TW201222948A - Energy storage device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

201222948 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於儲能裝置（電能儲存裝置）及其製造方 法。 注意到儲能裝置表示所有具有儲能功能的元件與裝置 【先前技術】 最近幾年，如鋰-離子二次電池、鋰-離子電容器與空 氣電池之儲能裝置已被發展。 儲能裝置之電極係藉由形成活性材料於電流收集器表 面上而形成。關於活性材料，可儲存或釋放作爲如碳或矽 之載子的離子被使用。具體地，矽或摻雜磷之矽具有較碳 更高之理論電容，因此，較佳是就該儲能裝置之增加功率 而言使用該材料爲活性材料（即，專利文獻1 )。 [參考] [專利文獻1]日本公開專利申請案No. 2001-210315 【發明內容】 然而’即使當矽被使用爲負電極活性材料，要獲得如 理論電容般高之放電能力是困難的。 有鑑於以上問題’本發明一實施例之目的爲提供一儲 能裝置’其放電能力可被改善，以及製造該儲能裝置之方 -5- 201222948 法。 本發明一實施例爲用以製造儲能裝置之方法，其 屬元素散布於電流收集器上，且藉由其中使用含有矽 積氣體實施加熱之低壓化學氣相沈積（LPCVD )形成 鬚晶之結晶矽層於金屬元素散布於其上之電流收集器 面上以作爲活性材料層。 上述中低壓化學氣相沈積較佳是於高於580°C之 被實行。再者，關於含有矽沈積氣體，矽烷、氟化矽 氯化矽被較佳地使用。 上述中，電流收集器係藉由濺鍍或化學氣相沈積 CVD )形成於基板上。再者，電流收集器係較佳地具 狀、片狀或網狀。 上述中，金屬元素之散布較佳是藉由應用含有 ppm或更多金屬元素之化學溶液而被實行。該金屬元 形成矽化物之元素，例如，選自锆、鈦、鈴、釩、鈮 、鉻、鉬、鎢、銘及鎳中之一或多者可被實施。 根據本發明之一實施例，具有高放電容量之儲能 可被製造。 【實施方式】 在下文中，本發明實施例將參照圖式被描述。應 本發明不以下列說明爲限，熟悉本領域之人士可輕易 在不脫離本發明範疇與精神下其模式與細節可以各種 改變。因此，本發明不應被解釋爲受限於以下實施例 中金 之沈 包括 之表 溫度 、或 法（ 有翼 1000 素是 、钽 裝置 注意 瞭解 方式 之描 -6- 201222948 述。在以下結構中，注意到在不同圖式中相同部位或具有 類似功能部位被以相同參考符號表示。再者，於一些情形 中，相同剖面圖樣被應用於相似部位，且該相似部位不必 定要被參考符號註明。 [實施例1 ] 在本實施例中，本發明一實施例之儲能裝置之電極及 其製造方法將參照圖1 A至1D與圖2被描述。 如圖1所示，於電流收集器101上，金屬元素藉由如旋 塗之塗敷法而散布，藉以形成其中散布有金屬元素之區域 102 ° 電流收集器101是作爲電極之電流收集器。因此，電 流收集器101是使用具有翼形形狀、片狀或網狀導電材料 而被形成。例如，電流收集器1 0 1可使用以鈾、鋁、銅或 金太爲代表之具有高導電率金屬元素被形成。或者，電流收 集器101可使用加入有可改善熱電阻之元素如矽、鈦、鈸 '钪或鉬的鋁合金而被形成。又或者，矽晶圓可被使用作 電流收集器101。再者，電流收集器101可使用形成矽化物 之金屬元素被形成。形成矽化物之金屬元素範例包括锆、 鈦、給、釩、鈮、鉅、鉻、鉬、鎢、鈷、鎳及類此者。電 流收集器1 0 1可藉由濺鍍或化學汽相沈積（CVD )而被形 成。 其中散布有金屬元素之區域102具有控制活性材料層 晶性之功能。例如，區域1〇2可以是其中散布有改善活 201222948 性材料層103晶性之金屬元素的層。金屬元素可藉由浸漬 塗覆、旋轉塗布、微滴排出法、電漿披覆、如網印或平版 印刷之印刷法及類此者而被散布。其中散布有金屬元素之 區域102較佳是以旋轉塗布爲代表之塗布法形成，以將金 屬元素適當地散布在區域102中。此時，待使用之化學溶 液中之金屬元素濃度被期望是大於或等於1 000 ppm。這是 因爲包括於活性材料層103中的晶鬚之數量密度可藉由增 加化學溶液中之金屬元素濃度而被增加。金屬元素不受特 別限制，只要其可作爲改善活性材料層1 03晶性之二元觸 媒。在活性材料層103爲結晶矽層之情形，形成矽化物之 元素，例如，選自錐、鈦、給、釩、鈮、鉬、鉻、鉬、鎢 、鈷、鎳及類此者可被使用。 