[发明专利]蓄电装置用电极及蓄电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置用电极及使用该电极的蓄电装置。

另外，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件及装置。

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已在进行了研究开发。

蓄电装置用电极通过在集电器的一个表面上形成活性物质层而制造。作为活性物质，使用能够吸留并释放离子的材料，例如有碳或硅等。与碳的理论容量相比，掺杂有磷的硅的理论容量大，因此硅在蓄电装置的大容量化上占优势（参照专利文献1）。

因为石墨烯具有高导电率（高电子迁移率）的优良电特性、高柔软性或高机械强度的优良物理特性，所以正在尝试将其应用于多种产品（参照专利文献2及专利文献3）。另外，还已提出了将石墨烯应用于锂离子二次电池的技术（参照专利文献4）。

[专利文献1]日本专利申请公开2001-210315号公报

[专利文献2]美国专利申请公开第2009/0110627号公报

[专利文献3]美国专利申请公开第2007/0131915号公报

[专利文献4]美国专利申请公开第2010/0081057号公报。

在将硅用于蓄电装置用电极中的活性物质层的情况下，由于反复进行充放电，所以该硅反复进行膨胀及收缩。结果，作为活性物质层的硅被微粉化而发生剥离等，使得该蓄电装置的特性退化。

另外，在将硅用于活性物质层的情况下，难以得到像理论容量那样高的充放电容量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的就是提供一种具有优良的循环特性（cycle characteristics）及充放电容量的蓄电装置用电极。另外，本发明的目的就是提供一种安装有该电极的蓄电装置。

本发明的一个方式是一种蓄电装置用电极，包括导电层；以及设置在导电层上的活性物质层，其中活性物质层具有石墨烯和多个晶须状的活性物质，并且石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并在活性物质层的一部分中有空隙。

本发明的一个方式是一种蓄电装置用电极，其中活性物质层具有石墨烯和多个晶须状的活性物质，并且石墨烯形成为附着于多个晶须状的活性物质的表面部并覆盖多个晶须状的活性物质。另外，在活性物质层的平面视上，石墨烯形成为连续地扩展在多个晶须状的活性物质上。

在上述结构中，多个晶须状的活性物质至少具有作为具有结晶性区域的芯和覆盖该芯的作为非晶区域的外壳。

另外，在上述结构中，例如，多个晶须状的活性物质的材料可以为硅。

另外，在上述结构中，导电层的材料可以为钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴或镍。

再者，本发明的一个方式是一种安装有具有上述结构的电极的蓄电装置。

关于本发明的一个方式的蓄电装置用电极，即使晶须状活性物质的体积随着离子的吸留及释放而变化，石墨烯也缓和由该体积变化导致的应力，从而不容易引起晶须状活性物质的微粉化及剥离等电极的结构破坏。根据本发明的一个方式，可以提供能够提高循环特性的蓄电装置用电极，再者，还可以提供安装有该电极而使循环特性得到提高的蓄电装置。

另外，关于本发明的一个方式的蓄电装置用电极，例如，在多个晶须状的活性物质中设置有具有结晶性的结构的芯，并且在多个晶须状的活性物质之间设置有具有高导电率（高电子迁移率）的石墨烯，从而具有优良的电特性。根据本发明的一个方式，可以提供能够提高充放电容量的蓄电装置用电极，再者，还可以提供安装有该电极而使充放电容量得到提高的蓄电装置。

附图说明

图1A和1B是用来说明本发明的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面示意图；

图2是用来说明电泳法的截面图；

图3A和3B是用来说明蓄电装置的一个方式的平面图及截面图；

图4是用来说明蓄电装置的应用方式的图；

图5A和5B是本发明的一个方式的蓄电装置用电极表面的平面SEM图像；

图6A和6B是本发明的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面TEM图像；

图7A和7B是本发明的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面TEM图像；

图8是示出本发明的一个方式的蓄电装置的制造方法的透视图；

图9A和9B是示出本发明的一个方式的蓄电装置的循环特性及充放电特性的图；

图10A和10B是用来说明本发明的一个方式的蓄电装置用电极表面的截面示意图。

具体实施方式