KR101830194B1 - 축전 장치의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 방전 용량을 높일 수 있는 축전 장치를 제공한다. 또한 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화를 억제할 수 있는 축전 장치를 제공한다.
집전체 위에 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스와, 희석 가스로서 질소 또는 헬륨을 사용하는 감압 화합적 기상 성장법에 의하여 위스커가 밀집된 위스커군을 포함하는 결정성 실리콘층을 활물질층으로서 형성하는 축전 장치의 제작 방법이다. 활물질층 중에 위스커가 밀집된 위스커군을 포함함으로써 활물질층의 표면적이 증대되므로 축전 장치의 방전 용량을 높일 수 있다.

Description

축전 장치의 제작 방법{MANUFACTURING METHOD OF ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명의 기술 분야는 축전 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
또한, "축전 장치"란, 축전 기능을 갖는 소자 및 장치 전반을 가리킨다.
근년, 리튬 이온 2차 전지, 리튬 이온 커패시터(lithium-ion capacitor), 공기 전지(air cell) 등, 축전 장치의 개발이 행해지고 있다.
축전 장치용 전극은, 집전체 표면에 활물질을 형성함으로써 제작된다. 활물질로서는, 예를 들어, 캐리어가 되는 이온의 흡장 및 방출이 가능한 재료(탄소, 실리콘 등)가 사용된다. 그 중에서도, 실리콘, 인이 도핑된 실리콘은 탄소와 비교하여 이론(理論) 용량이 크고, 축전 장치를 대용량화(大容量化)하는 관점에서 우수하다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개2001-210315호 공보
그러나, 실리콘을 부극 활물질(negative electrode active material) 등의 활물질에 사용하여도, 이론 용량만큼 높은 방전 용량을 얻는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명의 일 형태에서는 방전 용량의 증대 등에 의하여 성능을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 축전 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는, 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화에 대한 억제 등에 의하여, 성능을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 축전 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 형태는, 집전체 위에 활물질로서 실리콘을 포함하는 가스 및 질소를 사용하는 감압 화학적 기성 성장(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법에 의하여 위스커(whisker)군을 포함하는 결정성 실리콘층을 형성하는 축전 장치의 제작 방법이다.
상기에 있어서 실리콘을 포함하는 가스의 유량은, 100sccm 이상 3000sccm 이하이고, 질소의 유량은 100sccm 이상 1000sccm 이하인 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 결정성 실리콘층 표면은 수염 형상의 돌기(이하, 위스커라고도 함)를 복수 갖는다. 또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 위스커군을 구성한다.
또는, 본 발명의 일 형태는, 집전체 위에 활물질로서 실리콘을 포함하는 가스 및 헬륨을 사용한 LPCVD법에 의하여 위스커군을 포함하는 결정성 실리콘층을 형성하는 축전 장치의 제작 방법이다.
상기에 있어서 실리콘을 포함하는 가스의 유량은, 100sccm 이상 3000sccm 이하이고, 헬륨의 유량은 100sccm 이상 1000sccm 이하인 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 결정성 실리콘층 표면은 수염 형상의 돌기(이하, 위스커라고도 함)를 포함하는 돌기를 복수 갖는다. 또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 위스커군을 구성한다.
상기에 있어서 실리콘을 포함하는 가스는, 수소화 실리콘, 불화 실리콘, 또는 염화 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
상기에 있어서 LPCVD법에 있어서의 가열 온도는, 595℃ 이상 650℃ 미만인 것이 바람직하다.
상기에 있어서 LPCVD법에 있어서의 압력은, 10Pa 이상 100Pa 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 의하여 방전 용량이 높은 축전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 방전 용량이 높은 축전 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화가 억제된 축전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화가 억제된 축전 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 성능이 높은 축전 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 성능이 높은 축전 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다.
도 1(A) 및 도 1(B)는 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 2는 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 3(A)는 축전 장치의 구조를 설명하는 평면도이고, 도 3(B)는 축전 장치의 구조를 설명하는 단면도.
도 4(A) 및 도 4(B)는 축전 장치의 응용 형태를 설명하는 사시도.
도 5는 축전 장치의 응용 형태를 설명하는 사시도.
도 6은 무선 급전 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 7은 무선 급전 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 8(A) 및 도 8(B)는 결정성 실리콘층의 SEM 사진.
도 9(A) 및 도 9(B)는 결정성 실리콘층의 SEM 사진.
도 10은 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 11(A) 및 도 11(B)는 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 12는 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 13(A) 및 도 13(B)는 결정성 실리콘층의 SEM 사진.
도 14(A) 및 도 14(B)는 결정성 실리콘층의 SEM 사진.
본 발명의 실시형태의 일례에 대하여 도면을 사용하여 이하에 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한, 설명하는 데에 도면을 참조할 때, 동일한 것을 가리키는 부호는 상이한 도면간에서도 공통적으로 사용하는 경우가 있다. 또한, 동일한 것을 가리킬 때에는, 동일한 해치 패턴(hatch pattern)을 사용하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법에 대하여 도 1(A) 내지 도 2, 및 도 10을 사용하여 설명한다.
우선, 집전체(101)를 준비한다(도 1(A) 참조). 집전체(101)는 전극의 집전체로서 기능한다.
집전체(101)로서 박(箔) 형상, 판(板) 형상, 또는 그물 형상의 도전성 부재를 사용할 수 있다. 집전체(101)에는 특별히 한정되지 않지만 백금, 알루미늄, 구리, 티타늄 등으로 대표되는 도전성이 높은 금속 원소를 사용할 수 있다. 또한, 집전체(101)로서 실리콘, 티타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브덴 등의 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용하여도 좋다.
또한, 집전체(101)로서 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 사용하여도 좋다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로서는, 지르코늄, 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 전극의 집전체로서 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 잉크젯법, 화학 기상 성장(CVD; Chemical Vapor Deposition)법 등을 사용하여 기판(115) 위에 형성한 집전체(111)를 사용하여도 좋다. 기판(115)으로서는, 예를 들어, 유리 기판을 사용할 수 있다.
다음에, 집전체(101) 위에 열 CVD법, 바람직하게는 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 활물질층(103)으로서 형성한다(도 1(A) 참조). 집전체(101)와 활물질층(103)으로서 기능하는 결정성 실리콘층에 의하여 축전 장치의 전극이 구성된다.
본 실시형태에서는, 활물질층(103)으로서 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 도 1(A)에서는 집전체(101)의 일 표면에 활물질층(103)을 형성하는 예를 도시하였지만, 활물질층을 집전체의 양쪽 면에 형성하여도 좋다.
LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성은, 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하고, 희석 가스로서 질소를 혼합시켜 행한다. 실리콘을 포함하는 가스로서는, 수소화 실리콘, 불화 실리콘, 염화 실리콘 등이 있고, 대표적으로는 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 사불화 실리콘(SiF4), 사염화 실리콘(SiCl4), 육염화 이규소(disilicon hexachloride; Si2Cl6) 등을 사용할 수 있다.
또한, 결정성 실리콘층에 인, 붕소 등의 일 도전형을 부여하는 불순물 원소를 첨가하여도 좋다. 인, 붕소 등의 일 도전형을 부여하는 불순물 원소를 첨가함으로써 결정성 실리콘층에 있어서의 도전성이 높아지므로 전극의 도전율을 높일 수 있다. 그래서, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다.
LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성에 있어서, 가열 온도는 550℃보다 높은 온도, 또 LPCVD 장치 및 집전체(101)가 견딜 수 있는 온도 이하, 바람직하게는 595℃ 이상 650℃ 미만으로 한다.
또한, 실리콘을 포함하는 가스의 유량은 100sccm 이상 3000sccm 이하, 질소의 유량은 100sccm 이상 1000sccm 이하로 한다.
또한, LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성은, 10Pa 이상 100Pa 이하의 압력으로 행한다.
