極小径粒の作製方法、該極小径粒の作製方法を用いた二次電池の正極活物質の作製方法、該正極活物質を用いた正極とその作製方法、及び該正極活物質を用いた二次電池とその作製方法
【課題】粒径が小さく、粒径の均一性が高い正極活物質を簡略な工程で作製する。
【解決手段】ナノインプリント法により孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、粒径が小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を作製し、これを二次電池の正極活物質として用いる。粒径を５０ｎｍよりも小さくすることも可能である。更には、ＬｉＦｅＰＯ４粒の焼結に際して、鋳型を焼失させてもよい。正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることで、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【解決手段】ナノインプリント法により孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、粒径が小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を作製し、これを二次電池の正極活物質として用いる。粒径を５０ｎｍよりも小さくすることも可能である。更には、ＬｉＦｅＰＯ４粒の焼結に際して、鋳型を焼失させてもよい。正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることで、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、極小径粒の作製方法、該極小径粒の作製方法を用いた二次電池の正極活物質の作製方法、該正極活物質を用いた正極とその作製方法、及び該正極活物質を用いた二次電池とその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話などの可搬性の高い電子機器の分野が著しく進歩している。可搬性の高い電子機器に適した蓄電装置として、例えばリチウムイオン二次電池が挙げられる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ４）などの、リチウム（Ｌｉ）と、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）と、を含むオリビン構造を有するリン酸化合物などが知られている。ＬｉＦｅＰＯ４は、リチウムがすべて引き抜かれたＦｅＰＯ４も安定であるため安全に高容量が実現できる。粒径５０ｎｍ程度まで微細化したＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として使用することにより、充放電速度を劇的に向上させることが可能であることが知られている（非特許文献１）。
【０００４】
なお、ＬｉＦｅＰＯ４は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合してゲル状で形成することができることが知られている（非特許文献２）。
【０００５】
一方で、金型を用いて微細なパターンを形成するナノインプリント法という技術が知られている（例えば、特許文献１）。ナノインプリント法を用いることで、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）に１０ｎｍ径の孔を形成することができる。更には、リフトオフにより、６ｎｍ径のパターンを形成することも可能である（非特許文献３及び非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０８６４９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｂ．Ｋａｎｇ ｅｔ ａｌ．、「Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ」、Ｎａｔｕｒｅ、２００９年３月１２日、Ｖｏｌ．４５８、ｐ．１９０−１９３
【非特許文献２】Ｆ．Ｃｒｏｃｅ ｅｔ ａｌ．、「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｎｃｅｐｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＬｉＦｅＰＯ４ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｔｈｏｄｅ」、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２年１月２４日、Ｖｏｌ．５、ｐ．Ａ４７−Ａ５０
【非特許文献３】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．、「Ｓｕｂ−１０ｎｍ ｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１９９７年１１月、Ｖｏｌ．１５、ｐ．２８９７−２９０４
【非特許文献４】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．、「Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１９９６年１１月、Ｖｏｌ．１４、ｐ．４１２９−４１３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様は、粒径（直径）が小さい粒を複数作製することを課題とする。
【０００９】
本発明の一態様は、粒径（直径）が小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を複数作製することを課題とする。より具体的には、粒径（直径）が５０ｎｍよりも小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を複数作製することを課題とする。
【００１０】
なお、本発明の一態様において、複数のＬｉＦｅＰＯ４粒の粒径（直径）は、高い均一性を有することが好ましい。
【００１１】
更には、本発明の一態様は、簡略な工程により作製することをも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、基板上に鋳型となる材料膜を形成し、前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状の材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする極小径粒の作製方法である。
【００１３】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成すればよい。
【００１４】
本発明の一態様は、基板上に鋳型となる材料膜を形成し、前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする正極活物質の作製方法である。
【００１５】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成すればよい。
【００１６】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型はＰＭＭＡにより形成することができる。
【００１７】
前記構成の本発明の一態様において、前記ゲル状の材料は加熱され、該加熱により炭素膜が極小径粒に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様である正極活物質の作製方法により、正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることができるため、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【００１９】
本発明の一態様により、前記孔の直径を５０ｎｍよりも小さくすることで、従来よりもリチウムの挿入と脱離がはるかに容易な正極を作製することができる。
【００２０】
本発明の一態様である正極活物質の作製方法により、ＬｉＦｅＰＯ４材料の焼結と鋳型の焼失を同時に行うことができ、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を簡略な工程で作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一態様に適用する第１の鋳型の作製方法を説明する図。
【図２】本発明の一態様に適用する第１の鋳型を説明する図。
【図３】本発明の一態様である正極活物質の第１の作製方法を説明する図。
【図４】本発明の一態様に適用する第２の鋳型の作製方法を説明する図。
【図５】本発明の一態様に適用する第２の鋳型を説明する図。
【図６】本発明の一態様である正極活物質の第２の作製方法を説明する図。
【図７】本発明の一態様に適用する第３の鋳型の作製方法を説明する図。
【図８】本発明の一態様に適用する第３の鋳型を説明する図。
【図９】本発明の一態様である正極活物質の第３の作製方法を説明する図。
【図１０】本発明の一態様に適用する第４の鋳型の作製方法を説明する図。
【図１１】本発明の一態様に適用する第４の鋳型を説明する図。
【図１２】本発明の一態様である正極の作製方法を説明する図。
【図１３】本発明の一態様である蓄電装置を説明する図。
【図１４】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１５】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１６】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１７】図１３の蓄電装置に無線給電を行う場合の構成を説明する図。
【図１８】図１３の蓄電装置に無線給電を行う場合の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００２４】
まず、基板１００上に、モールド１０４により加圧変形される鋳型材料体１０２を形成する（図１（Ａ））。
【００２５】
基板１００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板１００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００２６】
鋳型材料体１０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド１０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００２７】
モールド１０４は、鋳型材料体１０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００２８】
次に、モールド１０４を用いて鋳型材料体１０２に加圧し、鋳型材料体１０２を変形させて鋳型前駆体１０５を形成する（図１（Ｂ））。
【００２９】
鋳型前駆体１０５は、モールド１０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００３０】
ここで、好ましくは、鋳型材料体１０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体１０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド１０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体１０５を形成することができる。
【００３１】
なお、鋳型材料体１０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板１００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板１００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体１０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体１０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板１００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００３２】
次に、モールド１０４を引き剥がし、複数の孔１０７が設けられた第１の鋳型１０６を形成する（図１（Ｃ））。
【００３３】
第１の鋳型１０６は、孔１０７の部分において基板１００が露出していない形状である。
【００３４】
図２（Ａ）は、基板１００上に設けられた、複数の孔１０７を有する第１の鋳型１０６を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００３５】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００３６】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００３７】
まず、複数の孔１０７が設けられた第１の鋳型１０６にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このとき、充填する極小径粒材料は、第１の鋳型１０６の孔１０７を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第１の鋳型１０６の孔１０７の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第１の鋳型１０６の孔１０７を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体１１４を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒１１６を形成すればよい（図３（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、アルゴン雰囲気が挙げられる。
【００３８】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００３９】
なお、極小径粒前駆体１１４を加熱する際に、第１の鋳型１０６を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒１１６の表面に炭素膜を形成してもよい。第１の鋳型１０６は加熱により消滅させてもよく、鋳型を消滅させることで極小径粒を取り出しやすくなる。
【００４０】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００４２】
まず、基板２００上に、モールド２０４により加圧変形される鋳型材料体２０２を形成する（図４（Ａ））。
【００４３】
基板２００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板２００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００４４】
鋳型材料体２０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド２０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００４５】
モールド２０４は、鋳型材料体２０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００４６】
次に、モールド２０４を用いて鋳型材料体２０２に加圧し、鋳型材料体２０２を変形させて鋳型前駆体２０５を形成する（図４（Ｂ））。
【００４７】
鋳型前駆体２０５は、モールド２０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００４８】
ここで、好ましくは、鋳型材料体２０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体２０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド２０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体２０５を形成することができる。
【００４９】
なお、鋳型材料体２０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板２００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板２００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体２０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体２０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板２００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００５０】
次に、モールド２０４を引き剥がし、複数の孔２０７が設けられた第１の鋳型２０６を形成する（図４（Ｃ））。
【００５１】
