JP2017033941A

JP2017033941A - 蓄電装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2017033941A
Application number: JP2016183016A
Authority: JP
Inventors: 和貴栗城; Kazuki Kuriki; 幹央湯川; Mikio Yugawa
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-02-09
Also published as: TWI517484B; US20110294011A1; KR101941142B1; CN102906913B; DE112011101878T5; WO2011152189A1; JP6012145B2; CN102906913A; JP2012015101A; KR20130082101A; TW201230459A

Abstract

【課題】放電容量を高めることが可能な蓄電装置を提供する。又は、繰り返し充放電によ
る電極の劣化を低減することが可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置は、活物質層として機能する結晶性シリコン層を有する蓄電装置の
電極を有する。結晶性シリコン層は、結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域上に突
出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域と、を有する。複数の突起
は、第１の突起と第２の突起とを有し、第２の突起は第１の突起よりも、突起の軸におけ
る長さが大きく、且つ、突起の先端が鋭い。
【選択図】図１

Description

技術分野は、蓄電装置及びその作製方法に関する。

なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。

近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等の、蓄電装置
の開発が行われている。

蓄電装置用の電極は、集電体の一表面又は両面に活物質を形成することにより作製され
る。活物質としては、例えば、炭素又はシリコン等の、キャリアとなるイオンの吸蔵及び
放出が可能な材料が用いられている。また、シリコン、又はリンがドープされたシリコン
は、炭素に比べ、理論容量が大きく、蓄電装置の大容量化という点において優れている（
例えば特許文献１）。

特開２００１−２１０３１５号公報

しかしながら、シリコンを負極活物質等の活物質に用いても、理論容量ほど高い放電容
量を得ることは困難である。そこで、本発明の一態様では、放電容量が高い蓄電装置及び
その作製方法を提供することを課題とする。

また、本発明の一態様では、繰り返し充放電による電極の劣化を低減すること等により
、高い性能を有する蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。

また、本発明の一態様では、放電容量又は充電容量を高めること等により、高い性能を
有する蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。

開示する蓄電装置は、活物質層として、結晶性シリコン層を用いるものである。そして
、結晶性シリコン層が、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を含むことを特徴としている
。ウィスカー状の結晶性シリコン領域とは、結晶性シリコン層の表面側に柱状の突起及び
針状の突起を含む複数の突起を有している結晶性シリコン領域を指す。

上記複数の突起が柱状の突起を有することで、厚さ方向における活物質層の強度が高く
なる。活物質層の強度を高くすることで、繰り返し充放電による電極の劣化が低減される
。また、活物質層の強度を高くすることで、振動等による電極の劣化が低減される。よっ
て、蓄電装置の耐久性が向上する。また、活物質層の強度を高くすることで、放電容量又
は充電容量の減少を防ぐ。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領
域を含む結晶性シリコン層を用い、結晶性シリコン領域に柱状の突起を含ませることで、
蓄電装置の性能を向上させる。

また、上記複数の突起が針状の突起を有することで、活物質層における単位質量当たり
の表面積が大きくなる。表面積を大きくすることで、蓄電装置の放電容量又は充電容量が
高まる。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領域を含む結晶性シ
リコン層を用い、結晶性シリコン領域に針状の突起を含ませることで、蓄電装置の性能を
向上させる。

本発明の一態様は、活物質層として機能する結晶性シリコン層を有し、結晶性シリコン
層は、表面に複数の突起を有し、複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とを有する蓄電
装置である。

また、本発明の他の一態様は、集電体と、集電体上に設けられ、活物質層として機能す
る結晶性シリコン層と、を有し、結晶性シリコン層は、結晶性シリコン領域と、当該結晶
性シリコン領域上に突出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域と、
を有し、複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とを有する蓄電装置である。

また、集電体と活物質層との間には、集電体に用いられる金属元素と活物質層に用いら
れるシリコンとを含む層を有していてもよい。当該層を有することにより、集電体と活物
質層との間に低密度な領域（粗な領域）が形成されず、集電体と活物質層との間の、密着
性等の特性が向上する。

また、集電体と活物質層との間には、集電体に用いられる金属元素と活物質層に用いら
れるシリコンとのシリサイドを有していてもよい。

また、集電体に用いられる金属元素は、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、又はニッケルで
あってもよい。

また、柱状の突起は、円柱状の突起又は角柱状の突起であってもよい。

また、針状の突起は、円錐状の突起又は角錐状の突起であってもよい。

また、本発明の他の一態様は、集電体上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて減圧化
学的気相成長（ＬＰＣＶＤ：ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、柱状の突起と針状の突起とを有する結晶性シリコン
領域を有する結晶性シリコン層を、活物質層として形成する蓄電装置の作製方法である。

本発明の一態様は、放電容量が高い蓄電装置及びその作製方法を提供することができる
。

また、本発明の一態様は、電極の破損が抑えられる等の高い性能を有する蓄電装置及び
その作製方法を提供することができる。

蓄電装置の電極の構造及び作製方法を説明するための断面図である。蓄電装置の電極の作製方法を説明するための断面図である。蓄電装置の一形態を説明するための平面図及び断面図である。蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。結晶性シリコンの平面ＳＥＭ写真である。結晶性シリコンの断面ＴＥＭ写真である。集電体と活物質層との界面近傍の拡大写真である。集電体と活物質層との界面近傍のＥＤＸの二次元元素マッピングである。二次電池の作製方法の例である。ＲＦ給電システムの構成を示す図である。ＲＦ給電システムの構成を示す図である。突起の断面ＴＥＭ写真である。突起の断面ＴＥＭ写真である。蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。