接著，於其中散布有金屬元素之區域102上，作爲活 性材料層1 03之結晶矽層是藉由化學汽相沈積（CVD )而 被形成，較佳是藉由低壓化學氣相沈積（LPCVD )(參見 圖1B)。於其中散布有金屬元素之區域102中之金屬元素 ，當被形成時被散布於結晶矽層中。因此，於結晶矽層被 形成後，多半其中散布有金屬元素之區域102損失。因此 ，於圖1B至1D中，其中散布有金屬元素之區域1〇2未示出 〇 活性材料層1 03爲結晶矽層。結晶矽層例如可由 LPCVD而被形成。於以高於5 8 0°C及低於或等於LPCVD裝 置或電流收集器101可承受之溫度，較佳是高於或等於 600°C且小於650°C所執行之加熱下，可使用含有矽之沈積
-8- S 201222948 氣體作爲來源氣體形成結晶矽層。關於含有矽之沈積氣體 ，矽烷、氟化矽、氯化矽及類此者被提供，典型地’ SiH4 、Si2H6 ' SiF4、SiCl4、Si2Cl6及類此者被提供。應注意如 氦、氖、氬及氣與氫之稀有氣體可被混合於來源氣體中。 應注意於一些情形下來自LPCVD裝置腔室之氧或類此 者被以雜質包含於活性材料層103中。 應注意給予一傳導形式之雜質元素如磷或硼可被加入 至結晶矽層。被加入給予一傳導形式之雜質元素如磷或硼 之結晶矽層具有較高傳導性，以致電極之電傳導性可被增 加。因此，放電量可更增加。 當作爲活性材料層1 03之矽被形成於以例如鈦製成之 電流收集器1 〇 1上之後，用以結晶化矽之熱處理被實施， 低密度區域於一些情形下形成於電流收集器101與活性材 料層103間。因此，介於電流收集器101與活性材料層103 間之導電率降低且電流收集器101與活性材料層103易於分 離。另一方面，當被看做活性材料層103之結晶矽層是藉 由LPCVD形成時，低密度區域不形成於電流收集器101與 活性材料層1 03間。因此，電子於電流收集器1 0 1與活性材 料層103間之界面輕易地傳送，且於電流收集器101與活性 " 材料層1 03間之吸附性可被增加。理由之一是於形成結晶 矽層步驟中來源氣體之活性物種被連續地供應至被沈積之 結晶矽層，以致矽自結晶矽層擴散至電流收集器1 〇 1。即 使是缺少矽之區域（薄的區域）形成，來源氣體之活性物 種被連續地供應至該區域；因此，低密度區域不被形成於 201222948 結晶矽層中。此外，因爲該結晶矽層是藉由氣相成長而形 成於電流收集器101上，儲能裝置之生產率可被增加。 在此，電流收集器101與以虛線105圍繞之活性材料層 1 03被示於圖1 c中。 如圖1 C所示，混合層1 07於一些情形下是形成於電流 收集器101與活性材料層103間。在此情形中，混合層1〇7 可使用矽及包含於電流收集器101之金屬元素而形成。於 藉由LPCVD形成作爲活性材料層1 03之結晶矽層期間，藉 由加熱將矽擴散至電流收集器101，藉以形成混合層107。 當使用形成矽化物之金屬元素以形成電流收集器101 ，混合層107係使用金屬元素之矽化物而形成，典型地， 選自锆矽化物、鈦矽化物、給矽化物、釩矽化物、鈮矽化 物、鉬矽化物、鉻矽化物、鉬矽化物、鎢矽化物、鈷矽化 物及鎳矽化物之一或多者被形成。或者，矽與金屬元素之 一合金層被形成。 應注意於一些情形中來自LPCVD裝置腔室之氧或類此 者被含於混合層107中作爲雜質。 藉由介於電流收集器1 01與活性材料層1 03間之混合層 1〇7’介於電流收集器101與活性材料層103間之電阻可被 降低。因此’電極之電傳導性可被增加。因此，放電量可 更被增加。此外’介於電流收集器1 〇 1與活性材料層1 〇 3間 之吸附性可被增加’以致儲能裝置之劣化被抑制。 於混合層107上’含有包括於電流收集器101中之金屬 元素氧化物之金屬氧化物層109於一些情形中被形成。應
