TWI527293B - 蓄電裝置和其製造方法 - Google Patents

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Description

蓄電裝置和其製造方法
本發明係關於一種蓄電裝置及其製造方法。
這裏，蓄電裝置是指具有蓄電功能的所有元件及裝置。
近年來，對鋰離子二次電池、鋰離子電容器、及空氣電池等的蓄電裝置進行了開發。
上述蓄電裝置用電極是藉由在電流收集器的一個表面上形成活性材料來製造的。作為活性材料，例如使用碳或矽等的能夠貯蔵並放出成為載子的離子的材料。例如，矽或摻雜了磷的矽比碳的理論容量大，所以從蓄電裝置的大容量化的觀點來看是較佳的(例如專利文獻1)。
[專利文獻1]　日本專利申請公開2001-210315號公報
然而，即使將矽用作負極活性材料，獲得理論容量那樣的高放電容量也是很困難的。另外，在利用矽作為活性材料的蓄電裝置中，有可能發生活性材料層的剝落等。於是，本發明的目的之一在於提供一種提高放電容量等能夠提高蓄電裝置的性能的蓄電裝置及其製造方法。另外，本發明的目的之一在於提供一種不容易發生因活性材料層的剝落等導致的蓄電裝置的劣化的蓄電裝置及其製造方法。
本發明的一個實施例是一種蓄電裝置，包括：電流收集器；形成在電流收集器上的混合層；形成在混合層上且用作活性材料層的晶體矽層，其中晶體矽層包括晶體矽區域、具有突出在晶體矽區域上的多個突起物的鬚狀晶體矽區域。鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲或分支的部分的突起物。
彎曲或分支的部分的延伸方向(即，軸方向)與其基礎的突起物的延伸方向(即，軸方向)不同。彎曲或分支的部分從基礎的突起物的頭端附近或側面延伸出。也就是說，彎曲或分支的部分的根部(與基礎的突起物之間的介面附近)位於其基礎的突起物的頭端附近或側面。
另外，具有彎曲或分支的部分的突起物還可以包括從該部分進一步彎曲或分支的部分。
另外，可以混有具有分支的部分的突起物及具有彎曲的部分的突起物。另外，具有分支的部分的突起物也可以具有彎曲的部分。
另外，鬚狀的晶體矽區域所包括的突起物可以具有與其他突起物接觸或交叉的部分。另外，在與其他突起物接觸或交叉的部分處，該兩者也可以相接合。
另外，鬚狀的晶體矽區域所包括的具有彎曲或分支的部分的突起物也可以具有與其他突起物接觸或交叉的部分。另外，鬚狀的晶體矽區域所包括的具有彎曲或分支的部分的突起物也可以在彎曲或分支的部分處具有與其他突起物接觸或交叉的部分。另外，也可以在與其他突起物接觸或交叉的部分處，該兩者也可以相接合。
在上述結構中，由於鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲或分支的部分的突起物，所以可以實現突起物彼此容易纏繞、突起物彼此容易接觸或者突起物彼此容易交叉的結構。
另外，鬚狀的晶體矽區域可以包括沒有彎曲或分支的部分的突起物(也簡稱為突起物)。也可以混有具有彎曲或分支的部分的突起物和沒有彎曲或分支的部分的突起物。
在上述結構中，鬚狀的晶體矽區域所包括的多個突起物的延伸方向(即，軸方向)可以彼此不統一(即，朝向不同的方向)。由於多個突起物的延伸方向(即，軸方向)彼此不統一(即，朝向不同的方向)，可以實現突起物彼此容易纏繞、接觸或交叉的結構。或者，鬚狀的晶體矽區域的多個突起物的延伸方向(即，軸方向)也可以朝向電流收集器的法線方向。
用作活性材料層的晶體矽層包括鬚狀的晶體矽區域，由此其表面積增大。由於其表面積增大，蓄電裝置的反應物質(鋰離子等的載子離子)被晶體矽吸收的速度或者反應物質從晶體矽放出的速度在每單位品質上增高。由於反應物質的吸收或放出的速度增高，在高電流密度條件下的反應物質的吸收量或放出量增大，因此，可以提高蓄電裝置的放電容量或充電容量。
另外，由於鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲或分支的部分的突起物，所以可以實現突起物彼此容易纏繞、接觸或交叉的結構。因此，可以增高突起物的強度(即，更為不易折斷)，而可以減輕因活性材料層的剝落等導致的蓄電裝置的劣化。
另外，由於鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲或分支的部分的突起物，所以可以在鬚狀的晶體矽區域中抑制矽密度的減少。尤其是，在鬚狀的晶體矽區域中，可以抑制除了突起物的根部(與晶體矽區域的介面附近)附近以外的區域中的矽密度的減少。另外，在鬚狀的晶體矽區域中，可以增大矽量，並可以增大表面積。另外，在利用具有該鬚狀的晶體矽區域的晶體矽層而製造的蓄電裝置中，可以提高蓄電裝置的每單位體積的能量密度。
作為電流收集器，可以採用以鉑、鋁、銅為代表的金屬元素等導電性高的材料。另外，可以利用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素形成電流收集器。
混合層包含金屬元素及矽。混合層可以包含形成導電體的金屬元素及矽。另外，當利用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素形成導電層時，混合層可以由矽化物形成。
藉由在電流收集器與活性材料層之間具有混合層，在電流收集器與活性材料層之間不形成低密度的區域(粗糙的區域)，因此可以提高電流收集器和活性材料層的介面特性。
另外，也可以在混合層與活性材料層之間具有金屬氧化物層。可以利用形成電流收集器的金屬元素的金屬氧化物形成金屬氧化物層。另外，也可以利用氧化物半導體形成金屬氧化物層。
藉由利用氧化物半導體形成金屬氧化物層，與利用絕緣體形成金屬氧化物層的情況相比，可以減小電流收集器與活性材料層之間的電阻，從而可以進一步提高放電容量或充電容量。
在上述結構中，具有鬚狀的晶體矽區域的晶體矽層可以藉由利用含有矽的沉積氣體並進行加熱的熱化學沉積(熱CVD：Chemical vapor deposition)法或低壓化學沉積(LPCVD: Low pressure chemical vapor deposition)法在電流收集器上形成。藉由上述方法形成的鬚狀的晶體矽區域包括多個突起物，該多個突起物包括具有彎曲或分支的部分的突起物。