또한, 활물질층(103)으로서 LPCVD법으로 형성한 결정성 실리콘층을 사용함으로써, 집전체(101)와 활물질층(103)의 계면에 있어서의 전자의 이동이 용이해짐과 함께 집전체(101)와 활물질층(103)의 밀착성을 높일 수 있다. 그 이유는, 결정성 실리콘층의 퇴적 공정에 있어서 재료 가스의 활성종이 늘 퇴적 중의 결정성 실리콘층에 공급되므로, 결정성 실리콘층에 밀도가 낮은 영역이 형성되기 어려워지기 때문이다. 또한, 기상 성장에 의하여 집전체(101) 위에 결정성 실리콘층을 형성하므로 축전 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, LPCVD법을 사용함으로써, 한번의 퇴적 공정에 의하여 집전체(101) 표면 및 뒷면에 대하여 결정성 실리콘층을 형성할 수 있다. 그래서, 집전체(101) 및 그 양쪽 면에 형성한 활물질층을 사용하여 축전 장치의 전극을 구성하는 경우에, 공정수를 삭감할 수 있다. 예를 들어, 적층형의 축전 장치를 제작하는 경우에 유효하다.
도 1(A)의 파선으로 둘러싸인 영역(105)에 있어서의 집전체(101) 및 활물질층(103)을 확대한 도면을 도 1(B)에 도시한다.
실리콘을 포함하는 가스에 질소를 혼합시켜 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성함으로써, 도 1(B)에 도시한 바와 같이 활물질층(103)에 위스커군을 형성할 수 있다.
활물질층(103)은, 결정성 실리콘 영역(103a)과 결정성 실리콘 영역(103a) 위에 형성된 위스커군으로 이루어지는 결정성 실리콘 영역(103b)을 갖는다.
또한, 결정성 실리콘 영역(103a)과 결정성 실리콘 영역(103b)은 그 경계가 명확하지 않다. 그래서, 본 실시형태에서는 결정성 실리콘 영역(103b)의 복수의 돌기들 사이에 형성되는 골짜기 중, 가장 깊은 곡저(谷底)를 통하고, 또 집전체(101) 표면과 평행한 평면을, 결정성 실리콘 영역(103a)과 결정성 실리콘 영역(103b)의 일단의 경계로 한다.
결정성 실리콘 영역(103a)은 집전체(101)를 덮도록 형성된다.
결정성 실리콘 영역(103b)에 있어서 복수의 수염 형상의 돌기(위스커라고도 함)가 높은 밀도로 모여 위스커군을 구성한다.
위스커군을 구성하는 복수의 위스커의 대부분은 침 형상의 돌기(원뿔 형상의 돌기나 각뿔 형상의 돌기를 포함함)이며, 그 정상부는 뾰족한 상태가 된다.
위스커군을 구성하는 복수의 위스커의 대부분이 침 형상의 돌기이므로, 활물질층(103)에 있어서의 단위 질량당의 표면적을 크게 할 수 있다.
표면적을 크게 함으로써, 축전 장치의 반응 물질(리튬 이온 등)이 결정성 실리콘에 흡장되는 속도, 또는 반응 물질이 결정성 실리콘으로부터 방출되는 속도가 단위 질량당 증대된다. 반응 물질의 흡장 또는 방출의 속도가 증대되므로, 고전류 밀도로의 반응 물질의 흡장량 또는 방출량이 증대되므로, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다.
이와 같이, 활물질층이 위스커군으로 이루어지는 결정성 실리콘층을 갖고, 위스커군에 침 형상의 돌기를 많이 포함시킴으로써 축전 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 구성된 위스커군은, 복수의 위스커가 밀집되어 있고(위스커군을 구성하는 위스커의 개수가 많고), 또 위스커군의 대부분을 차지하는 침 형상의 돌기는, 그 형상이 가늘고 길기 때문에, 돌기끼리를 얽히게 할 수 있다. 그래서, 축전 장치의 충방전에 있어서 돌기가 탈리하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화를 저감하여 축전 장치를 장시간 동안 사용할 수 있다.
또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 구성된 위스커군은, 복수의 위스커가 밀집됨으로써, 위스커의 형상이 가늘고 긴 상태라도 구부러지기 어렵게 된다. 그래서, 두께 방향에 있어서의 활물질층의 강도가 높아진다. 활물질층의 강도가 높아짐으로써 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화가 저감된다. 또한, 활물질층의 강도가 높아짐으로써 진동 등으로 인한 전극의 열화가 저감된다. 따라서, 축전 장치의 내구성 등의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 돌기는 기둥 형상의 돌기(원 기둥 형상의 돌기나 각 기둥 형상의 돌기를 포함함)를 포함하여도 좋다. 또한, 분기된 부위를 갖는 돌기나 굴곡된 부위를 갖는 돌기를 포함하여도 좋다.
침 형상의 돌기의 직경은, 5㎛ 이하이다. 또한, 침 형상의 돌기의 축에 있어서의 길이는, 5㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 침 형상의 돌기의 축에 있어서의 길이란, 돌기의 정상부의 중심을 통하는 축에 있어서의 돌기의 정상부와 결정성 실리콘 영역(103a)의 거리에 상당한다.
또한, 위스커 형상의 결정성 실리콘 영역(103b)의 두께는, 5㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 또한, 결정성 실리콘 영역(103b)의 두께란, 돌기의 정상부로부터 결정성 실리콘 영역(103a) 표면까지의 수선(垂線)의 길이에 상당한다.
도 1(B)에 있어서, 위스커군을 구성하는 복수의 돌기는 종 방향이 일치하지 않는다. 그래서, 도 1(B)에서는 돌기의 종 단면 형상 외에 동기의 횡단 단면 형상이 혼재한 상태를 원형의 영역(103d)으로 도시한다. 여기서 종 방향이란, 침 형상의 돌기가 결정성 실리콘 영역(103a)으로부터 연장되는 방향이고, 종 단면 형상이란 종 방향을 따른 단면 형상을 가리킨다. 또한, 횡단 단면 형상이란, 종 방향에 수직의 방향을 따른 단면 형상을 가리킨다.
도 1(B)에 도시한 바와 같이, 복수의 돌기의 종 방향이 일치하지 않으면, 돌기끼리 얽히기 쉬워지고, 축전 장치의 충방전에 있어서 돌기가 탈리(脫離)하기 어려워 충방전 특성을 안정시킬 수 있다.
또한, 도 1(B)에 도시한 바와 같이 집전체(101)와 활물질층(103) 사이에 층(107; 물질층이라고도 함)을 형성하여도 좋다.
층(107)을 형성함으로써, 집전체(101)와 활물질층(103)의 계면에 있어서의 저항을 저감할 수 있으므로, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다. 또한, 층(107)에 의하여 집전체(101)와 활물질층(103) 사이의 밀착성을 높일 수 있으므로 축전 장치의 열화를 저감할 수 있다.
예를 들어, 층(107)은 집전체(101)를 구성하는 금속 원소와 활물질층(103)을 구성하는 실리콘의 혼합층이어도 좋다. 이 경우, LPCVD법을 사용하여 결정성 실리콘층을 활물질층(103)으로서 형성할 때의 가열에 의하여, 결정성 실리콘층에 포함되는 실리콘을 집전체(101)에 확산시킴으로써 층(107)을 형성한다.
또한, 층(107)은 집전체(101)를 구성하는 금속 원소와 활물질층(103)을 구성하는 실리콘의 화합물층(실리사이드를 갖는 층)이어도 좋다. 이 경우, 집전체(101)를 구성하는 금속 원소는 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로 한다. 실리사이드로서는, 지르코늄 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 하프늄 실리사이드, 바나듐 실리사이드, 니오븀 실리사이드, 탄탈 실리사이드, 크롬 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드, 니켈 실리사이드 등이 있다.