S -10- 201222948 注意當結晶矽層是藉由LPCVD被形成時’藉由以如氦 '氖 、氬或氙之稀有氣體注滿腔室’金屬氧化物層109之形成 亦可被抑制。 當電流收集器101係使用形成矽化物之金屬元素而形 成，金屬氧化物被形成。金屬氧化物之典型範例爲锆氧化 物、鈦氧化物、鉻氧化物、鉬氧化物、鎢氧化物、鈷氧化 物、鎳氧化物及類此者。注意到當電流收集器101爲其中 散布有如鈦、鉻、鈮或鎢之區域時，金屬氧化物層109包 括如鈦氧化物、鉻氧化物、鈮氧化物、或鎢氧化物；因此 ，介於電流收集器101與活性材料層103間之電阻可被降低 且電極之電傳導性可被增加。因此，放電量可進一步被增 加。 活性材料層103包括結晶矽區103 a與包括形成於結晶 矽區103 a上之晶鬚的結晶矽區103b。應注意介於結晶矽區 103 a與包括晶鬚的結晶矽區103b間之邊界不清楚。因此， 與形成於晶鬚間凹部之底部相同水平之平面被視爲介於結 晶矽區1 0 3 a與包括晶鬚的結晶矽區1 〇 3 b間之試驗性邊界 結晶矽區103 a被形成以覆蓋電流收集器ιοί。在結晶 矽區103b中之晶鬚可具有如圓筒狀或三方柱狀之柱狀形狀 ’或如錐體狀或只要其爲結晶突出之三角錐狀之針狀。應 注意晶鬚頂端可以是彎曲的。晶鬚寬度爲大於或等於5 0nm 且小於或等於ΙΟμπι ’較佳是大於或等於500nm且小於或等 於3μηι。此外，晶鬚長度爲大於或等於0.5μιη且小於或等於 ΙΟΟΟμηι，較佳是大於或等於ΐμιη且小於或等於1〇〇μηι。 -11 - 201222948 此處，晶鬚長度是指晶鬚於成長方向（長邊方向）之 尺寸。當晶鬚具有柱狀形狀，晶鬚長度是指介於晶鬚頂面 與底面間之距離。當晶鬚具有針狀，晶鬚長度是指介於晶 鬚頂部與底面間之距離。此外，包括晶鬚之結晶矽層之厚 度爲結晶砂區l〇3a之厚度與包括晶鬚的結晶砂區l〇3b之厚 度的和。再者，包括晶鬚的結晶矽區1 03b之厚度是指從晶 鬚之最大高度至介於結晶矽區1 03 a與包括晶鬚的結晶矽區 l〇3b間之邊界的距離。 應注意於一些情形中，晶鬚之成長方向（晶鬚延伸自 結晶矽區103 a之方向）是指長邊方向且沿著該長邊方向之 截面形狀是指長邊截面形狀。此外，於一些情形中，其長 邊方向爲垂直方向的橫斷面所指爲薄片截面形狀。 如圖1 C所示，晶鬚之長邊方向可以是一方向，即，對 結晶矽區103 a表面之垂直方向》應注意晶鬚之長邊方向可 以是實質地相同於與結晶矽區103 a表面之垂直方向。換句 話說，具有長邊截面形狀之晶鬚主要被示於圖1C。 或者，如圖1D所示，晶鬚之長邊方向可以是不均勻的 。典型地，包括晶鬚的結晶矽區l〇3b可包括其長邊方向實 質地相同於垂直方向的第一晶鬚113a與其長邊方向不同於 垂直方向的第二晶鬚113b。再者，第二晶鬚113b之長度可 以是大於第一晶鬚1 13a之長度。此外，如圖1D所示’除了 具有長邊截面形狀之晶鬚外，具有薄片截面形狀之晶鬚如 區域103d。區域103d爲圓的因其爲具有柱體或錐體形狀之 晶鬚的切片截面形狀。然而，當該晶鬚具有三稜鏡或三角
-12- S 201222948 錐形狀時，區域l〇3d爲多角形。當晶鬚的長邊方向爲隨機 的，該些晶鬚於一些情形下彼此纏結。因此，於儲能裝置 充放電中該些晶鬚未必被剝掉》 本實施例中儲能裝置電極包括活性材料層，結晶矽層 其中晶鬚之成長是藉由如旋塗之塗敷法而控制。活性材料 層具有如上所述晶鬚，活性材料層之表面區域增加；儲能 裝置放電量增加。具體地，當如旋塗之塗敷法被使用以控 制該些晶鬚之成長，包括於活性材料層之晶鬚數量密度可 輕易地增加，因而提供放電量可輕易地增加之優點。 本實施例中儲能裝置電極包括至少介於電流收集器 1 〇 1與活性材料層1 03 (結晶矽層）間之混合層1 〇7。因此 ，由於介於電流收集器1 0.1與活性材料層1 03間界面的電阻 可被降低’且介於電流收集器1 0 1與活性材料層1 03間之吸 附性可被增加：因此，放電量可被增加且儲能裝置之劣化 被抑制。 應注意圖1A至1D所示情形爲使用具有翼形、片狀或 網狀之傳導性材料形成之電流收集器1 〇 1，然而，如圖2所 示，電流收集器1 1 1可藉由濺鍍、氣相沈積、印刷法、噴 墨法、CVD、或類此者適當形成於基板n5上。 經由以上程序’具有高放電量之儲能裝置之電極可被 製造。 [範例] 於此範例中，當矽層藉由LPCVD被形成於其中散布有 -13- 201222948 金屬兀素之區域上時砂晶鬚之生長被描述。 使用於此範例中之樣本被描述。包括金屬元素（醋酸 鎳）之化學溶液被施加至背玻璃基板，藉以金屬元素被散 布。此時，關於醋酸鎳濃度，100 ppm與1 000 ppm二種情 況被採用。 之後，結晶矽層藉由LPCVD被形成於其中散布有金屬 元素之區域上。藉由LPCVD之結晶矽層薄膜形成可實施如 下：作爲來源氣體之矽烷以300 seem流速導入反應腔室， 反應腔室之壓力爲20Pa，且反應腔室之溫度爲600°C。