１１に示
す。なお、表１１には、電池Ａ１及び電池Ａ３の結果も
併せて示す。

【０２５１】

【表１１】

【０２５２】表１１に示す結果から明らかなように、Ｒ
Ｆスパッタリング法により形成した非晶質シリコン薄膜
を活物質として用いた電池Ａ１１も、微結晶シリコン薄
膜を活物質として用いた電池Ａ１及びＡ３と同様に、良
好な容量維持率を示している。

【０２５３】電極ａ１１のシリコン薄膜の状態を電子顕
微鏡で観察した。まず、充放電前の状態の電極ａ１１の
断面を走査型電子顕微鏡で観察した。図３９及び図４０
は、それぞれ充放電前の電極ａ１１の断面を示す走査型
電子顕微鏡写真（二次電子像）である。図３９の倍率は
２０００倍であり、図４０の倍率は１００００倍であ
る。なお、サンプルは図２及び図３のサンプルと同様
に、電極を樹脂で包埋し、これをスライスしたものを用
いた。

【０２５４】図３９及び図４０において、やや明るい部
分は、電解銅箔の部分を示しており、銅箔の上にやや暗
い部分としてシリコン薄膜（厚み約３μｍ）が示されて
いる。図３９及び図４０に示すように、電解銅箔の表面
には凹凸が形成されており、凸部は錐体状の形状を有し
ている。その上に設けられたシリコン薄膜の表面にも、
銅箔の凹凸と同様の凹凸が形成されており、凸部は錐体
状の形状を有している。従って、シリコン薄膜表面の凹
凸は、銅箔表面の凹凸により形成されている。

【０２５５】図４１は、電極ａ１１のシリコン薄膜の表
面を示す走査型電子顕微鏡写真（二次電子像）であり、
倍率は１０００倍である。図４１に示すように、シリコ
ン薄膜の表面には、多数の凸部が形成されている。この
凸部は、図３９及び図４０に示すように、銅箔表面の凸
部に対応して形成されている。

【０２５６】図４２は、上記充放電試験の３０サイクル
後の電池Ａ１１から取り出した電極ａ１１のシリコン薄
膜の表面を示す走査型電子顕微鏡写真（二次電子像）で
ある。図４２に示す写真の倍率は１０００倍である。

【０２５７】図４２に示すように、シリコン薄膜には、
その厚み方向に切れ目（隙間）が形成され、この切れ目
（隙間）によって、シリコン薄膜が柱状に分離されてい
る。図６〜図９に示すシリコン薄膜では、柱状部分が薄
膜表面の１つの凸部を含むように切れ目が形成されてい
るのに対し、図４２に示すシリコン薄膜では、柱状部分
が薄膜表面の複数の凸部を含むように切れ目が形成され
ていることがわかる。また、切れ目（隙間）の幅も、図
６〜図９に示すシリコン薄膜に比べ大きいことがわか
る。

【０２５８】電池Ａ１１は、電池Ａ３と同様の良好な容
量維持率を示している。従って、図４２に示すように、
薄膜表面の複数の凸部を含むように柱状部分が形成され
る場合であっても、柱状部分の周りに形成された隙間に
より、活物質の膨張収縮による応力が緩和されるため、
活物質が集電体から剥離することなく、充放電サイクル
を繰り返すことができるものと思われる。

【０２５９】（実験８）実験１における電極ａ１を作製
したのと同一の薄膜形成条件で、圧延銅箔及び電解銅箔
（厚み１８μｍ）の上にそれぞれ膜厚約２μｍの微結晶
シリコン薄膜を形成した。次に、得られたサンプルを直
径１７ｍｍとなるように打ち抜き、圧延銅箔上に形成し
たものを電極ｃ１とし、電解銅箔上に形成したものを電
極ｃ３とした。電極ｃ１及び電極ｃ３と同じものを実験
１における電極ａ２と同様に４００℃で３時間熱処理
し、それぞれ電極ｃ２及び電極ｃ４とした。

【０２６０】上記の電極ｃ１〜ｃ４を負極として用いる
以外は、上記実験１と同様にしてリチウム二次電池を作
製し、電池Ｃ１〜Ｃ４とした。これらの電池について、
上記実験１と同様にして充放電サイクル寿命特性を測定
した。また、実験１と同様に、各電極のシリコン薄膜の
水素含有量、ラマン分光分析におけるピーク強度比（４
８０ｃｍ^-1／５２０ｃｍ^-1）、及び結晶粒径を測定し、
結果を表１２に示した。

【０２６１】

【表１２】

【０２６２】表１２に示す結果から明らかなように、微
結晶シリコン薄膜の膜厚を約２μｍとした電池Ｃ１〜Ｃ
４においても、著しく高い容量維持率が得られている。
次に、圧延銅箔上に微結晶シリコン薄膜を形成した電極
ｃ１を厚み方向にスライスし、顕微鏡観察用サンプルと
し、これを透過型電子顕微鏡で観察した。

【０２６３】図４３及び図４４は、電極ｃ１における銅
箔とシリコン薄膜の界面付近を示す透過型電子顕微鏡写
真であり、図４３は倍率５０万倍であり、図４４は倍率
１００万倍である。それぞれの写真において、下方は銅
箔側であり、上方はシリコン薄膜側である。

【０２６４】図４３及び図４４において、下方の明るい
部分は銅箔部分であると思われるが、銅箔とシリコン薄
膜の界面付近では、上方に向かって徐々に暗くなってい
る。この部分（約３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度）は、銅箔
の銅とシリコンとが特に多く混合した混合層の一部であ
ると考えられる。この混合層においては、シリコン（Ｓ
ｉ）と銅（Ｃｕ）とが合金化していると考えられる。ま
た、図４３及び図４４に示されるように、この混合層と
思われる部分と銅箔との界面付近には、粒子状の部分が
観察され、この粒子状部分では、銅（Ｃｕ）のシリコン
（Ｓｉ）への拡散による凹凸がその界面において認めら
れる。

【０２６５】次に、混合層の深さ方向における構成元素
の濃度分布を測定するため、ＳＩＭＳにより、Ｏ₂ ⁺をス
パッタ源に用いて、銅元素（⁶³Ｃｕ⁺）及び水素元素（¹
Ｈ⁺）の濃度を測定した。図４５は、混合層の深さ方向
における各構成元素の濃度分布を示しており、横軸は深
さ（μｍ）を示しており、縦軸は原子密度（個／ｃ
ｍ ³）を示している。

【０２６６】図４５に示すように、混合層においては、
深くなるにつれて、すなわち銅箔に近づくにつれて銅
（Ｃｕ）の濃度が増加している。ここで、シリコン薄膜
中において集電体材料が１％（原子密度で１０²⁰個／ｃ
ｍ³）以上含まれている層を混合層とすると、深さ１．
９μｍ程度の部分から２．７μｍ程度の部分まで混合層
が存在することがわかる。

【０２６７】次に、電解銅箔上に膜厚約２μｍの微結晶
シリコン薄膜を形成した電極ｃ３について、上記と同様
にしてＳＩＭＳにより混合層の深さ方向における各構成
元素の濃度を測定した。図４６は、この結果を示してい
る。図４６に示すように、電極ｃ３においては、シリコ
ン薄膜の表面において既に銅（Ｃｕ）の原子密度が１０
²⁰個／ｃｍ³以上となっており、銅（Ｃｕ）がシリコン
薄膜の表面まで拡散し、シリコン薄膜全体が混合層にな
っていることがわかる。また、この電極ｃ３を用いた電
池Ｃ３は良好な充放電サイクル特性を示しており、シリ
コン薄膜全体が混合層となっても電極活物質として作用
していることがわかる。

【０２６８】図４５及び図４６から明らかなように、シ
リコン薄膜中における銅（Ｃｕ）の濃度は連続的に変化
している。従って、シリコン薄膜中において、銅元素は
シリコンとの金属間化合物を形成するのではなく、シリ
コンとの固溶体を形成していることがわかる。

【０２６９】以上のように、銅箔とシリコン薄膜の界面
には、銅箔の銅とシリコン薄膜のシリコンとが混合した
混合層が形成されていることが確認された。このような
混合層の存在により、シリコン薄膜の銅箔に対する密着
性が高められ、充放電によりシリコン薄膜が膨張収縮し
ても、シリコン薄膜が集電体である銅箔から剥離するこ
となく、良好な充放電サイクル特性が得られるものと思
われる。

【０２７０】（実験Ａ）本発明のリチウム電池用電極に
おいては、リチウムの吸蔵・放出により活物質薄膜が膨
張・収縮するため、充放電反応に伴い集電体に応力が生
じる。このような応力により、電極集電体に不可逆的、
すなわち塑性変形によるしわが発生する。このしわの発
生は、結果的に電池の体積増加と電極での反応の不均一
性をもたらし、エネルギー密度を低下させる原因とな
る。そこで負極集電体である電解銅箔の厚みを変化さ
せ、負極集電体の引張強度と、電極に発生するしわとの
関係について以下検討した。

【０２７１】〔負極の作製〕電解銅箔としては、厚みが
１２μｍ、１８μｍ、３５μｍ、及び７０μｍの４種類
の電解銅箔を用いた。なお、負極集電体である電解銅箔
の厚みはマイクロメーターを用いて測定した。これらの
集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）は、（集電体材料の断面
積当りの引張強さ：Ｎ／ｍｍ²）×（集電体の厚み：ｍ
ｍ）により求めることができる。なお、銅の断面積当り
の引張強さは、２１２．７Ｎ／ｍｍ²（２１．７ｋｇｆ
／ｍｍ²、「改訂２版金属データブック」丸善株式会社
発行）として計算している。

【０２７２】上記の電解銅箔の上に、それぞれＡｒ雰囲
気中でのＲＦスパッタリング法によりシリコン薄膜を形
成した。薄膜形成条件は、ターゲット：単結晶シリコ
ン、高周波電力：３５０Ｗ、Ａｒガス流量：１００ｓｃ
ｃｍ、チャンバー内圧力：０．１Ｐａ、基板温度：室温
（加熱なし）とした。

【０２７３】上記の薄膜形成条件で形成したシリコン薄
膜は、ラマン分光分析の結果、非晶質シリコン薄膜であ
ることがわかった。シリコン薄膜の厚みは、いずれも
３．４μｍであった。シリコン薄膜の厚みは、チャンバ
ー内に、シリコン薄膜を形成する電解銅箔と共に、シリ
コン基板を設置しておき、シリコン基板上に形成された
シリコン薄膜の厚みを表面粗さ計で測定することにより
求めた。具体的には、シリコン薄膜のエッジの部分を表
面粗さ計で触針し、シリコン薄膜のエッジ部分の段差の
高さを測定することにより求めた。

【０２７４】シリコン薄膜は、銅箔上の２．５ｃｍ×
２．５ｃｍの領域に、マスクを用いて限定的に形成し
た。シリコン薄膜が形成されていない銅箔の上に負極タ
ブを取り付け、負極を完成した。

【０２７５】〔正極の作製〕実験１の正極の作製で得ら
れたＬｉＣｏＯ₂粉末を用いて正極を作製した。具体的
には、ＬｉＣｏＯ₂粉末９０重量部、及び導電材として
の人造黒鉛粉末５重量部を、結着剤としてのポリテトラ
フルオロエチレンを５重量部含む５重量％のＮ−メチル
ピロリドン水溶液に混合し、正極合剤スラリーとした。
このスラリーをドクターブレード法により、正極集電体
であるアルミニウム箔（厚み１８μｍ）の２ｃｍ×２ｃ
ｍの領域の上に塗布した後乾燥し、正極活物質層を形成
した。スラリーの塗布量としては、正極容量が１５．７
５ｍＡｈとなるように調整した。正極活物質層を塗布し
なかったアルミニウム箔の領域の上に正極タブを取り付
け、正極を完成した。