本発明の実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以
下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳
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。従って、本発明は以下に
示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではないとする。なお、説明中に図
面を参照するにあたり、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場合があ
る。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場
合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である蓄電装置の電極の構造及びその作製方法につ
いて説明する。

蓄電装置の電極の構造の一例について、図１を用いて説明する。

図１（Ａ）に示すように、蓄電装置の電極は、集電体１０１上に、活物質層１０３とし
て機能する結晶性シリコン層を有する。

ここで、図１（Ａ）の集電体１０１及び活物質層１０３の破線１０５における拡大図を
、図１（Ｂ）に示す。

活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａと、結晶性シリコン領域１０３ａ上に
形成されたウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂとを有する。なお、結晶性シリコ
ン領域１０３ａとウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂとの界面は、明確ではない
。このため、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの複数の突起の間に形成される
谷のうち最も深い谷の底を通り、かつ集電体の表面と平行な平面を、結晶性シリコン領域
１０３ａとウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂとの界面とする。

結晶性シリコン領域１０３ａは、集電体１０１を覆っている。また、ウィスカー状の結
晶性シリコン領域１０３ｂは、ひげ状の突起を複数有し、複数の突起が散在している。

ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは、柱状の突起や針状の突起を含む複数の
突起を有する。突起は、頂部が丸くなっていてもよい。突起の径は、５０ｎｍ以上１０μ
ｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以上３μｍ以下である。また、突起の軸における長さは、
０．５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下である。

柱状の突起は、円柱状の突起や角柱状の突起を含んでいてもよい。図１（Ｂ）では、柱
状の突起１２１が結晶性シリコン領域上に突出している状態を示している。

なお、柱状の突起の軸における長さｈ_１とは、突起の頂面（頂部の上面）の中心を通る
軸における、突起の頂面と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離である。また、柱状の突
起において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さは、突起の頂面の中心か
ら結晶性シリコン領域１０３ａの表面までの垂線の長さに相当する。

針状の突起は、円錐状の突起や角錐状の突起を含んでいてもよい。図１（Ｂ）では、針
状の突起１２２が結晶性シリコン領域上に突出している状態を示している。

なお、針状の突起の軸における長さｈ_２とは、突起の頂点を通る軸における、突起の頂
点と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離である。また、針状の突起において、ウィスカ
ー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さは、突起の頂点から結晶性シリコン領域１０３
ａの表面までの垂線の長さに相当する。

なお、突起が結晶性シリコン領域１０３ａから伸張する方向を長手方向といい、長手方
向に沿った断面形状を長手断面形状という。また、長手方向に垂直な方向に沿った断面形
状を輪切り断面形状という。

図１（Ｂ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成される突
起の長手方向は一方向、例えば結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対する法線方向に伸
張していてもよい。なお、突起の長手方向は、結晶性シリコン領域１０３ａの表面の法線
方向と、略一致していればよく、各々の方向の差は代表的には５度以内であることが好ま
しい。図１（Ｂ）においては、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂにおいては、
長手断面形状のみを示している。

又は、図１（Ｃ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成さ
れる突起の長手方向が不揃いであってもよい。

代表的には、長手方向が結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対する法線方向と略一致
する第一の突起と、長手方向が法線方向とは異なる第二の突起とを有してもよい。図１（
Ｃ）では、第一の突起として柱状の突起１１３ａ、針状の突起１１４ａを有し、第二の突
起として柱状の突起１１３ｂ、針状の突起１１４ｂを有する状態を示している。

また、突起の長手方向が不揃いである場合、図１（Ｃ）に示すように、ウィスカー状の
結晶性シリコン領域１０３ｂの断面においては、突起の長手断面形状と共に、領域１０３
ｄで示すように、突起の輪切り断面形状が混在している。領域１０３ｄは、円柱状又は円
錐状の突起の輪切り断面形状を示しているため円形であるが、突起が角柱状又は角錐状で
あれば、領域１０３ｄは、多角形状である。

また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成される複数の突起は、柱状の
突起や針状の突起を含む。

柱状の突起を有することにより、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さ方
向における活物質層の強度を高めることができるため、電極の破損が生じるのを抑えるこ
とができる。よって、繰り返し充放電による電極の劣化を低減することができる。また、
活物質層の強度を高めることで、放電容量又は充電容量が減少するのを防ぐことができる
。また、活物質層の強度を高めることで、振動等による電極の劣化を低減することができ
る。したがって、長時間使用することができる等、蓄電装置の性能を向上させることがで
きる。

また、針状の突起を有することにより、突起同士を絡ませることができるため、蓄電装
置の充放電において突起が脱離するのを防ぐことができる。よって、繰り返し充放電によ
る電極の劣化を低減し、蓄電装置を長時間使用することができる。

また、針状の突起は、柱状の突起よりも単位質量当たりの表面積が大きい。表面積が大
きい針状の突起を含むことで、蓄電装置の反応物質（リチウムイオン等）が結晶性シリコ
ンに吸蔵される速度、又は反応物質が結晶性シリコンから放出される速度が、単位質量当
たりで増大する。反応物質の吸蔵又は放出の速度が増大することで、高電流密度での反応
物質の吸蔵量又は放出量が増大するため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めること
ができる。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領域を含む結晶性
シリコン層を用い、結晶性シリコン領域に針状の突起を含ませることで、蓄電装置の性能
を向上させることができる。