再 者，沈積時間爲2小時15分鐘》 圖8A與8B顯示形成之結晶矽層的掃描式電子顯微鏡（ SEM)影像。圖8A爲其中醋酸鎳濃度爲100 ppm之SEM影 像而圖8B爲其中醋酸鎳濃度爲100 0 ppm之SEM影像。 在圖8A所示結晶矽層中，具有Ο.ίμιη至0.3μηι直徑之微 小晶粒被形成爲結晶矽區域而晶鬚未形成。另一方面，於 圖8Β所示結晶矽層中，具有Ο.ίμηι至0.3μιη直徑之微小晶粒 被形成爲結晶矽區域且晶鬚被形成於結晶矽區域中。 結果顯示出晶鬚可藉由形成結晶矽層於其中散布有濃 度1 000 ppm或更多之金屬元素之區域上而於結晶矽區域中 成長。 此實施例中，玻璃基板被使用爲結晶矽層之待被形成 之構件。晶鬚之產生於一些情形下可被控制，電流收集器 被使用爲結晶矽層之待形成之構件。 如上所述，依據此實施例，具有高放電量之儲能裝置 -14-
S 201222948 之電極可被達成。此實施例可與任一其他實施例結合以實 施。 [實施例2] 此實施例中，儲能裝置之結構將參照圖3A與3 B被描述 〇 首先，儲能裝置之一範例之二次電祂之結構被描述。 於二次電池中，使用如Li Co 02之含鋰金屬氧化物形成之鋰 離子電池具有高容量與高安全性。在此，二次電池之典型 範例的鋰離子電池之結構被描述。 圖3A爲儲能裝置151之平面圖，且圖3B爲圖3A中沿點 虛線A - B之截面圖。 圖3A所示儲能裝置151包括於外部件153中的儲能單元 155。儲能裝置151更包括被連接至單元155的末端部157與 159。對於外部件153，貼合膜、乙烯系聚合物膜、金屬膜 、金屬殻、塑膠殼或類此者可被使用。 如圖3B所示，儲能單元155包括負電極163、正電極 165、介於負電極163與正電極165間之分離器167與塡充於 外部件153之電解液169。 負電極163包括負電極電流收集器171與負電極活性材 料層173。正電極165包括正電極電流收集器175與正電極 活性材料層1 7 7。負電極活性材料層1 7 3形成於負電極電流 收集器171之一表面或二相對表面上。正電極活性材料層 形成於正電極電流收集器175之一表面或二相對表面上 -15- 201222948 負電極電流收集器171被連接至末端部159»正電極電 流收集器175被連接至末端部157。再者，末端部157與159 各部分地延伸出外部件1 53外部。 應注意於本實施例中雖然密封薄儲能裝置被描述爲儲 能裝置1 5 1，儲能裝置可具有多種結構。例如，鈕狀儲存 裝置、柱狀儲能裝置或矩形儲能裝置可被完成。再者， 雖然正電極、負電極及分離器所堆疊之結構被描述於此實 施例中，正電極、負電極及分離器所捲成之結構亦可被實 施。 負電極電流收集器171可使用描述於實施例1中之電流 收集器101或111而被形成。 使用描述於實施例1中之結晶矽層所形成之活性材料 層1 03，負電極活性材料層1 73被形成。應注意結晶矽層可 被摻雜以鋰。此外，藉由以於LPCVD裝置以框狀承受體保 持之負電極電流收集器1 7 1形成使用結晶矽層所形成之活 性材料層103，活性材料層103可於同一時間被形成於負電 極電流收集器171之兩表面上；因此，步驟數量可被減少 〇 鋁、不銹鋼或類此者被使用爲正電極電流收集器175 。正電極電流收集器175可具有翼形之形狀、片狀、網狀 或適當之類此者。 正電極活性材料層177可使用LiFe02、LiCo02、 L i N i Ο 2 、 L i Μ n 2 〇 4 、 L i F e P O 4 、 L i C 0 P 0 4 、 L i N i P 0 4 、 -16- s 201222948
LiMn2P〇4 ' V205、Cr205、Mn02或其他鋰化合物爲材料而 被形成。應注意當載體離子爲除了鋰離子、鹼土金屬離子 、鈹離子、或鎂離子·外之鹹金屬離子時，可使用如鹹金屬 (如鈉或鉀）、鹼土金屬（如鈣、緦或鋇）、鈹' 鎂或類 此者取代以上鋰化合物中的鋰形成正電極活性材料層1 77 〇 對於電解液169之溶質，其中鋰離子，即載體離子， 能傳送且穩定存在之材料被使用。電解液169之溶質的典 型範例包括如 LiC104、 LiAsF6、 LiBF4 、 LiPF6 及 Li(C2F5S02)2N之鋰鹽。應注意當載體離子爲除了鋰離子、 鹼土金屬離子、鈹離子、或鎂離子外之鹹金屬離子時，可 適當使用如鈉鹽或鉀鹽之鹼金屬鹽、如鈣鹽、緦鹽或鋇鹽 之鹼土金屬鹽、鈹鹽、鎂鹽或類此者而形成。 