【０２７６】〔電解液の作製〕エチレンカーボネートと
ジメチルカーボネートとの等体積混合溶媒に、ＬｉＰＦ
₆を１モル／リットル溶解して電解液を調製し、これを
以下の電池の作製において用いた。

【０２７７】〔電池の作製〕図４７は、作製したリチウ
ム二次電池を示す斜視図である。図４８は、作製したリ
チウム二次電池を示す断面模式図である。図４８に示す
ように、アルミラミネートフィルムからなる外装体４０
内に、正極及び負極が挿入されている。負極集電体３１
の上には負極活物質としてのシリコン薄膜３２が設けら
れており、正極集電体３３の上には正極活物質層３４が
設けられている。シリコン薄膜３２と正極活物質層３４
は、セパレーター３５を介して対向するように配置され
ている。外装体４０内には、上記の電解液３６が注入さ
れている。外装体４０の端部は溶着により封口されてお
り、封口部４０ａが形成されている。負極集電体３１に
取り付けられた負極タブ３７は、この封口部４０ａを通
り外部に取り出されている。なお、図４８に図示されな
いが、正極集電体３３に取り付けられた正極タブ３８
も、同様に封口部４０ａを通り外部に取り出されてい
る。

【０２７８】〔充放電サイクル試験〕上記のようにして
作製したリチウム二次電池について、充放電サイクル試
験を行った。充放電の条件は、充電電流９ｍＡで充電終
止容量９ｍＡｈとなるまで充電した後、放電電流９ｍＡ
で放電終止電圧２．７５Ｖとなるまで放電し、これを１
サイクルの充放電として、各電池について１０サイクル
目までの充放電効率を求めた。なお、厚みの異なる銅箔
を用いた各電池についてそれぞれサンプルを３個（１Ｃ
−１、１Ｃ−２、及び１Ｃ−３）作製し、測定した。結
果を図４９に示す。

【０２７９】図４９に示すように、銅箔の厚みの違いに
よる充放電サイクル特性への影響は特に認められず、い
ずれの厚みの銅箔を用いた場合にも良好な充放電サイク
ル特性が得られている。

【０２８０】更に、１０サイクル後、各電池から負極を
取り出し、負極の状態を観察した。図５０及び図５１
は、シリコン薄膜を形成した負極表面の状態を示してお
り、図５２及び図５３は、シリコン薄膜を形成していな
い負極裏面の状態を示している。なお、図５０〜図５３
において、「１２」、「１８」、「３５」、及び「７
０」は、それぞれ銅箔の厚みを示している。

【０２８１】図５２及び図５３から明らかなように、充
放電反応後において、厚み１２μｍの銅箔を用いた電極
では多数のしわが観察される。これに対し、厚み１８μ
ｍの銅箔を用いた電極においては、若干のしわが認めら
れ、厚み３５μｍ及び７０μｍの銅箔を用いた電極にお
いては、ほとんどしわが観察されていない。これらの結
果をまとめると、表１３に示す通りとなる。表１３にお
ける評価は、以下の基準で行っている。

【０２８２】 ×：多数のしわが認められる。 ○：若干のしわが認められる。 ◎：ほとんどしわが認められない。

【０２８３】

【表１３】

【０２８４】表１３から明らかなように、集電体の引張
強度が３．８２Ｎ／ｍｍ以上になると、急激に電極に発
生するしわが少なくなり、７．４４Ｎ／ｍｍ以上になる
と、しわがほとんど認められなくなることがわかる。ま
た、シリコン薄膜の厚み／集電体の厚みの比が０．１９
以下になると急激に電極に発生するしわが少なくなり、
０．１０以下になるとしわがほとんど認められなくなる
ことがわかる。これは、集電体が一定の引張強度以上と
なると、活物質薄膜の膨張・収縮による応力が、おおむ
ね集電体の弾性変形で緩和されるためと考えられる。

【０２８５】（実験Ｂ）次に、負極集電体である電解銅
箔の上に形成するシリコン薄膜の厚みを変化させ、シリ
コン薄膜の厚み１μｍあたりの負極集電体の引張強度
と、電極に発生するしわとの関係について検討した。

【０２８６】〔負極の作製〕負極集電体としては、厚み
が１８μｍの電解銅箔を用いた。なお、電解銅箔の厚み
は、実験Ａと同様に、マイクロメーターを用いて測定し
た。また、集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）も、実験Ａと
同様にして求めた。

【０２８７】上記の電解銅箔の上に、実験Ａと同様の薄
膜形成条件で、非晶質シリコン薄膜を形成した。シリコ
ン薄膜の厚みとしては、０．９μｍ、１．８μｍ、及び
３．６μｍの３種類のものを形成した。シリコン薄膜の
厚みは、実験Ａと同様にして求めた。実験Ａと同様にし
て、負極タブを銅箔の上に取り付け、負極を完成した。

【０２８８】〔電池の作製〕実験Ａと同様にして、正極
及び電解液を作製し、実験Ａと同様にしてリチウム二次
電池を作製した。

【０２８９】〔充放電サイクル試験〕上記のようにして
作製した、シリコン薄膜の厚みが異なる負極を用いた各
リチウム二次電池について、実験Ａと同様の条件で充放
電サイクル試験を行った。各電池についての３０サイク
ル目までの充放電効率を求めた。なお、シリコン薄膜の
厚みの異なる負極を用いた各電池について、それぞれサ
ンプルを３個作製し、測定した。結果を図５４に示す。
図５４における「０．９μｍ」、「１．８μｍ」、及び
「３．６μｍ」は、いずれもシリコン薄膜の厚みを示し
ており、各サイクルにおける充放電効率は、サンプル３
個の平均値である。

【０２９０】図５４から明らかなように、シリコン薄膜
の厚みの違いによる充放電サイクル特性への影響は特に
認められず、いずれの厚みのシリコン薄膜を用いた場合
にも良好な充放電サイクル特性が得られている。

【０２９１】更に、１０サイクル充放電した後、すなわ
ち４０サイクル後、各電池から電極を取り出し、負極の
状態を観察した。図５５は、負極裏面の状態、すなわち
シリコン薄膜を形成していない面の状態を示している。
なお、図５５において、「０．９」、「１．８」、及び
「３．６」は、それぞれシリコン薄膜の厚みを示してい
る。

【０２９２】図５５から明らかなように、充放電反応後
において、厚み３．６μｍのシリコン薄膜を形成した電
極では多数のしわが観察されている。これに対し、厚み
１．８μｍのシリコン薄膜を形成した電極においては、
若干のしわが認められ、厚み０．９μｍのシリコン薄膜
を形成した電極においては、ほとんどしわが観察されて
いない。これらの結果をまとめると、表１４に示す通り
となる。表１４における評価は、表１３における評価と
同様の基準で行っている。

【０２９３】

【表１４】

【０２９４】さらに、実験Ａの表１３に示す結果と併
せ、シリコン薄膜１μｍあたりの集電体の引張強度の順
に並べ替えたものを表１５として示す。

【０２９５】

【表１５】

【０２９６】表１５から明らかなように、シリコン薄膜
１μｍあたりの集電体の引張強度が１．１２Ｎ／ｍｍ以
上になると、急激に電極に発生するしわが少なくなるこ
とがわかる。また、表１５に示す結果から、シリコン薄
膜の厚み１μｍあたりの負極集電体の引張強度が２．１
８Ｎ／ｍｍ以上になると、さらに発生するしわが少なく
なり、ほとんどしわが認められなくなることがわかる。
また、図５３に示す「３５」と図５５に示す「０．９」
とをさらに詳細に比較すると、どちらも「◎」の評価で
あるが、図５５に示す「０．９」の方がしわが少なくな
っている。このことから、シリコン薄膜の厚み１μｍあ
たりの負極集電体の引張強度が４．２５Ｎ／ｍｍ以上に
なると、さらに発生するしわが少なくなることがわか
る。

【０２９７】上記と同様にして、シリコン薄膜の厚み／
集電体の厚みの比の観点からみると、この比が０．１９
以下であると急激に発生するしわが少なくなり、０．０
９８以下になるとさらに少なくなり、０．０５以下にな
るとさらにしわが少なくなることがわかる。

【０２９８】以上のことより、活物質薄膜の厚み１μｍ
あたりの負極集電体の引張強度が一定の値以上になる
と、活物質薄膜の膨張・収縮による応力が、集電体の弾
性変形によってほぼ緩和されるため、しわの発生が少な
くなると考えられる。同様に、負極集電体の厚みに対す
る活物質薄膜の厚みの比が一定の値以下になると、活物
質薄膜の膨張・収縮による応力が、集電体の弾性変形に
よってほぼ緩和されるため、しわの発生が少なくなると
考えられる。

【０２９９】以下、本発明の第５の局面に従う実施例を
説明する。 （実施例Ａ） 〔負極の作製〕図５６及び図５８に示すような負極２０
を作製した。図５６は平面図であり、図５８は側面図で
ある。図５８に示すように、電解銅箔２１の一方の面２
１ａの上に微結晶シリコン薄膜２２ａを形成し、他方の
面２１ｂの上に微結晶シリコン薄膜２２ｂを形成した。

【０３００】電解銅箔２１は、圧延銅箔を電解液中に浸
漬し、その両面に電解法により銅を析出させて両面を粗
面化した銅箔である。電解銅箔２１の大きさは２０ｍｍ
×３０ｍｍであり、微結晶シリコン薄膜２２ａ及び２２
ｂを形成した領域の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍであ
る。電解銅箔２１の厚みは１８μｍであり、微結晶シリ
コン薄膜２２ａ及び２２ｂの厚みはそれぞれ約５μｍで
ある。電解銅箔２１の表面２１ａ及び２１ｂの表面粗さ
Ｒａは０．２０μｍであり、局部山頂の平均間隔Ｓは１
０μｍである。

【０３０１】微結晶シリコン薄膜２２ａ及び２２ｂは、
プラズマＣＶＤ法により形成した。原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ₄）ガスを用い、キャリアガスとして水素
（Ｈ₂）ガスを用いた。薄膜形成条件は、ＳｉＨ₄流量：
１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス流量：２００ｓｃｃｍ、基板温
度：１８０℃、反応圧力４０Ｐａ、高周波電力：５５５
Ｗとした。

【０３０２】図５６及び図５８に示すように、微結晶シ
リコン薄膜２２ａ及び２２ｂが形成されていない電解銅
箔２１の表面２１ａの領域上に、ニッケル製のタブ２３
を取り付け、負極電極を完成した。

【０３０３】〔正極の作製〕図５７に示すような正極２
５を作製した。図５７に示すように、集電体であるアル
ミニウム箔２６の上に、ＬｉＣｏＯ₂正極合剤スラリー
を塗布した後乾燥し、正極活物質層２７ａ及び２７ｂを
形成した。アルミニウム箔２６としては、大きさ２０ｍ
ｍ×６０ｍｍのものを用いた。正極活物質層２７ａ及び
２７ｂの形成面積は、それぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍとし
た。正極合剤スラリーは以下のようにして調製した。