藉由利用本發明的一個實施例，可以提供一種放電容量或充電容量增大等其性能提高的蓄電裝置。另外，也可以提供一種減輕因活性材料層的剝落等導致的蓄電裝置的劣化的蓄電裝置。
以下，參照圖式說明本發明的實施例的一個例子。但是，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在下述實施例所記載的內容中。另外，當在說明中參照圖式時，有時在不同的圖式中共同使用相同的圖式標記來表示相同的部分。另外，當表示相同的部分時有時使用同樣的陰影線，而不特別附加圖式標記。
實施例1
在本實施例中，說明本發明的一個方式的蓄電裝置的電極及其製造方法。
使用圖1及圖2對蓄電裝置的電極及其製造方法進行說明。
如圖1A所示，在電流收集器101上利用熱CVD法，較佳的是，使用LPCVD法形成晶體矽層作為活性材料層103。這樣，形成具有電流收集器101及活性材料層103的電極。
電流收集器101用作電極的電流收集器。為此，使用箔狀、片狀或網狀的導電構件。作為電流收集器101的材料沒有特別的限制，而可以採用以鉑、鋁、銅、鈦等為代表的導電性高的金屬元素。另外，在利用鋁作為電流收集器的情況下，採用添加有矽、鈦、釹、鈧、鉬等能夠提高耐熱性的元素的鋁合金較佳。另外，作為電流收集器101，可以使用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素。作為與矽起反應而形成矽化物的金屬元素，可以舉出鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、鈷、鎳等。
作為活性材料層103藉由LPCVD法形成晶體矽層。該LPCVD法的條件如下：以高於550℃且在LPCVD設備及電流收集器101可耐受的溫度以下，較佳的是，在580℃以上且低於650℃的溫度下進行加熱，並作為原料氣體使用包含矽的沉積氣體。作為包含矽的沉積氣體，有氫化矽、氟化矽或氯化矽，典型地，有SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4、Si2Cl6等。另外，也可以將氦、氖、氬、氙等的稀有氣體或氫中的一種以上混合到原料氣體中。
另外，有時在活性材料層103中作為雜質含有氧。這是由於如下緣故：由於利用LPCVD法形成晶體矽層作為活性材料層103時的加熱，氧從LPCVD設備的石英製反應室發生脫離而擴散到晶體矽層中。
另外，還可以對晶體矽層添加磷、硼等賦予一種導電型的雜質元素。由於添加有磷、硼等的賦予一種導電型的雜質元素的晶體矽層的導電性變高，由此可以提高電極的導電率。為此，可以進一步提高放電容量或充電容量。
當作為活性材料層103利用LPCVD法形成晶體矽層時，在電流收集器101和活性材料層103之間不形成低密度的區域，電流收集器101與晶體矽層的介面的電子遷移變得容易，並可以提高黏合性。這是由於以下緣故：在晶體矽層的沉積製程中，原料氣體的活性種始終提供給沉積中的晶體矽層，因此，即使矽從晶體矽層擴散到電流收集器101而形成矽不足區域(粗糙的區域)，也由於原料氣體的活性種始終提供給該區域，所以在晶體矽層中不容易形成密度低的區域。另外，由於利用氣相成長在電流收集器101上形成晶體矽層，所以可以提高生產性。
在此，圖1B至1D示出在虛線105處的電流收集器101及活性材料層103的擴大圖的例子。
如圖1B所示，在電流收集器101上形成混合層107。可以利用形成電流收集器101的金屬元素及矽來形成混合層107。在此，當利用形成電流收集器101的金屬元素及矽來形成混合層107時，由於利用LPCVD法形成晶體矽層作為活性材料層103時的加熱，晶體矽層所包含的矽擴散到電流收集器101中，所以可以形成混合層107。
在使用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素來形成電流收集器101時，在混合層107中形成由形成矽化物的金屬元素和矽構成的矽化物，典型為矽化鋯、矽化鈦、矽化鉿、矽化釩、矽化鈮、矽化鉭、矽化鉻、矽化鉬、矽化鎢、矽化鈷及矽化鎳中的一種以上。或者，形成由形成矽化物的金屬元素和矽構成的合金層。
另外，有時在混合層107中作為雜質含有氧。這是由於如下緣故：由於利用LPCVD法形成晶體矽層作為活性材料層103時的加熱，氧從LPCVD設備的石英制反應室發生脫離而擴散到混合層107中。
在混合層107上也可以形成有由形成電流收集器101的金屬元素的氧化物形成的金屬氧化物層109。例如，由於利用LPCVD法形成晶體矽層作為活性材料層103時的加熱，氧從LPCVD設備的石英製反應室發生脫離而使電流收集器101氧化而形成金屬氧化物層109。另外，藉由在利用LPCVD法形成晶體矽層時，在反應室內填充氦、氖、氬和氙等的稀有氣體，可以不形成該金屬氧化物層109。
在使用與矽起反應而形成矽化物的金屬元素來形成電流收集器101時，作為金屬氧化物層109，形成由與矽起反應而形成矽化物的金屬元素的氧化物形成的金屬氧化物層。
作為金屬氧化物層109的典型例子，有氧化鋯、氧化鈦、氧化鉿、氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化鈷及氧化鎳等。另外，當使用鈦、鋯、鈮、鎢等形成電流收集器101時，金屬氧化物層109由氧化鈦、氧化鋯、氧化鈮、氧化鎢等的氧化物半導體形成，因此，可以降低電流收集器101與活性材料層103之間的電阻，而可以提高電極的導電率。因此，可以進一步提高放電容量或充電容量。
由於藉由使電流收集器101與活性材料層103之間具有混合層107，可以減小電流收集器101與活性材料層103之間的介面的電阻，所以可以提高電極的導電率。因此，可以進一步提高放電容量或充電容量。另外，可以提高電流收集器101與活性材料層103的黏合性，而可以減輕蓄電裝置的劣化。
活性材料層103包括晶體矽區域103a和形成在該區域上的鬚狀的晶體矽區域103b。注意，晶體矽區域103a與鬚狀的晶體矽區域103b的介面不明確。因此，將晶體矽區域103a和鬚狀的晶體矽區域103b的介面定義為經過形成在鬚狀的晶體矽區域103b所具有的多個突起物之間的谷中最深的谷底且與電流收集器的表面平行的平面。
