JP2011096653A - 負極活物質、負極、および蓄電装置 - Google Patents

負極活物質、負極、および蓄電装置 Download PDF

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Abstract

【課題】蓄電装置の特性を向上させ、長寿命化する。
【解決手段】蓄電装置の負極活物質にリチウム窒化物を用いるに際して、リチウムの濃度が異なる複数のリチウム窒化物層を積層して形成する。例えば、集電体上に第１のリチウム窒化物層と第２のリチウム窒化物層が積層されて形成されている場合には、第１のリチウム窒化物層は、第２のリチウム窒化物層よりもリチウムが低濃度で含まれるようにする。この際、第１のリチウム窒化物層の遷移金属の濃度は、第２のリチウム窒化物層の遷移金属の濃度よりも高くする。なお、リチウムに代えて他のアルカリ金属を用いてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池に設ける負極活物質に関する。また、該負極活物質を有する負極に関する。更には、該負極を有する蓄電装置に関する。
近年、環境技術の高まりにより、従来の発電方式よりも環境への負荷が小さい発電装置（例えば、太陽光発電）の開発が盛んに行われている。発電装置の開発と並行して蓄電装置の開発も進められている。
蓄電装置の一つとして、例えば、リチウムイオン蓄電池が挙げられる。リチウムイオン蓄電池はエネルギー密度が高く、小型化に適しているため広く普及している。リチウムイオン蓄電池の負極材料としては、リチウムを挿入し、脱離することが可能なものが好ましく、例えばリチウム窒化物が挙げられる。負極活物質としてリチウム窒化物を用いると、低電圧での充放電が可能であり、非常に高い比容量が得られる（例えば、特許文献１を参照）。また、同様に蓄電装置の一つとして、キャパシタの開発も進められている。
特開平９−３５７１４号公報
しかし、蓄電装置（例えば、リチウムイオン蓄電池）の負極材料としてリチウム窒化物を用いると、充放電に伴う体積変化や結晶性の変化が問題となる。電極の体積や結晶性が変化すると、蓄電装置の特性が低下し、集電体との界面で剥離するなどの問題がある。
本発明の一態様は、蓄電装置の特性を向上させ、長寿命化させることを課題とする。
本発明の一態様は、リチウム窒化物により形成される蓄電装置の負極活物質であって、ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく２．４以下、ｂは０．６より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第１のリチウム窒化物層と、ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４、つまりｘは０．６より大きく２．９以下、ｙは０．１より大きく０．６以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、ａはｘより小さく、ｂはｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置の負極活物質である。
本発明の一態様は、リチウム窒化物により形成される蓄電装置の負極であって、集電体と、ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく２．４以下、ｂは０．６より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第１のリチウム窒化物層と、ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４、つまりｘは０．６より大きく２．９以下、ｙは０．１より大きく０．６以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、ａはｘより小さく、ｂはｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置の負極である。
本発明の一態様は、リチウム窒化物により形成される蓄電装置であって、集電体と、ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく２．４以下、ｂは０．６より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第１のリチウム窒化物層と、ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４、つまりｘは０．６より大きく２．９以下、ｙは０．１より大きく０．６以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、負極と対になる正極と、正極と負極の間に電解液を含むセパレータが形成され、ａはｘより小さく、ｂはｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置である。
上記構成の本発明の一態様において、充電状態においてはｘとｙの和は３に近いことが好ましい。