또한, 도 1(B)에 도시한 바와 같이, 집전체(101)와 활물질층(103) 사이에 금속 산화물층(109)을 형성하여도 좋다. 금속 산화물층(109)은 집전체(101)를 구성하는 금속 원소의 산화물층이다. 또한, 층(107)을 갖는 경우, 금속 산화물층(109)은 층(107) 위에 형성된다.
금속 산화물층(109)을 형성함으로써, 집전체(101)와 활물질층(103) 사이의 저항을 저감할 수 있으므로, 전극의 도전율을 높일 수 있다. 그래서, 반응 물질이 흡장 또는 방출되는 속도를 증대시킬 수 있고, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다.
금속 산화물층(109)은 LPCVD 장치의 석영으로 만들어진 챔버로부터 산소가 탈리하고, 집전체(101)가 산화됨으로써 형성된다. 또한, LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성할 때, 챔버 내에 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논 등의 희 가스를 충전하면, 금속 산화물층(109)은 형성되지 않는다.
예를 들어, 집전체(101)를 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 텅스텐 등으로 형성하는 경우, 금속 산화물층(109)은 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 니오븀, 산화 텅스텐 등의 산화물 반도체로 형성된다.
또한, 활물질층(103)으로서 결정성 실리콘층으로 사용하면, 상기 결정성 실리콘층 표면에 도전성이 낮은 자연 산화막 등의 산화물이 형성되는 경우가 있다. 그리고, 충방전할 때, 이 자연 산화막 등의 산화막에 지나친 부하를 주면 전극의 기능이 저하되고, 축전 장치의 사이클 특성이 향상되는 것을 막을 가능성이 있다.
이 경우, 활물질층(103) 표면에 형성되는 자연 산화막 등의 산화막을 제거하고, 상기 자연 산화막 등의 산화막이 제거된 활물질층(103) 위에 도전성을 갖는 층(1000)을 형성하면 좋다(도 10 참조).
자연 산화막 등의 산화막은, 불산을 포함하는 용액, 또는 불산을 포함하는 수용액을 에천트로 하는 웨트 에칭 처리에 의하여 제거할 수 있다. 또한, 자연 산화막 등의 산화막을 제거할 수 있다면 드라이 에칭 처리를 사용하여도 좋다. 또한, 웨트 에칭 처리와 드라이 에칭 처리를 조합하여 사용하여도 좋다. 드라이 에칭 처리로서는 평행 평판형 RIE(Reactive Ion Etching)법이나 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합형 플라즈마) 에칭법 등을 사용할 수 있다.
도전성을 갖는 층(1000)은 자연 산화막 등의 산화막보다 도전성이 높은 것을 사용한다. 이로써 활물질층(103) 표면이 자연 산화막 등의 산화막에 덮이는 경우와 비교하여 축전 장치의 전극 표면의 도전성이 향상된다. 따라서, 충방전할 때 자연 산화막 등의 산화막에 지나친 부하를 주어 전극의 기능이 저하되는 것을 막을 수 있으므로, 축전 장치의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
도전성을 갖는 층(1000)은 구리, 니켈, 티타늄, 망간, 코발트, 철 등으로 대표되는, 도전성이 높은 금속 원소를 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 구리 또는 니켈을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전성을 갖는 층(1000)은 상기 금속 원소의 하나 이상을 포함하면 좋고, 금속층으로 하여도 좋고, 화합물층으로 하여도 좋고, 활물질층(103)의 실리콘과 실리사이드를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 도전성을 갖는 층(1000)으로서 인산철 등의 화합물을 사용하여도 좋다.
또한, 도전성을 갖는 층(1000)으로서 구리 또는 니켈 등, 리튬과의 반응성이 낮은 원소를 사용하는 것이 바람직하다. 구리 또는 니켈 등을 사용하는 도전성을 갖는 층(1000)으로 활물질층(103)을 덮음으로써 리튬 이온의 흡수 방출에 의한 체적 변화에 따라 박리하는 실리콘을 활물질층(103)에 남겨 둘 수 있다. 따라서, 충방전을 반복하여도 활물질층(103)이 파괴되는 것을 막을 수 있으므로, 축전 장치의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도전성을 갖는 층(1000)은 CVD법이나 스퍼터링법을 사용하여 형성할 수 있다. 특히, 유기금속기상 성장(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 사용하는 것이 바람직하다.
이상으로 축전 장치의 전극을 제작할 수 있다.
본 실시형태에서는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 축전 장치의 전극의 구조 및 그 제작 방법에 대하여 도 11(A) 내지 도 12를 사용하여 설명한다.
우선, 집전체(1101)를 준비한다(도 11(A) 참조). 집전체(1101)는 전극의 집전체로서 기능한다.
집전체(1101)로서 실시형태 1에서 설명한 집전체(101)와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다.
또는, 실시형태 1에서 도 2를 사용하여 설명한 것과 마찬가지로, 전극의 집전체로서 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 잉크젯법, CVD법 등을 사용하여 기판 위에 형성한 집전체를 사용하여도 좋다. 기판으로서는, 예를 들어, 유리 기판을 사용할 수 있다.
다음에, 집전체(1101) 위에 열 CVD법, 바람직하게는 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 활물질층(1103)으로서 형성한다(도 11(A) 참조). 집전체(1101)와 활물질층(1103)으로서 기능하는 결정성 실리콘층에 의하여 축전 장치의 전극이 구성된다.
본 실시형태에서는, 활물질층(1103)으로서 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 도 11(A)에서는 집전체(1101)의 일 표면에 활물질층(1103)을 형성하는 예를 도시하였지만, 활물질층을 집전체의 양쪽 면에 형성하여도 좋다.
LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성은, 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하고, 희석 가스로서 헬륨을 혼합시켜 행한다. 실리콘을 포함하는 가스로서는, 실시형태 1에서 설명한 재료 가스를 사용할 수 있다. 또한, 희석 가스로서 헬륨 이외의 희 가스(예를 들어, 아르곤)를 사용하여도 좋다.
또한, 결정성 실리콘층에 인, 붕소 등의 일 도전형을 부여하는 불순물 원소를 첨가하여도 좋다. 인, 붕소 등의 일 도전형을 부여하는 불순물 원소를 첨가함으로써 결정성 실리콘층에 있어서의 도전성이 높아지므로 전극의 도전율을 높일 수 있다. 그래서, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다.
LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성에 있어서, 가열 온도는 550℃보다 높은 온도, 또 LPCVD 장치 및 집전체(1101)가 견딜 수 있는 온도 이하, 바람직하게는 595℃ 이상 650℃ 미만으로 한다.
또한, 실리콘을 포함하는 가스의 유량은 100sccm 이상 3000sccm 이하, 헬륨의 유량은 100sccm 이상 1000sccm 이하로 한다.
또한, LPCVD법에 의한 결정성 실리콘층의 형성은, 10Pa 이상 100Pa 이하의 압력으로 행한다.
또한, 활물질층(1103)으로서 LPCVD법으로 형성한 결정성 실리콘층을 사용함으로써, 집전체(1101)와 활물질층(1103)의 계면에 있어서의 전자의 이동이 용이해짐과 함께 집전체(101)와 활물질층(103)의 밀착성을 높일 수 있다. 이것은, 결정성 실리콘층의 퇴적 공정에 있어서 재료 가스의 활성종이 늘 퇴적 중의 결정성 실리콘층에 공급되므로, 결정성 실리콘층에 밀도가 낮은 영역이 형성되기 어려워지기 때문이다. 또한, 기상 성장에 의하여 집전체(1101) 위에 결정성 실리콘층을 형성하므로 축전 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, LPCVD법을 사용함으로써, 한번의 퇴적 공정에 의하여 집전체(1101) 표면 및 뒷면에 대하여 결정성 실리콘층을 형성할 수 있다. 그래서, 집전체(1101) 및 그 양쪽 면에 형성한 활물질층을 사용하여 축전 장치의 전극을 구성하는 경우에, 공정수를 삭감할 수 있다. 예를 들어, 적층형의 축전 장치를 제작하는 경우에 유효하다.