【０３０４】出発原料として、Ｌｉ₂ＣＯ₃及びＣｏＣＯ
₃を用いて、Ｌｉ：Ｃｏの原子比が１：１となるように
秤量して乳鉢で混合し、これを直径１７ｍｍの金型でプ
レスし加圧成形した後、空気中において８００℃で２４
時間焼成し、ＬｉＣｏＯ₂の焼成体を得た。これを乳鉢
で平均粒子径２０μｍとなるまで粉砕した。

【０３０５】得られたＬｉＣｏＯ₂粉末９０重量部、及
び導電材としての人造黒鉛粉末５重量部を、結着剤とし
てのポリテトラフルオロエチレンを５重量部含む５重量
％のＮ−メチルピロリドン水溶液に混合し、正極合剤ス
ラリーとした。アルミニウム箔２６の裏面に、図５７に
示すようにアルミニウム製のタブ２８を取り付け、正極
電極を完成した。

【０３０６】〔電解液の作製〕エチレンカーボネートと
ジエチルカーボネートとの等体積混合溶媒に、ＬｉＰＦ
₆を１モル／リットル溶解して電解液を調製し、これを
以下の電池の作製において用いた。

【０３０７】〔電池の作製〕図５９は、作製したリチウ
ム二次電池を示す平面図である。図６０は、図５９のＡ
−Ａ線に沿う断面図である。図６０に示すように、アル
ミラミネートフィルムからなる封筒型の容器３０内に、
上記の負極２０及び正極２５を配置することにより、電
池が組み立てられている。正極活物質層２７ａ及び２７
ｂが内側となるように正極２５を折り曲げ、その内側に
負極２０が挿入されている。負極２０の微結晶シリコン
薄膜２２ａは、セパレーター２９ａを介して正極活物質
層２７ａと対向しており、微結晶シリコン薄膜２２ｂ
は、セパレーター２９ｂを介して正極活物質層２７ｂと
対向している。このような状態で、容器３０内に正極２
５及び負極２０を挿入した後、１０５℃で２時間の真空
加熱処理を行い、次に上記の電解液を容器３０内に注入
した後、図５９に示す封口部３１で封口し、リチウム二
次電池を作製した。

【０３０８】（比較例ａ） 〔負極の作製〕電解銅箔２１の一方の面２１ａ上にのみ
微結晶シリコン薄膜２２ａを形成する以外は、上記実施
例Ａの負極の作製と同様にして負極を作製した。

【０３０９】〔正極の作製〕図５７に示すアルミニウム
箔２６の上に、正極活物質層として正極活物質層２７ａ
のみを形成する以外は、上記実施例Ａの正極の作製と同
様にして正極を作製した。

【０３１０】〔電池の作製〕上記実施例Ａと同様に、正
極２５を正極活物質層２７ａが内側となるように２つに
折り曲げ、その間に負極２０を挿入した。微結晶シリコ
ン薄膜２２ａと正極活物質層２７ａの間にはセパレータ
ー２９ａを介し、微結晶シリコン薄膜２２ｂが設けられ
ていない電解銅箔２１の面と、正極活物質層２７ｂが設
けられていないアルミニウム箔２６の面との間にはセパ
レーター２９ｂを介し、その他は上記実施例Ａと同様に
してリチウム二次電池を作製した。

【０３１１】〔充放電サイクル試験〕上記の実施例Ａ及
び比較例ａのリチウム二次電池について、充放電サイク
ル試験を行った。充放電の条件は、２５℃において充放
電電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ ²で４．２Ｖまで充電した
後、２．７５Ｖまで放電し、これを１サイクルの充放電
とし、各電池について１５サイクル目の容量維持率を測
定した。なお、１サイクル目の放電容量は、実施例Ａの
電池が２５ｍＡｈであり、比較例ａの電池が１２ｍＡｈ
であった。

【０３１２】結果を表１６に示す。

【０３１３】

【表１６】

【０３１４】表１６に示す結果から明らかなように、実
施例Ａの電池は、比較例ａの電池に比べ、高い容量維持
率を示している。これは、負極集電体の両面に微結晶シ
リコン薄膜を形成することにより、負極集電体の充放電
反応によって生じる歪みが軽減され、負極集電体からの
活物質薄膜の剥離が抑制されたことによるものであると
思われる。

【０３１５】（実施例Ｂ）本発明に従うリチウム二次電
池として、正極及び負極が図６１に示すようなスタック
構造となるように組み合わされたリチウム二次電池を作
製した。

【０３１６】〔負極の作製〕実施例Ａで用いた両面を粗
面化した電解銅箔の両面上に、実施例Ａと同様にして厚
み約５μｍの微結晶シリコン薄膜を形成し負極とした。

【０３１７】〔正極の作製〕実施例Ａと同様にして得ら
れたＬｉＣｏＯ₂粉末８５重量部、導電材としての人造
黒鉛粉末１０重量部、結着剤としてのポリテトラフルオ
ロエチレン５重量部を含む５重量％のＮ−メチルピロリ
ドン水溶液を作製し、正極合剤スラリーとした。これ
を、厚み２０μｍのアルミニウム箔の両面の上に塗布し
た後乾燥し、両面上に正極活物質層が形成された正極と
した。

【０３１８】〔電池の作製〕以上のようにして得られ
た、両面上に微結晶シリコン薄膜を形成した負極４１
と、両面上に正極活物質層を形成した正極４２とを、図
６１に示すように、セパレータ４３を介して交互に積層
しスタック型電極構造を構成した。なお、負極４１の上
方端部には負極タブ４１ａが設けられており、正極４２
の上方端部には正極タブ４２ａが設けられている。負極
４１及び正極４２をそれぞれ８枚用い、正極と負極の組
み合わせを８段積層した。

【０３１９】上記のスタック状に積層した電極群を、図
６２に示すような、アルミニウム製ラミネートからなる
外装体４４の内部に挿入した後、外装体４４内に電解液
を注液して封口した。負極タブ４１ａ及び正極タブ４２
ａが外装体４４の外部に出るように配置して、封口し
た。

【０３２０】なお、外装体４４内に注液する電解液とし
ては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートと
の４：６混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１モル／リットル溶
解したものを用いた。

【０３２１】（比較例ｂ）天然黒鉛を活物質として用い
た負極を作製した。具体的には、天然黒鉛粉末９５重量
部と結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン５重量
部を含む５重量％のＮ−メチルピロリドン水溶液を作製
し、負極合剤スラリーとした。これを、厚み１８μｍの
圧延銅箔の両面上に塗布した後乾燥し、負極とした。

【０３２２】以上のようにして得られた負極を用いる以
外は、上記実施例Ｂと同様にして図６１及び図６２に示
すリチウム二次電池を作製した。実施例Ｂ及び比較例ｂ
のリチウム二次電池の放電容量、平均放電電圧、体積当
たりのエネルギー密度及び重量当たりのエネルギー密度
を表１７に示す。なお、実施例Ｂで用いた正極活物質の
初期放電容量を１５０ｍＡｈ／ｇとし、実施例Ｂで用い
た負極活物質の初期放電容量を３２００ｍＡｈ／ｇと
し、比較例ｂで用いた負極活物質の初期放電容量を３７
０ｍＡｈ／ｇとしている。

【０３２３】

【表１７】

【０３２４】表１７に示すように、本発明に従うリチウ
ム二次電池用電極を負極として用いた実施例Ｂは、従来
のグラファイトの負極を用いた比較例ｂに比べ、体積当
たりのエネルギー密度及び重量当たりのエネルギー密度
が高くなることがわかる。

【０３２５】（実施例Ｃ）図６３に示すコイン型のリチ
ウム二次電池を作製した。負極は、負極集電体５１の両
面上に、それぞれ微結晶シリコン薄膜５２ａ及び５２ｂ
を形成することにより構成されている。負極集電体５１
としては、実施例Ｂに用いた両面が粗面化された電解銅
箔を用いている。また、微結晶シリコン薄膜５２ａ及び
５２ｂも、実施例Ｂと同様にして形成されている。

【０３２６】正極は、Ｕ字形状に曲げられた正極集電体
５４の内側に、正極活物質層５５ａ及び５５ｂを設ける
ことにより構成されている。正極集電体５４としては、
実施例Ｂにおいて用いたアルミニウム箔と同様のアルミ
ニウム箔が用いられている。また、正極活物質層５５ａ
及び５５ｂも、実施例Ｂにおける正極活物質層と同様に
して形成されている。

【０３２７】図６３に示すように、Ｕ字形状に折り曲げ
られた正極集電体５４の内側に、負極が挿入されてい
る。負極の負極活物質層であるシリコン薄膜５２ａ及び
５２ｂと、正極の正極活物質層５５ａ及び５５ｂとの間
には、それぞれセパレータ５６ａ及び５６ｂが配置され
ている。

【０３２８】負極集電体５１は負極タブ５３と接続され
ており、負極タブ５３は、負極缶５８に接続されてい
る。負極缶５８側の正極集電体５４と、負極缶５８との
間には、絶縁シート５７が設けられており、絶縁シート
５７によって、負極缶５８と正極集電体５４とが電気的
に絶縁されている。

【０３２９】正極集電体５４は、正極缶５９と接するよ
うに設けられており、これにより正極集電体５４と正極
缶５９とが電気的に接続されている。負極缶５８と正極
缶５９の間には、絶縁パッキング６０が設けられてお
り、これにより電気的に絶縁され、電池缶内が密閉され
ている。電池缶内には、実施例Ｂと同様の電解液が封入
されている。

【０３３０】（比較例ｃ）負極として、比較例ｂと同様
の天然黒鉛を活物質とした負極活物質層を形成したもの
を用いる以外は、上記実施例Ｃと同様にしてコイン型の
リチウム二次電池を作製した。

【０３３１】実施例Ｃ及び比較例ｃのコイン型リチウム
二次電池の放電容量、平均放電電圧、体積当たりのエネ
ルギー密度、及び重量当たりのエネルギー密度を表１８
に示す。

【０３３２】

【表１８】

【０３３３】表１８に示すように、本発明に従うリチウ
ム二次電池用電極を負極に用いた実施例Ｃのリチウム二
次電池は、比較例ｃのリチウム二次電池に比べ、体積当
たり及び重量当たりのエネルギー密度において優れてい
ることがわかる。

【０３３４】（実施例Ｄ）図６４に示すラミネートタイ
プのリチウム二次電池を作製した。図６４において、負
極６１は、図６３に示す負極と同様に、電解銅箔の両面
上に膜厚５μｍの微結晶シリコン薄膜を形成することに
より構成されている。正極６２も、図６３に示す正極と
同様に、Ｕ字形状に折り曲げられた正極集電体であるア
ルミニウム箔の内側に、一対の正極活物質層を設けるこ
とにより構成されている。負極６１が、Ｕ字形状の正極
６２の内側に挿入されて１組の電池６５が構成されてい
る。負極６１からは負極タブ６３が外部に取り出され、
正極６２からは正極タブ６４が外部に取り出されてい
る。この１組の電池６５を４段積層し、アルミニウムラ
ミネートからなる外装体６６の内部に挿入されている。
なお、図６４には、１組の電池６５を３段積層した状態
が示されているが、実際には上述のように４段積層され
ている。外装体６６の内部には、実施例Ｂと同様の電解
液が注入されている。

【０３３５】図６５は、図６４に示すラミネートタイプ
のリチウム二次電池の平面図である。図６５に示すよう
に、外装体６６の三方を溶着し、溶着部６７が形成され
ている。負極タブ６３及び正極タブ６４は、外装体６６
の外部に引き出されている。