なお、Ｍは一種または複数種の金属であってもよい。Ｍが一種の金属により構成される場合には、コバルト、ニッケルまたは銅のいずれかを選べばよい。Ｍが複数種の金属により構成される場合には、少なくともコバルト、ニッケルまたは銅のいずれか一または複数を含み、更には第３族元素、第４族元素または第５族元素を含んでいてもよい。
上記構成の本発明の一態様において、リチウム窒化物層は３層以上で積層されていてもよい。リチウム窒化物層がリチウム濃度の異なる３層以上の積層である場合においても、集電体に近い側のリチウム窒化物層のリチウム濃度を小さくすればよい。
または、上記構成の本発明の一態様において、リチウム窒化物層は必ずしも複数のリチウム窒化物層が積層されたものでなくてもよく、集電体に近い側でリチウム濃度が小さくなるように徐々に濃度を変化させてもよい。
なお、上記構成の本発明の一態様において、リチウムに代えて他のアルカリ金属を用いてもよい。
上記構成の本発明の一態様において、蓄電装置は蓄電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
蓄電装置の特性を向上させ、長寿命化することができる。
本発明の一態様である電極の作製方法の一例を説明する図。 本発明の一態様である電池の一例を説明する図。 本発明の一態様である電池の断面の一例を説明する図。 本発明の一態様であるキャパシタの断面および上面の一例を説明する図。 本発明の一態様であるキャパシタの断面および上面の一例を説明する図。 本発明の一態様であるキャパシタの断面および上面の一例を説明する図。
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されるものではない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である負極活物質および該負極活物質を有する負極と、その作製方法について図１を参照して説明する。
本実施の形態で説明する負極活物質は、第１のリチウム窒化物層と第２のリチウム窒化物層が積層されて形成されている。
充電状態において、第１のリチウム窒化物層は、ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく２．４以下、ｂは０．６より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表され、第２のリチウム窒化物層は、ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４、つまりｘは０．６より大きく２．９以下、ｙは０．１より大きく０．６以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される。特に好ましくはｘ＝２．６、且つｙ＝０．４である。
なお、放電状態において、第１のリチウム窒化物層は、ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく２．４以下、ｂは０．６より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下であり、より好ましくは、０．６＜ａ≦１．２、１．８＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４、つまりａは０．６より大きく１．２以下、ｂは１．８より大きく２．４以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表され、第２のリチウム窒化物層は、ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４、つまりｘは０．６より大きく２．９以下、ｙは０．１より大きく０．６以下、ｚは０．６以上１．４以下である。）で表される。なお、放電状態におけるａは充電状態におけるａよりも小さく、放電状態におけるｘは充電状態におけるｘよりも小さい。さらに、充電状態においては、第２のリチウム窒化物層におけるｘとｙの和は、３に近いことが好ましい。
第１のリチウム窒化物層が集電体と接して形成されている場合には、第１のリチウム窒化物層のリチウムの濃度は、第２のリチウム窒化物層のリチウムの濃度よりも低くするとよく、第１のリチウム窒化物層の遷移金属の濃度は、第２のリチウム窒化物層の遷移金属の濃度よりも高くするとよい（ａ＜ｘ、ｂ＞ｙ）。
このように、集電体に近くなるにつれて、リチウム濃度が小さくなるようにリチウム窒化物層を積層することで、充放電に伴う体積変化や結晶性の変化の影響を小さくすることができる。さらに、集電体との界面で該リチウム窒化物によって構成された負極活物質が剥離するなどの問題についても、上記構成とすることで解決できる。さらに、上記構造とすることでサイクル特性などの蓄電装置の特性を向上させることができる。
以下では、第１のリチウム窒化物層が集電体と接して形成されている場合、すなわち、第１のリチウム窒化物層のリチウムの濃度は、第２のリチウム窒化物層のリチウムの濃度よりも低い場合について説明する。