對於電解液169之溶質，其中鋰離子，即載體離子， 能傳送之材料被使用。對於電解液169之溶質，非質子有 機溶質被較佳地使用。非質子有機溶質之典型範例包括乙 烯碳酸、碳酸二甲酯、碳酸[二]乙酯、γ—丁內酯、乙腈、 乙二醇二甲醚、四氫呋喃及類此者，以及此些材料中之一 或多者可被使用。當膠化乙烯系聚合物被使用爲電解液 169之溶質時，違背安全性之液體洩漏或類此者增加。此 外，儲能裝置151可爲薄且輕量的。膠化乙烯系聚合物之 典型範例包括矽膠、丙烯酸膠、丙烯腈膠、聚乙烯膠、聚 丙烯膠、氟基聚合物及類此者。 對於電解液169，如Li3P04之固態電解液可被使用》 -17- 201222948 絕緣多孔材料被使用爲分離器167。分離器167之典型 範例包括乙基纖維素（紙）、聚乙烯、聚丙烯及類此者。 鋰離子電池具有低記憶效應、高能量密度及高放電容 量。此外，鋰離子電池之驅動電壓爲高。因此，鋰離子電 池之尺寸及重量可被降低。再者，鋰離子電池不會由於重 複充放電而輕易地退化且能長時間被使用，以致成本被降 低》 接著，儲能裝置之另一範例之電容器結構被描述。電 容器之典型範例包括雙層電容器、鋰離子電容器及類此者 〇 電容器之情形中，可雙向吸收鋰離子及/或陰離子之 材料被較佳地使用以取代圖3 B中二次電池之正電極活性材 料層177。典型地，正電極活性材料層177可使用活性碳、 傳導聚合物或多并苯有機半導體（P AS)而形成。 鋰離子電容器具有高充放電效率，快速地執行充放電 能力及即使當其被重複使用之長使用期限。 藉由使用包括實施例1中所述之電流收集器與活性材 料層之電極爲電容器之負電極，具有高放電量之儲能裝置 被製造》 應注意使用本發明揭露之一實施例電極之儲能裝置不 限於上述之一。例如，包括實施例1中所述之電流收集器 與活性材料層之電極可被使用爲儲能裝置之另一實施例的 空氣電池之負電極。於其情形中，具有較高放電量的儲能 裝置亦可被製造。
S 201222948 本實施例可與其他實施例之任一適當結合。 [實施例3] 本實施例中，實施例2中所述之儲能裝置的應用範例 將參照圖4被描述。 實施例2中所述之儲能裝置可被使用於電子裝置，即 ，例如數位相機或錄像相機之相機、數位相框、行動電話 (也可指手機或行動電話裝置）、可攜式遊戲機、可攜式 資訊終端機或聲音再生裝置。再者，儲能裝置可被使用於 如電動車、混合電動車、火車車輛、保養車輛、運貨車或 輪椅之電驅動車輛。在此，電驅動車輛之典型範例，輪椅 被描述。 圖4A爲電動輪椅501之透視圖。電動輪椅501包括使用 者坐下之底座503、設置於底座503後之靠背505、設置於 底座503前方之下的腳踏507、設置於底座503左右之扶手 50 9、及設置於靠背5 05後方之上的手柄51 1。用以控制輪 椅運作之控制器513設置於扶手509之一。一對前輪517經 由設置於底座503下之車架515而設置於底座503之前的下 方，且一對後輪519設置於底座503後的下方。後輪519連 接至具有馬達、煞車、齒輪及類此者的驅動部521。包括 電池、電源控制器、控制裝置及類此者之控制部523設置 於底座503下。控制部523被連接至控制器513與驅動部521 。藉由使用者操作控制器5 1 3使驅動部52 1驅動控制部523 且控制部52 1控制向前移動、向後移動、轉彎及類此者之 -19- 201222948 操作與速度。 實施例2中所述之儲能裝置可被使用於控制部523之電 源。控制部5 23之電源可藉由使用插入式系統或非接觸式 功率饋送電力供應被外部充電。應注意於電驅動車輛爲火 車車輛之情形中，火車車輛可藉由自高架電纜或導體軌道 之電力供應而被充電。 本實施例可與其他實施例之任一結合而被完成。 [實施例4] 本實施例中，實施例1所述之具有高放電量之儲能裝 置電極之應用範例將參照圖5被描述。 圖5顯示硬幣型二次電池之結構。 如圖5所示，硬幣型二次電池包括負電極204、正電極 232、分離器210、電解液（圖未示）、殼體206及殻體244 。此外，硬幣型二次電池包括環形絕緣體220、分隔物240 、及洗滌器242。
LiPF6被溶解於乙烯碳酸（EC)與碳酸[二]乙酯（DEC )之混合溶劑中之電極被較佳地使用。然而，本發明一實 施例不以此爲限。 負電極204包括於負電極電流收集器200上之負電極活 性材料層202。對於負電極電流收集器200，例如銅被使用 。再者.，描述於實施例1中之電流收集器101與111可被使 用。對於負電極活性材料，石墨、多并苯、或類此者被使 用。負電極活性材料層2 02較佳是使用單獨此類材料或該