【０３３６】（比較例ｄ）比較例ｂと同様に、負極とし
てグラファイトを用いた負極を用いる以外は、上記実施
例Ｄと同様にしてラミネートタイプのリチウム二次電池
を作製した。

【０３３７】実施例Ｄ及び比較例ｄのリチウム二次電池
の放電容量、平均放電電圧、体積当たりのエネルギー密
度、及び重量当たりのエネルギー密度を表１９に示す。

【０３３８】

【表１９】

【０３３９】表１９から明らかなように、本発明に従う
リチウム二次電池用電極を負極に用いた実施例Ｄのリチ
ウム二次電池は、比較例ｄのリチウム二次電池に比べ、
体積当たり及び重量当たりのエネルギー密度において優
れている。

【０３４０】（実施例Ｅ）図６６に示す円筒型のリチウ
ム二次電池を作製した。正極７１と負極７２の間にセパ
レータ７３を挟み、さらに正極７１の外側にさらに別の
セパレータ７３を配置し、この状態でスパイラル状に巻
き付けて電池缶内に挿入されている。正極７１及び負極
７２としては、実施例Ｂと同様に、アルミニウム箔の両
面上に正極活物質層を形成したもの及び電解銅箔の両面
上に微結晶シリコン薄膜を形成したものを用いた。電池
缶内には、実施例Ｂと同様の電解液が注入されている。
負極７２は負極缶７４にリードによって電気的に接続さ
れており、正極７１は正極端子７５にリードにより電気
的に接続されている。

【０３４１】（比較例ｅ）負極として、グラファイトを
活物質とした比較例ｂと同様の負極を用いる以外は、上
記実施例Ｅと同様にして円筒型リチウム二次電池を作製
した。

【０３４２】実施例Ｅ及び比較例ｅのリチウム二次電池
の放電容量、平均放電電圧、体積当たりのエネルギー密
度、及び重量当たりのエネルギー密度を表２０に示す。

【０３４３】

【表２０】

【０３４４】表２０から明らかなように、本発明に従う
リチウム二次電池用電極を負極として用いた実施例Ｅの
リチウム二次電池は、比較例ｅのリチウム二次電池に比
べ、体積当たり及び重量当たりのエネルギー密度におい
て優れている。

【０３４５】（実施例Ｆ）図６７に示す角形リチウム二
次電池を作製した。図６６に示す円筒型リチウム二次電
池と同様に、正極７１と負極７２の間及び正極７１の外
側に、それぞれセパレータ７３を配置し、これをスパイ
ラル状に巻き取った後、扁平化して負極缶７４内に収納
している。負極７２としては、実施例Ｂと同様に電解銅
箔の両面に微結晶シリコン薄膜を形成したものを用い
た。負極７２はリードにより負極缶７４に電気的に接続
されており、正極７１はリードにより、正極端子７５に
電気的に接続されている。電池缶内には、実施例Ｂと同
様の電解液が注入されている。

【０３４６】（比較例ｆ）負極として、グラファイトを
活物質とした比較例ｂと同様の負極を用いる以外は、上
記実施例Ｆと同様にして角形リチウム二次電池を作製し
た。

【０３４７】実施例Ｆ及び比較例ｆの放電容量、平均放
電電圧、体積当たりのエネルギー密度、及び重量当たり
のエネルギー密度を表２１に示す。

【０３４８】

【表２１】

【０３４９】表２１から明らかなように、本発明に従う
リチウム二次電池用電極を負極として用いた実施例Ｆの
リチウム二次電池は、比較例ｆのリチウム二次電池に比
べ、体積当たり及び重量当たりのエネルギー密度におい
て優れている。

【０３５０】

【発明の効果】本発明の第１の局面及び及び第２の局面
によれば、充放電容量が高く、かつ充放電サイクル特性
に優れたリチウム二次電池とすることができる。

【０３５１】本発明の第３の局面によれば、充放電容量
が高く、かつ充放電サイクル特性に優れたリチウム二次
電池用電極であり、充放電によって電極にしわが発生す
るのを抑制することができるリチウム二次電池用電極と
することができる。

【０３５２】本発明の第４の局面によれば、集電体の上
に、活物質薄膜と合金化する材料からなる中間層を形成
した後、該中間層の上に活物質薄膜を形成することによ
り、集電体からの活物質薄膜の脱離を防止することがで
き、集電特性を高めて、良好な充放電サイクルを得るこ
とができる。

【０３５３】本発明の第５の局面によれば、リチウム二
次電池用電極において、充放電反応により生じる集電体
の歪みを小さくすることができ、さらにリチウム二次電
池の充放電サイクル特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において作製したリチウム二次
電池を示す断面模式図。

【図２】本発明に従う一実施例の電極の充放電前の状態
を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）。

【図３】本発明に従う一実施例の電極の充放電前の状態
を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率５０００倍）。

【図４】本発明に従う一実施例の電極の充放電後の状態
を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率５００倍）。

【図５】本発明に従う一実施例の電極の充放電後の状態
を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率２５００倍）。

【図６】本発明に従う一実施例の電極のシリコン薄膜を
上方から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率１
０００倍）。

【図７】本発明に従う一実施例の電極のシリコン薄膜を
上方から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率５
０００倍）。

【図８】本発明に従う一実施例の電極のシリコン薄膜を
やや斜め方向から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真
（倍率１０００倍）。

【図９】本発明に従う一実施例の電極のシリコン薄膜を
やや斜め方向から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真
（倍率５０００倍）。

【図１０】本発明の一実施例においてシリコン薄膜に切
れ目が形成され、柱状に分離される状態を示す模式的断
面図。

【図１１】本発明に従う電極ａ３のシリコン薄膜の断面
を示す透過型電子顕微鏡写真（倍率１２５００倍）。

【図１２】本発明に従う電極ａ６のシリコン薄膜の断面
を示す透過型電子顕微鏡写真（倍率２５０００倍）。

【図１３】図１１に示す電子顕微鏡写真を模式的に示す
図。

【図１４】図１２に示す電子顕微鏡写真を模式的に示す
図。

【図１５】本発明に従う電極ａ３のシリコン薄膜の表面
を上方から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率
１０００倍）。

【図１６】本発明に従う電極ａ６のシリコン薄膜の表面
を上方から見た状態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率
１０００倍）。

【図１７】本発明に従う電極ａ６のシリコン薄膜の深さ
方向の構成元素の濃度分布を示す図。

【図１８】本発明の実施例において真空蒸着法により薄
膜を形成する装置の構成を示す模式図。

【図１９】本発明に従う電極ａ７の充放電前の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）。

【図２０】本発明に従う電極ａ７の充放電前の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率１００００倍）。

【図２１】本発明に従う電極ａ８の充放電前の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）。

【図２２】本発明に従う電極ａ８の充放電前の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率１００００倍）。

【図２３】本発明に従う電極ａ７の充放電後の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率５００倍）。

【図２４】本発明に従う電極ａ７の充放電後の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率２５００倍）。

【図２５】本発明に従う電極ａ８の充放電後の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率５００倍）。

【図２６】本発明に従う電極ａ８の充放電後の状態を示
す走査型電子顕微鏡写真（倍率２５００倍）。

【図２７】本発明に従う電極ａ７の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率１０００倍）。

【図２８】本発明に従う電極ａ７の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率５０００倍）。

【図２９】本発明に従う電極ａ７の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態をやや斜め方向から見た走査型電子顕微
鏡写真（倍率１０００倍）。

【図３０】本発明に従う電極ａ７の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態をやや斜め方向から見た走査型電子顕微
鏡写真（倍率５０００倍）。

【図３１】本発明に従う電極ａ８の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率１０００倍）。

【図３２】本発明に従う電極ａ８の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率５０００倍）。

【図３３】本発明に従う電極ａ８の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態をやや斜め方向から見た走査型電子顕微
鏡写真（倍率１０００倍）。

【図３４】本発明に従う電極ａ８の充放電後のゲルマニ
ウム薄膜の状態をやや斜め方向から見た走査型電子顕微
鏡写真（倍率５０００倍）。

【図３５】本発明に従う電極ａ７の充放電前のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率１０００倍）。

