[发明专利]蓄电装置

说明书

本申请是于2012年9月7日提交的、PCT国际申请号为PCT/JP2012/073560、于2014年3月14日进入中国国家阶段、国家申请号为201280044740.4、发明名称为“蓄电装置”的申请之分案申请。

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置及其制造方法。

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。

蓄电装置用电极通过在集电体的一个表面形成活性物质而制造。作为负电极活性物质，例如使用碳或硅等能够进行用作载流子的离子(以下，表示为载流子离子(carrier ion))的吸留和释放的材料。例如，由于硅或掺杂有磷的硅能够吸留碳的大约四倍的载流子离子，所以其理论容量更大，在蓄电装置的大容量化这一点上占优势。

但是，当载流子离子的吸留量增大时，产生如下问题：充放电循环中的伴随载流子离子的吸留和释放的活性物质体积变化大，使集电体与硅的密接性降低，而充放电导致电池特性的劣化。于是，通过在集电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1)。

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并将该包括硅粒子的活性物质层形成在集电体上，制造降低了活性物质层的电阻率的负电极。

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。石墨烯是指具有双键(也称为石墨键或sp²键)的1原子层厚的碳分子薄片。

由于石墨烯具有化学稳定性和良好的电特性，所以期待将石墨烯应用于半导体装置所包括的晶体管的沟道区、导通孔(via)、布线等。此外，为了提高锂离子电池用电极材料的导电性，使用石墨或石墨烯覆盖粒子状的活性物质(参照专利文献2)。

另外，在通过使用设置有多个突起的正电极及负电极来实现大容量化的蓄电装置中，为了降低因充放电所导致的电极的体积膨胀而施加到设置在电极之间的分离器的压力，在正电极及负电极的每个突起的顶端分别设置绝缘体(参照专利文献3至5)。

[专利文献1]日本专利申请公开2001-283834号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2011-029184号公报

[专利文献3]日本专利申请公开2010-219030号公报

[专利文献4]日本专利申请公开2010-239122号公报

[专利文献5]日本专利申请公开2010-219392号公报

发明内容

但是，当使用由石墨构成的层覆盖设置在集电体上的由硅构成的层时，由石墨构成的层的厚度厚，例如亚微米至微米，而使电解质和由硅构成的层之间的载流子离子的迁移量降低。另一方面，在包含由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的含量降低。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，且难以对蓄电装置进行急速充放电。

此外，即使使用石墨烯覆盖粒子状的活性物质，也难以抑制由于反复充放电而产生的粒子状活性物质体积的膨胀及收缩以及其带来的粒子状的活性物质的微粉化。

鉴于上述问题，本发明的一实施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。

本发明的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括负电极，该负电极包括：共同部；从共同部突出的多个突起；以及设置在共同部及多个突起上的石墨烯，其中多个突起至少用作活性物质，并且多个突起的轴朝向同一的方向。

另外，在横截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起中的每一个的与共同部接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。

本发明的一实施方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括负电极，该负电极包括集电体及设置在集电体上的活性物质层，活性物质层包括从集电体突出的多个突起及设置在该多个突起上的石墨烯，并且多个突起的轴朝向同一的方向。另外，在集电体和多个突起之间也可以具有共同部。

另外，多个突起的中的每一个与集电体接触的底部的截面积也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。另外，在纵截面形状中，多个突起中的每一个的与集电体接触的底部的宽度也可以比多个突起中的每一个的顶端部分大。