第１の鋳型２０６は、複数の孔２０７の部分において基板２００が露出していない形状である。
【００５２】
次に、第１の鋳型２０６を加工して、孔２１１の部分において基板２００が露出した第２の鋳型２０８を形成する（図４（Ｄ））。
【００５３】
第２の鋳型２０８は、第１の鋳型２０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型２０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型２０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型２０６をエッチングしてもよい。
【００５４】
なお、鋳型前駆体２０５の形成時にモールド２０４の凸部を基板２００に接触させることで、鋳型前駆体２０５及び第１の鋳型２０６を形成する工程を経ることなく、第２の鋳型２０８を形成してもよい。
【００５５】
第２の鋳型２０８では、孔の部分において基板２００が露出されているため、基板２００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板２００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【００５６】
図５（Ａ）は、基板２００上に設けられた、複数の孔２１１を有する第２の鋳型２０８を示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００５７】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００５８】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００５９】
まず、複数の孔が設けられた第２の鋳型２０８にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第２の鋳型２０８の孔２１１を完全に満たす必要はない。充填する極小径粒材料が、第２の鋳型２０８の孔２１１の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第２の鋳型２０８の孔２１１を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体２１８を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒２２０を形成すればよい（図６（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、アルゴン雰囲気が挙げられる。
【００６０】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００６１】
なお、極小径粒前駆体２１８を加熱する際に、第２の鋳型２０８を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒２２０の表面に炭素膜を形成してもよい。第２の鋳型２０８は加熱により消滅させてもよく、鋳型を消滅させることで極小径粒を取り出しやすくなる。
【００６２】
なお、第２の鋳型２０８を用いる場合には、極小径粒２２０を基板２００から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、帯電させた抜き出し用基板２２２に、極小径粒２２０を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板２２２を除電すればよい（図６（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板２２２に極小径粒２２０を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板２２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板２２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、基板２００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板２２２は帯電させた絶縁性基板を用いる。
【００６３】
または、超音波で基板２００を振動させるなどして極小径粒２２０を基板２００から引き剥がしてもよい。
【００６４】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００６６】
まず、基板３００上に、モールド３０４により加圧変形される鋳型材料体３０２を形成する（図７（Ａ））。
【００６７】
基板３００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板３００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００６８】
鋳型材料体３０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド３０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００６９】
モールド３０４は、鋳型材料体３０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００７０】
次に、モールド３０４を用いて鋳型材料体３０２に加圧し、鋳型材料体３０２を変形させて鋳型前駆体３０５を形成する（図７（Ｂ））。
【００７１】
鋳型前駆体３０５は、モールド３０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００７２】
ここで、好ましくは、鋳型材料体３０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体３０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド３０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体３０５を形成することができる。
【００７３】
なお、鋳型材料体３０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板３００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板３００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体３０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体３０２を形成する前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板３００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００７４】
次に、モールド３０４を引き剥がし、第１の鋳型３０６を形成する（図７（Ｃ））。第１の鋳型３０６は、複数の凸部３０７を有する。
【００７５】
第１の鋳型３０６は、隣接する凸部間において基板３００が露出していない形状である。
【００７６】
次に、第１の鋳型３０６を加工して、孔の部分において基板３００が露出した第２の鋳型３０８を形成する（図７（Ｄ））。
【００７７】
第２の鋳型３０８は、第１の鋳型３０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型３０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型３０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型３０６をエッチングしてもよい。
【００７８】
なお、鋳型前駆体３０５の形成時にモールド３０４の凸部を基板３００に接触させることで、鋳型前駆体３０５及び第１の鋳型３０６を経ることなく、第２の鋳型３０８を形成してもよい。
【００７９】
第２の鋳型３０８では、基板３００が露出されている部分があるため、基板３００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板３００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【００８０】
次に、第２の鋳型３０８上に膜を形成し、リフトオフを行うことで、複数の孔３１１を有する第３の鋳型３１０を形成する（図７（Ｅ））。
【００８１】
第３の鋳型３１０は、例えばアルミニウムにより形成すればよい。すなわち、第２の鋳型３０８上にアルミニウム膜をスパッタリング法などにより形成し、リフトオフを行うことで、第３の鋳型３１０をアルミニウムにより形成することができる。ここで、第３の鋳型３１０を形成する材料はアルミニウムに限定されないが、剛性の高い材料であることが好ましい。第３の鋳型３１０をアルミニウムなどの剛性の高い材料を用いて形成することで、鋳型に剛性を持たせることができ、繰り返しの使用に対して優れた耐久性がある鋳型を形成することができる。
【００８２】
図８（Ａ）は、基板３００上に設けられた、複数の孔３１１を有する第３の鋳型３１０を示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００８３】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００８４】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００８５】
まず、複数の孔３１１が設けられた第３の鋳型３１０にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第３の鋳型３１０の孔３１１を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第３の鋳型３１０の孔３１１の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第３の鋳型３１０の孔３１１を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体３２４を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒３２６を形成すればよい（図９（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、例えばアルゴン雰囲気が挙げられる。
【００８６】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００８７】
なお、第３の鋳型３１０を用いる場合には、極小径粒３２６を基板３００から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、実施の形態２の場合と同様に、帯電させた抜き出し用基板３２２に極小径粒３２６を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板３２２を除電すればよい（図９（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板３２２に極小径粒３２６を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板３２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板３２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、基板３００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板３２２は帯電させた絶縁性基板を用いる。
【００８８】
または、超音波で基板３００を振動させるなどして極小径粒３２６を基板３００から引き剥がしてもよい。
【００８９】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００９０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００９１】
まず、基板４００上に、モールド４０４により加圧変形される鋳型材料体４０２を形成する（図１０（Ａ））。
【００９２】
基板４００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つ剛性の高い基板を用いればよい。基板４００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００９３】
鋳型材料体４０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド４０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００９４】
モールド４０４は、鋳型材料体４０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００９５】
次に、モールド４０４を用いて鋳型材料体４０２に加圧し、鋳型材料体４０２を変形させて鋳型前駆体４０５を形成する（図１０（Ｂ））。
【００９６】
鋳型前駆体４０５は、モールド４０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００９７】
ここで、好ましくは、鋳型材料体４０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体４０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド４０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体４０５を形成することができる。
【００９８】
なお、鋳型材料体４０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板４００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板４００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体４０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体４０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板４００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００９９】
次に、モールド４０４を引き剥がし、複数の孔４０７が設けられた第１の鋳型４０６を形成する（図１０（Ｃ））。
【０１００】
第１の鋳型４０６は、孔の部分において基板４００が露出していない形状である。
【０１０１】
次に、第１の鋳型４０６を加工して、複数の孔４０７の部分において基板４００が露出した第２の鋳型４０８を形成する（図１０（Ｄ））。
【０１０２】
第２の鋳型４０８は、第１の鋳型４０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型４０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型４０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型４０６をエッチングしてもよい。
【０１０３】
なお、鋳型前駆体４０５の形成時にモールド４０４の凸部を基板４００に接触させることで、鋳型前駆体４０５及び第１の鋳型４０６を経ることなく、第２の鋳型４０８を形成してもよい。
【０１０４】
第２の鋳型４０８では、複数の孔４１１の部分において基板４００が露出されているため、基板４００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板４００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【０１０５】
次に、第２の鋳型４０８をマスクとして用いて基板４００を加工して第４の鋳型４１２を形成してもよい（図１０（Ｅ））。
【０１０６】
ここで、基板４００を加工するには、例えばドライエッチングを用いればよい。ここでのドライエッチングは、基板４００がシリコン基板である場合には、ＳＦ６、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、Ｃｌ２などをエッチングガスとして用いるとよい。または、基板４００が石英基板である場合には、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガス、若しくはＣＨＦ３とＡｒの混合ガスなどをエッチングガスとして用いればよい。ただし、これらに限定されず、他のエッチングガスを用いてもよい。
【０１０７】
なお、ここで、基板４００上に基板保護膜が設けられている場合には、基板４００を加工するのではなく、基板保護膜のみを加工してもよい。
【０１０８】
なお、上記したドライエッチングの後には、有機溶剤などで洗浄を行うとよい。このとき、第２の鋳型４０８が除去される。
【０１０９】