【図３６】本発明に従う電極ａ８の充放電前のゲルマニ
ウム薄膜の状態を上方から見た走査型電子顕微鏡写真
（倍率１０００倍）。

【図３７】本発明に従う電極ａ７のゲルマニウム薄膜の
深さ方向の構成元素の濃度分布を示す図。

【図３８】本発明に従う電極ａ８のゲルマニウム薄膜の
深さ方向の構成元素の濃度分布を示す図。

【図３９】本発明に従う充放電前の電極ａ１１の断面を
示す走査型電子顕微鏡写真（倍率２０００倍）。

【図４０】本発明に従う充放電前の電極ａ１１の断面を
示す走査型電子顕微鏡写真（倍率１００００倍）。

【図４１】本発明に従う充放電前の電極ａ１１のシリコ
ン薄膜を上方から見た走査型電子顕微鏡写真（倍率１０
００倍）。

【図４２】本発明に従う充放電後の電極ａ１１のシリコ
ン薄膜を上方から見た走査型電子顕微鏡写真（倍率１０
００倍）。

【図４３】銅箔とシリコン薄膜の界面付近を示す透過型
電子顕微鏡写真（倍率５０万倍）。

【図４４】銅箔とシリコン薄膜の界面付近を示す透過型
電子顕微鏡写真（倍率１００万倍）。

【図４５】電極ｃ１における混合層の深さ方向の銅及び
水素濃度分布を示す図。

【図４６】電極ｃ３における混合層の深さ方向の銅及び
水素濃度分布を示す図。

【図４７】本発明の他の実施例において作製したリチウ
ム二次電池を示す斜視図。

【図４８】本発明の他の実施例において作製したリチウ
ム二次電池を示す断面模式図。

【図４９】電極に用いた銅箔の厚みと充放電サイクル特
性との関係を示す図。

【図５０】充放電後の負極表面の状態を示す図。

【図５１】充放電後の負極表面の状態を示す図。

【図５２】充放電後の負極裏面の状態を示す図。

【図５３】充放電後の負極裏面の状態を示す図。

【図５４】電極に用いたシリコン薄膜の厚みと充放電サ
イクル特性との関係を示す図。

【図５５】充放電後の負極裏面の状態を示す図。

【図５６】本発明の第５の局面の実施例において作製し
た負極を示す平面図。

【図５７】本発明の第５の局面の実施例において作製し
た正極を示す平面図。

【図５８】本発明の第５の局面の実施例において作製し
た負極を示す側面図。

【図５９】本発明の第５の局面の実施例において作製し
たリチウム二次電池を示す平面図。

【図６０】本発明の第５の局面の実施例において作製し
たリチウム二次電池を示す断面模式図。

【図６１】本発明の第５の局面に従うスタック型リチウ
ム二次電池内の電極構造を示す部分切欠斜視図。

【図６２】図６１に示す電極を外装体内に収納した本発
明の第５の局面のスタック型リチウム二次電池を示す斜
視図。

【図６３】本発明の第５の局面に従うラミネートタイプ
のリチウム二次電池の一例を示す断面模式図。

【図６４】本発明の第５の局面に従うコイン型リチウム
二次電池の一例を示す断面模式図。

【図６５】本発明の第５の局面に従うコイン型リチウム
二次電池の一例を示す平面図。

【図６６】本発明の第５の局面に従う円筒型リチウム二
次電池の一例を示す分解斜視図。

【図６７】本発明の第５の局面に従う角形リチウム二次
電池の一例を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１…正極 ２…負極 ３…セパレーター ４…正極缶 ５…負極缶 ６…正極集電体 ７…負極集電体 ８…絶縁パッキング １０…銅箔 １０ａ…銅箔の表面 １０ｂ…銅箔の表面の凹凸の谷部 １１…シリコン薄膜 １１ａ…シリコン薄膜の表面 １１ｂ…シリコン薄膜の表面の凹凸の谷部 １２…切れ目 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…低密度領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 6/16 Ｈ０１Ｍ 6/16 Ｚ 10/40 10/40 Ｚ (31)優先権主張番号 特願平11−374512 (32)優先日 平成11年12月28日(1999．12．28) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−39454(P2000−39454) (32)優先日 平成12年２月17日(2000．2．17) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−47675(P2000−47675) (32)優先日 平成12年２月24日(2000．2．24) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−90583(P2000−90583) (32)優先日 平成12年３月29日(2000．3．29) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−100405(P2000−100405) (32)優先日 平成12年４月３日(2000．4．3) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−105506(P2000−105506) (32)優先日 平成12年４月６日(2000．4．6) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−124305(P2000−124305) (32)優先日 平成12年４月25日(2000．4．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−142755(P2000−142755) (32)優先日 平成12年５月16日(2000．5．16) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−150496(P2000−150496) (32)優先日 平成12年５月22日(2000．5．22) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願2000−207274(P2000−207274) (32)優先日 平成12年７月７日(2000．7．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 藤谷 伸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 島 正樹 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 八木 弘雅 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 樽井 久樹 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 黒河 宏史 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 浅岡 賢司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松田 茂樹 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 堂本 洋一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 大下 竜司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 加藤 善雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 中島 宏 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 樟本 靖幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 吉田 智一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS10 CC01 DD01 EE01 EE04 HH00 HH03 HH05 5H024 AA02 AA11 CC02 CC03 CC04 CC06 CC07 CC08 CC12 DD15 EE01 FF15 HH01 HH13 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL11 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ03 BJ04 BJ14 BJ16 CJ24 CJ28 DJ07 DJ14 DJ17 DJ18 HJ01 HJ04 HJ05 HJ13 5H050 AA07 AA08 BA05 BA17 CA08 CB11 EA10 EA24 FA04 FA15 FA19 FA20 GA24 GA25 GA27 HA00 HA01 HA04 HA05 HA13