도 11(A)의 파선으로 둘러싸인 영역(1105)에 있어서의 집전체(1101) 및 활물질층(1103)을 확대한 도면을 도 11(B)에 도시한다.
실리콘을 포함하는 가스에 헬륨을 혼합시켜 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성함으로써, 도 11(B)에 도시한 바와 같이 활물질층(1103)에 위스커군을 형성할 수 있다.
활물질층(1103)은, 결정성 실리콘 영역(1103a)과 결정성 실리콘 영역(1103a) 위에 형성된 위스커군으로 이루어지는 결정성 실리콘 영역(1103b)을 갖는다.
또한, 결정성 실리콘 영역(1103a)과 결정성 실리콘 영역(1103b)은 그 경계가 명확하지 않다. 그래서, 본 실시형태에서는 결정성 실리콘 영역(1103b)의 복수의 돌기들 사이에 형성되는 골짜기 중, 가장 깊은 곡저를 통하고, 또 집전체(1101) 표면과 평행한 평면을, 결정성 실리콘 영역(1103a)과 결정성 실리콘 영역(1103b)의 일단의 경계로 한다.
결정성 실리콘 영역(1103a)은 집전체(1101)를 덮도록 형성된다.
결정성 실리콘 영역(1103b)에 있어서 복수의 수염 형상의 돌기(위스커라고도 함)가 높은 밀도로 모여 위스커군을 구성한다.
위스커군을 구성하는 복수의 위스커의 대부분은 침 형상의 돌기(원뿔 형상의 돌기나 각뿔 형상의 돌기를 포함함)이며, 그 정상부는 뾰족한 상태가 되어 있다. 또한, 위스커군은 침 형상의 돌기 외에 기둥 형상의 돌기(원 기둥 형상의 돌기나 각 기둥 형상의 돌기를 포함함)를 포함하여도 좋다.
위스커군을 구성하는 복수의 위스커의 대부분이 침 형상의 돌기이므로, 활물질층(1103)에 있어서의 단위 질량당의 표면적을 크게 할 수 있다.
표면적을 크게 함으로써, 축전 장치의 반응 물질(리튬 이온 등)이 결정성 실리콘에 흡장되는 속도, 또는 반응 물질이 결정성 실리콘으로부터 방출되는 속도가 단위 질량당 증대된다. 반응 물질의 흡장 또는 방출의 속도가 증대되므로, 고전류 밀도로의 반응 물질의 흡장량 또는 방출량이 증대되므로, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다.
이와 같이, 활물질층이 위스커군으로 이루어지는 결정성 실리콘층을 갖는다. 또한, 위스커군에 침 형상의 돌기를 많이 포함시킴으로써 축전 장치의 성능을 향상시킬 수 있다
또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 구성된 위스커군은, 복수의 위스커가 밀집되어 있고(위스커군을 구성하는 위스커의 개수가 많고), 또 위스커군의 대부분을 차지하는 침 형상의 돌기는, 그 형상이 가늘고 길기 때문에, 돌기끼리를 얽히게 할 수 있다. 그래서, 축전 장치의 충방전에 있어서 돌기가 탈리하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화를 저감하여 축전 장치를 장시간 사용할 수 있다.
또한, 복수의 위스커가 높은 밀도로 모여 구성된 위스커군은, 복수의 위스커가 밀집됨으로써, 위스커의 형상이 가늘고 긴 상태라도 구부러지기 어렵게 된다. 그래서, 두께 방향에 있어서의 활물질층의 강도가 높아진다. 활물질층의 강도가 높아짐으로써 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극 열화가 저감된다. 또한, 활물질층의 강도가 높아짐으로써 진동 등에 의한 전극의 열화가 저감된다. 따라서, 축전 장치의 내구성 등의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 돌기는 분기된 부위를 갖는 돌기나 굴곡된 부위를 갖는 돌기를 포함하여도 좋다.
침 형상의 돌기의 직경은, 5㎛ 이하이다. 또한, 돌기의 축에 있어서의 길이는, 5㎛ 이상 30㎛ 이하이다. 또한, 침 형상의 돌기의 축에 있어서의 길이란, 돌기의 정상부의 중심을 통하는 축에 있어서의 돌기의 정상부와 결정성 실리콘 영역(1103a)의 거리에 상당한다.
또한, 위스커 형상의 결정성 실리콘 영역(1103b)의 두께는, 5㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 또한, 결정성 실리콘 영역(1103b)의 두께란, 돌기의 정상부로부터 결정성 실리콘 영역(1103a) 표면까지의 수선의 길이에 상당한다.
도 11(B)에 있어서, 위스커군을 구성하는 복수의 돌기는 종 방향이 일치하지 않는다. 그래서, 도 11(B)에서는 돌기의 종 단면 형상 외에 동기의 횡단 단면 형상이 혼재한 상태를 원형의 영역(1103d)으로 도시한다. 여기서 종 방향이란, 침 형상의 돌기가 결정성 실리콘 영역(1103a)으로부터 연장되는 방향이고, 종 단면 형상이란 종 방향을 따른 단면 형상을 가리킨다. 또한, 횡단 단면 형상이란, 종 방향에 수직의 방향을 따른 단면 형상을 가리킨다.
도 11(B)에 도시한 바와 같이, 복수의 돌기의 종 방향이 일치하지 않으면, 돌기끼리 얽히기 쉬워지고, 축전 장치의 충방전에 있어서 돌기가 탈리하기 어려워 충방전 특성을 안정시킬 수 있다.
또한, 도 11(B)에 도시한 바와 같이 집전체(1101)와 활물질층(1103) 사이에 층(1107)(물질층이라고도 함)을 형성하여도 좋다.
층(1107)을 형성함으로써, 집전체(1101)와 활물질층(1103)의 계면에 있어서의 저항을 저감할 수 있으므로, 축전 장치의 방전 용량 또는 충전 용량을 높일 수 있다. 또한, 층(1107)에 의하여 집전체(1101)와 활물질층(1103) 사이의 밀착성을 높일 수 있으므로 축전 장치의 열화를 저감할 수 있다.
층(1107)으로서는, 실시형태 1에서 설명한 층(107)과 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 층(1107)은 실시형태 1에서 설명한 층(107)과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 활물질층(1103)으로서 결정성 실리콘층으로 사용하면, 상기 결정성 실리콘층 표면에 도전성이 낮은 자연 산화물 등의 산화물이 의도하지 않게 형성되는 경우가 있다. 그리고, 충방전할 때 이 자연 산화막 등의 산화막에 지나친 부하를 주면 전극의 기능이 저하되고, 축전 장치의 사이클 특성이 향상되는 것을 막을 가능성이 있다.
이 경우, 활물질층(1103) 표면에 형성되는 자연 산화막 등의 산화막을 제거하고, 상기 자연 산화막 등의 산화막이 제거된 활물질층(1103) 위에 도전성을 갖는 층(2000)을 형성하면 좋다(도 12 참조).
자연 산화막 등의 산화막은, 불산을 포함하는 용액, 또는 불산을 포함하는 수용액을 에천트로 하는 웨트 에칭 처리에 의하여 제거할 수 있다. 또한, 자연 산화막 등의 산화막을 제거할 수 있다면 드라이 에칭 처리를 사용하여도 좋다. 또한, 웨트 에칭 처리와 드라이 에칭 처리를 조합하여 사용하여도 좋다. 드라이 에칭 처리로서는 평행 평판형 RIE법이나 ICP 에칭법 등을 사용할 수 있다.
도전성을 갖는 층(2000)으로서는, 실시형태 1에서 설명한 층(1000)과 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 층(2000)은 실시형태 1에서 설명한 층(1000)과 마찬가지의 방법으로 형성할 수 있다.
이상으로 축전 장치의 전극을 제작할 수 있다.
본 실시형태에서는 다른 실시형태 또는 실시예와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 축전 장치의 구조에 대하여 도 3(A) 및 도 3(B)를 사용하여 설명한다.