晶體矽區域103a以覆蓋電流收集器101的方式設置。另外，鬚狀的晶體矽區域103b設置有多個鬚狀的突起物。如圖1B所示，鬚狀的晶體矽區域103b包括具有彎曲的部分的突起物114a。或者，如圖1C所示，鬚狀的晶體矽區域103b包括具有分支的部分的突起物114b。
在圖1B所示的突起物114a中，彎曲的部分的延伸方向(即，軸方向)與其基礎的突起物的延伸方向(即，軸方向)不同。彎曲的部分從基礎的突起物的頭端附近延伸出。也就是說，彎曲的部分的根部(與基礎的突起物之間的介面附近)位於其基礎的突起物的頭端附近。
在圖1C所示的突起物114b中，分支的部分的延伸方向(即，軸方向)與其基礎的突起物的延伸方向(即，軸方向)不同。分支的部分從基礎的突起物的側面延伸出。也就是說，分支的部分的根部(與基礎的突起物之間的介面附近)位於其基礎的突起物的側面。
另外，具有彎曲的部分的突起物114a還可以包括從該彎曲的部分進一步彎曲或分支的部分。另外，具有分支的部分的突起物114b還可以包括從該分支的部分進一步彎曲或分支的部分。
另外，鬚狀的晶體矽區域103b所包括的突起物可以具有與其他突起物接觸或交叉的部分。另外，在與其他突起物接觸或交叉的部分處，該兩者也可以相接合。
例如，如圖1D所示，鬚狀的晶體矽區域103b所包括的具有彎曲的部分的突起物114c也可以在彎曲的部分處具有與其他突起物接觸的部分。另外，也可以在與其他突起物接觸的部分處，該兩者也可以相接合。
另外，也可以混有圖1B所示的具有彎曲的部分的突起物114a、圖1C所示的具有分支的部分的突起物114b、圖1D所示的具有彎曲的部分的突起物114c。
如圖1B至1D所示，由於鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲或分支的部分的突起物，所以可以實現突起物彼此容易纏繞、突起物彼此容易接觸或者突起物彼此容易交叉的結構。
另外，鬚狀的晶體矽區域103b所具有的多個突起物既可以為圓柱狀、角柱狀等的柱狀，又可以為圓錐狀、角錐狀等的針狀。突起物可以為頂部彎曲的形狀。多個突起物也可以混有柱狀突起物和針狀突起物。另外，在突起物的表面上可以具有凹凸形狀。藉由在表面上具有凹凸形狀，可以增大活性材料層的表面積。
在與晶體矽區域103a的介面處，鬚狀的晶體矽區域103b所具有的突起物的直徑為50nm以上10μm以下，較佳為500nm以上3μm以下。另外，突起物在軸上的長度為0.5μm以上1000μm以下，較佳為1μm以上100μm以下。
在此，突起物在軸上的長度h是指經過突起物的頂點或頂面的中心的軸上的頂點或頂面的中心與晶體矽區域103a之間的距離。另外，晶體矽層的厚度為晶體矽區域103a的厚度與從鬚狀的晶體矽區域103b的突起物的頂點或頂面到晶體矽區域103a之間的垂直線的長度(即，高度)之和。
另外，在具有彎曲的部分的突起物114a、具有分支的部分的突起物114b、具有彎曲的部分的突起物114c中，彎曲或分支的部分可以為圓柱狀、角柱狀等的柱狀，又可以為圓錐狀、角錐狀等的針狀。該部分可以為頂部彎曲的形狀。另外，基礎的突起物的形狀與彎曲或分支的部分的形狀既可以具有類似的形狀，又可以具有不同的形狀。例如，可以為：基礎的突起物的形狀為柱狀，而彎曲的部分的形狀為針狀。
這裏，將突起物從晶體矽區域103a突出的方向稱為長邊方向(也稱為延伸方向或軸方向)，將沿長邊方向的剖面形狀稱為長邊剖面形狀。另外，將以長邊方向為法線方向的面稱為切割成圓形時的剖面形狀。
形成在鬚狀的晶體矽區域103b中的多個突起物的長邊方向可以沿一個方向(例如，相對於晶體矽區域103a表面的法線方向)延伸。在此情況下，突起物的長邊方向與相對於晶體矽區域103a表面的法線方向大致一致即可。典型地，每個方向的不一致程度在5度之內較佳。
或者，形成在鬚狀的晶體矽區域103b中的多個突起物的長邊方向也可以彼此不統一。典型地，可以具有其長邊方向與法線方向大致一致的第一突起物和其長邊方向與法線方向不同的第二突起物。第一突起物在軸上的長度可以比第二突起物的在軸上的長度長。
當突起物的長邊方向彼此不統一時，突起物有時彼此纏結，因此，突起物在蓄電裝置的充放電時不容易脫離。
另外，當突起物為圓柱狀或圓錐狀時，突起物的切割成圓形時的剖面形狀為圓形，而當突起物為角柱狀或角錐狀時，突起物的切割成圓形時的剖面形狀為多角形狀。
由於在本實施例所示的蓄電裝置的電極中，用作活性材料層103的晶體矽層具有鬚狀的晶體矽區域103b，所以其表面積增大，而可以提高高電流密度條件下的蓄電裝置的放電容量或充電容量。另外，由於鬚狀的晶體矽區域103b包括具有彎曲的部分的突起物114a、具有分支的部分的突起物114b、具有彎曲的部分的突起物114c，所以可以實現突起物彼此容易纏繞、接觸或交叉的結構。因此，可以增高突起物的強度(即，更為不易折斷)，而可以減輕因活性材料層的剝落等導致的蓄電裝置的劣化。
另外，由於鬚狀的晶體矽區域103b包括具有彎曲的部分的突起物114a、突起物114c或具有分支的部分的突起物114b，所以可以在鬚狀的晶體矽區域103b中抑制矽密度的減少。尤其是，在鬚狀的晶體矽區域103b中，可以抑制除了突起物的根部(與晶體矽區域103a的介面附近)附近以外的區域中的矽密度的減少。另外，在鬚狀的晶體矽區域中，可以增大矽量，並可以增大表面積。另外，在利用具有該鬚狀的晶體矽區域103b的晶體矽層而製造的蓄電裝置中，可以提高蓄電裝置的每單位體積的能量密度。
本實施例所示的蓄電裝置的電極在電流收集器和用作活性材料層的晶體矽層之間至少包括混合層。由此，可以降低電流收集器和晶體矽層之間的介面電阻，並且，由於可以進一步提高黏合性，所以與提高放電容量或充電容量的同時，可以減輕蓄電裝置的劣化。
另外，雖然在圖1中示出了利用箔狀、片狀或網狀的導電構件形成電流收集器101的方式，但是如圖2所示，也可以適當地利用濺射法、沉積法、印刷法、噴墨法、CVD法等在基板115上形成膜狀的電流收集器111。
藉由利用本實施例，可以提供一種放電容量或充電容量增大等其性能提高的蓄電裝置。另外，也可以提供一種減輕因活性材料層的剝落等導致的蓄電裝置的劣化的蓄電裝置。
實施例2