リチウム窒化物層を形成するために、まず、負極材料の混合物を形成する。負極材料の混合物は、リチウム若しくはリチウムを含む物質と遷移金属Ｍ若しくは遷移金属Ｍを含む物質を混合し、不活性雰囲気中または不活性雰囲気中に還元性ガスを導入した雰囲気中で約２００℃〜１０００℃で焼成することで形成することができる。ここで、リチウムを含む物質および遷移金属Ｍを含む物質としては、これらの酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭酸塩、アルコキシド、または有機金属錯体などを挙げることができる。
なお、Ｍは一種または複数種の遷移金属であってもよい。Ｍが一種の遷移金属により構成される場合には、コバルト、ニッケルまたは銅のいずれかを選べばよい。Ｍが複数種の遷移金属により構成される場合には、少なくともコバルト、ニッケルまたは銅のいずれか一または複数を含み、更には第３族元素、第４族元素または第５族元素を含んでいてもよい。
そして、上記の負極材料の混合物を、導電助剤やバインダーなどと混合させてペースト化し、該ペーストを集電体１００上に塗布し、乾燥して、第１の負極前駆体１０２を形成する（図１（Ａ）を参照）。第１の負極前駆体１０２は、必要に応じて加圧成形するとよい。
なお、上記の導電助剤としては、蓄電装置中で化学変化を起こさない電子伝導性材料であればよい。例えば、黒鉛、炭素繊維などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウム若しくは銀などの金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などを用いることができる。
なお、上記のバインダーとしては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム若しくはポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂またはゴム弾性を有するポリマーなどが挙げられる。
ここで、リチウムの濃度が高いリチウム窒化物層とリチウムの濃度が低いリチウム窒化物層の作り分けについて説明する。なお、第１のリチウム窒化物層のリチウムの濃度が、第２のリチウム窒化物層のリチウムの濃度よりも低い場合について説明する。
まず、集電体１００上に第１の負極前駆体１０２を形成し、第１の負極前駆体１０２からリチウムを脱離させればよい。ここでリチウムの脱離方法は特定のものに限定されないが、例えば化学的または電気化学的に行えばよい。
電気化学的にリチウムを脱離させるには、例えば、集電体１００上に形成された第１の負極前駆体１０２と、第１の負極前駆体１０２と対極になるリチウム金属と、リチウム塩を含む非水電解液と、を用いて酸化還元系を組み、所定の電圧をかけて充電すればよい。
上記のようにリチウムを脱離した第１の負極前駆体１０４（図１（Ｂ）を参照）上に、導電助剤やバインダーなどと混合させてペースト化した上記の負極材料の混合物を再度塗布し、乾燥して第２の負極前駆体１０６を形成する（図１（Ｃ）を参照）。第２の負極前駆体１０６についても、必要に応じて焼成し、加圧成形するとよい。このようにして負極１０８を作製することができる（図１（Ｄ）を参照）。
なお、リチウムを脱離した第１の負極前駆体１０４および第２の負極前駆体１０６に対して、必要に応じて行う加圧成形は、リチウムを脱離した第１の負極前駆体１０４の形成後、または第１の負極前駆体１０２からリチウムを脱離して第２の負極前駆体１０６を形成した後に、一度だけ行ってもよい。
なお、リチウムの濃度が高いリチウム窒化物層とリチウムの濃度が低いリチウム窒化物層の作り分けは、上記の方法に限定されない。例えば、第１の負極前駆体１０２を形成するペーストに含ませる負極材料の混合物中のリチウムの濃度を、あらかじめ、第２の負極前駆体１０６を形成するペーストに含ませる負極材料の混合物中のリチウムの濃度よりも低くしておいてもよい。この場合には、第１の負極前駆体１０２の形成後におけるリチウムの脱離を行わなくてもよい。
または、第１のリチウム窒化物層と第２のリチウム窒化物層は、スパッタリング法により形成することもできる。
第１のリチウム窒化物層と第２のリチウム窒化物層をスパッタリング法により形成する場合には、上記した第１の負極前駆体１０２を焼結させてスパッタリングターゲットを作製し、該スパッタリングターゲットをスパッタリング装置に導入することで形成することができる。
このとき、スパッタリングにはアルゴンガスなどの希ガスを用いてもよいが、窒素ガスを用いてもよい。またはアルゴンガスなどの希ガスと窒素ガスとを組み合わせて用いてもよい。
第１のリチウム窒化物層と第２のリチウム窒化物層をスパッタリング法により形成するに際して、リチウムの濃度が高いリチウム窒化物層とリチウムの濃度が低いリチウム窒化物層の作り分けは、異なるスパッタリングターゲットを用いることにより行えばよい。なお、リチウム窒化物層をスパッタリング法により形成すると、非晶質のリチウム窒化物層を得ることができる。