図１１（Ａ）は、基板４００を加工して設けられた、複数の孔４１３を有する第４の鋳型４１２を示す。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一部の拡大図を示す。第４の鋳型４１２は剛性の高い基板４００を加工して形成されている為、第４の鋳型４１２は剛性を有している。したがって、繰り返しの使用に対して優れた耐久性がある鋳型を形成することができる。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【０１１１】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【０１１２】
まず、複数の孔４１３が設けられた第４の鋳型４１２にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第４の鋳型４１２の孔４１３を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第４の鋳型４１２の孔４１３の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第４の鋳型４１２の孔４１３を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体４２８を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒４３０を形成すればよい（図１２（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、例えばアルゴン雰囲気が挙げられる。
【０１１３】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【０１１４】
なお、第４の鋳型４１２を用いる場合には、極小径粒４３０を第４の鋳型４１２から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、実施の形態２及び３と同様に、帯電させた抜き出し用基板４２２に極小径粒４３０を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板４２２を除電すればよい（図１２（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板４２２に極小径粒４３０を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板４２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板４２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、第４の鋳型４１２の形成に用いられる基板４００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板４２２としては帯電させた絶縁性基板を用いる。
【０１１５】
または、超音波で基板４００を振動させるなどして極小径粒４３０を第４の鋳型４１２から引き剥がしてもよい。
【０１１６】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【０１１７】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至４にて説明した極小径粒の作製方法は、二次電池の正極活物質の作製に適用することができる。
【０１１８】
リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ４）などの、リチウム（Ｌｉ）と、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）と、を含むオリビン構造を有するリン酸化合物などが知られている。ＬｉＦｅＰＯ４は、リチウムがすべて引き抜かれたＦｅＰＯ４も安定であるため安全に高容量が実現できる。粒径５０ｎｍ程度まで微細化したＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として使用することにより、充放電速度を劇的に向上させることが可能である。
【０１１９】
このように正極活物質として粒径５０ｎｍ程度まで微細化して用いることにより、従来よりもリチウムの挿入と脱離がはるかに容易な正極を作製することができると考えられる。
【０１２０】
または、リチウムイオン二次電池の正極活物質として、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４またはＬｉ２ＭｎＳｉＯ４を用いてもよい。これらの材料は７００℃以上の高温で焼成するため、粒が粗大化しやすいため、実施の形態１乃至４にて説明した本発明の一態様のいずれかを適用することで粒を粗大化させずして焼成することが可能である。ただし、７００℃以上の高温で焼成するため、第４の鋳型４１２を用いることが好ましい。このとき、基板４００は、石英基板などの高耐熱性基板を用いることが好ましい。または、タングステンまたはモリブデンなどの高融点材料により形成した第３の鋳型３１０を用いてもよい。
【０１２１】
実施の形態１乃至４にて説明した、本発明の一態様である極小径粒の作製方法のいずれかを適用することにより、正極活物質の粒径を５０ｎｍより小さくすることも可能であるため、リチウムの挿入と脱離が更に容易な正極を作製することができる。
【０１２２】
従って、本発明の一態様により、従来よりもリチウムの挿入と脱離が容易な正極活物質を作製することができる。
【０１２３】
なお、実施の形態１乃至４にて説明したように、鋳型を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒の表面に炭素膜を形成してもよい。正極活物質の粒の表面を炭素膜により覆うことで、正極活物質の導電性を高いものとすることができる。
【０１２４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態５に説明した作製方法により得られた正極活物質を用いた蓄電装置としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。リチウムイオン二次電池の概要を図１３に示す。
【０１２５】
図１３に示すリチウムイオン二次電池は、正極５０２、負極５０７、及びセパレータ５１０を外部と隔絶する筐体５２０の中に設置し、筐体５２０中に電解液５１１が充填されている。また、正極５０２と負極５０７の間にセパレータ５１０を有する。
【０１２６】
正極集電体５００に接して正極活物質層５０１が形成されている。本明細書では、正極活物質層５０１と、正極活物質層５０１が形成された正極集電体５００を合わせて正極５０２と呼ぶ。
【０１２７】
一方、負極集電体５０５に接して負極活物質層５０６が形成されている。本明細書では、負極活物質層５０６と、負極活物質層５０６が形成された負極集電体５０５を合わせて負極５０７と呼ぶ。
【０１２８】
正極集電体５００には第１の電極５２１が、負極集電体５０５には第２の電極５２２が接続されており、第１の電極５２１及び第２の電極５２２により、充電や放電が行われる。
【０１２９】
また、正極活物質層５０１及びセパレータ５１０の間と、負極活物質層５０６及びセパレータ５１０の間とは、それぞれは一定間隔をおいて示しているが、これに限定されず、正極活物質層５０１及びセパレータ５１０と、負極活物質層５０６及びセパレータ５１０とは、それぞれが接していても構わない。または、正極５０２及び負極５０７の間にセパレータ５１０を配置した状態で丸めて筒状にしてもよい。
【０１３０】
なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質をいい、活物質には、グルコースを用いた炭素層などを含むものではない。後に説明する塗布法により正極５０２を作製する時には、炭素層が形成された活物質と共に、導電助剤やバインダ、溶媒などの他の材料を混合したものを正極活物質層５０１として正極集電体５００上に形成する。よって、活物質と正極活物質層５０１は区別される。
【０１３１】
正極集電体５００としては、アルミニウム、ステンレスなどの導電性の高い材料を用いることができる。正極集電体５００は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。
【０１３２】
正極活物質としては、例えば、実施の形態５にて例示列挙したものを用いる。実施の形態５にて例示列挙した材料の粒を導電助剤、バインダまたは溶媒に混合させてペースト状に調合する。
【０１３３】
導電助剤は、その材料自身が電子導電体であり、電池装置内で他の物質と化学変化を起こさないものであればよい。導電助剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ（登録商標）などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウムもしくは銀などの金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などを用いればよい。導電助剤とは、活物質粒間のキャリアの伝達を促進する物質をいい、導電助剤は、活物質粒の間に充填されて、導通を確保する働きをする。
【０１３４】
バインダとしては、澱粉、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムもしくはポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂またはゴム弾性を有するポリマーなどがある。
【０１３５】
活物質、導電助剤及びバインダは、それぞれ８０〜９６重量％、２〜１０重量％、２〜１０重量％の割合で、且つ全体で１００重量％になるように混合する。更に、活物質、導電助剤、及びバインダの混合物と同体積程度の有機溶媒を混合して、スラリー状（泥状）に加工する。なお、溶媒としては、Ｎメチル−２ピロリドンや乳酸エステルなどがある。成膜時の活物質と導電助剤の密着性が弱いときにはバインダを多くし、成膜時の活物質の抵抗が高いときには導電助剤を多くするなどして、活物質、導電助剤及びバインダの割合を適宜調整するとよい。
【０１３６】
ここでは、正極集電体５００としてアルミニウム箔を用い、その上にスラリー状に加工した活物質、導電助剤及びバインダの混合物を滴下してキャスト法により薄く広げた後、ロールプレス器で圧延して、厚みを均等にした後、真空乾燥（１０Ｐａ以下）や加熱乾燥（１５０〜２８０℃）により、正極集電体５００上に正極活物質層５０１を形成する。正極活物質層５０１の厚さは、クラックや剥離が生じないことを要し、２０μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。
【０１３７】
負極集電体５０５としては、銅、ステンレス、鉄またはニッケルなどの導電性の高い材料を用いればよい。
【０１３８】
負極活物質層５０６としては、リチウム、アルミニウム、黒鉛、シリコンまたはゲルマニウムなどが用いられる。負極集電体５０５上に、塗布法、スパッタ法または蒸着法などにより負極活物質層５０６を形成してもよい。負極集電体５０５を用いずにそれぞれの負極活物質層５０６を単体で負極として用いてもよい。なお、ゲルマニウムとシリコンは、黒鉛よりも理論上のリチウム吸蔵容量が大きい。吸蔵容量が大きいと小面積でも十分な充放電が可能であり、蓄電装置の小型化が可能である。更には、コストの低減にも繋がる。ただし、シリコンなどはリチウムを吸蔵することにより体積が４倍程度まで膨張するために、材料自身が脆くなる事や爆発する危険性などにも十分に気をつける必要がある。
【０１３９】
電解液５１１は、電荷の輸送を担うイオンであるアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含み、この電荷の輸送を担うイオンが電気伝導を担っている。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、若しくはカリウムイオンが挙げられる。アルカリ土類金属イオンとしては、例えば、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、若しくはバリウムイオンがある。
【０１４０】
電解液５１１は、例えば、溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩またはナトリウム塩と、から構成されている。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどが挙げられる。ナトリウム塩としては、例えば、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４などが挙げられる。
【０１４１】
電解液５１１の溶媒としては、環状カーボネート類（例えば、エチレンカーボネート（以下、ＥＣと略す）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ）など）、非環状カーボネート類（ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）、及びジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）など）、脂肪族カルボン酸エステル類（ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなど）、非環状エーテル類（γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）など）、環状エーテル類（テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなど）、環状スルホン（スルホランなど）、アルキルリン酸エステル（ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルなど）やそのフッ化物があり、これらの一種または二種以上を混合して使用する。
【０１４２】
セパレータ５１０としては、例えば、紙、不織布、ガラス繊維、または、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ビナロンともいう）（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維などを用いればよい。ただし、上記した電解液５１１に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
【０１４３】
より具体的には、セパレータ５１０の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロース、紙、不織布から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて用いることができる。
【０１４４】
上記に示すリチウムイオン二次電池に充電をするには、第１の電極５２１に正極端子、第２の電極５２２に負極端子を接続する。正極５０２からは電子が第１の電極５２１を介して奪われ、第２の電極５２２を通じて負極５０７に移動する。加えて、正極５０２からはリチウムイオンが正極活物質層５０１中の正極活物質から溶出し、セパレータ５１０を通過して負極５０７に達し、負極活物質層５０６内の負極活物質に取り込まれる。当該領域でリチウムイオンと電子が結合して、負極活物質層５０６に吸蔵される。同時に正極活物質層５０１では、正極活物質から電子が放出され、正極活物質に含まれる遷移金属（鉄、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の酸化反応が生じる。
【０１４５】
放電するときには、負極５０７では、負極活物質層５０６がリチウムをイオンとして放出し、第２の電極５２２に電子が送り込まれる。リチウムイオンはセパレータ５１０を通過して、正極活物質層５０１に達し、正極活物質層５０１中の正極活物質に取り込まれる。このとき、負極５０７からの電子も正極５０２に到達し、正極活物質に含まれる遷移金属（鉄、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の遷移金属の還元反応が生じる。
【０１４６】
実施の形態５にて説明した正極活物質の作製方法を適用することにより、正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることができるため、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【０１４７】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態６で説明した蓄電装置の応用例について説明する。
【０１４８】
実施の形態６で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置などの電子機器に用いることができる。または、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、自転車などの電気推進車両に用いることができる。
【０１４９】
図１４（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機６１０は、筐体６１１に表示部６１２が組み込まれている。筐体６１１は、更に操作ボタン６１３、操作ボタン６１７、外部接続ポート６１４、スピーカー６１５及びマイク６１６などを備えている。