-20- S 201222948 材料與固著劑之混合物而形成。或者，負電極活性材料層 2 02可使用以使用實施例1所述之結晶矽層所形成之活性材 料層103而被形成。 具有孔洞（如聚丙烯）之絕緣體可被使用爲分離器 210。或者，可傳送鋰離子之固態電解液可被使用。 各使用金屬（如不銹鋼）製成之殻體2 06、殼體244、 分隔物240及洗滌器242被較佳地使用。殻體206與殼體244 具有電連接負電極204與正電極23 2至外部的功能。 負電極2 04、正電極232與分離器210被浸於電解液中 。之後，如圖5中所示，殼體206中的負電極204、分離器 210、環形絕緣體220、正電極232、分隔物240、洗滌器 242及殼體244被以此順序堆疊。殼體206與殼體24.4受壓力 連結。以此方式，硬幣型二次電池被製造。 本實施例可與其他實施例之任一結合而完成。 [實施例5] 根據本發明一實施例之具有高放電量之儲能裝置被用 於無線供電系統（此後所指爲RF供電系統）之二次電池中 的範例將參照圖6與圖7中的方塊圖被描述。在各方塊圖中 ，獨立方塊顯示可依據功能被分類之電力接收裝置與供電 裝置內之元件。然而，根據其功能而完全地分離元件是困 難的。在一些情形中，一元件可包括多個功能。 首先，RF供電系統將參照圖6被描述。 電力接收裝置600爲電子裝置或藉由供應自供電裝置 -21 - 201222948 700的電力所驅動之電驅動車輛，且可適當應用至另一被 電力所驅動之裝置。電子裝置之典型範例包括如數位相機 或錄像相機之相機、數位相框、行動電話（也可指手機或 行動電話裝置）、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端機、聲 音再生裝置、顯示裝置、電腦及類此者。電驅動車輛之典 型範例包括電動車、混合電動車、火車車輛、保養車輛、 運貨車或輪椅及類此者。此外，供電裝置7 00具有供應電 力至電力接收裝置600之功能。 圖6中，電力接收裝置600包括電力接收裝置部601及 電力負載部610。電力接收裝置部601包括至少電力接收裝 置天線電路602、信號處理電路603及二次電池604。供電 裝置7 00包括至少供電裝置天線電路701與信號處理電路 702 〇 電力接收裝置天線電路6 02具有接收藉由供電裝置天 線電路701傳送之信號或傳送信號至供電裝置天線電路701 的功能。信號處理電路60 3處理藉由電力接收裝置天線電 路602所接收之信號並控制二次電池604之充電與自二次電 池604至電力負載部610的電力供應的功能。此外，信號處 理電路603控制電力接收裝置天線電路602之操作。即，信 號處理電路603可控制藉由電力接收裝置天線電路602所傳 送信號之強度、頻率或類此者。電力負載部610是接收自 二次電池604電力且驅動電力接收裝置600之驅動部。電力 負載部610之典型範例包括馬達、驅動電路、及類此者。 藉由接收電力驅動電力接收裝置之另一裝置可被使用爲電
-22- S 201222948 力負載部61〇。供電裝置天線電路701具有傳送信號至電力 接收裝置天線電路602或自電力接收裝置天線電路602接收 信號的功能。信號處理電路7〇2處理藉由供電裝置天線電 路701所接收之信號。此外，信號處理電路7〇2控制供電裝 置天線電路701之操作。即，信號處理電路702可控制藉由 供電裝置天線電路701所傳送信號之強度、頻率或類此者 〇 根據本發明一實施例之二次電池被使用爲圖6所示RF 供電系統中包括於電力接收裝置600中之二次電池604。 使用RF供電系統中根據本發明一實施例之二次電池， 儲能量可大於其於傳統儲能裝置之量。因此，無線供電之 時間間隔可較長（頻繁供電可被省略）。 此外，使用根據本發明一實施例之RF供電系統中二次 電池，若電力負載部610可被驅動之儲能量與在傳統儲能 裝置之量相同，電力接收裝置6 00可被形成以小型與輕量 。因此，總成本可被降低。 接著，RF供電系統之另一範例將參照圖7被描述。 圖7中，電力接收裝置600包括電力接收裝置部601及 電力負載部610。電力接收裝置部601包括至少電力接收裝 置天線電路602、信號處理電路603、二次電池6 04、整流 器電路605、調制電路606及供電電路607。