なお、本実施の形態では濃度の異なる２層のリチウム窒化物層を積層して設ける形態について説明したが、これに限定されず、３層以上であってもよいし、複数の層を積層することなく、集電体に近い側のリチウム濃度が小さくなるように徐々にリチウム濃度を変化させてもよい。このように、集電体に近くなるにつれてリチウム濃度が小さくすることでも、充放電に伴う体積変化や結晶性の変化の影響を小さくすることができ、本発明の効果を得ることができる。リチウム濃度を徐々に変化させるには、濃度勾配が設けられたスパッタリングターゲットを用いてもよいし、リチウム濃度の異なる複数のスパッタリングターゲットを用いてもよい。
なお、本実施の形態では、電解質として主にリチウムイオンが含まれる場合について説明したが、これに限定されず、他のアルカリ金属イオンを用いてもよい。
以上説明したように、負極活物質および該負極活物質を有する負極を作製することができる。
本実施の形態にて説明した負極活物質および該負極活物質を有する負極を用いることで、特性（例えば、サイクル特性）が良好で、且つ寿命の長い蓄電装置を得ることができる。また、歩留まりと信頼性を向上させることもできる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である電池と、その作製方法について説明する。該電池の負極としては、実施の形態１にて説明した負極を用いる。
図２は、本発明の一態様である円筒型蓄電池の一例を示す斜視図である。なお、本発明はこれに限定されず、角型であってもよい。
図２に示す円筒型蓄電池は、電池側壁部２０４と電池蓋２０２と電池底部２０６により囲まれた閉空間を有する。
図３は、図２に示す円筒型蓄電池の断面２００における断面図を示す。
電池側壁部２０４および電池底部２０６は、導電性材料により形成すればよく、蓄電池の使用環境下において適切な機械的強度と耐薬品性を有するように、適切な材料を選択すればよい。例えばアルミニウム合金を用いることができる。電池側壁部２０４および電池底部２０６と、電池蓋２０２により囲まれた電池内部には閉空間が設けられる。閉空間には、例えば電極体２１０が配されている。電極体としては、例えば図３に示すように巻回電極体が挙げられる。
電極体２１０は、上部（電池蓋２０２側）と下部（電池底部２０６側）が絶縁板２１２および絶縁板２１４によって挟まれ、絶縁板２１２および絶縁板２１４のそれぞれから導線２２０と導線２２８が引き出されている。上部（電池蓋２０２側）の絶縁板２１２から引き出された導線２２０は、好ましくは抵抗素子２１６を介して電池蓋２０２に接続されている。抵抗素子２１６としては、温度の上昇により抵抗が増大する熱感抵抗素子を用いることが好ましい。これは、過剰な電流による異常な発熱を防止するためである。下部（電池底部２０６側）の絶縁板２１４から引き出された導線２２８は、電池底部２０６に接続されている。なお、電池底部２０６と電池側壁部２０４は導通している。
電池側壁部２０４、電池蓋２０２および上部（電池蓋２０２側）の絶縁板２１２はガスケット２１８を介して接続されているとよい。ガスケット２１８は絶縁性であることが好ましいが、これに限定されず、少なくとも電池蓋２０２と電池側壁部２０４が絶縁されていればよい。
なお、図示していないが、電池内部に安全弁を設けて、負極２２６と正極２２２がショートした場合または電池が加熱されて電池内部の圧力が高まった場合に電池蓋２０２と電極体２１０の接続が切断される構成としてもよい。
また、電極体２１０を固定するために、電極体２１０の中心に、センターピンが挿入されていてもよい。
電極体２１０は、負極２２６と正極２２２と、これらの間に設けられたセパレータ２２４を有する。電極体２１０が有する正極２２２は、導線２２０を介して電池蓋２０２に、電気的に接続されている。電極体２１０が有する負極２２６は、導線２２８を介して電池底部２０６に、電気的に接続されている。
正極２２２は、負極と同様に集電体と活物質により構成されていることが好ましい。例えば、正極集電体上に正極活物質となるリチウム金属含有複合酸化物層を形成すればよい。なお、リチウムに代えて他のアルカリ金属を用いてもよい。
正極活物質としては、例えばキャリアとなるイオン及び遷移金属を含む材料を用いることができる。キャリアとなるイオン及び遷移金属を含む材料としては、例えば一般式ＡαＭβＰＯγ（α＞０、β＞０、γ＞０）で表される材料を用いることができる。ここでＡは、例えば、リチウム、ナトリウム若しくはカリウムなどのアルカリ金属、またはベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム若しくはバリウムなどのアルカリ土類金属である。Ｍは、例えば、鉄、ニッケル、マンガン若しくはコバルトなどの遷移金属である。一般式ＡαＭβＰＯγ（α＞０、β＞０、γ＞０）で表される材料としては、例えばリン酸鉄リチウム、リン酸鉄ナトリウムなどがある。Ａで表される材料およびＭで表される材料は、上記のいずれか一または複数を選択すればよい。上記材料のほかにもコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、またはニッケル酸リチウムなどが挙げられる。
正極活物質層は、導電助剤やバインダーなどと混合させてペースト化して集電体上に塗布して形成してもよいし、スパッタリング法により形成してもよい。正極活物質層についても、必要に応じて加圧成形するとよい。