【０１５０】
図１４（Ｂ）は、電子書籍用端末の一例を示す。電子書籍用端末６３０は、第１の筐体６３１及び第２の筐体６３３で構成され、これら２つの筐体が軸部６３２により結合されている。第１の筐体６３１及び第２の筐体６３３は、軸部６３２を軸として開閉動作を行うことができる。第１の筐体６３１には第１の表示部６３５が組み込まれ、第２の筐体６３３には第２の表示部６３７が組み込まれている。その他、第２の筐体６３３に、操作ボタン６３９、電源スイッチ６４３及びスピーカー６４１などを備えている。
【０１５１】
図１５は、電動式の車椅子の斜視図の一例を示す。電動式の車椅子７０１は、使用者が座る座部７０３、座部７０３の後方に設けられた背もたれ７０５、座部７０３の前下方に設けられたフットレスト７０７、座部７０３の左右に設けられたアームレスト７０９、背もたれ７０５の上部後方に設けられたハンドル７１１を有する。アームレスト７０９の一方には、車椅子の動作を制御するコントローラ７１３が設けられている。座部７０３の下方のフレーム７１５を介して、座部７０３前下方には一対の前輪７１７が設けられ、座部７０３の後下方には一対の後輪７１９が設けられる。一対の後輪７１９は、モータ、ブレーキ、ギアなどを有する駆動部７２１に接続される。座部７０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段などを有する制御部７２３が設けられている。制御部７２３は、コントローラ７１３及び駆動部７２１と電気的に接続されており、使用者によるコントローラ７１３の操作により、制御部７２３を介して駆動部７２１を駆動させ、電動式の車椅子７０１の前進、後進及び旋回などの動作や、速度を制御する。
【０１５２】
実施の形態６で説明した蓄電装置は、制御部７２３のバッテリーに用いることができる。制御部７２３のバッテリーは、プラグイン技術による外部からの電力の供給により充電をすることができる。
【０１５３】
図１６は、電気自動車の一例を示す。電気自動車７５０には、蓄電装置７５１が搭載されている。蓄電装置７５１の電力は、制御回路７５３により出力が調整され、駆動装置７５７に供給される。制御回路７５３は、コンピュータ７５５によって制御される。
【０１５４】
駆動装置７５７は、電動機（直流電動機若しくは交流電動機）を有し、必要に応じて内燃機関をも搭載し、内燃機関を搭載する場合には電動機と組み合わせて構成される。コンピュータ７５５は、電気自動車７５０の運転者の命令（加速、停止など）や走行時の環境（登坂や下坂など）の情報に基づき、制御回路７５３に制御信号を出力する。制御回路７５３は、コンピュータ７５５の制御信号により、蓄電装置７５１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置７５７の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、直流を交流に変換するインバータも搭載される。
【０１５５】
蓄電装置７５１は、実施の形態６で説明した蓄電装置である。蓄電装置７５１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができる。
【０１５６】
なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。
【０１５７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）に用いた場合の一例を、図１７及び図１８のブロック図を用いて説明する。なお、各ブロック図では、受電装置および給電装置内の構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることは困難であり、一つの構成要素が複数の機能を有することもあり得る。
【０１５８】
はじめに、図１７を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【０１５９】
受電装置８００は、給電装置９００から供給された電力で駆動する電子機器または電気推進車両である。電子機器としては、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、表示装置、コンピュータなどが挙げられる。また、電気推進車両としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等が挙げられる。また、給電装置９００は、受電装置８００に電力を供給する。
【０１６０】
図１７において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０と、を有する。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電装置８０４と、を有する。給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９０１と、信号処理回路９０２と、を有する。
【０１６１】
受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取り、または、給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路８０３は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０４の充電、及び蓄電装置８０４から電源負荷部８１０への電力の供給を制御する。電源負荷部８１０は、蓄電装置８０４から電力を受け取り、受電装置８００を駆動する。電源負荷部８１０としては、モータまたは駆動回路などがあげられるが、これらに限定されない。また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送り、または、受電装置用アンテナ回路８０２からの信号を受け取る。信号処理回路９０２は、給電装置用アンテナ回路９０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路９０１から発信する信号の強度及び発振周波数などを制御することができる。
【０１６２】
実施の形態６の蓄電装置は、ＲＦ給電システムにおける受電装置８００が有する蓄電装置８０４として利用される。
【０１６３】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に比べて蓄電量を増やすことができるため、給電する間隔を長くすることができる。
【０１６４】
または、蓄電量を従来と同じとし、受電装置８００の小型化及び軽量化が可能である。
【０１６５】
次に、図１７とは異なるＲＦ給電システムの例について図１８を用いて説明する。
【０１６６】
図１８において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０と、を有する。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電装置８０４と、整流回路８０５と、変調回路８０６と、電源回路８０７と、を有する。また、給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９０１と、信号処理回路９０２と、整流回路９０３と、変調回路９０４と、復調回路９０５と、発振回路９０６と、を有する。
【０１６７】
受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取り、または給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する。給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路８０５は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号から直流電圧を生成する。信号処理回路８０３は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０４の充電と、蓄電装置８０４から電源回路８０７への電力の供給と、を制御する。電源回路８０７は、蓄電装置８０４が電力を供給するに際して、電圧を電源負荷部８１０に必要な電圧に変換する。変調回路８０６は、受電装置８００から給電装置９００へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【０１６８】
電源回路８０７により、電源負荷部８１０に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部８１０に過電圧が印加されることを防止することが可能であり、受電装置８００の劣化や破壊を低減することができる。
【０１６９】
また、変調回路８０６を有することで、受電装置８００から給電装置９００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置８００の蓄電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置８００から給電装置９００に信号を送信し、給電装置９００から受電装置８００への給電を停止させることができ、蓄電装置８０４の過充電を防止することが可能であり、蓄電装置８０４の充電回数を増加させることができる。
【０１７０】
また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送り、または、受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る。受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送る場合、信号処理回路９０２は、受電装置に送信する信号を生成する。発振回路９０６は、一定の周波数の信号を生成する。変調回路９０４は、信号処理回路９０２が生成した信号と発振回路９０６で生成された一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路９０１に電圧を印加する。そして、給電装置用アンテナ回路９０１から信号が出力される。一方で、受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る場合には、整流回路９０３は、受け取った信号を整流する。復調回路９０５は、整流回路９０３が整流した信号から受電装置８００が給電装置９００に送った信号を抽出する。信号処理回路９０２は復調回路９０５によって抽出された信号を解析する。
【０１７１】
なお、ＲＦ給電を行うことが可能な構成であれば、受電装置８００及び給電装置９００の構成は図１８に示したものに限定されない。例えば、受電装置８００が電磁波を受信して整流回路８０５で直流電圧が生成され、ＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータなどを経て、定電圧が生成される構成であってもよい。このような構成とすることで、過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１７２】
実施の形態６の蓄電装置は、ＲＦ給電システムにおける受電装置８００が有する蓄電装置８０４として利用される。
【０１７３】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に比べて蓄電量を増やすことができるため、給電する間隔を長くすることができる。
【０１７４】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、電源負荷部８１０を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置８００の小型化及び軽量化が可能である。
【０１７５】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用し、受電装置用アンテナ回路８０２と蓄電装置８０４を重ねる場合は、蓄電装置８０４の充放電に伴い形状が変化し、受電装置用アンテナ回路８０２のインピーダンスが変化しないようにすることが好ましい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能性があるためである。例えば、蓄電装置８０４を金属製あるいはセラミックス製の電池パックに装填すればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路８０２と電池パックは数十μｍ以上離間して設けられていることが好ましい。
【０１７６】
また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周波数であればどの帯域を用いてもよい。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でもよいし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でもよいし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でもよいし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【０１７７】
また、信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式またはマイクロ波方式などの様々な種類があるが、本実施の形態では、信号の伝送方式は特に限定されない。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によるエネルギーの損失を抑えるためには、本発明の一態様では、周波数が低い帯域、具体的には、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【０１７８】
１００ 基板
１０２ 鋳型材料体
１０４ モールド
１０５ 鋳型前駆体
１０６ 第１の鋳型
１０７ 孔
１０８ 第２の鋳型
１１０ 第３の鋳型
１１２ 第４の鋳型
１１４ 極小径粒前駆体
１１６ 極小径粒
２００ 基板
２０２ 鋳型材料体
２０４ モールド
２０５ 鋳型前駆体
２０６ 第１の鋳型
２０７ 孔
２０８ 第２の鋳型
２１０ 第３の鋳型
２１１ 孔
２１８ 極小径粒前駆体
２２０ 極小径粒
２２２ 抜き出し用基板
３００ 基板
３０２ 鋳型材料体
３０４ モールド
３０５ 鋳型前駆体
３０６ 第１の鋳型
３０７ 凸部
３０８ 第２の鋳型
３１０ 第３の鋳型
３１１ 孔
３２２ 抜き出し用基板
３２４ 極小径粒前駆体
３２６ 極小径粒
４００ 基板
４０２ 鋳型材料体
４０４ モールド
４０５ 鋳型前駆体
４０６ 第１の鋳型
４０７ 孔
４０８ 第２の鋳型
４１１ 孔
４１２ 第４の鋳型
４１３ 孔
４２２ 抜き出し用基板
４２８ 極小径粒前駆体
４３０ 極小径粒
５００ 正極集電体
５０１ 正極活物質層
５０２ 正極
５０５ 負極集電体
５０６ 負極活物質層
５０７ 負極
５１０ セパレータ
５１１ 電解液
５２０ 筐体
５２１ 第１の電極
５２２ 第２の電極
６１０ 携帯電話機
６１１ 筐体
６１２ 表示部
６１３ 操作ボタン
６１４ 外部接続ポート
６１５ スピーカー
６１６ マイク
６１７ 操作ボタン
６３０ 電子書籍用端末
６３１ 筐体
６３２ 軸部
６３３ 筐体
６３５ 表示部
６３７ 表示部
６３９ 操作ボタン
６４１ スピーカー
６４３ 電源スイッチ
７０１ 電動式の車椅子
７０３ 座部
７０５ 背もたれ
７０７ フットレスト
７０９ アームレスト
７１１ ハンドル
７１３ コントローラ
７１５ フレーム
７１７ 一対の前輪
７１９ 一対の後輪
７２１ 駆動部
７２３ 制御部
７５０ 電気自動車
７５１ 蓄電装置
７５３ 制御回路
７５５ コンピュータ
７５７ 駆動装置
８００ 受電装置
８０１ 受電装置部
８０２ 受電装置用アンテナ回路
８０３ 信号処理回路
８０４ 蓄電装置
８０５ 整流回路
８０６ 変調回路
８０７ 電源回路
８１０ 電源負荷部
９００ 給電装置
９０１ 給電装置用アンテナ回路
９０２ 信号処理回路
９０３ 整流回路
９０４ 変調回路
９０５ 復調回路
９０６ 発振回路
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、極小径粒の作製方法、該極小径粒の作製方法を用いた二次電池の正極活物質の作製方法、該正極活物質を用いた正極とその作製方法、及び該正極活物質を用いた二次電池とその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話などの可搬性の高い電子機器の分野が著しく進歩している。可搬性の高い電子機器に適した蓄電装置として、例えばリチウムイオン二次電池が挙げられる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ４）などの、リチウム（Ｌｉ）と、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）と、を含むオリビン構造を有するリン酸化合物などが知られている。ＬｉＦｅＰＯ４は、リチウムがすべて引き抜かれたＦｅＰＯ４も安定であるため安全に高容量が実現できる。粒径５０ｎｍ程度まで微細化したＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として使用することにより、充放電速度を劇的に向上させることが可能であることが知られている（非特許文献１）。