次に、蓄電装置の電極の作製方法の一例について、図１、図２を用いて説明する。

図１において、集電体１０１として、箔状、板状、又は網状の導電性部材を用いる。集
電体１０１には、特に限定されないが、白金、アルミニウム、銅、チタン等に代表される
導電性の高い金属元素を用いることができる。なお、集電体１０１として、シリコン、チ
タン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン等の耐熱性を向上させる元素が添加されたア
ルミニウム合金を用いてもよい。

また、集電体１０１として、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素を用い
てもよい。シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、
チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステ
ン、コバルト、ニッケル等がある。

又は、図２に示すように、基板１１５上に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、イン
クジェット法、ＣＶＤ法等を適宜用いて、集電体１１１を形成することができる。

次に、図１（Ａ）に示すように、活物質層１０３として、結晶性シリコン層を集電体１
０１上に熱ＣＶＤ法、好ましくはＬＰＣＶＤ法により形成する。なお、図１（Ａ）では、
集電体１０１の一表面に活物質層１０３を形成する例を示しているが、活物質層を集電体
の両面に形成してもよい。

ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成において、５５０度より高い温度で、且つ
、ＬＰＣＶＤ装置及び集電体１０１が耐えうる温度以下、好ましくは５８０度以上６５０
度未満の加熱をしつつ、原料ガスとしてシリコンを含む堆積性ガスを用いる。シリコンを
含む堆積性ガスとしては、水素化シリコン、フッ化シリコン、塩化シリコンがあり、代表
的には、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、Ｓｉ_２Ｃｌ_６等がある。なお、
原料ガスに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、及び水素の一以上を混
合させてもよい。

活物質層１０３として、ＬＰＣＶＤ法を用いて結晶性シリコン層を形成することにより
、集電体１０１と活物質層１０３との間に低密度な領域が形成されず、集電体１０１と結
晶性シリコン層との界面における電子の移動が容易になると共に、密着性を高めることが
できる。これは、結晶性シリコン層の堆積工程において、常に原料ガスの活性種が堆積中
の結晶性シリコン層に供給されるため、結晶性シリコン層から集電体１０１にシリコンが
拡散し、シリコン不足領域（粗な領域）が形成されても、当該領域に原料ガスの活性種が
常に供給され、結晶性シリコン層中に低密度領域が形成されにくくなるためである。また
、気相成長により集電体１０１上に結晶性シリコン層を形成するため、スループットを向
上させることができる。

なお、活物質層１０３に不純物として酸素が含まれている場合がある。これは、活物質
層１０３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際の加熱により、ＬＰＣＶＤ
装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、活物質層１０３として機能する結晶性シリ
コン層に拡散するためである。

なお、結晶性シリコン層に、リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加さ
れていてもよい。リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加された結晶性シ
リコン層は、導電性が高くなるため、電極の導電率を高めることができる。このため、放
電容量をさらに高めることができる。

また、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、集電体１０１上に混合層１０７が形成さ
れていてもよい。例えば、混合層１０７は、集電体１０１を形成する金属元素及びシリコ
ンで形成されていてもよい。なお、混合層１０７が集電体１０１を形成する金属元素及び
シリコンで形成される場合、活物質層１０３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形
成する際の加熱により、結晶性シリコン層に含まれるシリコンが集電体１０１に拡散する
ことで、混合層１０７を形成することができる。

シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で集電体１０１を形成する場合、混
合層１０７には、シリサイドを形成する金属元素とシリコンとのシリサイド、代表的には
、ジルコニウムシリサイド、チタンシリサイド、ハフニウムシリサイド、バナジウムシリ
サイド、ニオブシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、モリブデンシリサ
イド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、及びニッケルシリサイドの一以上
が形成される。又は、シリサイドを形成する金属元素とシリコンとの合金層が形成される
。

集電体１０１と活物質層１０３との間に混合層１０７を有することで、集電体１０１と
活物質層１０３との界面における抵抗を低減させることができるため、電極（例えば負極
）の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。ま
た、集電体１０１及び活物質層１０３の密着性を高めることが可能であり、蓄電装置の劣
化を低減することができる。

なお、混合層１０７に不純物として酸素が含まれる場合がある。これは、活物質層１０
３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際の加熱により、ＬＰＣＶＤ装置の
石英製のチャンバーから酸素が脱離し、混合層１０７に拡散するためである。

混合層１０７上には、集電体１０１を形成する金属元素の酸化物で形成される金属酸化
物層１０９が形成されてもよい。これは、活物質層１０３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シ
リコン層を形成する際の加熱により、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱
離し、集電体１０１が酸化されるためである。なお、金属酸化物層１０９を形成しない場
合は、ＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際に、チャンバー内に、ヘリウム、ネ
オン、アルゴン、キセノン等の希ガスを充填してもよい。

集電体１０１をシリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成する場合、金
属酸化物層１０９として、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素の酸化物で
形成される金属酸化物層が形成される。

金属酸化物層１０９の代表例としては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウ
ム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タ
ングステン、酸化コバルト、酸化ニッケル等がある。なお、集電体１０１を、チタン、ジ
ルコニウム、ニオブ、タングステン等で形成すると、金属酸化物層１０９は、酸化チタン
、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タングステン等の酸化物半導体で形成されるため
、集電体１０１と活物質層１０３との界面における抵抗を低減することが可能であり、電
極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。