なお、集電体としては、チタンまたはアルミニウムなどを用いることができる。
なお、セパレータ２２４は、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ビナロンともいう）（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いることができる。ただし、電解液に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
また、セパレータ２２４が浸される電解液としては、例えば、ＥＣ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）とＤＥＣ（Ｄｉｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）の混合液中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を含ませたものを用いればよい。または、電解質としては、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、硼弗化リチウム（ＬｉＢＦ４）、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２）、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド（ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）などを用いることができる。または、リチウム以外のアルカリ金属イオンを用いる場合には、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、硼弗化ナトリウム（ＮａＢＦ４）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、硼弗化カリウム（ＫＢＦ４）などを挙げることができ、これらを単独で、または二種以上を組み合わせて溶媒に溶解させて使用することができる。
なお、溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（以下、ＥＭＣと略す）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）、およびジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）などの非環状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の非環状エーテル類、テトラヒドロフラン、および２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそのフッ化物を挙げることができ、これらの一種または二種以上を混合して使用することができる。
なお、本実施の形態では、電解液に主にリチウムイオンが含まれる場合について説明したが、これに限定されず、他のアルカリ金属イオンを用いてもよい。
なお、本実施の形態においてもリチウム窒化物層は、３層以上であってもよいし、複数の層を積層することなく、集電体に近い側のリチウム濃度が小さくなるように徐々にリチウム濃度を変化させてもよい。
以上説明したように、実施の形態１にて説明した電極を負極として用いて電池を作製することができる。
本実施の形態にて説明した電池は、特性（例えば、サイクル特性）が良好で、且つ寿命が長く、信頼性の高いものとすることができる。また、高い歩留まりで作製することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様であるキャパシタと、その作製方法について説明する。該キャパシタの負極としては、実施の形態１にて説明した負極を用いる。
図４は、本発明の一態様であるキャパシタの一例における断面図（図４（Ａ）を参照）と上面図（図４（Ｂ）を参照）を示す。図４に示すキャパシタは、底蓋３００と上蓋３１０によって電極体３２０が挟持され、電極体３２０は、底蓋３００と、上蓋３１０と、例えばガスケット３０８により形成された閉空間に配されている。なお、図４には円筒型の例を示しているが、角型であってもよい。
電極体３２０は、正極３０２と負極３０４と、これらの間に設けられたセパレータ３０６と、を有する。正極３０２は、正極集電体３１２と正極活物質層３１４を有する。負極３０４は、負極集電体３１６と負極活物質層３１８を有する。
正極３０２の正極集電体３１２は、実施の形態２における正極２２２が有する集電体と同様の材料および同様の形成方法により形成することができる。
正極３０２が有する正極活物質層３１４は、活性炭、カーボンナノチューブ、フラーレン、ポリアセンなどを用いて形成することができる。正極活物質層３１４として、例えば、集電体上に正極活物質となる活性炭を配すればよい。まず、正極活物質である活性炭と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンと、を７９：５：１６で混合させ、該混合物をＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）に漬けて撹拌し、ペースト化し、該ペーストを集電体上に塗布し、乾燥することで正極活物質層を形成することができる。正極活物質層についても、必要に応じて加圧成形するとよい。