在本實施例中，參照圖3對蓄電裝置的結構進行說明。
首先，下面，作為蓄電裝置，對二次電池的結構進行說明。這裏，對二次電池的典型例子的鋰離子電池的結構進行說明。
圖3A是蓄電裝置151的平面圖，而圖3B示出沿著圖3A的鏈式線A-B的剖面圖。在本實施例中，作為蓄電裝置151示出被封閉的薄型蓄電裝置。
圖3A所示的蓄電裝置151在外裝部件153的內部具有蓄電元件(storage cell)155。另外，蓄電裝置151還具有與蓄電元件155連接的端子部157、159。外裝部件153可以使用層壓薄膜、高分子薄膜、金屬薄膜、金屬殼、塑膠殼等。
如圖3B所示，蓄電元件155包括負極163、正極165、設置在負極163與正極165之間的分離器167、填充在外裝部件153、蓄電元件155及分離器167中的電解質169。
負極163包括負極電流收集器171及負極活性材料層173。
正極165包括正極電流收集器175及正極活性材料層177。負極活性材料層173形成在負極電流收集器171的一方或兩者的面上。正極活性材料層177形成在正極電流收集器175的一方或兩者的面上。
另外，負極電流收集器171與端子部159連接。另外，正極電流收集器175與端子部157連接。另外，端子部157、159的一部分分別導出到外裝部件153的外側。
另外，在本實施例中，雖然作為蓄電裝置151示出被封閉的薄型蓄電裝置，但是可以使用扣型蓄電裝置、圓筒型蓄電裝置、方型蓄電裝置等的各種形狀的蓄電裝置。另外，在本實施例中，雖然示出層疊有正極、負極和分離器的結構，但是也可以採用捲繞有正極、負極和分離器的結構。
負極電流收集器171可以使用實施例1所示的電流收集器101或電流收集器111。
作為負極活性材料層173，可以使用利用實施例1所示的晶體矽層形成的活性材料層103。另外，也可以對晶體矽層進行鋰的預摻雜。另外，在LPCVD設備中，藉由利用框狀的基座(susceptor)保持負極電流收集器171並形成由晶體矽層形成的活性材料層103，可以在負極電流收集器171的兩個表面上同時形成活性材料層103，從而可以減少製程數量。
正極電流收集器175使用鋁、不鏽鋼等。作為正極電流收集器175，可以適當地採用箔狀、片狀、網狀等的形狀。
作為正極活性材料層177的材料，可以使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMn2PO4、V2O5、Cr2O5、MnO2等的鋰化合物。另外，當載子離子是鋰以外的鹼金屬離子或鹼土金屬離子時，也可以在上述鋰化合物中使用鹼金屬(例如，鈉、鉀等)或鹼土金屬(例如，鈹、鎂、鈣、鍶、鋇等)代替鋰作為正極活性材料層177。
作為電解質169的溶質，使用能夠轉移作為載子離子的鋰離子且可以使鋰離子穩定地存在的材料。作為電解質的溶質的典型例子，有LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等的鋰鹽。另外，當載子離子是鋰以外的鹼金屬離子或鹼土金屬離子時，作為電解質169的溶質，可以適當地使用鈉鹽、鉀鹽等的鹼金屬鹽或鈹鹽、鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等的鹼土金屬鹽等。
另外，作為電解質169的溶劑，使用能夠轉移鋰離子(或其他的載子離子)的材料。作為電解質169的溶劑，使用非質子有機溶劑較佳。作為非質子有機溶劑的典型例子，有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁內酯、乙腈、二甲氧基乙烷、四氫呋喃等，可以使用它們中的一種或多種。另外，藉由作為電解質169的溶劑使用被膠凝化的高分子材料，包括漏液性的安全性得到提高。另外，可以實現蓄電裝置151的薄型化及輕量化。作為被膠凝化的高分子材料的典型例子，有矽凝膠、丙烯凝膠、丙烯腈凝膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。
另外，作為電解質169，可以使用Li3PO4等的固體電解質。
分離器167使用絕緣多孔體。作為分離器167的典型例子，有纖維素(紙)、聚乙烯、聚丙烯等。
鋰離子電池的記憶效應小，能量密度高且放電容量大。另外，鋰離子電池的工作電壓高。由此，可以實現小型化及輕量化。另外，因重複充放電而導致的劣化少，因此可以長時間地使用而可以縮減成本。
接著，作為蓄電裝置，對電容器進行說明。作為電容器的典型例子，有雙層電容器、鋰離子電容器等。
當蓄電裝置是電容器時，使用能夠可逆地吸藏鋰離子(或其他的載子離子)及負離子中的至少一種的材料代替圖3B所示的二次電池的正極活性材料層177，即可。作為正極活性材料層177的典型例子，有活性炭、導電高分子、多並苯有機半導體(PAS)。
鋰離子電容器的充放電的效率高，能夠進行快速充放電且重複利用的使用壽命也長。
藉由使用實施例1所示的負極作為負極163，可以製造放電容量或充電容量高的蓄電裝置。
另外，藉由使用實施例1所示的電流收集器及活性材料層作為蓄電裝置的一個實施例的空氣電池的負極，可以製造放電容量或充電容量高的蓄電裝置。
實施例3
在本實施例中，使用圖4對在實施例2中說明的蓄電裝置的應用方式進行說明。
可以將實施例2所示的蓄電裝置用於數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、聲音再現裝置等的電子設備。另外，還可以將實施例2所示的蓄電裝置用於電動汽車、混合動力汽車、鐵路用電動車廂、工作車、卡丁車、電動輪椅等的電力牽引車輛。在此，對電力牽引車輛的例子進行說明。
圖4A示出電力牽引車輛中之一種的四輪汽車300的結構。汽車300是電動汽車或混合動力汽車。在此，示出汽車300的底部設置有蓄電裝置302的例子。為了明確顯示汽車300中的蓄電裝置302的位置，圖4B示出只表示輪廓的汽車300以及設置在汽車300的底部的蓄電裝置302。可以將在實施例2中說明的蓄電裝置用於蓄電裝置302。藉由利用插件技術或無線供電系統從外部供給電力來可以給蓄電裝置302充電。
