[发明专利]蓄电装置及其电极以及蓄电装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置及其电极。

另外，在本说明书中，蓄电装置包括所有具有蓄电功能的元件及具有蓄电功能的装置。

背景技术

近年来，对锂离子二次电池、锂离子电容器及空气电池等的蓄电装置的开发日益火热。此外，已提出将该蓄电装置用于冰箱(参照专利文献1)、空调(参照专利文献2)、室内照明装置(参照专利文献3)、微波炉(参照专利文献4)等的各种电子设备。

作为蓄电装置用电极，例如可以通过在集电体的一个表面形成活性物质来制造。作为吸留锂的活性物质，例如可以使用碳或硅等能够吸留并释放成为载流子的离子的材料。尤其是硅，由于其理论容量比碳的理论容量大能够实现蓄电装置的大容量化而备受瞩目。

例如，非专利文献1中公开了一种作为正极使用须状单晶硅的锂离子二次电池。根据非专利文献1可知：通过使用须状的单晶硅，即使由于锂离子的吸留和释放导致硅的体积发生变化，电极结构也不容易被破坏，从而可以提高充放电特性。

[专利文献1]美国专利申请公开第2009/0045680号说明书

[专利文献2]美国专利第6134902号说明书

[专利文献3]美国专利第4764853号说明书

[专利文献4]美国专利申请公开第2007/0295718号说明书

[非专利文献1]CANDACE K.CHAN et a1.、「High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires」、naturenanotechnology、United Kingdom、Nature Publishing Group、2007年12月16日、Vo1.3、p.31-35

发明内容

本发明的一个方式的目的是提高使用须状活性物质时的活性物质与活性物质被形成面之间的紧密性。

本发明的一个方式的目的是提供一种充放电循环特性高的蓄电装置。

本发明的一个方式的目的是提供一种充放电容量高的蓄电装置。

本发明的一个方式的电极将至少外壳是非晶结构(例如非晶硅)的须状物质用作蓄电装置的活性物质。须状物质的芯可以是结晶物质(例如，结晶硅)。另外，所述活性物质也可以仅有一部分为须状。另外，该活性物质中的一部分也可以不含有结晶。

另外，在上述结构中，须状活性物质也可以在其一部分中具有结晶性。另外，优选须状活性物质的90％以上是非晶结构。

当作为蓄电装置的活性物质使用须状物质时，由于反复进行充电，所以需要提高须状物质与被形成面之间的紧密性以不使活性物质脱离。

本发明的一个方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括：集电体或金属层；所述集电体或所述金属层的金属元素与活性物质发生反应而形成的所述集电体或所述金属层上的混合层；以及包括所述混合层上的须状活性物质的层，其中所述混合层的厚度为50nm以下。另外，优选所述混合层不具有结晶性。

另外，所述混合层的厚度较薄为50nm以下，但是根据焊接的例子可以推算出混合层的厚度越厚紧密性越高。但是，如后面的实施例所示，混合层(例如，硅化物层)的厚度为50nm以下，并且厚度越薄活性物质的紧密性越高，于是蓄电装置的充放电循环特性也就越高。另外，虽然优选所述混合层为50nm以下，但是只要是厚度为100nm以下的混合层就包括在发明的一个方式的技术范围之内。

本发明的一个方式是一种蓄电装置的电极，其包括：集电体及设置在该集电体上的活性物质层，其中所述活性物质层分别包括多个须状活性物质体，所述多个须状活性物质体至少包括芯及以覆盖该芯的方式设置的外壳，所述外壳是非晶结构并且所述集电体与所述活性物质体的所述芯之间为非晶结构。

另外，在上述结构中，所述活性物质也可以在一部分中具有结晶性。另外，优选所述活性物质的90％以上为非晶结构。

在上述结构中，作为所述活性物质层的材料例如可以举出硅。

在上述结构中，所述活性物质体的长轴方向的长度为0.5μm以上1000μm以下。

在上述结构中，所述活性物质体的所述芯的截面的宽度优选为50nm以上10000nm以下。

在上述结构中，作为所述集电体及所述金属层的材料，例如可以举出钛。

另外，本发明的一个方式是一种蓄电装置的制造方法，其中利用通过加热堆积性气体进行减压的CVD(LPCVD：Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法在集电体或金属层上形成至少一部分为须状的活性物质层。