우선, 축전 장치의 일례로서 2차 전지의 구조에 대하여 이하에 설명한다.
2차 전지 중에서도 LiCoO2 등의 리튬 함유 금속 산화물을 사용한 리튬 이온 전지는, 방전 용량이 크고, 안전성이 높다. 여기서는 2차 전지의 대표적인 예인 리튬 이온 전지의 구조에 대하여 설명한다.
도 3(A)는 축전 장치(151)의 평면도이며, 도 3(A)의 일점 쇄선(一点鎖線) A-B의 단면도를 도 3(B)에 도시한다.
도 3(A)에 도시한 축전 장치(151)는, 외장(外裝) 부재(153)의 내부에 축전 셀(155)을 갖는다. 또한, 축전 셀(155)에 접속하는 단자부(157), 단자부(159)를 갖는다. 외장 부재(153)에는 라미네이트 필름, 고분자 필름, 금속 필름, 금속 케이스, 플라스틱 케이스 등을 사용할 수 있다.
도 3(B)에 도시한 바와 같이, 축전 셀(155)은, 부극(163)과, 정극(positive electrode)(165)과, 부극(163) 및 정극(165) 사이에 설치되는 세퍼레이터(separator; 167)와, 외장 부재(153) 중에 충전(充塡)되는 전해질(169)로 구성된다.
부극(163)은, 부극 집전체(negative electrode collector)(171) 및 부극 활물질층(negative electrode active material layer)(173)으로 구성된다. 부극(163)으로서 실시형태 1에 나타내는 전극, 또는 실시형태 2에 나타내는 전극을 사용할 수 있다.
부극 활물질층(173)에는, 실시형태 1에 나타내는 결정성 실리콘층으로 형성되는 활물질층(103) 또는 실시형태 2에 나타내는 결정성 실리콘층으로 형성되는 활물질층(1103)을 사용할 수 있다.
또한, 결정 실리콘층에 리튬을 프리 도핑(pre-doping)하여도 좋다. 또한, LPCVD 장치에 있어서, 부극 집전체(171)의 양쪽 면을 사용하여 전극을 구성하는 경우에 부극 집전체(171)를 프레임형의 서셉터(susceptor)로 유지하면서, 결정성 실리콘층으로 형성되는 부극 활물질층(173)을 형성함으로써 부극 집전체(171)의 양쪽 면에 동시에 부극 활물질층(173)을 형성할 수 있으므로, 공정 수를 삭감할 수 있다.
정극(165)은, 정극 집전체(positive electrode current collector)(175) 및 정극 활물질층(positive electrode active material layer)(177)으로 구성된다. 부극 활물질층(173)은, 부극 집전체(171)의 한쪽 면, 또는 양쪽 면에 형성된다. 정극 활물질층(177)은, 정극 집전체(175)의 한쪽 면에 형성된다.
또한, 부극 집전체(171)는, 단자부(159)와 접속한다. 또한, 정극 집전체(175)는 단자부(157)와 접속한다. 또한, 단자부(157) 및 단자부(159)는, 각각 일부가 외장 부재(153)의 외측에 도출(導出)된다.
또한, 본 실시형태에서는, 축전 장치(151)로서 밀폐된 박형 축전 장치를 나타내지만, 버튼(button)형 축전 장치, 원통형(圓筒形) 축전 장치, 각형(角形) 축전 장치 등 다양한 형상의 축전 장치를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 정극, 부극, 및 세퍼레이터가 적층된 구조를 나타내지만, 정극, 부극, 및 세퍼레이터 모두가 감겨진 구조라도 좋다.
정극 집전체(175)에는, 알루미늄, 스테인리스 등을 사용한다. 정극 집전체(175)에는, 박 형상, 판 형상, 그물 형상 등의 형상을 적절히 사용할 수 있다.
정극 활물질층(177)은, LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiCoPO4, LiNiPO4, LiMn2PO4, V2O5, Cr2O5, MnO2, 그 이외의 리튬 화합물을 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 캐리어 이온이 리튬 이외의 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토류 금속 이온, 베릴륨 이온의 경우에, 정극 활물질층(177)의 상기 리튬 화합물에 있어서 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어, 나트륨이나 칼륨 등)이나 알칼리 토류 금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등), 베릴륨, 마그네슘을 사용할 수도 있다.
전해질(169)의 용질은, 캐리어 이온인 리튬 이온을 이송할 수 있고, 또 리튬 이온이 안정적으로 존재하는 재료를 사용한다. 전해질(169)의 용질의 대표적인 예로서, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등의 리튬염이 있다. 또한, 캐리어 이온을 리튬 이외의 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토류 금속 이온의 경우, 전해질(169)의 용질로서 나트륨염, 칼륨염 등의 알칼리 금속염, 또는 칼슘염, 스트론튬염, 바륨염 등의 알칼리 토류 금속염, 베릴륨염, 마그네슘염 등을 적절히 사용할 수 있다.
또한, 전해질(169)의 용매로서는, 캐리어 이온인 리튬 이온을 이송할 수 있는 재료를 사용한다. 전해질(169)의 용매로서는, 비프로톤성 유기 용매(aprotic organic solvent)가 바람직하다. 비프로톤성 유기 용매의 대표적인 예로서는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로푸란 등이 있고, 이들의 하나 또는 복수를 사용할 수 있다. 또한, 전해질(169)의 용매로서 겔(gel)화되는 고분자 재료를 사용함으로써, 누액성(liquid leakage)을 포함한 안정성이 높아진다. 또한, 축전 장치(151)의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화되는 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로니트릴 겔, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 불소계 폴리머 등이 있다.
또한, 전해질(169)로서, Li3PO4 등의 고체 전해질을 사용할 수 있다.
세퍼레이터(167)에는, 절연성의 다공체(多孔體)를 사용한다. 세퍼레이터(167)의 대표적인 예로서는, 셀룰로오스(종이), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 있다.
리튬 이온 전지는, 메모리 효과가 작고, 에너지 밀도가 높고, 방전 용량이 크다. 또한, 동작 전압이 높다. 또한, 이들에 의하여 소형화 및 경량화가 가능하다. 또한, 충방전을 반복하는 것으로 인한 열화가 적고, 장기간 동안 사용할 수 있고, 비용을 삭감할 수 있다.
다음에, 축전 장치의 다른 일례로서 커패시터에 대하여 설명한다. 커패시터의 대표적인 예로서는, 2중층 커패시터, 리튬 이온 커패시터 등이 있다.
커패시터의 경우는, 도 3(A)에 도시한 2차 전지의 정극 활물질층(177) 대신에 리튬 이온 및/또는 음이온(anion)을 가역적(可逆的)으로 흡장할 수 있는 재료를 사용하면 좋다. 상기 재료의 대표적인 예로서는, 활성탄(活性炭), 도전성 고분자, 폴리아센 유기 반도체(PAS)가 있다.
리튬 이온 커패시터는, 충방전의 효율이 높고, 급속하게 충방전할 수 있고, 반복적으로 사용하여도 수명이 길다.
부극(163)에 실시형태 1에 나타내는 부극을 사용함으로써, 방전 용량이 높고 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극의 열화를 저감한 축전 장치를 제작할 수 있다. 또는, 부극(163)에 실시형태 2에 나타내는 부극을 사용함으로써, 방전 용량이 높고 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극의 열화를 저감한 축전 장치를 제작할 수 있다.
또한, 축전 장치의 일 형태인 공기 전지의 부극에 실시형태 1에 나타내는 집전체 및 활물질층을 사용함으로써, 방전 용량이 높고 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극의 열화를 저감한 축전 장치를 제작할 수 있다. 또는, 축전 장치의 일 형태인 공기 전지의 부극에 실시형태 2에 나타내는 집전체 및 활물질층을 사용함으로써, 방전 용량이 높고 충방전을 반복하는 것으로 인한 전극의 열화를 저감한 축전 장치를 제작할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 3에서 설명한 축전 장치의 응용 형태에 대하여도 4(A) 내지 도 5를 사용하여 설명한다.
