[发明专利]蓄电装置用负极以及蓄电装置

说明书

技术领域

本发明涉及蓄电装置用负极以及蓄电装置。

背景技术

近年来，已对锂离子二次电池、锂离子电容器、空气电池等蓄电装置进行了开发。

在通过使用设置有多个支柱状（pillar）突起物的正极及负极来谋求大容量化的蓄电装置中，为了降低由于充放电所导致的正极及负极的体积膨胀施加到设置在正极和负极之间的隔离物的压力，在正极及负极的每一个突起物的前端设置有绝缘体（参照专利文献1至3）。

作为集成在硅芯片上的锂电池的电极，对设置在n型硅片上的亚微米直径的硅支柱进行了研讨（参照专利文献4）。为了形成支柱使用反应离子蚀刻，并且记载为也可以使用光刻工序。

此外，通过设置在集流体上并接触于集流体的活性物质，形成蓄电装置用的电极。作为负极活性物质，例如使用碳或硅等能够进行作为载流子的离子（以下，表示为载流子离子（carrier ions））的吸留及释放的材料。例如，硅或掺杂有磷的硅与碳相比，能够吸留四倍的作为载流子的离子，因此其理论容量大，从蓄电装置的大容量化的观点来看是优选的。

但是，当载流子离子吸留量增大时，产生如下问题：充放电循环中的伴随载流子离子的吸留及释放的体积变化大，使集流体与硅的密接性降低，而充放电导致电池特性的劣化。于是，通过在集流体上形成由硅构成的层且在该由硅构成的层上设置由石墨构成的层，降低由硅构成的层的膨胀收缩所导致的电池特性的劣化（参照专利文献5）。

另外，硅的导电性比碳低，因此通过使用石墨覆盖硅粒子的表面且包含该硅粒子的活性物质层形成在集流体上，制造降低了活性物质层的电阻率的负极。

另一方面，近年来，提出了在半导体装置中作为具有导电性的电子构件使用石墨烯的技术。石墨烯是指具有sp²键的1原子层的碳分子片。

由于石墨烯具有化学稳定性和良好的电特性，所以有望应用于晶体管的沟道区、通孔、布线等的半导体装置。此外，为了提高锂离子电池用的电极材料的导电性，粒子状的活性物质被石墨或石墨烯覆盖（参照专利文献6）。

[专利文献1]日本专利申请公开2010-219030号公报；

[专利文献2]日本专利申请公开2010-239122号公报；

[专利文献3]日本专利申请公开2010-219392号公报；

[专利文献4]日本专利申请公开2010-135332号公报；

[专利文献5]日本专利申请公开2001-283834号公报；

[专利文献6]日本专利申请公开2011-29184号公报。

但是，当作为蓄电装置的电极采用支柱结构体时，保持强度是课题。此外，有时因载流子离子的充放电而不能保持强度。此外强度被降低时，支柱结构体从集流体滑落。此外，在圆柱状的蓄电装置中，电极被卷，但是难以将支柱结构体用于被卷的电极。

此外，当使用由石墨构成的层覆盖设置在集流体上的由硅构成的层时，由石墨构成的层的厚度厚，即从亚微米变成微米，而使电解质和由硅构成的层之间的载流子离子的移动量降低。另一方面，在包含被石墨覆盖的硅粒子的活性物质层中，包含在活性物质层中的硅含量降低。其结果是，硅与载流子离子的反应量减少，而这会导致充放电容量的降低，并且难以进行对蓄电装置的急速充放电。

此外，即使使用石墨烯覆盖粒子状的活性物质，也难以抑制重复的充放电所导致的体积的膨胀以及该膨胀所导致的粒子状的活性物质的细粉化。

发明内容

于是，本发明的一个方式提供一种充放电容量大，能够进行急速充放电且充放电所导致的电池特性的劣化少的蓄电装置。

本发明的一个方式是一种蓄电装置用负极，包括具有多个突起物的负极活性物质结构体以及将多个突起物中的第一突起物和第二突起物在上方桥接的梁。利用梁能够加强多个突起物的强度。能够防止多个突起物从集流体等滑落。负极活性物质结构体具有负极活性物质。

本发明的一个方式是一种蓄电装置用负极，包括具有多个突起物的负极活性物质结构体、将多个突起物中的第一突起物和第二突起物在上方桥接的梁以及覆盖突起物的侧面的石墨烯。此外，石墨烯也可以覆盖突起物的侧面及顶面。此外，石墨烯也可以覆盖从突起物的侧面至梁的顶面。

石墨烯包括单层石墨烯及多层石墨烯。此外，有时石墨烯包含氧。当包含氧时，以整体的2atm％以上且11atm％以下，优选3atm％以上且10atm％以下的比例包含氧。

有时，反复进行锂离子的吸留和释放则多个突起物折断，但是通过使用石墨烯进行覆盖，能够防止多个突起物的折断。