圖4C示出電力牽引車輛中之一種的摩托艇1301的結構。圖4C例示摩托艇1301的艇體側部具備蓄電裝置1302的情況。可以將在實施例2中說明的蓄電裝置用於蓄電裝置1302。藉由利用插件技術或無線供電系統從外部供給電力來可以給蓄電裝置1302充電。例如，可以將用來進行摩托艇1301的充電(即，蓄電裝置1302的充電)的供電裝置設置在用來在港灣中將船舶拴上的繫船設備。
圓4D示出電力牽引車輛中之一種的電動輪椅1311的結構。圖4D例示電動輪椅1311的底部具備蓄電裝置1312。可以將在實施例2中說明的蓄電裝置用於蓄電裝置1312。藉由利用插件技術或無線供電系統從外部供給電力來可以給蓄電裝置1312充電。
實施例4
在本實施例中，使用圖5及圖6的方方塊圖對將根據本發明的一個實施例的蓄電裝置的一例的二次電池用於無線供電系統(以下，稱為RF供電系統)時的一個例子進行說明。注意，雖然在各方方塊圖中根據功能將受電裝置及供電裝置內的構成要素分類並作為彼此獨立的方塊圖而示出，但是實際上難以根據功能將構成要素完全分類，一個構成要素有時與多個功能有關。
首先，使用圖5對RF供電系統進行說明。
受電裝置600是利用從供電裝置700供給的電力驅動的電子設備或電力牽引車輛，但是可以適當地應用於其他的利用電力驅動的裝置。作為電子設備的典型例子，有數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、聲音再現裝置、顯示裝置、電腦等。另外，作為電力牽引車輛的典型例子，有電動汽車、混合動力汽車、鐵路用電動車廂、工作車、卡丁車、電動輪椅等。另外，供電裝置700具有向受電裝置600供給電力的功能。
在圖5中，受電裝置600具有受電裝置部601和電源負荷部610。受電裝置部601至少具有受電裝置用天線電路602、信號處理電路603、二次電池604。另外，供電裝置700至少具有供電裝置用天線電路701和信號處理電路702。
受電裝置用天線電路602具有接收供電裝置用天線電路701所發送的信號或對供電裝置用天線電路701發送信號的功能。信號處理電路603處理受電裝置用天線電路602所接收的信號，並控制二次電池604的充電以及從二次電池604供給到電源負荷部610的電力。另外，信號處理電路603控制受電裝置用天線電路602的工作。也就是說，可以控制從受電裝置用天線電路602發送的信號的強度、頻率等。電源負荷部610是從二次電池604接收電力並驅動受電裝置600的驅動部。作為電源負荷部610的典型例子有電動機、驅動電路等，但是可以適當地使用其他的接收電力來驅動受電裝置的裝置。另外，供電裝置用天線電路701具有對受電裝置用天線電路602發送信號或接收來自受電裝置用天線電路602的信號的功能。信號處理電路702處理供電裝置用天線電路701所接收的信號。另外，信號處理電路702控制供電裝置用天線電路701的工作。換言之，信號處理電路702可以控制從供電裝置用天線電路701發送的信號的強度、頻率等。
根據本發明的一個實施例的二次電池被用作圖5所說明的RF供電系統中的受電裝置600所具有的二次電池604。
藉由將根據本發明的一個實施例的二次電池用於RF供電系統，與現有的二次電池相比，可以增加放電容量或充電容量(也稱為蓄電量)。因此，可以延長無線供電的時間間隔(可以省去多次供電的步驟)。
另外，藉由將根據本發明的一個實施例的二次電池用於RF供電系統，如果該二次電池的能夠驅動電源負荷部610的放電容量或充電容量與現有的二次電池相同，則可以實現受電裝置600的小型化及輕量化。因此，可以縮減總成本。
接著，使用圖6對RF供電系統的其他例子進行說明。
在圖6中，受電裝置600具有受電裝置部601和電源負荷部610。受電裝置部601至少具有受電裝置用天線電路602、信號處理電路603、二次電池604、整流電路605、調變電路606、電源電路607。另外，供電裝置700至少具有供電裝置用天線電路701、信號處理電路702、整流電路703、調變電路704、解調變電路705、振盪電路706。
受電裝置用天線電路602具有接收供電裝置用天線電路701所發送的信號或對供電裝置用天線電路701發送信號的功能。當接收供電裝置用天線電路701所發送的信號時，整流電路605具有利用受電裝置用天線電路602所接收的信號生成直流電壓的功能。信號處理電路603具有處理受電裝置用天線電路602所接收的信號，並控制二次電池604的充電以及從二次電池604供給到電源電路607的電力的功能。電源電路607具有將二次電池604所儲蓄的電壓轉換為電源負荷部610所需的電壓的功能。當從受電裝置600將某種應答發送到供電裝置700時使用調變電路606。
藉由具有電源電路607，可以控制供給到電源負荷部610的電力。由此，可以降低施加到電源負荷部610的過電壓，從而可以降低受電裝置600的劣化或損壞。
另外，藉由具有調變電路606，可以從受電裝置600將信號發送到供電裝置700。由此，可以判斷受電裝置600的充電量，當進行了一定量的充電時從受電裝置600將信號發送到供電裝置700，停止從供電裝置700對受電裝置600供電。其結果，藉由不使二次電池604的充電量成為100%，可以增加二次電池604的充電次數。
另外，供電裝置用天線電路701具有對受電裝置用天線電路602發送信號或從受電裝置用天線電路602接收信號的功能。當對受電裝置用天線電路602發送信號時，信號處理電路702是生成發送到受電裝置的信號的電路。振盪電路706是生成一定頻率的信號的電路。調變電路704具有根據信號處理電路702所生成的信號和振盪電路706所生成的一定頻率的信號對供電裝置用天線電路701施加電壓的功能。由此，從供電裝置用天線電路701輸出信號。另一方面，當從受電裝置用天線電路602接收信號時，整流電路703具有對所接收的信號進行整流的功能。解調變電路705從由整流電路703進行了整流的信號抽出受電裝置600對供電裝置700發送的信號。信號處理電路702具有對由解調變電路705抽出的信號進行分析的功能。
另外，只要能夠進行RF供電，就可以在各電路之間具有任何電路。例如，也可以在受電裝置600接收信號且在整流電路605中生成直流電壓之後利用設置在後級的DC-DC轉換器或調整器等的電路生成恒壓。由此，可以抑制受電裝置600內部被施加過電壓。