【０００４】
なお、ＬｉＦｅＰＯ４は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合してゲル状で形成することができることが知られている（非特許文献２）。
【０００５】
一方で、金型を用いて微細なパターンを形成するナノインプリント法という技術が知られている（例えば、特許文献１）。ナノインプリント法を用いることで、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）に１０ｎｍ径の孔を形成することができる。更には、リフトオフにより、６ｎｍ径のパターンを形成することも可能である（非特許文献３及び非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１０８６４９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｂ．Ｋａｎｇ ｅｔ ａｌ．、「Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｆａｓｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ」、Ｎａｔｕｒｅ、２００９年３月１２日、Ｖｏｌ．４５８、ｐ．１９０−１９３
【非特許文献２】Ｆ．Ｃｒｏｃｅ ｅｔ ａｌ．、「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｃｏｎｃｅｐｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ａｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＬｉＦｅＰＯ４ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃａｔｈｏｄｅ」、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２年１月２４日、Ｖｏｌ．５、ｐ．Ａ４７−Ａ５０
【非特許文献３】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．、「Ｓｕｂ−１０ｎｍ ｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１９９７年１１月、Ｖｏｌ．１５、ｐ．２８９７−２９０４
【非特許文献４】Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．、「Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１９９６年１１月、Ｖｏｌ．１４、ｐ．４１２９−４１３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様は、粒径（直径）が小さい粒を複数作製することを課題とする。
【０００９】
本発明の一態様は、粒径（直径）が小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を複数作製することを課題とする。より具体的には、粒径（直径）が５０ｎｍよりも小さいＬｉＦｅＰＯ４粒を複数作製することを課題とする。
【００１０】
なお、本発明の一態様において、複数のＬｉＦｅＰＯ４粒の粒径（直径）は、高い均一性を有することが好ましい。
【００１１】
更には、本発明の一態様は、簡略な工程により作製することをも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、基板上に鋳型となる材料膜を形成し、前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状の材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする極小径粒の作製方法である。
【００１３】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成すればよい。
【００１４】
本発明の一態様は、基板上に鋳型となる材料膜を形成し、前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする正極活物質の作製方法である。
【００１５】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成すればよい。
【００１６】
前記構成の本発明の一態様において、前記鋳型はＰＭＭＡにより形成することができる。
【００１７】
前記構成の本発明の一態様において、前記ゲル状の材料は加熱され、該加熱により炭素膜が極小径粒に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様である正極活物質の作製方法により、正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることができるため、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【００１９】
本発明の一態様により、前記孔の直径を５０ｎｍよりも小さくすることで、従来よりもリチウムの挿入と脱離がはるかに容易な正極を作製することができる。
【００２０】
本発明の一態様である正極活物質の作製方法により、ＬｉＦｅＰＯ４材料の焼結と鋳型の焼失を同時に行うことができ、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を簡略な工程で作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一態様に適用する第１の鋳型の作製方法を説明する図。
【図２】本発明の一態様に適用する第１の鋳型を説明する図。
【図３】本発明の一態様である正極活物質の第１の作製方法を説明する図。
【図４】本発明の一態様に適用する第２の鋳型の作製方法を説明する図。
【図５】本発明の一態様に適用する第２の鋳型を説明する図。
【図６】本発明の一態様である正極活物質の第２の作製方法を説明する図。
【図７】本発明の一態様に適用する第３の鋳型の作製方法を説明する図。
【図８】本発明の一態様に適用する第３の鋳型を説明する図。
【図９】本発明の一態様である正極活物質の第３の作製方法を説明する図。
【図１０】本発明の一態様に適用する第４の鋳型の作製方法を説明する図。
【図１１】本発明の一態様に適用する第４の鋳型を説明する図。
【図１２】本発明の一態様である正極の作製方法を説明する図。
【図１３】本発明の一態様である蓄電装置を説明する図。
【図１４】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１５】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１６】図１３の蓄電装置を搭載した例を説明する図。
【図１７】図１３の蓄電装置に無線給電を行う場合の構成を説明する図。
【図１８】図１３の蓄電装置に無線給電を行う場合の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００２４】
まず、基板１００上に、モールド１０４により加圧変形される鋳型材料体１０２を形成する（図１（Ａ））。
【００２５】
基板１００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板１００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００２６】
鋳型材料体１０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド１０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００２７】
モールド１０４は、鋳型材料体１０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００２８】
次に、モールド１０４を用いて鋳型材料体１０２に加圧し、鋳型材料体１０２を変形させて鋳型前駆体１０５を形成する（図１（Ｂ））。
【００２９】
鋳型前駆体１０５は、モールド１０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００３０】
ここで、好ましくは、鋳型材料体１０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体１０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド１０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体１０５を形成することができる。
【００３１】
なお、鋳型材料体１０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板１００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板１００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体１０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体１０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板１００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００３２】
次に、モールド１０４を引き剥がし、複数の孔１０７が設けられた第１の鋳型１０６を形成する（図１（Ｃ））。
【００３３】
第１の鋳型１０６は、孔１０７の部分において基板１００が露出していない形状である。
【００３４】
図２（Ａ）は、基板１００上に設けられた、複数の孔１０７を有する第１の鋳型１０６を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００３５】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００３６】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００３７】
まず、複数の孔１０７が設けられた第１の鋳型１０６にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このとき、充填する極小径粒材料は、第１の鋳型１０６の孔１０７を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第１の鋳型１０６の孔１０７の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第１の鋳型１０６の孔１０７を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体１１４を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒１１６を形成すればよい（図３（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、アルゴン雰囲気が挙げられる。
【００３８】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００３９】
なお、極小径粒前駆体１１４を加熱する際に、第１の鋳型１０６を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒１１６の表面に炭素膜を形成してもよい。第１の鋳型１０６は加熱により消滅させてもよく、鋳型を消滅させることで極小径粒を取り出しやすくなる。
【００４０】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００４２】
まず、基板２００上に、モールド２０４により加圧変形される鋳型材料体２０２を形成する（図４（Ａ））。
【００４３】
基板２００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板２００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００４４】
鋳型材料体２０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド２０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００４５】
モールド２０４は、鋳型材料体２０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００４６】
次に、モールド２０４を用いて鋳型材料体２０２に加圧し、鋳型材料体２０２を変形させて鋳型前駆体２０５を形成する（図４（Ｂ））。
【００４７】
鋳型前駆体２０５は、モールド２０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００４８】
ここで、好ましくは、鋳型材料体２０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体２０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド２０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体２０５を形成することができる。
【００４９】
なお、鋳型材料体２０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板２００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板２００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体２０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体２０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板２００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００５０】
次に、モールド２０４を引き剥がし、複数の孔２０７が設けられた第１の鋳型２０６を形成する（図４（Ｃ））。
【００５１】
第１の鋳型２０６は、複数の孔２０７の部分において基板２００が露出していない形状である。
【００５２】
次に、第１の鋳型２０６を加工して、孔２１１の部分において基板２００が露出した第２の鋳型２０８を形成する（図４（Ｄ））。
【００５３】
第２の鋳型２０８は、第１の鋳型２０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型２０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型２０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型２０６をエッチングしてもよい。
【００５４】
なお、鋳型前駆体２０５の形成時にモールド２０４の凸部を基板２００に接触させることで、鋳型前駆体２０５及び第１の鋳型２０６を形成する工程を経ることなく、第２の鋳型２０８を形成してもよい。
【００５５】
第２の鋳型２０８では、孔の部分において基板２００が露出されているため、基板２００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板２００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【００５６】
図５（Ａ）は、基板２００上に設けられた、複数の孔２１１を有する第２の鋳型２０８を示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００５７】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００５８】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００５９】
まず、複数の孔が設けられた第２の鋳型２０８にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第２の鋳型２０８の孔２１１を完全に満たす必要はない。充填する極小径粒材料が、第２の鋳型２０８の孔２１１の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第２の鋳型２０８の孔２１１を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体２１８を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒２２０を形成すればよい（図６（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、アルゴン雰囲気が挙げられる。
【００６０】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００６１】