실시형태 3에서 설명한 축전 장치는, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치 등의 전자 기기에 사용할 수 있다. 또한, 전기 자동차, 하이브리드 자동차(hybrid vehicle), 철도용 전기 차량, 작업차(作業車), 카트(cart), 휠체어(Wheelchair) 등의 전기 추진 차량에 사용할 수 있다. 여기서는, 휴대 정보 단말의 예로서 전자 사전과, 전기 추진 차량의 예로서 휠체어에 대하여 설명한다.
도 4(A) 및 도 4(B)는 전자 사전의 사시도이다. 또한, 도 4(B)는 도 4(A)의 뒷면을 도시한다.
전자 사전의 본체(420)는 케이스(400), 표시부(402), 표시부(404), 기록 매체 삽입부(406), 외부 접속용 단자부(408), 스피커(410), 조작 키(412), 전지 삽입부(418)를 갖는다. 또한, 본체(420)에는 이어폰(416)을 연결하기 위한 단자부나 스타일러스(stylus) 펜(414)을 본체(420)와 함께 휴대하기 위한 수납부 등이 형성되어도 좋다.
본체(420)의 전지 삽입부(418)에는, 전자 사전의 전원으로서 충전할 수 있는 전지(또는 전지 팩(pack))를 삽입한다. 상기 전지는 반복적으로 충전하여 사용할 수 있으므로, 건전지와 같은 일회용 제품과 비교하여 경제적이다.
전지는 전지를 본체(420)에 삽입한 채 충전할 수 있다. 이 경우, 외부의 전원 장치와 접속하기 위한 커넥터를 외부 접속용 단자부(408)에 삽입하고, 외부 접속용 단자부(408)를 통하여 외부 전원 장치에 의하여 전지를 충전하면 좋다. 또는 전지를 본체(420)로부터 떼어 충전기에 삽입함으로써 전지를 충전하는 구성으로 하여도 좋다.
표시부(402) 또는 표시부(404)에는 배터리 잔량을 표시하여도 좋다. 또는 본체(420)에 라이트를 설치하고, 배터리 잔량에 따라 라이트의 상태를 점등/비점등으로 하여도 좋다. 사용자는, 배터리 잔량을 확인하여 전지를 충전하는 타이밍을 판단할 수 있다.
실시형태 3에서 설명한 축전 장치를 전지(또는 전지 팩)에 사용할 수 있다.
도 5는 전동식(電動式)의 휠체어(501)의 사시도이다.
전동식의 휠체어(501)는, 사용자가 앉는 좌석부(座席部; 503), 좌석부(503)의 후방(後方)에 설치된 등받이(backrest; 505), 좌석부(503)의 앞면 아래 쪽에 설치된 풋 레스트(footrest; 507), 좌석부(503)의 좌우에 설치된 암 레스트(armrest; 509), 등받이(505)의 위 뒤쪽에 설치된 핸들(handle; 511)을 갖는다.
암 레스트(509)의 한쪽에는 휠체어의 동작을 제어하는 컨트롤러(513)가 설치된다. 좌석부(503) 아래 쪽의 프레임(515)을 사이에 두고 좌석부(503) 앞면 아래 쪽에는 한 쌍의 전륜(前輪; 517)이 설치되고, 좌석부(503)의 뒷면 아래 쪽에는 한 쌍의 후륜(後輪; 519)이 설치된다. 후륜(519)은, 모터(motor), 브레이크(brake), 기어(gear) 등을 갖는 구동부(521)에 접속된다. 좌석부(503)의 아래 쪽에는, 배터리(battery), 전력 제어부, 제어 수단 등을 갖는 제어부(523)가 설치된다. 제어부(523)는, 컨트롤러(513) 및 구동부(521)와 접속되고, 사용자가 컨트롤러(513)를 조작함으로써, 제어부(523)를 통하여 구동부(521)가 구동하여 전동식의 휠체어(501)의 전진(前進), 후진(後進), 선회(旋回) 등의 동작 및 속도를 제어한다.
실시형태 3에서 설명한 축전 장치를 제어부(523)의 배터리로서 사용할 수 있다.
제어부(523)의 배터리는, 플러그-인(plug-in) 기술이나 비접속 급전에 의한 외부로부터 전력을 공급함으로써 충전할 수 있다.
또한, 전기 추진 차량이 철도용 전기 차량인 경우, 가선(架線)이나 도전 궤조(導電軌條)로부터 전력을 공급함으로써 배터리를 충전할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치의 일례인 2차 전지를 무선 급전 시스템(이하, RF 급전 시스템이라고도 함)에 사용한 경우의 일례를, 도 6 및 도 7의 블록도를 사용하여 설명한다. 또한, 각 블록도에서는, 수전(受電) 장치 및 급전 장치 내의 구성 요소를 기능마다 분류하고, 서로 독립한 블록으로서 도시하였지만, 실제의 구성 요소는 기능마다 완전히 분류하기 어렵고, 하나의 구성 요소가 복수의 기능에 관련될 수도 있다.
우선, RF 급전 시스템의 일례에 대하여 도 6을 사용하여 설명한다.
수전 장치(600)는, 급전 장치(700)로부터 공급된 전력으로 구동하는 전자 기기 또는 전기 추진 차량에 적용된다. 그 이외에도 수전 장치(600)를 전력으로 구동시키는 장치에 적절히 적용할 수 있다. 전자 기기의 대표적인 예로서는, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 표시 장치, 컴퓨터 등이 있다. 또한, 전기 추진 차량의 대표적인 예로서는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 철도용 전기 차량, 작업차, 카트, 휠체어 등이 있다. 또한, 급전 장치(700)는, 수전 장치(600)에 전력을 공급하는 기능을 갖는다.
도 6에 있어서, 수전 장치(600)는, 수전 장치부(601)와 전원 부하부(610)를 갖는다. 수전 장치부(601)는, 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 2차 전지(604)를 적어도 갖는다. 또한, 급전 장치(700)는, 급전 장치용 안테나 회로(701)와, 신호 처리 회로(702)를 적어도 갖는다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는, 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나, 또는 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 기능을 갖는다. 신호 처리 회로(603)는, 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 2차 전지(604)의 충전, 및 2차 전지(604)로부터 전원 부하부(610)로의 전력의 공급을 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)의 동작을 제어하는 기능을 갖는다. 이로써, 수전 장치용 안테나 회로(602)가 발진하는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다.
전원 부하부(610)는, 2차 전지(604)로부터 전력을 받고, 수전 장치(600)를 구동하는 구동부이다. 전원 부하부(610)의 대표적인 예로서는 모터, 구동 회로 등이 있다. 그 이외에도 전원 부하부(610)로서 전극을 받아 수전 장치(600)를 구동시키는 장치를 적절히 사용할 수 있다.
또한, 급전 장치용 안테나 회로(701)는, 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 송신하거나, 또는 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터의 신호를 받는 기능을 갖는다. 신호 처리 회로(702)는, 급전 장치용 안테나 회로(701)가 수신한 신호를 처리하는 기능을 갖는다. 또한, 신호 처리 회로(702)는, 급전 장치용 안테나 회로(701)의 동작을 제어한다. 이로써, 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지는, 도 6에서 설명한 RF 급전 시스템에 있어서의 수전 장치(600)가 갖는 2차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지를 이용함으로써, 종래의 2차 전지와 비교하여 축전량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 급전의 시간 간격을 연장시킬 수 있으므로, 몇 번에 걸쳐 급전하는 시간과 노력을 줄일 수 있다.
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지를 이용함으로써 전원 부하부(610)를 구동시키기 위한 축전량이 종래와 동일하면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 합계 비용을 저감시킬 수 있다.