以上の工程により、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減すること
等により、高い性能を有する蓄電装置を作製することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図３を用いて説明する。

はじめに、蓄電装置の一態様として、二次電池の構造について以下に説明する。

二次電池の中でも、ＬｉＣｏＯ_２等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン
電池は、放電容量が高く、安全性が高い。ここでは、二次電池の代表例であるリチウムイ
オン電池の構造について、説明する。

図３（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図
を図３（Ｂ）に示す。

図３（Ａ）に示す蓄電装置１５１は、外装部材１５３の内部に蓄電セル１５５を有する
。また、蓄電セル１５５に接続する端子部１５７、端子部１５９を有する。

外装部材１５３には、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケー
ス、プラスチックケース等を用いることができる。

図３（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６
３と正極１６５との間に設けられたセパレータ１６７と、外装部材１５３中に満たされる
電解質１６９と、で構成される。

負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３で構成される。負極１６３と
して、実施の形態１に示す電極を用いることができる。

負極活物質層１７３には、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層
１０３を用いることができる。なお、結晶シリコン層にリチウムをプリドープしてもよい
。また、ＬＰＣＶＤ装置において、負極集電体１７１の両面を用いて電極を構成する場合
に、負極集電体１７１を枠状のサセプターで保持しながら結晶性シリコン層で形成される
負極活物質層１７３を形成することで、負極集電体１７１の両面に同時に負極活物質層１
７３を形成することが可能であるため、工程数を削減することができる。

正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７で構成される。負極活物質層
１７３は、負極集電体１７１の一方又は両方の面に形成される。正極活物質層１７７は、
正極集電体１７５の一方の面に形成される。

また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。また、正極集電体１７５は、端
子部１５７と接続する。また、端子部１５７、端子部１５９は、それぞれ一部が外装部材
１５３の外側に導出されている。

なお、本実施の形態では、蓄電装置１５１として、密封された薄型蓄電装置を示したが
、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等、様々な形状の蓄電装置を用いる
ことができる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造
を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。

正極集電体１７５には、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５には
、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。

正極活物質層１７７には、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ
_４、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＭｎ_２ＰＯ_４、Ｖ_２Ｏ_５、
Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、その他のリチウム化合物を材料として用いることができる。なお
、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、又はアルカリ土類金属イオン
の場合、正極活物質層１７７として、上記リチウム化合物においてリチウムの代わりに、
アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、ベリリウム、マグネシウム、又はア
ルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）を用いることもで
きる。

電解質１６９の溶質には、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリ
チウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質１６９の溶質の代表例としては、Ｌ
ｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等の
リチウム塩がある。なお、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、又は
アルカリ土類金属イオンの場合、電解質１６９の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩
等のアルカリ金属塩、ベリリウム塩、マグネシウム塩、又はカルシウム塩、ストロンチウ
ム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩等を適宜用いることができる。

また、電解質１６９の溶媒としては、リチウムイオンの移送が可能な材料を用いる。電
解質１６９の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の
代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、
テトラヒドロフラン等があり、これらの一つ又は複数を用いることができる。また、電解
質１６９の溶媒として、ゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性
が高まる。また、蓄電装置１５１の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子
材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチ
レンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。

また、電解質１６９として、Ｌｉ_３ＰＯ_４等の固体電解質を用いることができる。

セパレータ１６７には、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ１６７の代表例としては
、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。

リチウムイオン電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大
きい。また、動作電圧が高い。これらのため、小型化及び軽量化が可能である。また、充
放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能であ
る。

次に、蓄電装置の他の一態様として、キャパシタについて説明する。キャパシタの代表
例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。

キャパシタの場合は、図３（Ａ）に示す二次電池の正極活物質層１７７の代わりに、リ
チウムイオン及び／又はアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。当該材料の
代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）がある。

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返
し利用による寿命も長い。

負極１６３に実施の形態１に示す負極を用いることで、放電容量が高く、繰り返し充放
電による電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。

また、蓄電装置の他の一形態である空気電池において、負極に実施の形態１に示す集電
体及び活物質層を用いることで、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低
減した蓄電装置を作製することができる。

（実施の形態３）

本実施の形態では、実施の形態２で説明した蓄電装置の応用形態について、図４及び図
１４を用いて説明する。

実施の形態２で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジ
タルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう。）、携帯型ゲーム
機、携帯情報端末、音響再生装置等の、電子機器に用いることができる。また、電気自動
車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、電動自転車、車椅子等の、
電気推進車両に用いることができる。ここでは、電気推進車両の代表例として、電動自転
車と車椅子について説明する。

図１４は、電動自転車１４０１（電動アシスト自転車ともいう。）の斜視図である。電
動自転車１４０１は、使用者が座るサドル１４０２、ペダル１４０３、フレーム１４０４
、車輪１４０５、車輪１４０５を操舵するハンドル１４０６、フレーム１４０４に装着さ
れた駆動部１４０７、ハンドル１４０６の周辺に設置された表示装置１４０８を有してい
る。