此外，供電裝 置700包括至少供電裝置天線電路7〇1、信號處理電路702 '整流器電路703、調制電路704、解調電路705、及振盪 器電路706。 -23- 201222948 電力接收裝置天線電路602具有接收藉由供電裝置天 線電路701傳送之信號或傳送信號至供電裝置天線電路701 的功能。當電力接收裝置天線電路602接收藉由供電裝置 天線電路701傳送之信號時，整流器電路605具有自藉由電 力接收裝置天線電路602接收之信號產生直流電壓之功能 。信號處理電路603具有藉由電力接收裝置天線電路602接 收之信號並控制二次電池604之充電與自二次電池604至供 電電路607的電力供應的功能。供電電路607具有將藉由二 次電池6 04儲存之電壓轉換至電力負載部610所需電壓之功 能。調制電路606於當特定反應信號自電力接收裝置600傳 送至供電裝置700時被使用。 藉由供電電路6 07，供應至電力負載部610之電力可被 控制。因此，施加至電力負載部6 1 0之過量電壓可被抑制 ，且電力接收裝置600之劣化或故障可被降低。 此外，以調制電路606，信號可自電力接收裝置600傳 送至供電裝置7 〇〇。因此，當電力接收裝置6 00中之充電量 被判定且一被充電以一特定量時，信號自電力接收裝置 600傳送至供電裝置700以致自供電裝置700供應至電力接 收裝置600的電力被中斷。結果，二次電池6 04未被完全充 電，以致二次電池604之充電次數可被增加。 供電裝置天線電路701具有傳送信號至電力接收裝置 天線電路602或自電力接收裝置天線電路602接收信號的功 能。當信號被傳送至電力接收裝置天線電路602，信號處 理電路702產生被傳送至電力接收裝置600之信號。振盪器 -24-
S 201222948 電路706產生具有固定頻率的信號。調制電路704具有根據 由信號處理電路7〇2產生之信號與藉由振盪器電路706產生 之具有固定頻率的信號而施加電壓至供電裝置天線電路 701的功能。因此，信號是輸出自供電裝置天線電路701。 另一方面，當來自電力接收裝置天線電路6 02之信號被接 收時，整流器電路703具有整流接收信號的功能。由整流 器電路703所整流之信號，解調電路705將自電力接收裝置 600傳送至供電裝置700之信號作擷取。信號處理電路702 具有分析藉由解調電路705擷取之信號的功能。 應注意任何電路可設置於電路之間，只要RF供電可被 執行。例如，在電力接收裝置600接收信號且整流器電路 605產生DC電壓後，如DC-DC轉換器或設置於其後的段之 調節器可產生固定電壓。因此，電力接收裝置600內部之 過量電壓可被抑制。 根據本發明一實施例之二次電池可被使用爲包括於如 圖7所示RF供電系統中的電力接收裝置6 00之二次電池604 〇 使用RF供電系統中根據本發明一實施例之二次電池， 儲能量可大於傳統二次電池儲能量。因此，無線供電之時 間間隔可更長（頻繁供電可被省略）。 此外，使用根據本發明一實施例之RF供電系統中二次 電池，若電力負載部610可被驅動之儲能量與在傳統儲能 裝置之量相同，電力接收裝置6 00可被形成以小型與輕量 。因此，總成本可被降低。 -25- 201222948 應注意當根據本發明一實施例之二次電池被使用mrf 供電系統中且電力接收裝置天線電路602與二次電池604彼 此重疊時，較佳是電力接收裝置天線電路602之阻抗不被 由於二次電池604充放電造成之二次電池6 04形變及由於上 述形變造成之天線形變所改變。當天線阻抗增加時，於一 些情形中，電力不被足夠地供應。例如，二次電池6 0 4可 被置放於使用金屬或陶瓷所形成之電池組中。應注意於此 情形下，電力接收裝置天線電路6 0 2及電池組較佳是藉由 數十微米或更多而彼此分離。 再者，充電信號於其頻率上並無限制且可具有任何頻 帶只要電力可被傳送。例如，充電信號可具有135 kHz之 LF 頻帶（長波）、13.56 MHz 之 HF 頻帶、900 MHz 至 1GHz 之UHF頻帶及2.45GHz之微波頻帶之任一。 信號傳送方法可適當地選自包括電磁偶合法、電磁感 應法、共振法及微波法之數種方法。爲了防止由於包含濕 氣之外部物質的能量損失，如雨水及泥土，使用低頻帶之 電磁感應法或共振法，特別是，3 kHz至3 0 kHz之非常低 頻率、30 kHz至300 kHz之低頻率、3 00 kHz至3 MHz之中 頻率或3 MHz至30 MHz之高頻率被較佳地使用。 此實施例可與任一其他實施例結合以實施。 本申請案係依據2010年5月28日向日本專利局申請之 日本專利申請號2010-123260，其整個內容係以參考方式 倂入本文。