根據本發明的一個實施例的二次電池被用作圖6所說明的RF供電系統中的受電裝置600所具有的二次電池604。
藉由將根據本發明的一個實施例的二次電池用於RF供電系統，與現有的二次電池相比，可以增加放電容量或充電容量，因此可以延長無線供電的時間間隔(可以省去多次供電的步驟)。
另外，藉由將根據本發明的一個實施例的二次電池用於RF供電系統，如果該二次電池的能夠驅動電源負荷部610的放電容量或充電容量與現有的二次電池相同，則可以實現受電裝置600的小型化及輕量化。因此，可以縮減總成本。
另外，當將根據本發明的一個實施例的二次電池用於RF供電系統並將受電裝置用天線電路602和二次電池604重疊時，較佳不使如下情況發生：因二次電池604的充放電而導致二次電池604的形狀變化；並且由於因該變形導致的天線變形而使受電裝置用天線電路602的阻抗變化。這是因為如果天線的阻抗發生變化則有可能不能實現充分的電力供給。例如，將二次電池604裝在金屬或陶瓷的電池組即可。另外，此時受電裝置用天線電路602和電池組離開幾十μm以上較佳。
另外，在本實施例中，對充電用信號的頻率沒有特別的限制，只要是能夠傳送電力的頻率，就可以是任何帶域的頻率。充電用信號的頻率例如可以是135kHz的LF帶(長波)、13.56MHz的HF帶(短波)、900MHz至1GHz的UHF帶(極超短波)、2.45GHz的微波帶。
另外，作為信號的傳送方式，有電磁耦合方式、電磁感應方式、共振方式、微波方式等的各種種類，適當地選擇即可。然而，為了抑制雨、泥等的含水的異物所引起的能量損失，在本發明的一個實施例中使用電磁感應方式、共振方式，這些方式利用了頻率低的頻帶較佳，明確而言，短波的3MHz至30MHz、中波的300kHz至3MHz、長波的30kHz至300kHz及超長波的3kHz至30kHz的頻率。
本實施例可以與上述實施例組合而實施。
範例1
在本範例中，使用圖7、圖8、圖9、圖10、圖11對本發明的一個實施例的二次電池進行說明。在本範例中，製造本發明的一個實施例的二次電池及比較用二次電池(下面稱為比較二次電池)，並對其特性進行比較。
<二次電池的電極的製造製程>
首先，說明二次電池的電極的製造製程。
藉由在電流收集器上形成活性材料層，來形成二次電池的電極。
作為電流收集器的材料利用鈦。作為電流收集器，使用厚度為100μm的片狀的鈦膜(也稱為鈦片)。
作為活性材料層利用晶體矽。
在電流收集器的鈦膜上利用LPCVD法形成活性材料層的晶體矽層。在利用LPCVD法形成晶體矽層時，採用如下條件：使用矽烷作為材料氣體；將矽烷的流量設定為300sccm並將材料氣體引入反應室內；將反應室內的壓力設定為20Pa；將反應室內的溫度設定為600℃。作為反應室，利用石英製的反應室。在使電流收集器升溫時，流過少量的He。
將藉由上述製程獲得的晶體矽層用作二次電池的活性材料層。
<二次電池的電極的結構>
圖7示出藉由上述製程獲得的晶體矽層的平面SEM(掃描電子顯微鏡scanning electron microscope)照片。
如圖7所示，藉由上述製程獲得的晶體矽層包括具有多個柱狀或針狀突起物的鬚狀晶體矽區域。
如圖7所示，鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲的部分的突起物441。突起物441具有與其他突起物交叉的部分。
在圖7所示的突起物441中，彎曲的部分的延伸方向(即，軸方向)與其基礎的突起物的延伸方向(即，軸方向)不同。彎曲的部分從基礎的突起物的頭端附近延伸出。也就是說，彎曲的部分的根部(與基礎的突起物之間的介面附近)位於其基礎的突起物的頭端附近。
由於藉由上述製程獲得的晶體矽層具有鬚狀的晶體矽區域，所以可以增大活性材料層的表面積。另外，鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲的部分的突起物441。另外，鬚狀的晶體矽區域包括其頭端附近或側面處與其他突起物接觸的突起物。因此，該鬚狀的晶體矽區域具有突起物彼此容易纏繞的結構。或者，具有突起物彼此接觸的結構。由此，可以減輕活性材料層的剝落等的劣化。另外，在鬚狀的晶體矽區域中，可以增大矽量，並可以增大表面積。
在鬚狀的晶體矽區域中，作為突起物在軸上的長度，較長的是15μm至20μm左右。另外，除了在突起物的軸上的長度較長的突起物之外，在該軸上的長度較長的突起物之間存在多個在突起物的軸上的長度較短的突起物。作為突起物的軸，既有相對於鈦膜大致垂直的軸，又有相對於鈦膜傾斜的軸。
這裏，可觀察到頂部彎曲的突起物。並且，可觀察到越靠近頭端直徑越小的針狀突起物。突起物的軸方向彼此不統一。另外，突起物的根部(與晶體矽區域之間的介面附近)的直徑為1μm至2μm。作為突起物，可觀察到混有柱狀突起物和針狀突起物的狀態。
接著，圖8示出藉由上述製程獲得的晶體矽的剖面TEM(透射電子顯微鏡Transmission Electron Microscope)照片。如圖8所示，在電流收集器的鈦膜401上形成有活性材料層的晶體矽層402。根據圖8可以確認到在鈦膜401與晶體矽層402的介面附近404沒有形成低密度的區域。晶體矽層402包括晶體矽區域及由從晶體矽區域突出的多個突起物形成的鬚狀的晶體矽區域。另外，鬚狀的晶體矽區域在突起物與突起物之間具有空隙403(即，沒有突起物的區域)。
晶體矽層在晶體矽區域上具有多個突起物。可觀察到具有突起物的晶體矽層的厚度為3.0μm左右的部分。形成在多個突起物之間的穀中的晶體矽區域的厚度為1.5μm至2.0μm左右。另外，雖然在圖8中未圖示，但是如圖7所示，作為突起物在軸上的長度，較長的是15μm至20μm左右。
圖9是放大圖8的一部分的剖面TEM照片。圖9是圖8所示的鈦膜401與晶體矽層402的介面附近404的放大照片。根據圖9可以確認到在鈦膜401與晶體矽層402的介面附近形成有層405。