Claims (210)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含む
   リチウム電池用電極であって、前記活物質として非結晶
   シリコンを用いたことを特徴とするリチウム電池用電
   極。
2. 【請求項２】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含む
   リチウム電池用電極であって、前記活物質として微結晶
   シリコンを用いたことを特徴とするリチウム電池用電
   極。
3. 【請求項３】 前記非結晶シリコンまたは前記微結晶シ
   リコンが水素を含むことを特徴とする請求項１または２
   に記載のリチウム電池用電極。
4. 【請求項４】 前記微結晶シリコン中の結晶領域のサイ
   ズが、Ｘ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒｅｒの式から
   算出される結晶粒径として０．５ｎｍ以上であることを
   特徴とする請求項２または３に記載のリチウム電池用電
   極。
5. 【請求項５】 前記微結晶シリコンのラマン分光分析に
   おける５２０ｃｍ^-1近傍のピーク強度に対する４８０ｃ
   ｍ^-1近傍のピーク強度比（４８０ｃｍ^-1近傍／５２０ｃ
   ｍ^-1近傍）が０．０５以上であることを特徴とする請求
   項２〜４のいずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
6. 【請求項６】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含む
   リチウム電池用電極であって、前記活物質として水素を
   含む非結晶シリコンを用いたことを特徴とするリチウム
   電池用電極。
7. 【請求項７】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含む
   リチウム電池用電極であって、前記活物質として水素を
   含む微結晶シリコンを用いたことを特徴とするリチウム
   電池用電極。
8. 【請求項８】 水素濃度が０．００１原子％以上である
   ことを特徴とする請求項３、６または７のいずれか１項
   に記載のリチウム電池用電極。
9. 【請求項９】 前記非結晶または微結晶シリコンがシリ
   コン薄膜である請求項１〜８のいずれか１項に記載のリ
   チウム電池用電極。
10. 【請求項１０】 前記シリコン薄膜が、気相からシリコ
    ン材料を供給することにより基板上に堆積させたシリコ
    ン薄膜であることを特徴とする請求項９に記載のリチウ
    ム電池用電極。
11. 【請求項１１】 前記シリコン材料とともに水素ガスを
    導入することを特徴とする請求項１０に記載のリチウム
    電池用電極。
12. 【請求項１２】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含
    むリチウム電池用電極であって、前記活物質として、気
    相からシリコン材料とともに水素ガスを供給することに
    より形成したシリコン薄膜を用いたことを特徴とするリ
    チウム電池用電極。
13. 【請求項１３】 前記シリコン材料が、シリコン原子を
    含む原料ガスまたはシリコン原子を含む原料パウダーで
    あることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項
    に記載のリチウム電池用電極。
14. 【請求項１４】 前記シリコン薄膜を形成する方法がＣ
    ＶＤ法、スパッタリング法、溶射法、または真空蒸着法
    である請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のリチウ
    ム電池用電極。
15. 【請求項１５】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含
    むリチウム電池用電極であって、前記活物質として水素
    を含む非結晶シリコンからなるシリコン薄膜を用いたこ
    とを特徴とするリチウム電池用電極。
16. 【請求項１６】 リチウムを吸蔵・放出する活物質を含
    むリチウム電池用電極であって、前記活物質として水素
    を含む微結晶シリコンからなるシリコン薄膜を用いたこ
    とを特徴とするリチウム電池用電極。
17. 【請求項１７】 前記シリコン薄膜が集電体上に設けら
    れている請求項９〜１６のいずれか１項に記載のリチウ
    ム電池用電極。
18. 【請求項１８】 前記シリコン薄膜が、中間層を介して
    集電体上に設けられている請求項１７に記載のリチウム
    電池用電極。
19. 【請求項１９】 前記集電体が、銅、ニッケル、ステン
    レス、モリブデン、タングステン、及びタンタルから選
    ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１
    ７または１８に記載のリチウム電池用電極。
20. 【請求項２０】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の
    非結晶シリコンまたは微結晶シリコンあるいは請求項９
    〜１９のいずれか１項に記載のシリコン薄膜に予めリチ
    ウムが添加されていることを特徴とするリチウム電池用
    電極。
21. 【請求項２１】 前記集電体または前記基板の表面粗さ
    Ｒａが０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項
    １０〜１４及び１７〜２０のいずれか１項に記載のリチ
    ウム電池用電極。
22. 【請求項２２】 前記集電体が銅箔であることを特徴と
    する請求項２１に記載のリチウム電池用電極。
23. 【請求項２３】 前記銅箔が電解銅箔であることを特徴
    とする請求項２２に記載のリチウム電池用電極。
24. 【請求項２４】 前記集電体または前記基板の表面粗さ
    Ｒａが、活物質の厚みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有す
    ることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか１項に
    記載のリチウム電池用電極。
25. 【請求項２５】 前記集電体または前記基板の表面粗さ
    Ｒａと局部山頂の平均間隔Ｓが、１００Ｒａ≧Ｓの関係
    を有することを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか
    １項に記載のリチウム電池用電極。
26. 【請求項２６】 請求項１７〜２５のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極において、 前記シリコン薄膜がその厚み方向に形成された切れ目に
    よって柱状に分離されており、かつ該柱状部分の底部が
    前記集電体と密着していることを特徴とするリチウム電
    池用電極。
27. 【請求項２７】 前記シリコン薄膜の厚み方向におい
    て、少なくとも厚みの１／２以上の部分が、前記切れ目
    によって柱状に分離されていることを特徴とする請求項
    ２６に記載のリチウム電池用電極。
28. 【請求項２８】 前記切れ目が初回以降の充放電で形成
    されることを特徴とする請求項２６または２７に記載の
    リチウム電池用電極。
29. 【請求項２９】 充放電前において前記シリコン薄膜の
    表面に凹凸が形成されており、初回以降の充放電により
    前記薄膜にその表面の凹凸の谷部を端部とする切れ目が
    形成され、この切れ目によって前記シリコン薄膜が柱状
    に分離されている請求項２８に記載のリチウム電池用電
    極。
30. 【請求項３０】 前記シリコン薄膜表面の凹凸が、下地
    層である集電体表面の凹凸に対応している請求項２９に
    記載のリチウム電池用電極。
31. 【請求項３１】 前記集電体表面の凹凸の凸部が錐体状
    であることを特徴とする請求項３０に記載のリチウム電
    池用電極。
32. 【請求項３２】 前記柱状部分の上方部が丸みを帯びた
    形状であることを特徴とする請求項２６〜３１のいずれ
    か１項に記載のリチウム電池用電極。
33. 【請求項３３】 前記切れ目が、充放電前に予め形成さ
    れていることを特徴とする請求項２６、２７、または３
    ２に記載のリチウム電池用電極。
34. 【請求項３４】 請求項２６〜３３のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極において、前記切れ目が、前記
    シリコン薄膜中の厚み方向に延びる低密度領域に沿って
    形成されたものであることを特徴とするリチウム電池用
    電極。
35. 【請求項３５】 前記低密度領域が前記集電体表面の凹
    凸の谷部から上方に向かって延びていることを特徴とす
    る請求項３４に記載のリチウム電池用電極。
36. 【請求項３６】 前記シリコン薄膜に前記集電体の成分
    が拡散していることを特徴とする請求項１７〜３５のい
    ずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
37. 【請求項３７】 リチウムを吸蔵・放出する活物質から
    なる薄膜が集電体上に設けられたリチウム電池用電極で
    あって、 前記薄膜がその厚み方向に形成された切れ目によって柱
    状に分離されており、かつ該柱状部分の底部が前記集電
    体と密着していることを特徴とするリチウム電池用電
    極。
38. 【請求項３８】 前記薄膜の厚み方向において、少なく
    とも厚みの１／２以上の部分が、前記切れ目によって柱
    状に分離されていることを特徴とする請求項３７に記載
    のリチウム電池用電極。
39. 【請求項３９】 前記切れ目が初回以降の充放電で形成
    されることを特徴とする請求項３７または３８に記載の
    リチウム電池用電極。
40. 【請求項４０】 充放電前において前記薄膜の表面に凹
    凸が形成されており、初回以降の充放電により前記薄膜
    にその表面の凹凸の谷部を端部とする切れ目が形成さ
    れ、この切れ目によって前記薄膜が柱状に分離されてい
    る請求項３９に記載のリチウム電池用電極。
41. 【請求項４１】 前記薄膜表面の凹凸が、下地層である
    集電体表面の凹凸に対応している請求項４０に記載のリ
    チウム電池用電極。
42. 【請求項４２】 前記集電体表面の凹凸の凸部が錐体状
    であることを特徴とする請求項４１に記載のリチウム電
    池用電極。
43. 【請求項４３】 前記柱状部分の上方部が丸みを帯びた
    形状であることを特徴とする請求項３７〜４２のいずれ
    か１項に記載のリチウム電池用電極。
44. 【請求項４４】 前記切れ目が充放電前に予め形成され
    ていることを特徴とする請求項３７、３８、または４３
    に記載のリチウム電池用電極。
45. 【請求項４５】 前記薄膜が、リチウムと化合物もしく
    は固溶体を形成する周期律表IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族
    及びＶＢ族の元素、並びに周期律表４周期、５周期及び
    ６周期の遷移金属元素の酸化物及び硫化物から選ばれる
    少なくとも１種の材料から構成されていることを特徴と
    する請求項３７〜４４のいずれか１項に記載のリチウム
    電池用電極。
46. 【請求項４６】 前記元素が、炭素、シリコン、ゲルマ
    ニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、カ
    ドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくとも
    １種であることを特徴とする請求項４５に記載のリチウ
    ム電池用電極。
47. 【請求項４７】 前記元素がシリコンであることを特徴
    とする請求項４５に記載のリチウム電池用電極。
48. 【請求項４８】 前記元素がゲルマニウムであることを
    特徴とする請求項４５に記載のリチウム電池用電極。
49. 【請求項４９】 前記薄膜が非結晶薄膜であることを特
    徴とする請求項３７〜４８のいずれか１項に記載のリチ
    ウム電池用電極。
50. 【請求項５０】 前記薄膜が非晶質薄膜であることを特
    徴とする請求項３７〜４８のいずれか１項に記載のリチ
    ウム電池用電極。
51. 【請求項５１】 前記薄膜が非結晶シリコン薄膜である
    ことを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極。
52. 【請求項５２】 前記薄膜が微結晶シリコン薄膜である
    ことを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極。
53. 【請求項５３】 前記薄膜が非晶質シリコン薄膜である
    ことを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極。
54. 【請求項５４】 前記薄膜が非結晶ゲルマニウム薄膜で
    あることを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項
    に記載のリチウム電池用電極。
55. 【請求項５５】 前記薄膜が非晶質ゲルマニウム薄膜で
    あることを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項
    に記載のリチウム電池用電極。
56. 【請求項５６】 前記集電体が、銅、ニッケル、ステン
    レス、モリブデン、タングステン、及びタンタルから選
    ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３
    ７〜５５のいずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
57. 【請求項５７】 前記集電体の表面粗さＲａが０．０１
    〜１μｍであることを特徴とする請求項３７〜５６のい
    ずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
58. 【請求項５８】 前記集電体が銅箔であることを特徴と
    する請求項３７〜５７のいずれか１項に記載のリチウム
    電池用電極。
59. 【請求項５９】 前記銅箔が電解銅箔であることを特徴
    とする請求項５８に記載のリチウム電池用電極。
60. 【請求項６０】 請求項３７〜５９のいずれか１項に記
    載のリチウム電池用電極において、前記切れ目が、前記
    薄膜中の厚み方向に延びる低密度領域に沿って形成され
    たものであることを特徴とするリチウム電池用電極。
61. 【請求項６１】 前記低密度領域が前記集電体表面の凹
    凸の谷部から上方に向かって延びていることを特徴とす
    る請求項６０に記載のリチウム電池用電極。
62. 【請求項６２】 前記薄膜に前記集電体の成分が拡散し
    ていることを特徴とする請求項３７〜６１のいずれか１
    項に記載のリチウム電池用電極。
63. 【請求項６３】 請求項１〜６２のいずれか１項に記載
    の電極からなる負極と、正極と、電解質とを備えるリチ
    ウム電池。
64. 【請求項６４】 請求項１〜６２のいずれか１項に記載
    の電極からなる負極と、正極と、非水電解質とを備える
    リチウム二次電池。
65. 【請求項６５】 Ｕ字形状に折り曲げられた集電体の内
    側に一対の負極活物質層が対向するように設けられた負
    極と、 集電体の両面上に正極活物質層が設けられ、前記Ｕ字形
    状の負極の内側に挿入される正極と、 前記正極の正極活物質層と前記負極の負極活物質層の間
    に配置されるセパレータとを備え、 前記負極が請求項１〜６２のいずれか１項に記載の電極
    であることを特徴とするリチウム二次電池。
66. 【請求項６６】 前記正極がリチウムを吸蔵・放出可能
    な酸化物を活物質として含むことを特徴とする請求項６
    ４または６５に記載のリチウム二次電池。
67. 【請求項６７】 前記正極がリチウム含有酸化物を活物
    質として含むことを特徴とする請求項６４または６５に
    記載のリチウム二次電池。
68. 【請求項６８】 薄膜からなる電極材料層と、前記電極
    材料層と密着した集電体とを備え、前記薄膜には、面方
    向に網目状に連なりかつ前記集電体に向かって厚み方向
    に延びた低密度領域が形成されていることを特徴とする
    二次電池用電極。
69. 【請求項６９】 前記薄膜に前記集電体の成分が拡散し
    ていることを特徴とする請求項６８に記載の二次電池用
    電極。
70. 【請求項７０】 前記薄膜が前記集電体上に薄膜形成法
    により形成した薄膜であることを特徴とする請求項６８
    または６９に記載の二次電池用電極。
71. 【請求項７１】 前記薄膜形成法が、ＣＶＤ法、スパッ
    タリング法、蒸着法、溶射法、またはめっき法であるこ
    とを特徴とする請求項７０に記載の二次電池用電極。
72. 【請求項７２】 前記集電体がその表面に凹凸を有して