다음에, RF 급전 시스템의 다른 예에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7에 있어서, 수전 장치(600)는 수전 장치부(601)와, 전원 부하부(610)를 갖는다. 수전 장치부(601)는, 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 2차 전지(604)와, 정류 회로(605)와, 변조 회로(606)와, 전원 회로(607)를 적어도 갖는다. 또한, 급전 장치(700)는 급전 장치용 안테나 회로(701)와, 신호 처리 회로(702)와, 정류 회로(703)와, 변조 회로(704)와, 복조 회로(705)와, 발진 회로(706)를 적어도 갖는다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는, 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나, 또는 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 기능을 갖는다. 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받는 경우, 정류 회로(605)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호로부터 직류 전압을 생성하는 기능을 갖는다. 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 2차 전지(604)의 충전, 및 2차 전지(604)로부터 전원 회로(607)로의 전력의 공급을 제어하는 기능을 갖는다. 전원 회로(607)는, 2차 전지(604)가 축전하는 전압을 전원 부하부(610)가 필요한 전압으로 변환하는 기능을 갖는다. 변조 회로(606)는, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)로 신호를 송신하는(어떠한 응답을 하는) 경우에 사용된다.
전원 회로(607)를 가짐으로써, 전원 부하부(610)에 공급하는 전력을 제어할 수 있다. 따라서, 전원 부하부(610)에 과전압이 인가되는 것을 저감할 수 있고, 수전 장치(600)의 열화나 파괴를 저감시킬 수 있다.
또한, 변조 회로(606)를 가짐으로써, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 수전 장치(600)의 충전량을 판단하여 일정량의 충전이 행해진 경우에, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신하고, 급전 장치(700)로부터 수전 장치(600)로의 급전을 정지시킬 수 있다. 결과적으로, 2차 전지(604)의 충전량을 100%로 하지 않는 것으로, 2차 전지(604)의 충전 가능한 횟수를 증가시킬 수 있다.
또한, 급전 장치용 안테나 회로(701)는, 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 송신하거나, 또는 수정 장치용 안테나 회로(602)로부터의 신호를 받는 기능을 갖는다. 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 송신하는 경우, 신호 처리 회로(702)는, 수전 장치(600)에 송신하는 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 발진 회로(706)는, 일정한 주파수의 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 변조 회로(704)는 신호 처리 회로(702)가 생성한 신호와 발진 회로(706)에서 생성된 일정한 주파수의 신호에 따라, 급전 장치용 안테나 회로(701)에 전압을 인가하는 기능을 갖는다. 이로써, 급전 장치용 안테나 회로(701)로부터 신호가 출력된다. 한편, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 신호를 받는 경우, 정류 회로(703)는 받은 신호를 정류하는 기능을 갖는다. 복조 회로(705)는, 정류 회로(703)가 정류한 신호로부터 수전 장치(600)가 급전 장치(700)에 송신한 신호를 추출한다. 신호 처리 회로(702)는 복조 회로(705)에 의하여 추출된 신호를 해석하는 기능을 갖는다.
또한, RF 급전을 행할 수 있다면, 각 회로의 사이에 다른 회로가 형성되어도 좋다. 예를 들어, 수전 장치(600)가 신호를 수신하고 정류 회로(605)에서 직류 전압을 생성한 후에, 후단에 DC-DC컨버터나 레귤레이터 등의 회로를 형성하여 정전압을 생성하여도 좋다. 이로써, 수전 장치(600) 내부에 과전압이 인가되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지는 도 7에서 설명한 RF 급전 시스템에 있어서의 수전 장치(600)가 갖는 2차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지를 이용함으로써, 종래의 2차 전지와 비교하여 축전량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 급전의 간격을 연장시킬 수 있으므로, 몇 번에 걸쳐 급전하는 시간과 노력을 줄일 수 있다.
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지를 이용함으로써, 전원 부하부(610)를 구동시키기 위한 축전량이 종래와 동일하면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 합계 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 2차 전지를 이용하여 수전 장치용 안테나 회로(602)와 2차 전지(604)를 중첩하는 경우는, 2차 전지(604)의 충방전에 의하여 2차 전지(604)의 형상이 변형되고, 상기 형상의 변형에 따른 안테나 형상의 변화에 의하여 수전 장치용 안테나 회로(602)의 임피던스가 변화되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 안테나의 임피던스가 변화되면, 충분한 전력이 공급되지 않을 가능성이 있기 때문이다. 예를 들어, 2차 전지(604)를 금속제(金屬製) 또는 세라믹스제의 전지 팩에 장전(裝塡)하면 좋다. 또한, 그 때 수전 장치용 안테나 회로(602)와 전지 팩은 수십㎛ 이상 이격해 두는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 충전용의 신호의 주파수는 특별히 한정은 없고, 전력이 전송될 수 있는 주파수라면 어느 대역이라도 상관없다. 충전용 신호는, 예를 들어 135kHz의 LF 대역(장파)이라도 좋고, 13.56MHz의 HF 대역이라도 좋고, 900MHz 내지 1GHz의 UHF 대역이라도 좋고, 2.45GHz의 마이크로파 대역이라도 좋다.
또한, 신호의 전송 방식으로서 전자 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 다양한 종류가 있지만, 적절히 선택하면 좋다. 다만, 비, 진흙 등의 수분을 포함한 이물(異物)로 인한 에너지의 손실을 억제하기 위해서는, 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는 단파인 3MHz 내지 30MHz, 중파인 300kHz 내지 3MHz, 장파인 30kHz 내지 300kHz, 및 초장파인 3kHz 내지 30kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식, 공명 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 조합하여 실시할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성한 경우의 위스커군의 형상에 대하여 도 8(A) 내지 도 9(B)를 사용하여 설명한다.
<결정성 실리콘층의 제작 방법>
우선, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층의 제작 공정에 대하여 설명한다. 상기 결정성 실리콘층에 대해서는 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 형성할 때 희석 가스로서 질소를 혼합하였다.
유리 기판 위에 스퍼터링법에 의하여 두께 500nm의 타티늄막을 형성하였다. 다음에, 포토리소그래피법에 의하여 타티늄막을 선택적으로 에칭하여 섬 형상의 티타늄막을 형성하여, 이것을 전극의 집전체로 하였다.
집전체인 섬 형상의 티타늄막 위에 실리콘을 포함하는 가스에 질소를 혼합시켜 LPCVD법에 의하여 활물질층으로서 결정성 실리콘층을 형성하였다.
실리콘을 포함하는 가스로서 실란(SiH4)을 사용하였다. 실란의 유량을 300sccm, 질소의 유량을 300sccm로 하여 반응실 내에 도입하고, 반응실 내의 압력을 20Pa로 하고, 반응실 내의 온도를 600℃로 하여 결정성 실리콘층의 형성을 행하였다. 성막 시간은 2시간 15분으로 하였다.
형성된 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 도 8(A) 및 도 8(B)에 도시한다. 도 8(A)는 배율을 1000배, 도 8(B)는 배율을 10000배로 설정하여 관찰한 사진이다.
도 8(A) 및 도 8(B)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 돌기의 직경은, 가장 큰 부분(밑동 부분)이 대략 1.1㎛ 이하이고, 대부분의 돌기는 뾰족한 정상부를 갖는다. 또한, 복수의 위스커가 밀집하여 위스커군을 이루어진 것이 확인되었다. 또한, 위스커의 축에 있어서의 길이는, 큰 것은 약 19㎛이었다. 또한, 도 8(B)를 보면, 위스커의 개수는 100㎛2당 30개 정도였다.
<비교용 결정성 실리콘층의 제작 공정>
다음에, 비교용 결정성 실리콘층의 제작 공정에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층과 비교용의 결정성 실리콘층은, LPCVD법에 의하여 형성할 때의 분위기 가스가 상이하고, 비교용 결정성 실리콘층을 형성할 때의 분위기 가스에 질소를 포함하지 않는다. 그 이외의 구성은 같으므로 집전체의 구성의 설명은 생략한다.