駆動部１４０７は、モータ、バッテリー、コントローラ等を有している。コントローラ
は、バッテリーの状況（電流、電圧、バッテリー温度等）を検出し、電動自転車１４０１
の走行時にはバッテリーからの放電量を調整することでモータを制御し、バッテリーの充
電時には充電量の制御を行う。また、駆動部１４０７に、使用者がペダル１４０３を踏む
力や、走行速度等を検知するセンサーを設け、センサーからの情報に応じてモータを制御
してもよい。なお、図１４では、駆動部１４０７をフレーム１４０４に取り付ける構成を
示しているが、駆動部１４０７の取り付け位置はこれに限定されない。

表示装置１４０８には、表示部、切り換えボタン等が設けられている。表示部において
バッテリーの残量や走行速度等を表示する。また、切り換えボタンによって、モータの制
御や、表示部の表示の切り換えを行う。なお、図１４では、表示装置１４０８をハンドル
１４０６の周辺に取り付ける構成を示しているが、表示装置１４０８の配置はこれに限定
されない。

実施の形態２で説明した蓄電装置を、駆動部１４０７のバッテリーに用いることができ
る。駆動部１４０７のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力
供給により、充電をすることができる。また、実施の形態２で説明した蓄電装置を、表示
装置１４０８に用いてもよい。

図４は、電動式の車椅子５０１の斜視図である。電動式の車椅子５０１は、使用者が座
る座部５０３、座部５０３の後方に設けられた背もたれ５０５、座部５０３の前下方に設
けられたフットレスト５０７、座部５０３の左右に設けられたアームレスト５０９、背も
たれ５０５の上部後方に設けられたハンドル５１１を有する。

アームレスト５０９の一方には、車椅子５０１の動作を制御するコントローラ５１３が
設けられている。座部５０３の下方のフレーム５１５を介して、座部５０３の前下方には
、一対の前輪５１７が設けられ、座部５０３の後下方には、一対の後輪５１９が設けられ
ている。後輪５１９は、モータ、ブレーキ、ギア等を有する駆動部５２１に接続される。
座部５０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段等を有する制御部５２３が設
けられている。制御部５２３は、コントローラ５１３及び駆動部５２１と接続しており、
使用者によるコントローラ５１３の操作により、制御部５２３を介して駆動部５２１が駆
動し、電動式の車椅子５０１の前進、後進、旋回等の動作、及び速度を制御する。

実施の形態２で説明した蓄電装置を、制御部５２３のバッテリーに用いることができる
。制御部５２３のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給
により、充電をすることができる。なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や
導電軌条からの電力供給により、バッテリーの充電をすることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置の一例である二次電池を、無線給電
システム（ＲＦ給電システムともいう。）に用いた場合の一例を、図１０及び図１１のブ
ロック図を用いて説明する。なお、各ブロック図では、受電装置及び給電装置内の構成要
素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は
機能ごとに完全に切り分けることが困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わるこ
ともあり得る。

はじめに、図１０を用いてＲＦ給電システムの一例について説明する。

受電装置６００は、給電装置７００から供給された電力で駆動する電子機器又は電気推
進車両に適用される。その他にも、受電装置６００を、電力で駆動する装置に適宜適用す
ることができる。電子機器の代表例としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ
、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう。）、携帯型
ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、表示装置、コンピュータ等がある。また、電気
推進車両の代表例としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車
、カート、電動自転車、車椅子等がある。また、給電装置７００は、受電装置６００に電
力を供給する機能を有する。

図１０において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有す
る。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二
次電池６０４とを少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路
７０１と、信号処理回路７０２とを少なくとも有する。

受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受
け取る、又は給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。信号処理回
路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の
充電、及び二次電池６０４から電源負荷部６１０への電力の供給を制御する機能を有する
。また、信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２の動作を制御する機能を
有する。このようにして、受電装置用アンテナ回路６０２から発信する信号の強度、周波
数等を制御することができる。

電源負荷部６１０は、二次電池６０４から電力を受け取り、受電装置６００を駆動する
駆動部である。電源負荷部６１０の代表例としては、モータ、駆動回路等がある。その他
にも、電源負荷部６１０として、電力を受け取って受電装置６００を駆動する装置を適宜
用いることができる。

また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る
、又は受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。信号処理回路７
０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が受信した信号を処理する機能を有する。また、
信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１の動作を制御する機能を有する。
このようにして、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号の強度、周波数等を制御
することができる。

本発明の一態様に係る二次電池は、図１０で説明したＲＦ給電システムにおける受電装
置６００が有する二次電池６０４として利用される。

ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池
に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができ
るため、何度も給電する手間を省くことができる。

また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷
部６１０を駆動するための蓄電量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化及び軽
量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。

次に、ＲＦ給電システムの他の例について図１１を用いて説明する。

図１１において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有す
る。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二
次電池６０４と、整流回路６０５と、変調回路６０６と、電源回路６０７とを、少なくと
も有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７
０２と、整流回路７０３と、変調回路７０４と、復調回路７０５と、発振回路７０６とを
、少なくとも有する。

受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受
け取る、又は給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。給電装置用
アンテナ回路７０１が発信する信号を受電装置用アンテナ回路６０２が受け取る場合、整
流回路６０５は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号から直流電圧を生成する
機能を有する。信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を
処理し、二次電池６０４の充電、及び二次電池６０４から電源回路６０７への電力の供給
を制御する機能を有する。電源回路６０７は、二次電池６０４が蓄電している電圧を、電
源負荷部６１０に必要な電圧に変換する機能を有する。変調回路６０６は、受電装置６０
０から給電装置７００へ信号を送信する（何らかの応答をする）場合に使用される。