なお、極小径粒前駆体２１８を加熱する際に、第２の鋳型２０８を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒２２０の表面に炭素膜を形成してもよい。第２の鋳型２０８は加熱により消滅させてもよく、鋳型を消滅させることで極小径粒を取り出しやすくなる。
【００６２】
なお、第２の鋳型２０８を用いる場合には、極小径粒２２０を基板２００から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、帯電させた抜き出し用基板２２２に、極小径粒２２０を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板２２２を除電すればよい（図６（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板２２２に極小径粒２２０を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板２２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板２２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、基板２００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板２２２は帯電させた絶縁性基板を用いる。
【００６３】
または、超音波で基板２００を振動させるなどして極小径粒２２０を基板２００から引き剥がしてもよい。
【００６４】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００６６】
まず、基板３００上に、モールド３０４により加圧変形される鋳型材料体３０２を形成する（図７（Ａ））。
【００６７】
基板３００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有していればよい。基板３００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００６８】
鋳型材料体３０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド３０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００６９】
モールド３０４は、鋳型材料体３０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００７０】
次に、モールド３０４を用いて鋳型材料体３０２に加圧し、鋳型材料体３０２を変形させて鋳型前駆体３０５を形成する（図７（Ｂ））。
【００７１】
鋳型前駆体３０５は、モールド３０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００７２】
ここで、好ましくは、鋳型材料体３０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体３０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド３０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体３０５を形成することができる。
【００７３】
なお、鋳型材料体３０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板３００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板３００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体３０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体３０２を形成する前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板３００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００７４】
次に、モールド３０４を引き剥がし、第１の鋳型３０６を形成する（図７（Ｃ））。第１の鋳型３０６は、複数の凸部３０７を有する。
【００７５】
第１の鋳型３０６は、隣接する凸部間において基板３００が露出していない形状である。
【００７６】
次に、第１の鋳型３０６を加工して、孔の部分において基板３００が露出した第２の鋳型３０８を形成する（図７（Ｄ））。
【００７７】
第２の鋳型３０８は、第１の鋳型３０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型３０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型３０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型３０６をエッチングしてもよい。
【００７８】
なお、鋳型前駆体３０５の形成時にモールド３０４の凸部を基板３００に接触させることで、鋳型前駆体３０５及び第１の鋳型３０６を経ることなく、第２の鋳型３０８を形成してもよい。
【００７９】
第２の鋳型３０８では、基板３００が露出されている部分があるため、基板３００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板３００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【００８０】
次に、第２の鋳型３０８上に膜を形成し、リフトオフを行うことで、複数の孔３１１を有する第３の鋳型３１０を形成する（図７（Ｅ））。
【００８１】
第３の鋳型３１０は、例えばアルミニウムにより形成すればよい。すなわち、第２の鋳型３０８上にアルミニウム膜をスパッタリング法などにより形成し、リフトオフを行うことで、第３の鋳型３１０をアルミニウムにより形成することができる。ここで、第３の鋳型３１０を形成する材料はアルミニウムに限定されないが、剛性の高い材料であることが好ましい。第３の鋳型３１０をアルミニウムなどの剛性の高い材料を用いて形成することで、鋳型に剛性を持たせることができ、繰り返しの使用に対して優れた耐久性がある鋳型を形成することができる。
【００８２】
図８（Ａ）は、基板３００上に設けられた、複数の孔３１１を有する第３の鋳型３１０を示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の一部の拡大図を示す。
【００８３】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【００８４】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【００８５】
まず、複数の孔３１１が設けられた第３の鋳型３１０にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第３の鋳型３１０の孔３１１を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第３の鋳型３１０の孔３１１の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第３の鋳型３１０の孔３１１を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体３２４を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒３２６を形成すればよい（図９（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、例えばアルゴン雰囲気が挙げられる。
【００８６】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【００８７】
なお、第３の鋳型３１０を用いる場合には、極小径粒３２６を基板３００から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、実施の形態２の場合と同様に、帯電させた抜き出し用基板３２２に極小径粒３２６を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板３２２を除電すればよい（図９（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板３２２に極小径粒３２６を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板３２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板３２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、基板３００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板３２２は帯電させた絶縁性基板を用いる。
【００８８】
または、超音波で基板３００を振動させるなどして極小径粒３２６を基板３００から引き剥がしてもよい。
【００８９】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【００９０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様である極小径粒の作製方法について説明する。
【００９１】
まず、基板４００上に、モールド４０４により加圧変形される鋳型材料体４０２を形成する（図１０（Ａ））。
【００９２】
基板４００は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つ剛性の高い基板を用いればよい。基板４００として、例えば、シリコン基板、ガラス基板、アルミナ基板、石英基板またはステンレス基板などが挙げられる。または、これらの基板に保護膜を設けた基板を用いてもよい。
【００９３】
鋳型材料体４０２は、後の様々な処理に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を有し、且つモールド４０４により変形させることが可能な材料により形成すればよい。このような材料として、例えばＰＭＭＡが挙げられる。
【００９４】
モールド４０４は、鋳型材料体４０２を変形させることができる材料により構成されていればよく、特定のものに限定されない。例えば、シリコン基板上に酸化シリコンからなる微小な突起が形成されているものを用いればよい。ここで、微小な突起の直径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよく、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
【００９５】
次に、モールド４０４を用いて鋳型材料体４０２に加圧し、鋳型材料体４０２を変形させて鋳型前駆体４０５を形成する（図１０（Ｂ））。
【００９６】
鋳型前駆体４０５は、モールド４０４により変形させることができる材料により構成されていればよい。
【００９７】
ここで、好ましくは、鋳型材料体４０２を加熱するなどして液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）として加圧を行う。例えば、鋳型材料体４０２がＰＭＭＡにより形成されている場合には、ＰＭＭＡのガラス転移温度Ｔｇ（１０５℃）以上まで加熱してモールド４０４により加圧し、Ｔｇ以下まで冷却することで鋳型前駆体４０５を形成することができる。
【００９８】
なお、鋳型材料体４０２を液体などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）にして加圧を行う場合には、基板４００の外周に囲いが設けられていることが好ましい。基板４００の外周に囲いが設けられている場合には、液状などの変形しやすい状態（流動性が高い状態）としても鋳型材料体４０２が流れ出ることがない。ここで、外周に設ける囲いは、鋳型材料体４０２を形成にする前に、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を基板４００上に形成して、フォトリソグラフィ法により加工することで設ければよい。
【００９９】
次に、モールド４０４を引き剥がし、複数の孔４０７が設けられた第１の鋳型４０６を形成する（図１０（Ｃ））。
【０１００】
第１の鋳型４０６は、孔の部分において基板４００が露出していない形状である。
【０１０１】
次に、第１の鋳型４０６を加工して、複数の孔４０７の部分において基板４００が露出した第２の鋳型４０８を形成する（図１０（Ｄ））。
【０１０２】
第２の鋳型４０８は、第１の鋳型４０６を加工し、または縮小させることで、形成する。例えば、第１の鋳型４０６がＰＭＭＡにより形成されている場合には、第１の鋳型４０６を酸素プラズマに曝してもよいし、酸素を含むエッチングガスを用いて第１の鋳型４０６をエッチングしてもよい。
【０１０３】
なお、鋳型前駆体４０５の形成時にモールド４０４の凸部を基板４００に接触させることで、鋳型前駆体４０５及び第１の鋳型４０６を経ることなく、第２の鋳型４０８を形成してもよい。
【０１０４】
第２の鋳型４０８では、複数の孔４１１の部分において基板４００が露出されているため、基板４００がアルカリ金属を含むガラス基板である場合には、基板４００には基板保護膜が設けられていることが好ましい。基板保護膜は、例えば、ＣＶＤ法などを用いて、窒化シリコンまたは酸化シリコンなどにより形成すればよい。
【０１０５】
次に、第２の鋳型４０８をマスクとして用いて基板４００を加工して第４の鋳型４１２を形成してもよい（図１０（Ｅ））。
【０１０６】
ここで、基板４００を加工するには、例えばドライエッチングを用いればよい。ここでのドライエッチングは、基板４００がシリコン基板である場合には、ＳＦ６、ＣＦ４とＯ２の混合ガス、Ｃｌ２などをエッチングガスとして用いるとよい。または、基板４００が石英基板である場合には、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガス、若しくはＣＨＦ３とＡｒの混合ガスなどをエッチングガスとして用いればよい。ただし、これらに限定されず、他のエッチングガスを用いてもよい。
【０１０７】
なお、ここで、基板４００上に基板保護膜が設けられている場合には、基板４００を加工するのではなく、基板保護膜のみを加工してもよい。
【０１０８】
なお、上記したドライエッチングの後には、有機溶剤などで洗浄を行うとよい。このとき、第２の鋳型４０８が除去される。
【０１０９】
図１１（Ａ）は、基板４００を加工して設けられた、複数の孔４１３を有する第４の鋳型４１２を示す。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一部の拡大図を示す。第４の鋳型４１２は剛性の高い基板４００を加工して形成されている為、第４の鋳型４１２は剛性を有している。したがって、繰り返しの使用に対して優れた耐久性がある鋳型を形成することができる。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の一態様である極小径粒の作製方法に用いる鋳型を作製することができる。このように形成した孔は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよく、上記説明した鋳型のいずれかを用いることで、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の極小径粒を作製することができる。なお、極小径粒は、５０ｎｍよりも大きくすることも可能である。例えば、孔を５０ｎｍ以上１μｍ以下として形成してもよく、このとき極小径粒は、５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。
【０１１１】
次に、上記説明した鋳型を用いて極小径粒を形成する方法について説明する。
【０１１２】
まず、複数の孔４１３が設けられた第４の鋳型４１２にゲル状の極小径粒材料を充填すればよい。このときも、充填する極小径粒材料は、第４の鋳型４１２の孔４１３を完全に満たす必要はない。充填する材料が、第４の鋳型４１２の孔４１３の８割程度を満たすことが好ましい。その後、第４の鋳型４１２の孔４１３を充填するゲル状の極小径粒材料からなる極小径粒前駆体４２８を不活性雰囲気中で加熱するなどして、所望の極小径粒４３０を形成すればよい（図１２（Ａ）及び（Ｂ））。ここで、不活性雰囲気としては、例えば、窒素雰囲気または希ガス雰囲気が挙げられる。希ガス雰囲気としては、例えばアルゴン雰囲気が挙げられる。
【０１１３】
ここで、ゲル状の極小径粒材料は、ＬｉＯＨと、Ｆｅ（ＮＯ３）３と、Ｈ３ＰＯ４と、アスコルビン酸と、を混合して形成することができるが、これに限定されない。
【０１１４】
なお、第４の鋳型４１２を用いる場合には、極小径粒４３０を第４の鋳型４１２から引き剥がすことが困難な場合がある。このような場合には、実施の形態２及び３と同様に、帯電させた抜き出し用基板４２２に極小径粒４３０を静電気力により吸着させ、その後抜き出し用基板４２２を除電すればよい（図１２（Ｃ））。このように、帯電させた抜き出し用基板４２２に極小径粒４３０を静電気力により吸着させ、抜き出し用基板４２２を除電する方法を用いる場合には、抜き出し用基板４２２として絶縁性基板を用いればよい。なお、このとき、好ましくは、第４の鋳型４１２の形成に用いられる基板４００としては導電性基板を用い、抜き出し用基板４２２としては帯電させた絶縁性基板を用いる。