圖10示出鈦膜401與晶體矽層402的介面附近的剖面的EDX(能量散佈X射線頻譜儀energy dispersive X-ray spectrometry)的二維元素分佈的結果。區域411是具有鈦作為主要成分的區域。區域412是具有矽作為主要成分的區域。區域416是具有氧和鈦作為成分的區域。區域415是具有鈦和矽作為成分的區域。另外，在區域415中包含氧作為雜質。根據圖10可以確認到按順序層疊有如下區域：具有鈦作為主要成分的區域411；具有鈦和矽作為成分的區域415；具有氧和鈦作為成分的區域416；具有矽作為主要成分的區域412。區域411相當於鈦膜401，區域412相當於晶體矽層402。區域415是鈦和矽的混合層。區域416是金屬氧化物層。
根據圖10所示的EDX的二維元素分佈的結果，可以確認到圖9所示的層405包括鈦和矽的混合層及在混合層上的金屬氧化物層。在圖10所示的測定範圍內，以覆蓋混合層上的整個表面的方式形成有金屬氧化物層。層405所具有的鈦和矽的混合層的厚度為65nm至75nm左右。
<二次電池的製造製程>
將描述本實施例的二次電池的製造製程。
藉由上述製程在電流收集器上形成活性材料層來形成電極。利用獲得的電極製造二次電池。在此，製造硬幣型的二次電池。下面，參照圖11說明硬幣型的二次電池的製造方法。
如圖11所示，硬幣型的二次電池包括電極204、參考電極232、隔離體210、電解液(未圖示)、外殼206以及外殼244。此外，還包括環狀絕緣體220、間隔物240及墊圈242。作為電極204，利用藉由上述製程獲得的在電流收集器200上設置有活性材料層202的電極。參考電極232具有參考電極活性材料層230。在本實施例中，作為電流收集器利用鈦箔，並利用實施例1所示的晶體矽層形成活性材料層202。另外，作為參考電極活性材料層230，使用鋰金屬(鋰箔)。作為隔離體210，使用聚丙烯。作為外殼206、外殼244、間隔物240及墊圈242使用由不鏽鋼(SUS)形成的。外殼206及外殼244具有將電極204及參考電極232電連接到外部的功能。
將電極204、參考電極232以及隔離體210浸在電解液中。並且，如圖11所示，將外殼206設置在下方，以電極204、隔離體210、環狀絕緣體220、參考電極232、間隔物240、墊圈242、外殼244的順序層疊，並利用“硬幣單元壓合器(coin-cell crimper)”壓合外殼206和外殼244，來形成硬幣型二次電池。
作為電解液，使用將LiPF6溶解在碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶劑中的電解液。
<比較二次電池的電極的製造製程>
接下來，對比較二次電池的電極的製造製程進行說明。本發明的一個實施例的二次電池及比較二次電池的活性材料層的製造製程彼此不同。兩者的其他結構相同，因此省略基板、電流收集器等的說明。
作為比較二次電池的活性材料層，使用晶體矽。
藉由電漿CVD法在電流收集器的鈦膜上形成添加有磷的非晶矽，並進行熱處理，來形成晶體矽。在利用電漿CVD法形成非晶矽時，在如下條件下進行處理：使用矽烷和磷化氫作為材料氣體；將矽烷的流量設定為60sccm，將5vol%磷化氫(氫稀釋)的流量設定為20sccm，將材料氣體引入反應室內；反應室內的壓力為133Pa；基板溫度為280℃；RF電源頻率為60MHz；RF電源的脈衝頻率為20kHz；脈衝的占空比為70%；RF電源的功率為100W。將非晶矽的厚度設定為3μm。
然後，進行700℃的熱處理。該熱處理在Ar氣圍中進行6小時。藉由該熱處理使非晶矽結晶化，來形成晶體矽層。將藉由上述製程獲得的晶體矽層用作比較二次電池的活性材料層。這裏，該晶體矽層中添加有磷(賦予n型的雜質元素)。這裏，該晶體矽層沒形成有鬚狀的晶體矽區域。
<比較二次電池的製造製程>
將描述比較二次電池的製造製程。
藉由上述製程在電流收集器上形成活性材料層，來形成比較二次電池的電極。藉由使用獲得的電極製造比較二次電池。比較二次電池的製造方法與上述二次電池的製造方法同樣。
<二次電池和比較二次電池的特性>
藉由利用充放電測量儀測量二次電池和比較二次電池的放電容量。在該充放電的測量中，採用恒電流方式，用2.0mA的電流進行充放電，並將上限電壓設定為1.0V，將下限電壓設定為0.03V。另外，所有測量在室溫下進行。
表1示出二次電池和比較二次電池的初始特性。在表1中，表示活性材料層的每單位體積的放電容量(mAh/cm3)。這裏，在如下條件下算出放電容量(mAh/cm3)：二次電池的活性材料層的厚度為3.5μm，比較二次電池的活性材料層的厚度為3.0μm。
如表1所示，可知二次電池的放電容量(7300mAh/cm3)比比較二次電池的放電容量(4050mAh/cm3)大1.8倍左右。
這樣，二次電池的實質上的容量具有近於二次電池的理論容量(9800mAh/cm3)的值。像這樣，藉由將利用LPCVD法形成的晶體矽層用作活性材料層，可以製造容量增大且具有近於理論容量的容量值的二次電池。
範例2
在本範例中，使用圖12對本發明的一個實施例的蓄電裝置所具有的電極及其製造製程進行說明。
<電極的製造製程>
首先，說明電極的製造製程。
藉由在電流收集器上形成活性材料層，來形成用於蓄電裝置的電極。
作為電流收集器的材料利用鈦。作為電流收集器，使用厚度為100μm的片狀的鈦膜(也稱為鈦片)。
作為活性材料層利用晶體矽。
在電流收集器的鈦膜上利用LPCVD法形成活性材料層的晶體矽層。在利用LPCVD法形成晶體矽層時，採用如下條件：使用矽烷作為材料氣體；將矽烷的流量設定為300sccm並將材料氣體引入反應室內；將反應室內的壓力設定為20Pa；將反應室內的溫度設定為590℃。作為反應室，利用石英製的反應室。在使電流收集器升溫時，流過少量的He。
<電極的結構>
圖12A和12B示出藉由上述製程獲得的晶體矽層的平面SEM(掃描電子顯微鏡)照片。
如圖12A和12B所示，藉由上述製程獲得的晶體矽層包括具有多個柱狀或針狀突起物的鬚狀晶體矽區域。
如圖12A所示，鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲的部分的突起物450。突起物450具有從該彎曲的部分進一步彎曲的部分。在突起物450中，基礎的突起物的形狀與彎曲的部分的形狀具有類似的形狀。在突起物450中，基礎的突起物的形狀、彎曲的部分的形狀、從該部分進一步彎曲的部分的形狀都大致為柱狀。