電源回路６０７を有することで、電源負荷部６１０に供給する電力を制御することがで
きる。このため、電源負荷部６１０に過電圧が印加されることを低減することが可能であ
り、受電装置６００の劣化や破壊を低減することができる。

また、変調回路６０６を有することで、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送
信することが可能である。このため、受電装置６００の充電量を判断し、一定量の充電が
行われた場合に、受電装置６００から給電装置７００に信号を送信し、給電装置７００か
ら受電装置６００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池６０４の受電
量を１００％としないことで、二次電池６０４の充電回数を増加させることが可能である
。

また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る
、又は受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。受電装置用アン
テナ回路６０２に信号を送る場合、信号処理回路７０２は、受電装置６００に送信する信
号を生成する機能を有する。発振回路７０６は、一定の周波数の信号を生成する機能を有
する。変調回路７０４は、信号処理回路７０２が生成した信号と発振回路７０６で生成さ
れた一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路７０１に電圧を印加する機能
を有する。これにより、給電装置用アンテナ回路７０１から信号が出力される。一方、受
電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る場合、整流回路７０３は、受け取った信
号を整流する機能を有する。復調回路７０５は、整流回路７０３が整流した信号から受電
装置６００が給電装置７００に送った信号を抽出する機能を有する。信号処理回路７０２
は、復調回路７０５によって抽出された信号を解析する機能を有する。

なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他の回路が設けられていてもよい
。例えば、受電装置６００が信号を受信し整流回路６０５で直流電圧を生成したあとに、
後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータといった回路によって、定電圧を
生成してもよい。これにより、受電装置６００内部に過電圧が印加されることを抑制する
ことができる。

本発明の一態様に係る二次電池は、図１１で説明したＲＦ給電システムにおける受電装
置６００が有する二次電池６０４として利用される。

なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテ
ナ回路６０２と二次電池６０４を重ねる場合は、二次電池６０４の充放電による二次電池
６０４の形状の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変化によって、受電装置用アン
テナ回路６０２のインピーダンスが変化しないようにすることが好ましい。アンテナのイ
ンピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能性があるためである
。これを防ぐために、例えば、二次電池６０４を、金属製又はセラミックス製の電池パッ
クに装填するようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路６０２と電池パ
ックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。

また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる
周波数であればどの帯域であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚの
ＬＦ帯（長波）、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯、又は
２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯であってもよい。

また、信号の伝送方式としては、電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波
方式等様々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥等の、水分を含んだ異
物によるエネルギーの損失を抑えるためには、周波数が低い帯域、具体的には、短波であ
る３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜
３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式
や共鳴方式を用いることが望ましい。

本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、本発明の一態様である二次電池について、図５、図６、図７、図８、図
９、図１２、図１３を用いて説明する。本実施例では、本発明の一態様である二次電池と
、比較用の二次電池（比較二次電池ともいう。）とを作製し、特性を比較した。

＜二次電池の電極の作製工程＞
まず、二次電池の電極の作製工程を説明する。

集電体上に活物質層を形成することにより、二次電池の電極を形成した。

集電体の材料としては、チタンを用いた。集電体として、厚さ１００μｍのシート状の
チタン膜（チタンシートともいう。）を用いた。

活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。

集電体であるチタン膜上にＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコンを形成した。ＬＰＣＶＤ
法による結晶性シリコンの形成は、材料ガスとしてシランを用い、シランの流量を３００
ｓｃｃｍとして反応室内に材料ガスを導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内
の温度を６００度として行った。反応室は石英製のものを用いた。集電体の昇温時には、
少量のヘリウム（Ｈｅ）を流した。

上記工程により得られた結晶性シリコン層を二次電池の活物質層として用いた。

＜二次電池の電極の構成＞
上記工程により得られた結晶性シリコンの平面ＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図５に示す。図５に示すように、上記工程により
得られた結晶性シリコンは、柱状の突起及び針状の突起を含む多数の突起を有する、ウィ
スカー状の結晶性シリコン領域を有していた。このため、活物質層の表面積を増大させる
ことができる。突起の軸における長さは、長いもので１５μｍ〜２０μｍ程度を有してい
た。また、上記突起の軸における長さが長い突起だけでなく、当該軸における長さの長い
突起の間に、突起の軸における長さが短い突起が複数存在した。突起の軸は、チタン膜に
対して略垂直であるものもあれば、斜めであるものもあった。

また、複数の突起の軸の方向は不揃いであった。また、突起の根元（結晶性シリコン領
域との界面近傍）における径は、１μｍ〜２μｍであった。

結晶性シリコンが有する複数の突起の一つについて、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図１２に示す。図１２に示す
ように、集積体であるチタン膜１２０３上に、活物質層である結晶性シリコン層１２０４
が形成された。そして、結晶性シリコン層１２０４において、結晶性シリコン領域１２０
１と、結晶性シリコン領域１２０１上の柱状の突起１２０２とが確認された。この柱状の
突起１２０２の径は、約２μｍであった。また、柱状の突起１２０２において、結晶はお
およそ＜２１１＞方向に成長していることが確認された。