【０１１５】
または、超音波で基板４００を振動させるなどして極小径粒４３０を第４の鋳型４１２から引き剥がしてもよい。
【０１１６】
以上説明したように、複数の極小径粒を形成することができる。このように作製した複数の極小径粒の直径は、小さくすることができる。極小径粒の直径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるとよいが、５０ｎｍよりも大きくすることも可能であり、極小径粒の直径は、例えば５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。そして、鋳型に形成される複数の孔は、同一の工程で同時に形成されるため、簡略な工程で作製することができる。更には、このように形成した孔の径は、均一性が高いため、作製される複数の極小径粒の径は均一性が高いものとなる。
【０１１７】
（実施の形態５）
実施の形態１乃至４にて説明した極小径粒の作製方法は、二次電池の正極活物質の作製に適用することができる。
【０１１８】
リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏＰＯ４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ４）などの、リチウム（Ｌｉ）と、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）と、を含むオリビン構造を有するリン酸化合物などが知られている。ＬｉＦｅＰＯ４は、リチウムがすべて引き抜かれたＦｅＰＯ４も安定であるため安全に高容量が実現できる。粒径５０ｎｍ程度まで微細化したＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として使用することにより、充放電速度を劇的に向上させることが可能である。
【０１１９】
このように正極活物質として粒径５０ｎｍ程度まで微細化して用いることにより、従来よりもリチウムの挿入と脱離がはるかに容易な正極を作製することができると考えられる。
【０１２０】
または、リチウムイオン二次電池の正極活物質として、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４またはＬｉ２ＭｎＳｉＯ４を用いてもよい。これらの材料は７００℃以上の高温で焼成するため、粒が粗大化しやすいため、実施の形態１乃至４にて説明した本発明の一態様のいずれかを適用することで粒を粗大化させずして焼成することが可能である。ただし、７００℃以上の高温で焼成するため、第４の鋳型４１２を用いることが好ましい。このとき、基板４００は、石英基板などの高耐熱性基板を用いることが好ましい。または、タングステンまたはモリブデンなどの高融点材料により形成した第３の鋳型３１０を用いてもよい。
【０１２１】
実施の形態１乃至４にて説明した、本発明の一態様である極小径粒の作製方法のいずれかを適用することにより、正極活物質の粒径を５０ｎｍより小さくすることも可能であるため、リチウムの挿入と脱離が更に容易な正極を作製することができる。
【０１２２】
従って、本発明の一態様により、従来よりもリチウムの挿入と脱離が容易な正極活物質を作製することができる。
【０１２３】
なお、実施の形態１乃至４にて説明したように、鋳型を形成する材料を炭素供給源として、極小径粒の表面に炭素膜を形成してもよい。正極活物質の粒の表面を炭素膜により覆うことで、正極活物質の導電性を高いものとすることができる。
【０１２４】
（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態５に説明した作製方法により得られた正極活物質を用いた蓄電装置としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。リチウムイオン二次電池の概要を図１３に示す。
【０１２５】
図１３に示すリチウムイオン二次電池は、正極５０２、負極５０７、及びセパレータ５１０を外部と隔絶する筐体５２０の中に設置し、筐体５２０中に電解液５１１が充填されている。また、正極５０２と負極５０７の間にセパレータ５１０を有する。
【０１２６】
正極集電体５００に接して正極活物質層５０１が形成されている。本明細書では、正極活物質層５０１と、正極活物質層５０１が形成された正極集電体５００を合わせて正極５０２と呼ぶ。
【０１２７】
一方、負極集電体５０５に接して負極活物質層５０６が形成されている。本明細書では、負極活物質層５０６と、負極活物質層５０６が形成された負極集電体５０５を合わせて負極５０７と呼ぶ。
【０１２８】
正極集電体５００には第１の電極５２１が、負極集電体５０５には第２の電極５２２が接続されており、第１の電極５２１及び第２の電極５２２により、充電や放電が行われる。
【０１２９】
また、正極活物質層５０１及びセパレータ５１０の間と、負極活物質層５０６及びセパレータ５１０の間とは、それぞれは一定間隔をおいて示しているが、これに限定されず、正極活物質層５０１及びセパレータ５１０と、負極活物質層５０６及びセパレータ５１０とは、それぞれが接していても構わない。または、正極５０２及び負極５０７の間にセパレータ５１０を配置した状態で丸めて筒状にしてもよい。
【０１３０】
なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質をいい、活物質には、グルコースを用いた炭素層などを含むものではない。後に説明する塗布法により正極５０２を作製する時には、炭素層が形成された活物質と共に、導電助剤やバインダ、溶媒などの他の材料を混合したものを正極活物質層５０１として正極集電体５００上に形成する。よって、活物質と正極活物質層５０１は区別される。
【０１３１】
正極集電体５００としては、アルミニウム、ステンレスなどの導電性の高い材料を用いることができる。正極集電体５００は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。
【０１３２】
正極活物質としては、例えば、実施の形態５にて例示列挙したものを用いる。実施の形態５にて例示列挙した材料の粒を導電助剤、バインダまたは溶媒に混合させてペースト状に調合する。
【０１３３】
導電助剤は、その材料自身が電子導電体であり、電池装置内で他の物質と化学変化を起こさないものであればよい。導電助剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ（登録商標）などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウムもしくは銀などの金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などを用いればよい。導電助剤とは、活物質粒間のキャリアの伝達を促進する物質をいい、導電助剤は、活物質粒の間に充填されて、導通を確保する働きをする。
【０１３４】
バインダとしては、澱粉、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＰＤＭ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴムもしくはポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂またはゴム弾性を有するポリマーなどがある。
【０１３５】
活物質、導電助剤及びバインダは、それぞれ８０〜９６重量％、２〜１０重量％、２〜１０重量％の割合で、且つ全体で１００重量％になるように混合する。更に、活物質、導電助剤、及びバインダの混合物と同体積程度の有機溶媒を混合して、スラリー状（泥状）に加工する。なお、溶媒としては、Ｎメチル−２ピロリドンや乳酸エステルなどがある。成膜時の活物質と導電助剤の密着性が弱いときにはバインダを多くし、成膜時の活物質の抵抗が高いときには導電助剤を多くするなどして、活物質、導電助剤及びバインダの割合を適宜調整するとよい。
【０１３６】
ここでは、正極集電体５００としてアルミニウム箔を用い、その上にスラリー状に加工した活物質、導電助剤及びバインダの混合物を滴下してキャスト法により薄く広げた後、ロールプレス器で圧延して、厚みを均等にした後、真空乾燥（１０Ｐａ以下）や加熱乾燥（１５０〜２８０℃）により、正極集電体５００上に正極活物質層５０１を形成する。正極活物質層５０１の厚さは、クラックや剥離が生じないことを要し、２０μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。
【０１３７】
負極集電体５０５としては、銅、ステンレス、鉄またはニッケルなどの導電性の高い材料を用いればよい。
【０１３８】
負極活物質層５０６としては、リチウム、アルミニウム、黒鉛、シリコンまたはゲルマニウムなどが用いられる。負極集電体５０５上に、塗布法、スパッタ法または蒸着法などにより負極活物質層５０６を形成してもよい。負極集電体５０５を用いずにそれぞれの負極活物質層５０６を単体で負極として用いてもよい。なお、ゲルマニウムとシリコンは、黒鉛よりも理論上のリチウム吸蔵容量が大きい。吸蔵容量が大きいと小面積でも十分な充放電が可能であり、蓄電装置の小型化が可能である。更には、コストの低減にも繋がる。ただし、シリコンなどはリチウムを吸蔵することにより体積が４倍程度まで膨張するために、材料自身が脆くなる事や爆発する危険性などにも十分に気をつける必要がある。
【０１３９】
電解液５１１は、電荷の輸送を担うイオンであるアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含み、この電荷の輸送を担うイオンが電気伝導を担っている。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、若しくはカリウムイオンが挙げられる。アルカリ土類金属イオンとしては、例えば、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、若しくはバリウムイオンがある。
【０１４０】
電解液５１１は、例えば、溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩またはナトリウム塩と、から構成されている。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどが挙げられる。ナトリウム塩としては、例えば、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４などが挙げられる。
【０１４１】
電解液５１１の溶媒としては、環状カーボネート類（例えば、エチレンカーボネート（以下、ＥＣと略す）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ）など）、非環状カーボネート類（ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）、及びジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）など）、脂肪族カルボン酸エステル類（ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなど）、非環状エーテル類（γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）など）、環状エーテル類（テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなど）、環状スルホン（スルホランなど）、アルキルリン酸エステル（ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルなど）やそのフッ化物があり、これらの一種または二種以上を混合して使用する。
【０１４２】
セパレータ５１０としては、例えば、紙、不織布、ガラス繊維、または、ナイロン（ポリアミド）、ビニロン（ビナロンともいう）（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維などを用いればよい。ただし、上記した電解液５１１に溶解しない材料を選ぶ必要がある。
【０１４３】
より具体的には、セパレータ５１０の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロース、紙、不織布から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて用いることができる。
【０１４４】
上記に示すリチウムイオン二次電池に充電をするには、第１の電極５２１に正極端子、第２の電極５２２に負極端子を接続する。正極５０２からは電子が第１の電極５２１を介して奪われ、第２の電極５２２を通じて負極５０７に移動する。加えて、正極５０２からはリチウムイオンが正極活物質層５０１中の正極活物質から溶出し、セパレータ５１０を通過して負極５０７に達し、負極活物質層５０６内の負極活物質に取り込まれる。当該領域でリチウムイオンと電子が結合して、負極活物質層５０６に吸蔵される。同時に正極活物質層５０１では、正極活物質から電子が放出され、正極活物質に含まれる遷移金属（鉄、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の酸化反応が生じる。
【０１４５】
放電するときには、負極５０７では、負極活物質層５０６がリチウムをイオンとして放出し、第２の電極５２２に電子が送り込まれる。リチウムイオンはセパレータ５１０を通過して、正極活物質層５０１に達し、正極活物質層５０１中の正極活物質に取り込まれる。このとき、負極５０７からの電子も正極５０２に到達し、正極活物質に含まれる遷移金属（鉄、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の遷移金属の還元反応が生じる。
【０１４６】
実施の形態５にて説明した正極活物質の作製方法を適用することにより、正極活物質の粒径を従来よりも小さくすることができるため、リチウムの挿入と脱離が容易な正極を作製することができる。
【０１４７】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態６で説明した蓄電装置の応用例について説明する。
【０１４８】
実施の形態６で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置などの電子機器に用いることができる。または、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、自転車などの電気推進車両に用いることができる。
【０１４９】
図１４（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機６１０は、筐体６１１に表示部６１２が組み込まれている。筐体６１１は、更に操作ボタン６１３、操作ボタン６１７、外部接続ポート６１４、スピーカー６１５及びマイク６１６などを備えている。
【０１５０】
図１４（Ｂ）は、電子書籍用端末の一例を示す。電子書籍用端末６３０は、第１の筐体６３１及び第２の筐体６３３で構成され、これら２つの筐体が軸部６３２により結合されている。第１の筐体６３１及び第２の筐体６３３は、軸部６３２を軸として開閉動作を行うことができる。第１の筐体６３１には第１の表示部６３５が組み込まれ、第２の筐体６３３には第２の表示部６３７が組み込まれている。その他、第２の筐体６３３に、操作ボタン６３９、電源スイッチ６４３及びスピーカー６４１などを備えている。
【０１５１】
図１５は、電動式の車椅子の斜視図の一例を示す。電動式の車椅子７０１は、使用者が座る座部７０３、座部７０３の後方に設けられた背もたれ７０５、座部７０３の前下方に設けられたフットレスト７０７、座部７０３の左右に設けられたアームレスト７０９、背もたれ７０５の上部後方に設けられたハンドル７１１を有する。アームレスト７０９の一方には、車椅子の動作を制御するコントローラ７１３が設けられている。座部７０３の下方のフレーム７１５を介して、座部７０３前下方には一対の前輪７１７が設けられ、座部７０３の後下方には一対の後輪７１９が設けられる。一対の後輪７１９は、モータ、ブレーキ、ギアなどを有する駆動部７２１に接続される。座部７０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段などを有する制御部７２３が設けられている。制御部７２３は、コントローラ７１３及び駆動部７２１と電気的に接続されており、使用者によるコントローラ７１３の操作により、制御部７２３を介して駆動部７２１を駆動させ、電動式の車椅子７０１の前進、後進及び旋回などの動作や、速度を制御する。
【０１５２】
実施の形態６で説明した蓄電装置は、制御部７２３のバッテリーに用いることができる。制御部７２３のバッテリーは、プラグイン技術による外部からの電力の供給により充電をすることができる。
【０１５３】
図１６は、電気自動車の一例を示す。電気自動車７５０には、蓄電装置７５１が搭載されている。蓄電装置７５１の電力は、制御回路７５３により出力が調整され、駆動装置７５７に供給される。制御回路７５３は、コンピュータ７５５によって制御される。
【０１５４】