負極３０４の負極集電体３１６は、実施の形態２における負極２２６が有する集電体と同様の材料および同様の形成方法により形成することができる。
負極３０４の負極活物質層３１８は、実施の形態２における負極２２６が有する負極活物質層と同様の材料および同様の形成方法により形成することができる。
すなわち、負極３０４は、実施の形態１にて説明した負極を用いることができる。
なお、ガスケット３０８は絶縁性であることが好ましいが、これに限定されず、少なくとも正極３０２と負極３０４がショートしない構成であればよい。
なお、閉空間中に充填される電解液も、実施の形態２で用いたものと同様のものを用いればよい。
なお、図４には正極３０２と負極３０４を外部に接続するための導線などを示していないが、例えば図５に示すように、正極３０２が有する正極集電体３１２Ａと、負極３０４が有する負極集電体３１６Ａが、互いに異なって電極体３２０の外側方向にはみ出すことで、正極３０２と負極３０４を外部に引き出してもよい。
または、図６に示すようにガスケット３０８の一部が導電性材料により形成されていてもよい。例えば、ガスケット３０８の底蓋３００側に導電性の部分３０８Ａが設けられ、導電性の部分３０８Ａに正極３０２Ｂが接続され、ガスケット３０８の上蓋３１０側に導電性の部分３０８Ｂが設けられ、導電性の部分３０８Ｂに負極３０４Ｂが接続されていればよい。
なお、上記の説明では底蓋３００と上蓋３１０は絶縁性材料により形成されている場合を示したが、これに限定されず、底蓋３００と上蓋３１０が、例えばアルミニウム合金などにより形成されていてもよい。この場合には、ガスケット３０８によって底蓋３００と上蓋３１０を絶縁すればよい。
以上説明したように、実施の形態１にて説明した電極を負極として用いてキャパシタを作製することができる。
本実施の形態にて説明したキャパシタは、特性（例えば、サイクル特性）が良好で、且つ寿命が長く、信頼性の高いものとすることができる。また、高い歩留まりで作製することが可能である。
１００ 集電体
１０２ 第１の負極前駆体
１０４ リチウムを脱離した第１の負極前駆体
１０６ 第２の負極前駆体
１０８ 負極
２００ 断面
２０２ 電池蓋
２０４ 電池側壁部
２０６ 電池底部
２１０ 電極体
２１２ 絶縁板
２１４ 絶縁板
２１６ 抵抗素子
２１８ ガスケット
２２０ 導線
２２２ 正極
２２４ セパレータ
２２６ 負極
２２８ 導線
３００ 底蓋
３０２ 正極
３０２Ｂ 正極
３０４ 負極
３０４Ｂ 負極
３０６ セパレータ
３０８ ガスケット
３０８Ａ 導電性の部分
３０８Ｂ 導電性の部分
３１０ 上蓋
３１２ 正極集電体
３１２Ａ 正極集電体
３１４ 正極活物質層
３１６ 負極集電体
３１６Ａ 負極集電体
３１８ 負極活物質層
３２０ 電極体

Claims (3)

  1. リチウム窒化物により形成される蓄電装置の負極活物質であって、
    ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第１のリチウム窒化物層と、
    ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、
    前記ａは前記ｘより小さく、前記ｂは前記ｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置の負極活物質。
  2. リチウム窒化物により形成される蓄電装置の負極であって、
    集電体と、
    ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第１のリチウム窒化物層と、
    ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、
    前記ａは前記ｘより小さく、前記ｂは前記ｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置の負極。
  3. リチウム窒化物により形成される蓄電装置であって、
    集電体と、
    ＬｉａＭｂＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ａ≦２．４、０．６＜ｂ≦２．４、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第１のリチウム窒化物層と、
    ＬｉｘＭｙＮｚ（Ｍは遷移金属であり、０．６＜ｘ≦２．９、０．１＜ｙ≦０．６、０．６≦ｚ≦１．４）で表される第２のリチウム窒化物層と、が積層され、
    負極と対になる正極と、
    前記正極と前記負極の間に電解液を含むセパレータが形成され、
    前記ａは前記ｘより小さく、前記ｂは前記ｙよりも大きいことを特徴とする蓄電装置。
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