また、結晶性シリコンが有する複数の突起の他の一つについて、断面ＴＥＭ写真を図１
３に示す。図１３に示すように、集積体であるチタン膜１３０３上に、活物質層である結
晶性シリコン層１３０４が形成された。そして、結晶性シリコン層１３０４において、結
晶性シリコン領域１３０１と、結晶性シリコン領域１３０１上の針状の突起１３０２とが
確認された。この針状の突起１３０２の根元（結晶性シリコン領域１３０１との界面近傍
）における径は、約１μｍであった。また、針状の突起１３０２において、結晶はおおよ
そ＜１１０＞方向に成長していることが確認された。

次に、上記工程により得られた結晶性シリコンの断面ＴＥＭ写真を図６に示す。図６に
示すように、集電体であるチタン膜４０１上に、活物質層である結晶性シリコン層４０２
が形成された。図６から、チタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍４０４
には、低密度な領域が形成されていないことが確認できた。結晶性シリコン層４０２は、
結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域から突出している複数の突起で形成された。
また、突起と突起との間に空隙４０３（すなわち、突起が存在しない領域）を有していた
。

結晶性シリコン層は、結晶性シリコン領域上に複数の突起を有していた。突起を有する
結晶性シリコン層の厚さは、３．０μｍ程度、複数の突起の間に形成される谷における結
晶性シリコン領域の厚さは、１．５μｍ〜２．０μｍ程度であった。また、図６では示さ
れないが、図５に示すように、突起の軸における長さは、長いもので１５μｍ〜２０μｍ
程度であった。

図７は、図６の一部を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図７は、図６に示すチタン膜４
０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍４０４の拡大写真である。図７から、チタン
膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍に、層４０５が形成されていることが確
認された。

図８に、チタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍の断面のＥＤＸ（Ｅｎ
ｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の二次元元
素マッピングの結果を示す。領域４１１は、チタンを主成分として有する領域である。領
域４１２は、シリコンを主成分として有する領域である。領域４１６は、酸素とチタンと
を成分として有する領域である。領域４１５は、チタンとシリコンとを成分として有する
領域である。また、領域４１５に酸素が不純物として含まれている。図８から、チタンを
主成分として有する領域４１１と、チタンとシリコンとを成分として有する領域４１５と
、酸素とチタンとを成分として有する領域４１６と、シリコンを主成分として有する領域
４１２とが、この順で積層されていることが確認された。領域４１１は、チタン膜４０１
であり、領域４１２は、結晶性シリコン層４０２である。領域４１５は、チタンとシリコ
ンとの混合層である。領域４１６は、金属酸化物層である。

図８に示すＥＤＸの二次元元素マッピングの結果より、図７に示した層４０５は、チタ
ンとシリコンとの混合層と、混合層上の金属酸化物層とを有することが確認された。図８
に示す測定範囲においては、混合層上の全面を覆うように金属酸化物層が形成された。層
４０５が有するチタンとシリコンとの混合層の厚さは、６５ｎｍ〜７５ｎｍ程度であった
。

＜二次電池の作製工程＞
本実施例の二次電池の作製工程を示す。

上記のようにして集電体上に活物質層を形成し、電極を形成した。得られた電極を用い
て二次電池を作製した。ここでは、コイン型の二次電池を作製した。以下に、コイン型の
二次電池の作製方法について、図９を参照して説明する。

図９に示すように、コイン型の二次電池は、電極２０４、参照電極２３２、セパレータ
２１０、電解液（図示せず）、筐体２０６、及び筐体２４４を有する。このほかには、リ
ング状絶縁体２２０、スペーサー２４０、及びワッシャー２４２を有する。電極２０４に
は、上記工程により得られた集電体２００上に活物質層２０２が設けられたものを用いた
。参照電極２３２は、参照電極活物質層２３０を有する。本実施例では、集電体としてチ
タン箔を用い、活物質層２０２を実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成した。また
、参照電極活物質層２３０には、リチウム金属（リチウム箔）を用いた。セパレータ２１
０には、ポリプロピレンを用いた。筐体２０６、筐体２４４、スペーサー２４０、及びワ
ッシャー２４２は、ステンレス（ＳＵＳ）製のものを用いた。筐体２０６及び筐体２４４
は、電極２０４及び参照電極２３２を外部と電気的に接続する機能を有している。

これら電極２０４、参照電極２３２、及びセパレータ２１０を電解液に含浸させた。そ
して、図９に示すように、筐体２０６を下にして、電極２０４、セパレータ２１０、リン
グ状絶縁体２２０、参照電極２３２、スペーサー２４０、ワッシャー２４２、筐体２４４
をこの順で積層し、「コインかしめ機」で筐体２０６と筐体２４４とをかしめてコイン型
の二次電池を作製した。

電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の
混合溶媒にＬｉＰＦ_６を溶解させたものを用いた。

＜比較二次電池の電極の作製工程＞
次に、比較二次電池の電極の作製工程を説明する。本発明の一態様である二次電池と比
較二次電池とは、活物質層の作製工程が異なる。それ以外の構成は共通しているため、基
板、集電体等の構成は省略する。

比較二次電池の活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。

集電体であるチタン膜上にプラズマＣＶＤ法によりリンが添加された非晶質シリコンを
形成し、熱処理をすることにより結晶性シリコンを形成した。プラズマＣＶＤ法による非
晶質シリコンの形成は、材料ガスとしてシランとホスフィンを用い、シランの流量を６０
ｓｃｃｍ、５ｖｏｌ％ホスフィン（水素希釈）の流量を２０ｓｃｃｍとして反応室内に材
料ガスを導入し、反応室内の圧力を１３３Ｐａとし、基板の温度を２８０度とし、ＲＦ電
源周波数を６０ＭＨｚ、ＲＦ電源のパルス周波数を２０ｋＨｚ、パルスのデューティ比を
７０％、ＲＦ電源の電力を１００Ｗとして行った。非晶質シリコンは、厚さが３μｍとな
るように形成した。