집전체인 섬 형상의 티타늄막 위에 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 활물질층으로서 결정성 실리콘층을 형성하였다.
실리콘을 포함하는 가스로서 실란(SiH4)을 사용하였다. 실란의 유량을 300sccm로 하여 반응실 내에 도입하고, 반응실 내의 압력을 20Pa로 하고, 반응실 내의 온도를 600℃로 하여 결정성 실리콘층의 형성을 행하였다. 성막 시간은 2시간 15분으로 하였다.
형성된 비교용 결정성 실리콘층의 SEM 사진을 도 9(A) 및 도 9(B)에 도시한다. 도 9(A)는 배율을 1000배, 도 9(B)는 배율을 10000배로 설정하여 관찰한 사진이다.
도 9(A) 및 도 9(B)에 도시한 바와 같이, 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 돌기는, 그 직경이 가장 큰 부분(밑동 부분)이 대략 1.5㎛ 이하이고, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 돌기와 비교하여 선단이 둥글게 된 것이 많았다. 또한, 비교용 결정성 실리콘층에서는, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층과 비교하여 전체적으로 위스커의 개수가 적고, 위스커의 축에 있어서의 길이가 짧은 것이 확인되었다.
도 8(A) 내지 도 9(B)를 보면, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층은 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 위스커와 비교하여 가늘고 긴 위스커를 많이 갖는다.
또한, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 돌기로서 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 돌기보다 직경이 작고, 선단이 예리하고, 형상이 가늘고 긴 것이 많이 관찰되었다.
또한, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 위스커군을 구성하는 복수의 위스커는, 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 위스커군을 구성하는 복수의 위스커보다 밀집되어 있는 것이 확인되었다.
이상으로, 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성할 때, 희석 가스로서 질소를 혼합함으로써 복수의 위스커가 밀집된 위스커군을 결정성 실리콘층에 형성할 수 있다는 것을 제시되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성한 경우의 위스커군의 형상에 대하여 도 13(A) 내지 도 14(B)를 사용하여 설명한다.
<결정성 실리콘층의 제작 방법>
우선, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층의 제작 공정에 대하여 설명한다. 상기 결정성 실리콘층에 대해서는 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 형성할 때 희석 가스로서 헬륨 혼합하였다.
유리 기판 위에 스퍼터링법에 의하여 두께 500nm의 타티늄막을 형성하였다. 다음에, 포토리소그래피법에 의하여 타티늄막을 선택적으로 에칭하여 섬 형상의 티타늄막을 형성하여, 이것을 전극의 집전체로 하였다.
집전체인 섬 형상의 티타늄막 위에 실리콘을 포함하는 가스에 헬륨을 혼합시켜 LPCVD법에 의하여 활물질층으로서 결정성 실리콘층을 형성하였다.
실리콘을 포함하는 가스로서 실란(SiH4)을 사용하였다. 실란의 유량을 300sccm, 헬륨의 유량을 300sccm로 하여 반응실 내에 도입하고, 반응실 내의 압력을 20Pa로 하고, 반응실 내의 온도를 600℃로 하여 결정성 실리콘층의 형성을 행하였다. 성막 시간은 2시간 15분으로 하였다.
형성된 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진을 도 13(A) 및 도 13(B)에 도시한다. 도 13(A)는 배율을 1000배, 도 13(B)는 배율을 3000배로 설정하여 관찰한 사진이다.
도 13(A) 및 도 13(B)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 돌기의 직경은, 가장 큰 부분(밑동 부분)이 대략 1.4㎛ 이하였다. 또한, 복수의 위스커가 밀집하여 위스커군을 이루어진 것이 확인되었다. 또한, 위스커의 축에 있어서의 길이는, 큰 것은 약 19㎛이었다. 또한, 도 13(B)를 보면, 돌기의 개수는 100㎛2당 40개 정도였다.
<비교용 결정성 실리콘층의 제작 공정>
비교용 결정성 실리콘층을 실시예 1에서 설명한 비교용 결정성 실리콘층과 마찬가지의 방법을 사용하여 제작하였다.
형성된 비교용 결정성 실리콘층의 SEM 사진을 도 14(A) 및 도 14(B)에 도시한다. 도 14(A)는 배율을 1000배, 도 14(B)는 배율을 3000배로 설정하여 관찰한 사진이다.
도 14(A) 및 도 14(B)에 도시한 바와 같이, 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 돌기는, 그 직경이 가장 큰 부분(밑동 부분)이 대략 1.5㎛ 이하였다. 또한, 비교용 결정성 실리콘층에서는, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층과 비교하여 전체적으로 위스커의 개수가 적고, 위스커의 축에 있어서의 길이가 짧은 것이 확인되었다.
도 13(A) 내지 도 14(B)를 보면, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층은 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 위스커와 비교하여 가늘고 긴 위스커를 많이 갖는다.
또한, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 돌기로서 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 돌기보다 직경이 작고, 형상이 가늘고 긴 것이 많아 관찰되었다.
또한, 본 발명의 일 형태인 결정성 실리콘층이 갖는 위스커군을 구성하는 복수의 위스커는, 비교용 결정성 실리콘층이 갖는 위스커군을 구성하는 복수의 위스커보다 밀집되어 있는 것이 확인되었다.
이상으로, 재료 가스로서 실리콘을 포함하는 가스를 사용하여 LPCVD법에 의하여 결정성 실리콘층을 형성할 때, 희석 가스로서 헬륨을 혼합함으로써 복수의 위스커가 밀집된 위스커군을 결정성 실리콘층에 형성할 수 있다는 것을 제시되었다.
101: 집전체 103: 활물질층
103a, 103b : 결정성 실리콘 영역 105: 영역
107: 층 109: 금속 산화물층

Claims (22)

  1. 전극의 제작 방법으로서,
    실리콘을 포함하는 가스 및 질소를 사용하여 집전체 위에 감압 화학적 기상 성장(LPCVD)을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 집전체 위에 실리콘층 및 상기 실리콘층 위에 위스커군을 형성하고,
    상기 집전체는 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 포함하고,
    상기 실리콘층의 재료 및 상기 위스커군의 재료는 동일한, 전극의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    실리콘을 포함하는 상기 가스의 유량이 100sccm 이상 3000sccm 이하이고,
    상기 질소의 유량이 100sccm 이상 1000sccm 이하인, 전극의 제작 방법.
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  12. 전극의 제작 방법으로서,
    실리콘을 포함하는 가스 및 헬륨을 사용하여 집전체 위에 LPCVD을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 집전체 위에 실리콘층 및 상기 실리콘층 위에 위스커군을 형성하고,
    상기 집전체는 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 포함하고,
    상기 실리콘층의 재료 및 상기 위스커군의 재료는 동일한, 전극의 제작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    실리콘을 포함하는 상기 가스의 유량이 100sccm 이상 3000sccm 이하이고,
    상기 헬륨의 유량이 100sccm 이상 1000sccm 이하인, 전극의 제작 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    실리콘을 포함하는 상기 가스는 수소화 실리콘, 불화 실리콘, 또는 염화 실리콘을 포함하는, 전극의 제작 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 LPCVD에 있어서의 가열 온도가 595℃ 이상 650℃ 미만인, 전극의 제작 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 LPCVD에 있어서의 압력이 10Pa 이상 100Pa 이하인, 전극의 제작 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 위스커군은 복수의 침 형상의 돌기를 포함하는, 전극의 제작 방법.
  18. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 집전체는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 잉크젯법, 또는 CVD법에 의하여 형성되는, 전극의 제작 방법.
  19. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 집전체로 티타늄이 사용된, 전극의 제작 방법.
  20. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘층에 대향하는 정극을 제공하는 단계를 더 포함하는, 전극의 제작 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 실리콘층과 상기 정극 사이에 세퍼레이터가 제공된, 전극의 제작 방법.
  22. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 실리콘층 및 상기 위스커군은 활물질층으로 기능하는, 전극의 제작 방법.
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