    おり、該凹凸の谷部を基部として前記低密度領域が形成
    されていることを特徴とする請求項６８〜７１のいずれ
    か１項に記載の二次電池用電極。
73. 【請求項７３】 前記集電体表面の凹凸の凸部が錐体状
    であることを特徴とする請求項７２に記載の二次電池用
    電極。
74. 【請求項７４】 前記薄膜の表面に前記集電体表面の凹
    凸に対応した凹凸が形成されていることを特徴とする請
    求項６８〜７３のいずれか１項に記載の二次電池用電
    極。
75. 【請求項７５】 前記薄膜の膨張収縮により、前記低密
    度領域に沿って厚み方向に切れ目が形成され、これによ
    って前記薄膜が柱状に分離されていることを特徴とする
    請求項６８〜７４のいずれか１項に記載の二次電池用電
    極。
76. 【請求項７６】 前記薄膜の膨張収縮が、充放電によっ
    て与えられることを特徴とする請求項７５に記載の二次
    電池用電極。
77. 【請求項７７】 前記薄膜がシリコン薄膜であることを
    特徴とする請求項６８〜７６のいずれか１項に記載の二
    次電池用電極。
78. 【請求項７８】 前記シリコン薄膜が非晶質シリコン薄
    膜または微結晶シリコン薄膜であることを特徴とする請
    求項７７に記載の二次電池用電極。
79. 【請求項７９】 前記薄膜がゲルマニウム薄膜であるこ
    とを特徴とする請求項６８〜７６のいずれか１項に記載
    の二次電池用電極。
80. 【請求項８０】 前記ゲルマニウム薄膜が非晶質ゲルマ
    ニウム薄膜または微結晶ゲルマニウム薄膜であることを
    特徴とする請求項７９に記載の二次電池用電極。
81. 【請求項８１】 前記集電体が銅箔であることを特徴と
    する請求項６８〜８０のいずれか１項に記載の二次電池
    用電極。
82. 【請求項８２】 前記銅箔が電解銅箔であることを特徴
    とする請求項８１に記載の二次電池用電極。
83. 【請求項８３】 請求項６８〜８２のいずれか１項に記
    載の電極を用いたことを特徴とする二次電池。
84. 【請求項８４】 前記電極が二次電池の正極及び／また
    は負極であることを特徴とする請求項８３に記載の二次
    電池。
85. 【請求項８５】 前記二次電池が非水電解質二次電池で
    あることを特徴とする請求項８３または８４に記載の二
    次電池。
86. 【請求項８６】 前記非水電解質二次電池がリチウム二
    次電池であることを特徴とする請求項８５に記載の二次
    電池。
87. 【請求項８７】 リチウムを吸蔵・放出する材料からな
    る活物質を含むリチウム電池用電極であって、前記活物
    質が、結晶領域と、前記結晶領域と同種の材料または異
    なる材料からなる非晶質領域とから実質的に構成される
    ことを特徴とするリチウム電池用電極。
88. 【請求項８８】 前記結晶領域のまわりに前記非晶質領
    域が配置していることを特徴とする請求項８７に記載の
    リチウム電池用電極。
89. 【請求項８９】 前記結晶領域が微小な結晶粒から構成
    されていることを特徴とする請求項８７または８８に記
    載のリチウム電池用電極。
90. 【請求項９０】 前記結晶領域及び／または前記非晶質
    領域が、リチウムと化合物もしくは固溶体を形成する周
    期律表IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、並
    びに周期律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元素
    の酸化物及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材料
    から構成されていることを特徴とする請求項８７〜８９
    のいずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
91. 【請求項９１】 前記元素が、炭素、シリコン、ゲルマ
    ニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、カ
    ドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくとも
    １種であることを特徴とする請求項９０に記載のリチウ
    ム電池用電極。
92. 【請求項９２】 前記元素がシリコンであることを特徴
    とする請求項９０に記載のリチウム電池用電極。
93. 【請求項９３】 前記非晶質領域が水素を含むことを特
    徴とする請求項８７〜９２のいずれか１項に記載のリチ
    ウム電池用電極。
94. 【請求項９４】 前記活物質が基板上に形成された薄膜
    であることを特徴とする請求項８７〜９３のいずれか１
    項に記載のリチウム電池用電極。
95. 【請求項９５】 前記薄膜が中間層を介して基板上に形
    成されていることを特徴とする請求項９４に記載のリチ
    ウム電池用電極。
96. 【請求項９６】 前記基板が集電体であることを特徴と
    する請求項９４または９５に記載のリチウム電池用電
    極。
97. 【請求項９７】 前記集電体が、銅、ニッケル、ステン
    レス、モリブデン、タングステン、タンタル、及び炭素
    から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請
    求項９６に記載のリチウム電池用電極。
98. 【請求項９８】 前記集電体または前記基板の表面粗さ
    Ｒａが０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項
    ９４〜９７のいずれか１項に記載のリチウム電池用電
    極。
99. 【請求項９９】 前記集電体が銅箔であることを特徴と
    する請求項９８に記載のリチウム電池用電極。
100. 【請求項１００】 前記銅箔が電解銅箔であることを特
     徴とする請求項９９に記載のリチウム電池用電極。
101. 【請求項１０１】 前記集電体または前記基板の表面粗
     さＲａが、活物質の厚みｔに対してＲａ≦ｔの関係を有
     することを特徴とする請求項９８〜１００のいずれか１
     項に記載のリチウム電池用電極。
102. 【請求項１０２】 前記集電体または前記基板の表面粗
     さＲａと局部山頂の平均間隔Ｓが、１００Ｒａ≧Ｓの関
     係を有することを特徴とする請求項９８〜１０１のいず
     れか１項に記載のリチウム電池用電極。
103. 【請求項１０３】 請求項９６〜１０２のいずれか１項
     に記載のリチウム電池用電極において、 前記活物質薄膜がその厚み方向に形成された切れ目によ
     って柱状に分離されており、かつ該柱状部分の底部が前
     記集電体と密着していることを特徴とするリチウム電池
     用電極。
104. 【請求項１０４】 前記薄膜の厚み方向において、少な
     くとも厚みの１／２以上の部分が、前記切れ目によって
     柱状に分離されていることを特徴とする請求項１０３に
     記載のリチウム電池用電極。
105. 【請求項１０５】 前記切れ目が初回以降の充放電で形
     成されることを特徴とする請求項１０３または１０４に
     記載のリチウム電池用電極。
106. 【請求項１０６】 充放電前において前記活物質薄膜の
     表面に凹凸が形成されており、初回以降の充放電により
     前記活物質薄膜にその表面の凹凸の谷部を端部とする切
     れ目が形成され、この切れ目によって前記活物質薄膜が
     柱状に分離されている請求項１０５に記載のリチウム電
     池用電極。
107. 【請求項１０７】 前記活物質薄膜表面の凹凸が、下地
     層である集電体表面の凹凸に対応している請求項１０６
     に記載のリチウム電池用電極。
108. 【請求項１０８】 前記集電体表面の凹凸の凸部が錐体
     状であることを特徴とする請求項１０７に記載のリチウ
     ム電池用電極。
109. 【請求項１０９】 前記柱状部分の上方部が丸みを帯び
     た形状であることを特徴とする請求項１０３〜１０８の
     いずれか１項に記載のリチウム電池用電極。
110. 【請求項１１０】 前記切れ目が、充放電前に予め形成
     されていることを特徴とする請求項１０３、１０４、ま
     たは１０９に記載のリチウム電池用電極。
111. 【請求項１１１】 請求項１０３〜１１０のいずれか１
     項に記載のリチウム電池用電極において、前記切れ目
     が、前記活物質薄膜中の厚み方向に延びる低密度領域に
     沿って形成されたものであることを特徴とするリチウム
     電池用電極。
112. 【請求項１１２】 前記低密度領域が前記集電体表面の
     凹凸の谷部から上方に向かって延びていることを特徴と
     する請求項１１１に記載のリチウム電池用電極。
113. 【請求項１１３】 前記活物質薄膜に前記集電体の成分
     が拡散していることを特徴とする請求項１１１または１
     １２に記載のリチウム電池用電極。
114. 【請求項１１４】 請求項８７〜１１３のいずれか１項
     に記載の電極からなる負極と、正極と、電解質とを備え
     るリチウム電池。
115. 【請求項１１５】 請求項８７〜１１３のいずれか１項
     に記載の電極からなる負極と、正極と、非水電解質とを
     備えるリチウム二次電池。
116. 【請求項１１６】 前記正極がリチウムを吸蔵・放出可
     能な酸化物を活物質として含むことを特徴とする請求項
     １１５に記載のリチウム二次電池。
117. 【請求項１１７】 前記正極がリチウム含有酸化物を活
     物質として含むことを特徴とする請求項１１５に記載の
     リチウム二次電池。
118. 【請求項１１８】 リチウムを吸蔵・放出するリチウム
     電池用電極活物質であって、非結晶シリコンから構成さ
     れることを特徴とするリチウム電池用電極活物質。
119. 【請求項１１９】 リチウムを吸蔵・放出するリチウム
     電池用電極活物質であって、微結晶シリコンから構成さ
     れることを特徴とするリチウム電池用電極活物質。
120. 【請求項１２０】 前記非結晶シリコンまたは前記微結
     晶シリコンが水素を含むことを特徴とする請求項１１８
     または１１９に記載のリチウム電池用電極活物質。
121. 【請求項１２１】 前記微結晶シリコン中の結晶領域の
     サイズが、Ｘ線回折スペクトルとＳｃｈｅｒｒｅｒの式
     から算出される結晶粒径として０．５ｎｍ以上であるこ
     とを特徴とする請求項１１９または１２０に記載のリチ
     ウム電池用電極活物質。
122. 【請求項１２２】 前記微結晶シリコンのラマン分光分
     析における５２０ｃｍ^-1近傍のピーク強度に対する４８
     ０ｃｍ^-1近傍のピーク強度比（４８０ｃｍ^-1近傍／５２
     ０ｃｍ^-1近傍）が０．０５以上であることを特徴とする
     請求項１１９〜１２１のいずれか１項に記載のリチウム
     電池用電極活物質。
123. 【請求項１２３】 リチウムを吸蔵・放出するリチウム
     電池用電極活物質であって、水素を含む非結晶シリコン
     から構成されることを特徴とするリチウム電池用電極活
     物質。
124. 【請求項１２４】 リチウムを吸蔵・放出するリチウム
     電池用電極活物質であって、水素を含む微結晶シリコン
     から構成されることを特徴とするリチウム電池用電極活
     物質。
125. 【請求項１２５】 水素濃度が０．００１原子％以上で
     あることを特徴とする請求項１２０、１２３または１２
     ４のいずれか１項に記載のリチウム電池用電極活物質。
126. 【請求項１２６】 非結晶シリコンからなるシリコン薄
     膜を用いたリチウム電池用電極活物質。
127. 【請求項１２７】 水素を含む非結晶シリコンからなる
     シリコン薄膜を用いたリチウム電池用電極活物質。
128. 【請求項１２８】 微結晶シリコンからなるシリコン薄
     膜を用いたリチウム電池用電極活物質。
129. 【請求項１２９】 水素を含む微結晶シリコンからなる
     シリコン薄膜を用いたリチウム電池用電極活物質。
130. 【請求項１３０】 請求項１１８〜１２５のいずれか１
     項に記載の非結晶シリコン、微結晶シリコン、または請
     求項１２６〜１２９のいずれか１項に記載のシリコン薄
     膜に予めリチウムが添加されていることを特徴とするリ
     チウム電池用電極活物質。
131. 【請求項１３１】 リチウムを吸蔵・放出する材料から
     なるリチウム電池用電極活物質であって、結晶領域と、
     前記結晶領域と同種の材料または異なる材料からなる非
     晶質領域とから実質的に構成されることを特徴とするリ
     チウム電池用電極活物質。
132. 【請求項１３２】 前記結晶領域のまわりに前記非晶質
     領域が配置していることを特徴とする請求項１３１に記
     載のリチウム電池用電極活物質。
133. 【請求項１３３】 前記結晶領域が微小な結晶粒から構
     成されていることを特徴とする請求項１３１または１３
     ２に記載のリチウム電池用電極活物質。
134. 【請求項１３４】 前記結晶領域及び／または前記非晶
     質領域が、リチウムと化合物もしくは固溶体を形成する
     周期律表IIＢ族、IIIＢ族、IVＢ族及びＶＢ族の元素、
     並びに周期律表４周期、５周期及び６周期の遷移金属元
     素の酸化物及び硫化物から選ばれる少なくとも１種の材
     料から構成されていることを特徴とする請求項１３１〜
     １３３のいずれか１項に記載のリチウム電池用電極活物
     質。
135. 【請求項１３５】 前記元素が、炭素、シリコン、ゲル
     マニウム、錫、鉛、アルミニウム、インジウム、亜鉛、
     カドミウム、ビスマス、及び水銀から選ばれる少なくと
     も１種であることを特徴とする請求項１３４に記載のリ
     チウム電池用電極活物質。
136. 【請求項１３６】 前記元素がシリコンであることを特
     徴とする請求項１３４に記載のリチウム電池用電極活物
     質。
137. 【請求項１３７】 前記非晶質領域が水素を含むことを
     特徴とする請求項１３１〜１３６のいずれか１項に記載
     のリチウム電池用電極活物質。
138. 【請求項１３８】 前記活物質が基板上に形成された薄
     膜であることを特徴とする請求項１３１〜１３７のいず
     れか１項に記載のリチウム電池用電極活物質。
139. 【請求項１３９】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、前記集電体の引張強度が３．８２Ｎ／ｍ
     ｍ以上であることを特徴とするリチウム電池用電極。こ
     こで、集電体の引張強度とは、以下の式で求められる値
     である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
140. 【請求項１４０】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記集電体の引張強度が７．４４Ｎ／ｍｍ以上であるこ
     とを特徴とするリチウム電池用電極。ここで、集電体の
     引張強度とは、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
141. 【請求項１４１】 前記集電体の厚みに対する前記シリ
     コン薄膜または前記活物質の厚みの比が０．１９以下で
     あることを特徴とする請求項１３９または１４０に記載
     のリチウム電池用電極。
142. 【請求項１４２】 前記集電体の厚みに対する前記シリ
     コン薄膜または前記活物質の厚みの比が０．１０以下で
     あることを特徴とする請求項１３９または１４０に記載
     のリチウム電池用電極。
143. 【請求項１４３】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記シリコン薄膜または前記活物質の厚み１μｍあたり
     の集電体の引張強度が１．１２Ｎ／ｍｍ以上であること
     を特徴とするリチウム電池用電極。ここで、集電体の引
     張強度とは、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
144. 【請求項１４４】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記シリコン薄膜または前記活物質の厚み１μｍあたり
     の集電体の引張強度が２．１８Ｎ／ｍｍ以上であること
     を特徴とするリチウム電池用電極。ここで、集電体の引
     張強度とは、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
145. 【請求項１４５】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記シリコン薄膜または前記活物質の厚み１μｍあたり
     の集電体の引張強度が４．２５Ｎ／ｍｍ以上であること
     を特徴とするリチウム電池用電極。ここで、集電体の引
     張強度とは、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