その後、７００度で熱処理を行った。該熱処理は、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で６時間
行った。この熱処理により、非晶質シリコンを結晶化し、結晶性シリコン層を形成した。
上記工程により得られた結晶性シリコン層を比較二次電池の活物質層として用いた。なお
、この結晶性シリコン層には、リン（ｎ型を付与する不純物元素）が添加された。

＜比較二次電池の作製工程＞
比較二次電池の作製工程を示す。

上記のようにして集電体上に活物質層を形成し、比較二次電池の電極を形成した。得ら
れた電極を用いて比較二次電池を作製した。比較二次電池の作製は、上記二次電池の作製
と同様にして行った。

＜二次電池、比較二次電池の特性＞
充放電測定機を用いて、二次電池、比較二次電池の放電容量を測定した。充放電の測定
には定電流方式を採用し、２．０ｍＡの電流で充放電し、上限電圧を１．０Ｖ、下限電圧
を０．０３Ｖとして行った。すべての測定は、室温で行った。

二次電池、比較二次電池の初期特性を表１に示す。表１には、活物質層の単位体積あた
りの放電容量（ｍＡｈ／ｃｍ^３）の初期特性を示す。ここでは、二次電池の活物質層の厚
さは３．５μｍ、比較二次電池の活物質層の厚さは３．０μｍとして、放電容量（ｍＡｈ
／ｃｍ^３）を算出した。

表１に示すように、二次電池の放電容量（７３００ｍＡｈ／ｃｍ^３）は、比較二次電池
の放電容量（４０５０ｍＡｈ／ｃｍ^３）と比較して、１．８倍程度大きいことがわかった
。

また、二次電池の実容量は、二次電池の理論容量（９８００ｍＡｈ／ｃｍ^３）に近い値
を示した。このように、ＬＰＣＶＤ法を用いて形成した結晶性シリコン層を活物質層とし
て用いることで、容量が向上し、理論容量に近い容量値を有する二次電池を作製すること
ができた。

１０１集電体
１０３活物質層
１０３ａ結晶性シリコン領域
１０３ｂ結晶性シリコン領域
１０３ｄ領域
１０５破線
１０７混合層
１０９金属酸化物層
１１１集電体
１１３ａ柱状の突起
１１３ｂ柱状の突起
１１４ａ針状の突起
１１４ｂ針状の突起
１１５基板
１２１柱状の突起
１２２針状の突起
１５１蓄電装置
１５３外装部材
１５５蓄電セル
１５７端子部
１５９端子部
１６３負極
１６５正極
１６７セパレータ
１６９電解質
１７１負極集電体
１７３負極活物質層
１７５正極集電体
１７７正極活物質層
２００集電体
２０２活物質層
２０４電極
２０６筐体
２１０セパレータ
２２０リング状絶縁体
２３０参照電極活物質層
２３２参照電極
２４０スペーサー
２４２ワッシャー
２４４筐体
４０１チタン膜
４０２結晶性シリコン層
４０３空隙
４０４界面近傍
４０５層
４１１領域
４１２領域
４１５領域
４１６領域
５０１車椅子
５０３座部
５０５背もたれ
５０７フットレスト
５０９アームレスト
５１１ハンドル
５１３コントローラ
５１５フレーム
５１７前輪
５１９後輪
５２１駆動部
５２３制御部
６００受電装置
６０１受電装置部
６０２受電装置用アンテナ回路
６０３信号処理回路
６０４二次電池
６０５整流回路
６０６変調回路
６０７電源回路
６１０電源負荷部
７００給電装置
７０１給電装置用アンテナ回路
７０２信号処理回路
７０３整流回路
７０４変調回路
７０５復調回路
７０６発振回路
１２０１結晶性シリコン領域
１２０２柱状の突起
１２０３チタン膜
１２０４結晶性シリコン層
１３０１結晶性シリコン領域
１３０２針状の突起
１３０３チタン膜
１３０４結晶性シリコン層
１４０１電動自転車
１４０２サドル
１４０３ペダル
１４０４フレーム
１４０５車輪
１４０６ハンドル
１４０７駆動部
１４０８表示装置

Claims

集電体と、
前記集電体上の前記活物質層と、を有し、
前記集電体は、チタンを有し
前記活物質層は、結晶性シリコンを有し、
前記活物質層は、前記集電体の上面全面を覆い、
前記活物質層は、前記集電体の上面と接する第１の領域と、前記第１の領域上の第２の領域を有し、
前記第２の領域は、柱状の突起と針状の突起とを有することを特徴とする蓄電装置。
集電体であるチタン膜上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて減圧化学的気相成長法により、活物質層として機能する結晶性シリコン層を形成し、
前記結晶性シリコン層は、前記集電体の上面全面を覆っており、
前記結晶性シリコン層は、前記集電体の上面と接する第１の結晶性シリコン領域と、前記第１の結晶性シリコン領域上の第２の結晶性シリコン領域とを有し、
前記第２の結晶性シリコン領域は、柱状の突起と針状の突起とを有することを特徴とする蓄電装置の作製方法。