S -26- 201222948 【圖式簡單說明】 之方法镣 圖1A至1D所示爲用以製造儲能裝置負電極 截面圖。 圖2所示爲用以製造儲能裝置負電極之方法 仿惙截面圖 圖3 A及3B所示爲儲能裝置一實施例之平面與橫截面圖 圖4所示爲儲能裝置應用範例之示意圖。 圖5所示爲用以製造二次電池之方法範例。 圖6所示爲無線供電系統之組態圖。 圖7所示爲無線供電系統之組態圖。 圖8A及8B所示爲結晶矽層之SEM影像。 【主要元件符號說明】 1 0 1 :電流收集器 102 :區域 103 :活性材料層 1 0 3 a ·結晶砂區 103b :包括晶鬚的結晶矽區 103d ：區域 107 :混合層 109 :金屬氧化物層 Π 1 :電流收集器 1 1 3 a :第一晶鬚 -27- 201222948 1 1 3 b :第二晶鬚 1 1 5 :基板 1 5 1 :儲能裝置 1 5 3 :外部件 1 5 5 :儲能單元 1 5 7 :末端部 1 5 9 :末端部 1 63 :負電極 1 6 5 :正電極 167 :分離器 169 :電解液 1 7 1 :負電極電流收集器 173:負電極活性材料層 175:正電極電流收集器 177 :正電極活性材料層 50 1 :電動輪椅 503 :底座 505 :靠背 507 :腳踏 509 :扶手 5 1 1 :手柄 5 1 3 :控制器 5 1 5 :車架 517 :前輪 -28
S 201222948 5 1 9 :後輪 5 2 1 :驅動部 5 2 3 :控制部 200 :負電極電流收集器 202 :負電極活性材料層 204 :負電極 206 :殼體 210 :分離器 220 :環形絕緣體 23 2 :正電極 240 :分隔物 242 :洗滌器 244 :殼體 600 :電力接收裝置 601 :電力接收裝置部 602 :電力接收裝置天線電路 603 :信號處理電路 6 0 4 :二次電池 6 0 5 :整流器電路 6 0 6 :調制電路 6 0 7 :供電電路 6 1 0 :電力負載部 7 0 0 :供電裝置 701 :供電裝置天線電路 -29- 201222948 702 :信號處理電路 703 ：整流器電路 7 0 4 :調制電路 7 0 5 :解調電路 706 :振盪器電路
S -30-

Claims (1)

  1. 201222948 七、申請專利範圍： 1. 一種用以製造儲能裝置之方法，包含： 散布金屬元素於電流收集器上；以及 藉由使用含有矽之沈積氣體作爲來源氣體之低壓化學 氣相沈積，於其上散布該金屬元素之該電流收集器的表面 上形成包括鬚晶之結晶矽層以作爲活性材料層。 2 ·如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該低壓化學氣相沈積係於高於580。(：之溫度被實行 〇 3. 如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中矽烷、氟化矽、或氯化矽被使用作爲該含有矽之沈 積氣體。 4. 如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該電流收集器係具有翼（foil )狀、片狀或網狀。 5 ·如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該電流收集器係藉由濺鍍或化學氣相沈積法形成於 基板上。 6 ·如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該金屬元素之散布係藉由應用含有1 000 ppm或更多 之該金屬元素之化學溶液而被實行。 7.如申請專利範圍第1項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該金屬元素係形成矽化物之元素。 8 .如申請專利範圍第7項之用以製造儲能裝置之方法 ’其中該金屬元素係選自銷、鈦、鈴、釩、鈮、組、鉻、 組、鎢、銘及錬之一或多者。 -31 -
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