146. 【請求項１４６】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記集電体の厚みに対する前記シリコン薄膜または前記
     活物質の厚みの比が０．１９以下であることを特徴とす
     るリチウム電池用電極。
147. 【請求項１４７】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記集電体の厚みに対する前記シリコン薄膜または前記
     活物質の厚みの比が０．０９８以下であることを特徴と
     するリチウム電池用電極。
148. 【請求項１４８】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 前記集電体の厚みに対する前記シリコン薄膜または前記
     活物質の厚みの比が０．０５以下であることを特徴とす
     るリチウム電池用電極。
149. 【請求項１４９】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池におい
     て、 前記負極集電体の引張強度が３．８２Ｎ／ｍｍ以上であ
     ることを特徴とするリチウム二次電池。ここで、集電体
     の引張強度とは、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
150. 【請求項１５０】 前記負極集電体の引張強度が７．４
     ４Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１４９に
     記載のリチウム二次電池。
151. 【請求項１５１】 前記集電体の厚みに対する前記活物
     質薄膜の厚みの比が０．１９以下であることを特徴とす
     る請求項１４９または１５０に記載のリチウム二次電
     池。
152. 【請求項１５２】 前記集電体の厚みに対する前記活物
     質薄膜の厚みの比が０．１０以下であることを特徴とす
     る請求項１４９または１５０に記載のリチウム二次電
     池。
153. 【請求項１５３】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、 前記活物質薄膜の厚み１μｍあたりの負極集電体の引張
     強度が１．１２Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とするリ
     チウム電池用電極。ここで、集電体の引張強度とは、以
     下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
154. 【請求項１５４】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、前記活物質薄膜の厚み１μｍあたりの負極集電体の
     引張強度が２．１８Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とす
     るリチウム電池用電極。ここで、集電体の引張強度と
     は、以下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
155. 【請求項１５５】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、 前記活物質薄膜の厚み１μｍあたりの負極集電体の引張
     強度が４．２５Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴とするリ
     チウム電池用電極。ここで、集電体の引張強度とは、以
     下の式で求められる値である。 集電体の引張強度（Ｎ／ｍｍ）＝集電体材料の断面積当
     りの引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）×集電体の厚み（ｍｍ）
156. 【請求項１５６】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、 前記負極集電体の厚みに対する前記活物質薄膜の厚みの
     比が０．１９以下であることを特徴とするリチウム電池
     用電極。
157. 【請求項１５７】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、 前記負極集電体の厚みに対する前記活物質薄膜の厚みの
     比が０．０９８以下であることを特徴とするリチウム電
     池用電極。
158. 【請求項１５８】 リチウムの吸蔵・放出により膨張・
     収縮する活物質薄膜を負極集電体上に形成した負極と、
     正極と、非水電解質とを備えるリチウム二次電池おい
     て、 前記負極集電体の厚みに対する前記活物質薄膜の厚みの
     比が０．０５以下であることを特徴とするリチウム電池
     用電極。
159. 【請求項１５９】 前記負極集電体の表面粗さＲａが
     ０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項１４９
     〜１５８のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
160. 【請求項１６０】 前記負極集電体が銅箔であることを
     特徴とする請求項１４９〜１５９のいずれか１項に記載
     のリチウム二次電池。
161. 【請求項１６１】 前記銅箔が電解銅箔であることを特
     徴とする請求項１６０に記載のリチウム二次電池。
162. 【請求項１６２】 前記活物質薄膜がシリコンまたはゲ
     ルマニウムを含む薄膜であることを特徴とする請求項１
     ４９〜１６１のいずれか１項に記載のリチウム二次電
     池。
163. 【請求項１６３】 前記活物質薄膜が、シリコン薄膜、
     ゲルマニウム薄膜、またはシリコンゲルマニウム合金薄
     膜であることを特徴とする請求項１６２に記載のリチウ
     ム二次電池。
164. 【請求項１６４】 前記シリコン薄膜が、微結晶シリコ
     ン薄膜または非晶質シリコン薄膜であることを特徴とす
     る請求項１６３に記載のリチウム二次電池。
165. 【請求項１６５】 請求項１７〜６２、６８〜８２、及
     び９６〜１１３のいずれか１項に記載のリチウム電池用
     電極において、 シリコン薄膜または活物質薄膜が中間層を介して集電体
     上に設けられており、前記中間層がシリコン薄膜または
     活物質薄膜と合金化する材料から形成されていることを
     特徴とするリチウム電池用電極。
166. 【請求項１６６】 前記集電体が前記中間層の材料より
     も機械的強度の高い金属または合金からなる箔であるこ
     とを特徴とする請求項１６５に記載のリチウム電池用電
     極。
167. 【請求項１６７】 前記集電体の表面に凹凸が形成され
     ており、前記中間層の表面に前記集電体表面の凹凸に対
     応して凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１
     ６５または１６６に記載のリチウム電池用電極。
168. 【請求項１６８】 前記集電体表面の表面粗さＲａが
     ０．００１〜１μｍまたは０．０１〜１μｍであること
     を特徴とする請求項１６５〜１６７のいずれか１項に記
     載のリチウム電池用電極。
169. 【請求項１６９】 前記活物質薄膜がゲルマニウム薄膜
     またはシリコンゲルマニウム合金薄膜であることを特徴
     とする請求項１６５〜１６８のいずれか１項に記載のリ
     チウム電池用電極。
170. 【請求項１７０】 前記集電体がニッケル箔であること
     を特徴とする請求項１６５〜１６９のいずれか１項に記
     載のリチウム電池用電極。
171. 【請求項１７１】 前記中間層が銅層であることを特徴
     とする請求項１６５〜１７０のいずれか１項に記載のリ
     チウム電池用電極。
172. 【請求項１７２】 リチウムを吸蔵・放出する活物質薄
     膜を負極集電体上に形成した負極と、正極と、非水電解
     質とを備えるリチウム二次電池において、 前記負極集電体上に前記活物質薄膜と合金化する材料か
     らなる中間層を設け、該中間層の上に前記活物質薄膜を
     形成したことを特徴とするリチウム二次電池。
173. 【請求項１７３】 前記活物質薄膜が、ＣＶＤ法、スパ
     ッタリング法、真空蒸着法、または溶射法により形成さ
     れた薄膜であることを特徴とする請求項１７２に記載の
     リチウム二次電池。
174. 【請求項１７４】 前記活物質薄膜が、シリコン薄膜、
     ゲルマニウム薄膜、またはシリコンゲルマニウム合金薄
     膜であることを特徴とする請求項１７２または１７３に
     記載のリチウム二次電池。
175. 【請求項１７５】 前記シリコン薄膜が微結晶シリコン
     薄膜または非晶質シリコン薄膜であることを特徴とする
     請求項１７４に記載のリチウム二次電池。
176. 【請求項１７６】 前記中間層が銅層であることを特徴
     とする請求項１７２〜１７５のいずれか１項に記載のリ
     チウム二次電池。
177. 【請求項１７７】 前記集電体が前記中間層の材料より
     も機械的強度の高い金属または合金からなる箔であるこ
     とを特徴とする請求項１７２〜１７６のいずれか１項に
     記載のリチウム二次電池。
178. 【請求項１７８】 前記集電体の表面に凹凸が形成され
     ており、前記中間層の表面に前記集電体表面の凹凸に対
     応して凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１
     ７２〜１７７のいずれか１項に記載のリチウム二次電
     池。
179. 【請求項１７９】 前記集電体表面の表面粗さＲａが
     ０．００１〜１μｍまたは０．０１〜１μｍであること
     を特徴とする請求項１７２〜１７８のいずれか１項に記
     載のリチウム二次電池。
180. 【請求項１８０】 前記集電体がニッケル箔であること
     を特徴とする請求項１７２〜１７９のいずれか１項に記
     載のリチウム二次電池。
181. 【請求項１８１】 板状の集電体と、該集電体の両面上
     に堆積して形成された、リチウムを吸蔵・放出する活物
     質薄膜とを備えるリチウム二次電池用電極。
182. 【請求項１８２】 前記集電体が金属箔であることを特
     徴とする請求項１８１に記載のリチウム二次電池用電
     極。
183. 【請求項１８３】 前記金属箔が銅箔であることを特徴
     とする請求項１８２に記載のリチウム二次電池用電極。
184. 【請求項１８４】 前記銅箔が電解銅箔であることを特
     徴とする請求項１８３に記載のリチウム二次電池用電
     極。
185. 【請求項１８５】 前記集電体の両面が、実質的に同一
     の表面粗さＲａを有していることを特徴とする請求項１
     ８１〜１８４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池
     用電極。
186. 【請求項１８６】 前記集電体の両面の表面粗さＲａ
     が、それぞれ０．０１〜１μｍであることを特徴とする
     請求項１８１〜１８５のいずれか１項に記載のリチウム
     二次電池用電極。
187. 【請求項１８７】 前記活物質薄膜が、シリコン薄膜ま
     たはゲルマニウム薄膜であることを特徴とする請求項１
     ８１〜１８６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池
     用電極。
188. 【請求項１８８】 前記シリコン薄膜が、微結晶シリコ
     ン薄膜または非晶質シリコン薄膜であることを特徴とす
     る請求項１８７に記載のリチウム二次電池用電極。
189. 【請求項１８９】 前記ゲルマニウム薄膜が、非晶質ゲ
     ルマニウム薄膜であることを特徴とする請求項１８７に
     記載のリチウム二次電池用電極。
190. 【請求項１９０】 前記活物質薄膜がその厚み方向に形
     成された切れ目によって柱状に分離されており、かつ該
     柱状部分の底部が前記集電体と密着していることを特徴
     とする請求項１８１〜１８９のいずれか１項に記載のリ
     チウム二次電池用電極。
191. 【請求項１９１】 前記活物質薄膜の厚み方向におい
     て、少なくとも厚みの１／２以上の部分が、前記切れ目
     によって柱状に分離されていることを特徴とする請求項
     １９０に記載のリチウム二次電池用電極。
192. 【請求項１９２】 前記切れ目が前記活物質薄膜の膨張
     収縮により形成されていることを特徴とする請求項１９
     ０または１９１に記載のリチウム二次電池用電極。
193. 【請求項１９３】 前記切れ目が電池を組み立てた後の
     充放電反応により形成されることを特徴とする請求項１
     ９０〜１９２のいずれか１項に記載のリチウム二次電池
     用電極。
194. 【請求項１９４】 前記切れ目が電池を組み立てる前の
     充放電反応により形成されていることを特徴とする請求
     項１９０〜１９２のいずれか１項に記載のリチウム二次
     電池用電極。
195. 【請求項１９５】 前記活物質薄膜の表面に凹凸が形成
     されており、前記切れ目が該薄膜表面の凹凸の谷部から
     前記集電体に向かって厚み方向に形成されていることを
     特徴とする請求項１９０〜１９４のいずれか１項に記載
     のリチウム二次電池用電極。
196. 【請求項１９６】 前記薄膜表面の凹凸が、集電体表面
     の凹凸に対応して形成されていることを特徴とする請求
     項１９５に記載のリチウム二次電池用電極。
197. 【請求項１９７】 前記集電体表面の凹凸の凸部が錐体
     状であることを特徴とする請求項１９６に記載のリチウ
     ム二次電池用電極。
198. 【請求項１９８】 前記柱状部分の上方が丸みを帯びた
     形状であることを特徴とする請求項１９０〜１９７のい
     ずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
199. 【請求項１９９】 前記切れ目が形成される前の前記活
     物質薄膜に、面方向に網目状に連なりかつ前記集電体に
     向かって厚み方向に延びた低密度領域が形成されてお
     り、該低密度領域に沿って前記切れ目が厚み方向に形成
     されていることを特徴とする請求項１９０〜１９８のい
     ずれか１項に記載のリチウム二次電池用電極。
200. 【請求項２００】 請求項１８１〜１９９のいずれか１
     項に記載のリチウム二次電池用電極を用いたことを特徴
     とするリチウム二次電池。
201. 【請求項２０１】 リチウムを吸蔵・放出する活物質薄
     膜が堆積して形成される表面を両面に有することを特徴
     とするリチウム二次電池電極用集電体。
202. 【請求項２０２】 前記両面が実質的に同一の表面粗さ
     Ｒａを有することを特徴とする請求項２０１に記載のリ
     チウム二次電池電極用集電体。
203. 【請求項２０３】 前記両面の表面粗さＲａがそれぞれ
     ０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項２０１
     または２０２に記載のリチウム二次電池電極用集電体。
204. 【請求項２０４】 金属箔であることを特徴とする請求
     項２０１〜２０３のいずれか１項に記載のリチウム二次
     電池電極用集電体。
205. 【請求項２０５】 銅箔であることを特徴とする請求項
     ２０４に記載のリチウム二次電池電極用集電体。
206. 【請求項２０６】 電解銅箔であることを特徴とする請
     求項２０５に記載のリチウム二次電池電極用集電体。
207. 【請求項２０７】 銅箔の両面に電解法により銅を析出
     させた電解銅箔であることを特徴とする請求項２０６に
     記載のリチウム二次電池電極用集電体。
208. 【請求項２０８】 請求項１８１〜１９９のいずれか１
     項に記載のリチウム二次電池用電極からなる負極と、集
     電体の両面上に正極活物質を設けた正極とを、セパレー
     タを介して交互に積層した電極構造を有することを特徴
     とするリチウム二次電池。
209. 【請求項２０９】 請求項１８１〜１９９のいずれか１
     項に記載のリチウム二次電池用電極からなる負極と、集
     電体の両面上に正極活物質を設けた正極との間にセパレ
     ータを介在させ、これらをスパイラル状に巻き付けた電
     極構造を有することを特徴とするリチウム二次電池。
210. 【請求項２１０】 Ｕ字形状に折り曲げられた集電体の
     内側に一対の正極活物質層が対向するように設けられた
     正極と、 集電体の両面上に負極活物質層が設けられ、前記Ｕ字形
     状の正極の内側に挿入される負極と、 前記正極の正極活物質層と前記負極の負極活物質層の間
     に配置されるセパレータとを備え、 前記負極が請求項１８１〜１９９のいずれか１項に記載
     のリチウム二次電池用電極であることを特徴とするリチ
     ウム二次電池。