駆動装置７５７は、電動機（直流電動機若しくは交流電動機）を有し、必要に応じて内燃機関をも搭載し、内燃機関を搭載する場合には電動機と組み合わせて構成される。コンピュータ７５５は、電気自動車７５０の運転者の命令（加速、停止など）や走行時の環境（登坂や下坂など）の情報に基づき、制御回路７５３に制御信号を出力する。制御回路７５３は、コンピュータ７５５の制御信号により、蓄電装置７５１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置７５７の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、直流を交流に変換するインバータも搭載される。
【０１５５】
蓄電装置７５１は、実施の形態６で説明した蓄電装置である。蓄電装置７５１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができる。
【０１５６】
なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。
【０１５７】
（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）に用いた場合の一例を、図１７及び図１８のブロック図を用いて説明する。なお、各ブロック図では、受電装置および給電装置内の構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることは困難であり、一つの構成要素が複数の機能を有することもあり得る。
【０１５８】
はじめに、図１７を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【０１５９】
受電装置８００は、給電装置９００から供給された電力で駆動する電子機器または電気推進車両である。電子機器としては、デジタルカメラやビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、表示装置、コンピュータなどが挙げられる。また、電気推進車両としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等が挙げられる。また、給電装置９００は、受電装置８００に電力を供給する。
【０１６０】
図１７において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０と、を有する。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電装置８０４と、を有する。給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９０１と、信号処理回路９０２と、を有する。
【０１６１】
受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取り、または、給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路８０３は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０４の充電、及び蓄電装置８０４から電源負荷部８１０への電力の供給を制御する。電源負荷部８１０は、蓄電装置８０４から電力を受け取り、受電装置８００を駆動する。電源負荷部８１０としては、モータまたは駆動回路などがあげられるが、これらに限定されない。また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送り、または、受電装置用アンテナ回路８０２からの信号を受け取る。信号処理回路９０２は、給電装置用アンテナ回路９０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路９０１から発信する信号の強度及び発振周波数などを制御することができる。
【０１６２】
実施の形態６の蓄電装置は、ＲＦ給電システムにおける受電装置８００が有する蓄電装置８０４として利用される。
【０１６３】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に比べて蓄電量を増やすことができるため、給電する間隔を長くすることができる。
【０１６４】
または、蓄電量を従来と同じとし、受電装置８００の小型化及び軽量化が可能である。
【０１６５】
次に、図１７とは異なるＲＦ給電システムの例について図１８を用いて説明する。
【０１６６】
図１８において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０と、を有する。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電装置８０４と、整流回路８０５と、変調回路８０６と、電源回路８０７と、を有する。また、給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９０１と、信号処理回路９０２と、整流回路９０３と、変調回路９０４と、復調回路９０５と、発振回路９０６と、を有する。
【０１６７】
受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取り、または給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する。給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路８０５は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号から直流電圧を生成する。信号処理回路８０３は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０４の充電と、蓄電装置８０４から電源回路８０７への電力の供給と、を制御する。電源回路８０７は、蓄電装置８０４が電力を供給するに際して、電圧を電源負荷部８１０に必要な電圧に変換する。変調回路８０６は、受電装置８００から給電装置９００へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【０１６８】
電源回路８０７により、電源負荷部８１０に供給する電力を制御することができる。このため、電源負荷部８１０に過電圧が印加されることを防止することが可能であり、受電装置８００の劣化や破壊を低減することができる。
【０１６９】
また、変調回路８０６を有することで、受電装置８００から給電装置９００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置８００の蓄電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置８００から給電装置９００に信号を送信し、給電装置９００から受電装置８００への給電を停止させることができ、蓄電装置８０４の過充電を防止することが可能であり、蓄電装置８０４の充電回数を増加させることができる。
【０１７０】
また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送り、または、受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る。受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送る場合、信号処理回路９０２は、受電装置に送信する信号を生成する。発振回路９０６は、一定の周波数の信号を生成する。変調回路９０４は、信号処理回路９０２が生成した信号と発振回路９０６で生成された一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路９０１に電圧を印加する。そして、給電装置用アンテナ回路９０１から信号が出力される。一方で、受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る場合には、整流回路９０３は、受け取った信号を整流する。復調回路９０５は、整流回路９０３が整流した信号から受電装置８００が給電装置９００に送った信号を抽出する。信号処理回路９０２は復調回路９０５によって抽出された信号を解析する。
【０１７１】
なお、ＲＦ給電を行うことが可能な構成であれば、受電装置８００及び給電装置９００の構成は図１８に示したものに限定されない。例えば、受電装置８００が電磁波を受信して整流回路８０５で直流電圧が生成され、ＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータなどを経て、定電圧が生成される構成であってもよい。このような構成とすることで、過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１７２】
実施の形態６の蓄電装置は、ＲＦ給電システムにおける受電装置８００が有する蓄電装置８０４として利用される。
【０１７３】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に比べて蓄電量を増やすことができるため、給電する間隔を長くすることができる。
【０１７４】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用することで、電源負荷部８１０を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置８００の小型化及び軽量化が可能である。
【０１７５】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様である蓄電装置を利用し、受電装置用アンテナ回路８０２と蓄電装置８０４を重ねる場合は、蓄電装置８０４の充放電に伴い形状が変化し、受電装置用アンテナ回路８０２のインピーダンスが変化しないようにすることが好ましい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能性があるためである。例えば、蓄電装置８０４を金属製あるいはセラミックス製の電池パックに装填すればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路８０２と電池パックは数十μｍ以上離間して設けられていることが好ましい。
【０１７６】
また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周波数であればどの帯域を用いてもよい。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でもよいし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でもよいし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でもよいし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【０１７７】
また、信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式またはマイクロ波方式などの様々な種類があるが、本実施の形態では、信号の伝送方式は特に限定されない。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によるエネルギーの損失を抑えるためには、本発明の一態様では、周波数が低い帯域、具体的には、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【０１７８】
１００ 基板
１０２ 鋳型材料体
１０４ モールド
１０５ 鋳型前駆体
１０６ 第１の鋳型
１０７ 孔
１０８ 第２の鋳型
１１０ 第３の鋳型
１１２ 第４の鋳型
１１４ 極小径粒前駆体
１１６ 極小径粒
２００ 基板
２０２ 鋳型材料体
２０４ モールド
２０５ 鋳型前駆体
２０６ 第１の鋳型
２０７ 孔
２０８ 第２の鋳型
２１０ 第３の鋳型
２１１ 孔
２１８ 極小径粒前駆体
２２０ 極小径粒
２２２ 抜き出し用基板
３００ 基板
３０２ 鋳型材料体
３０４ モールド
３０５ 鋳型前駆体
３０６ 第１の鋳型
３０７ 凸部
３０８ 第２の鋳型
３１０ 第３の鋳型
３１１ 孔
３２２ 抜き出し用基板
３２４ 極小径粒前駆体
３２６ 極小径粒
４００ 基板
４０２ 鋳型材料体
４０４ モールド
４０５ 鋳型前駆体
４０６ 第１の鋳型
４０７ 孔
４０８ 第２の鋳型
４１１ 孔
４１２ 第４の鋳型
４１３ 孔
４２２ 抜き出し用基板
４２８ 極小径粒前駆体
４３０ 極小径粒
５００ 正極集電体
５０１ 正極活物質層
５０２ 正極
５０５ 負極集電体
５０６ 負極活物質層
５０７ 負極
５１０ セパレータ
５１１ 電解液
５２０ 筐体
５２１ 第１の電極
５２２ 第２の電極
６１０ 携帯電話機
６１１ 筐体
６１２ 表示部
６１３ 操作ボタン
６１４ 外部接続ポート
６１５ スピーカー
６１６ マイク
６１７ 操作ボタン
６３０ 電子書籍用端末
６３１ 筐体
６３２ 軸部
６３３ 筐体
６３５ 表示部
６３７ 表示部
６３９ 操作ボタン
６４１ スピーカー
６４３ 電源スイッチ
７０１ 電動式の車椅子
７０３ 座部
７０５ 背もたれ
７０７ フットレスト
７０９ アームレスト
７１１ ハンドル
７１３ コントローラ
７１５ フレーム
７１７ 一対の前輪
７１９ 一対の後輪
７２１ 駆動部
７２３ 制御部
７５０ 電気自動車
７５１ 蓄電装置
７５３ 制御回路
７５５ コンピュータ
７５７ 駆動装置
８００ 受電装置
８０１ 受電装置部
８０２ 受電装置用アンテナ回路
８０３ 信号処理回路
８０４ 蓄電装置
８０５ 整流回路
８０６ 変調回路
８０７ 電源回路
８１０ 電源負荷部
９００ 給電装置
９０１ 給電装置用アンテナ回路
９０２ 信号処理回路
９０３ 整流回路
９０４ 変調回路
９０５ 復調回路
９０６ 発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に鋳型となる材料膜を形成し、
前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、
該鋳型にゲル状の材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする極小径粒の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成することを特徴とする極小径粒の作製方法。
【請求項３】
基板上に鋳型となる材料膜を形成し、
前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、
該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成することを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記鋳型はＰＭＭＡにより形成されていることを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一において、
前記ゲル状の材料は加熱され、
該加熱により炭素膜が形成されることを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか一に記載の方法により作製した正極。
【請求項８】
請求項７に記載した正極を搭載した二次電池。
【請求項１】
基板上に鋳型となる材料膜を形成し、
前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、
該鋳型にゲル状の材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする極小径粒の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成することを特徴とする極小径粒の作製方法。
【請求項３】
基板上に鋳型となる材料膜を形成し、
前記鋳型となる材料膜に対して、孔を形成して鋳型を作製し、
該鋳型にゲル状のＬｉＦｅＰＯ４材料を充填することで、前記ゲル状の材料により形成される極小径粒を作製することを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記鋳型となる材料膜に対して形成する孔は、ナノインプリント法により形成することを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記鋳型はＰＭＭＡにより形成されていることを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一において、
前記ゲル状の材料は加熱され、
該加熱により炭素膜が形成されることを特徴とする正極活物質の作製方法。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか一に記載の方法により作製した正極。
【請求項８】
請求項７に記載した正極を搭載した二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−３０２２０（Ｐ２０１２−３０２２０Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４３０３（Ｐ２０１１−１４４３０３）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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