另外，如圖12B所示，鬚狀的晶體矽區域包括具有彎曲的部分的突起物460。在突起物460中，基礎的突起物的形狀與彎曲的部分的形狀具有不同的形狀。在突起物460中，基礎的突起物的形狀大致為柱狀，而彎曲的部分的形狀大致為針狀。
在圖12A和12B所示的突起物450、突起物460中，彎曲的部分的延伸方向(即，軸方向)與其基礎的突起物的延伸方向(即，軸方向)不同。彎曲的部分從基礎的突起物的頭端附近延伸出。也就是說，彎曲的部分或從該彎曲的部分進一步彎曲的部分的根部(與基礎的突起物或彎曲的部分之間的介面附近)位於其基礎的突起物或彎曲的部分的頭端附近。
另外，如圖12A所示，鬚狀的晶體矽區域所具有的突起物在其表面上具有凹凸形狀。
由於藉由上述製程獲得的晶體矽層包括鬚狀的晶體矽區域，並該鬚狀的晶體矽區域具有彎曲或分支的部分，所以可以增大活性材料層的表面積。
101．．．電流收集器
103．．．活性材料層
103a．．．晶體矽區域
103b．．．晶體矽區域
105．．．虛線
107．．．混合層
109．．．金屬氧化物層
111．．．電流收集器
114a．．．突起物
114b．．．突起物
114c．．．突起物
115．．．基板
151．．．蓄電裝置
153．．．外裝部件
155．．．蓄電元件
157．．．端子部
159．．．端子部
163．．．負極
165．．．正極
167．．．隔離體
169．．．電解質
171．．．負極電流收集器
173．．．負極活性材料層
175．．．正極電流收集器
177．．．正極活性材料層
200．．．電流收集器
202．．．活性材料層
204．．．電極
206．．．外殼
210．．．隔離體
220．．．環狀絕緣體
230．．．參考電極活性材料層
232．．．參考電極
240．．．間隔物
242．．．墊圈
244．．．外殼
300．．．汽車
302．．．蓄電裝置
401．．．鈦膜
402．．．晶體矽層
403．．．空隙
404．．．介面附近
405．．．層
411．．．區域
412．．．區域
415．．．區域
416．．．區域
441．．．突起物
450．．．突起物
460．．．突起物
600．．．受電裝置
601．．．受電裝置部
602．．．受電裝置用天線電路
603．．．信號處理電路
604．．．二次電池
605．．．整流電路
606．．．調變電路
607．．．電源電路
610．．．電源負荷部
700．．．供電裝置
701．．．供電裝置用天線電路
702．．．信號處理電路
703．．．整流電路
704．．．調變電路
705．．．解調變電路
706．．．振盪電路
1301．．．摩托艇
1302．．．蓄電裝置
1311．．．電動輪椅
1312．．．蓄電裝置
圖1A至圖1D是蓄電裝置的電極的剖面圖的例子；
圖2是蓄電裝置的電極的剖面圖的例子；
圖3A和3B是蓄電裝置的一個實施例的平面圖及剖面圖；
圖4A至圖4D是蓄電裝置的應用方式的透視圖；
圖5是示出無線供電系統的結構的例子的圖；
圖6是示出無線供電系統的結構的例子的圖；
圖7是活性材料層的平面SEM照片；
圖8是活性材料層的剖面TEM照片；
圖9是電流收集器與活性材料層的介面附近的放大照片；
圖10是電流收集器與活性材料層的介面附近的EDX二維元素分佈；
圖11是二次電池的製造方法的例子；以及
圖12A和12B是活性材料層的平面SEM照片。
103．．．活性材料層
h．．．長度
114a．．．突起物
103b．．．晶體矽區域
103a．．．晶體矽區域
109．．．金屬氧化物層
107．．．混合層
101．．．電流收集器

Claims (10)

  1. 一種蓄電裝置，包含：電流收集器；在該電流收集器上的包含矽和與矽起反應而形成矽化物的金屬元素的混合層；以及在該混合層上的用作活性材料層的晶體矽層，其中，該晶體矽層包含：第一晶體矽區域；以及在該第一晶體矽區域上的鬚狀的晶體矽區域，該鬚狀的晶體矽區域包含第一突起物及第二突起物，其中，該第一突起物及該第二突起物各者的直徑為500nm以上以及3μm以下，其中，該第一突起物及該第二突起物各者的軸的長度為0.5μm以上以及1000μm以下，且其中，該第一突起物包含彎曲的部分或分支的部分。
  2. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該第一突起物與該第二突起物部分地接觸。
  3. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該彎曲的部分或該分支的部分與該第二突起物接觸。
  4. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該第一突起物的該軸的方向與該第二突起物的該軸的方向不同。
  5. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置， 其中該金屬元素是鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、鈷及鎳中的一種或多種。
  6. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該金屬元素包括在該電流收集器中。
  7. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該電流收集器為箔狀、片狀或網狀。
  8. 根據申請專利範圍第1項之蓄電裝置，其中該電流收集器在基板上形成為膜狀。
  9. 一種蓄電裝置的製造方法，包含以下步驟：藉由利用含有矽的沉積氣體作為原料氣體進行低壓化學氣相沉積法在電流收集器上形成包含鬚狀的晶體矽區域的晶體矽層作為活性材料層，其中，該電流收集器包含與矽起反應而形成矽化物的金屬元素，其中，該鬚狀的晶體矽區域包含第一突起物及第二突起物，其中，該第一突起物及該第二突起物各者的直徑為50nm以上以及10μm以下，其中，該第一突起物及該第二突起物各者的軸的長度為0.5μm以上以及1000μm以下，且其中，該第一突起物包含彎曲的部分或分支的部分。
  10. 根據申請專利範圍第9項之蓄電裝置的製造方法，其中在高於550℃的溫度下進行該低壓化學氣相沉積法。
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