蓄電装置及びその作製方法
【課題】放電容量を高めることが可能な蓄電装置及びその作製方法を提供する。
【解決手段】集電体上に、金属元素を分散させ、該金属元素が分散された集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて加熱する低圧化学蒸着法により、ウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法である。活物質層中にウィスカーを含むことで、活物質層の表面積が増大するため、蓄電装置の放電容量を高めることができる。
【解決手段】集電体上に、金属元素を分散させ、該金属元素が分散された集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて加熱する低圧化学蒸着法により、ウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法である。活物質層中にウィスカーを含むことで、活物質層の表面積が増大するため、蓄電装置の放電容量を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池など、蓄電装置の開発が行われている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の一表面に活物質を形成することにより作製される。活物質としては、例えば、炭素やシリコンなどの、キャリアとなるイオンの貯蔵及び放出が可能な材料が用いられる。特に、シリコン、または、リンがドープされたシリコンは、炭素に比べ理論容量が大きく、これらの材料を活物質として用いることは、蓄電装置の大容量化という点において好ましい（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１０３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリコンを負極活物質に用いても、現実的には、理論容量ほど高い放電容量を得ることは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の一態様では、放電容量を高めることが可能な蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態は、集電体上に、金属元素を分散させ、該金属元素が分散された集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて加熱する低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法である。
【０００９】
上記において、低圧化学蒸着法は、５８０℃より高い温度で行うことが好ましい。また、シリコンを含む堆積性ガスとして、水素化シリコン、フッ化シリコン、または塩化シリコンを用いることが好ましい。
【００１０】
上記において、基板上に集電体を、スパッタリング法または化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。また、集電体は、箔状、板状、または網状であることが好ましい。
【００１１】
また、上記において、金属元素の分散は、１０００ｐｐｍ以上の金属元素を含む薬液を塗布することにより行うことが好ましい。金属元素は、シリサイドを形成する元素であり、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、及びニッケルのいずれか一または複数である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態により、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電装置の負極の作製方法を説明するための断面図である。
【図２】蓄電装置の負極の作製方法を説明するための断面図である。
【図３】蓄電装置の一形態を説明するための平面図及び断面図である。
【図４】蓄電装置の応用の形態を説明するための斜視図である。
【図５】二次電池の作製方法の例である。
【図６】無線給電システムの構成を示す図である。
【図７】無線給電システムの構成を示す図である。
【図８】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、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。従って、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とする。なお、説明中に図面を参照するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる場合がある。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である蓄電装置の電極及びその作製方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１６】
図１（Ａ）に示すように、集電体１０１上に、スピンコーティング法に代表される塗布法により金属元素を分散させて、金属元素を分散させた領域１０２を形成する。
【００１７】
集電体１０１は、電極の集電体として機能する。このため、箔状、板状、または網状の導電性部材を用いる。例えば、白金、アルミニウム、銅、チタン等に代表される導電性の高い金属元素を用いて集電体１０１を形成することができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いても良い。または、集電体１０１としてシリコンウェハを用いてもよい。また、集電体１０１を、シリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。集電体１０１は、スパッタリング法または化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成することができる。
【００１８】
金属元素を分散させた領域１０２は、活物質層１０３の結晶性を制御する機能を有する。例えば、活物質層１０３の結晶性を向上させる金属元素を分散させた層とすることができる。金属元素は、ディップコーティング法、スピンコーティング法、液滴吐出法、プラズマスプレー法、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷）などによって分散させることができる。金属元素を分散させた領域１０２中において、金属元素を適切に分散させるためには、スピンコーティング法に代表される塗布法を用いて金属元素を分散させた領域１０２を形成すると良い。この際、用いる薬液中における金属元素の濃度は、１０００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。薬液中の金属元素の濃度を高めることにより、活物質層１０３に含まれるウィスカーの数密度を高めることができるからである。当該金属元素は、活物質層１０３の結晶性を向上させる触媒として機能する元素であれば特に限定されないが、活物質層１０３を結晶性のシリコン層とする場合には、シリサイドを形成する元素、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等のいずれか一または複数を用いることができる。
【００１９】
次に、金属元素を分散させた領域１０２上に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、好ましくは低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）により、結晶性シリコン層を活物質層１０３として形成する（図１（Ｂ）参照）。当該金属元素を分散させた領域中の金属元素は、結晶性シリコン層の形成の際に、当該結晶性シリコン層中に拡散する。このため、金属元素を分散させた領域１０２は、結晶性シリコン層の形成後にはその大部分が失われることになる。よって、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、及び図１（Ｄ）において、金属元素を分散させた領域１０２は図示しない。
【００２０】
活物質層１０３は結晶性のシリコン層である。当該結晶性シリコン層は、例えば、ＬＰＣＶＤ法により形成することができる。結晶性シリコン層の形成は、例えば、５８０℃より高い温度で且つＬＰＣＶＤ装置または集電体１０１が耐えうる温度以下、好ましくは６００℃以上６５０℃未満の加熱をしつつ、原料ガスとしてシリコンを含む堆積性ガスを用いることで実現される。シリコンを含む堆積性ガスとしては、水素化シリコン、フッ化シリコン、塩化シリコンなどがあり、代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６等がある。なお、原料ガスに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスや水素を混合させてもよい。
【００２１】
なお、活物質層１０３には、不純物として、ＬＰＣＶＤ装置のチャンバーに起因する酸素などが含まれている場合がある。
【００２２】
なお、結晶性シリコン層には、リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加されていてもよい。リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加された結晶性シリコン層は、導電性が高くなるため、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。
【００２３】
なお、チタン等の金属の集電体１０１上に活物質層１０３としてシリコンを形成した後、シリコンを結晶化するために熱処理をおこなうと集電体１０１と活物質層１０３との間に低密度な領域が形成されることがある。このため、集電体１０１と活物質層１０３との間の導電性が低下し、また、集電体１０１と活物質層１０３とが剥離しやすくなる。これに対し、活物質層１０３として、ＬＰＣＶＤ法を用いて結晶性シリコン層を形成すると、集電体１０１及び活物質層１０３の間に低密度な領域が形成されず、集電体１０１及び活物質層１０３の界面における電子の移動が容易となると共に、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることができる。これは、結晶性シリコン層の堆積工程において、常に原料ガスの活性種が堆積中の結晶性シリコン層に供給されるため、結晶性シリコン層から集電体１０１にシリコンが拡散し、シリコン不足領域（粗な領域）が形成されても、当該領域に原料ガスの活性種が常に供給され、結晶性シリコン層中に低密度領域が形成されにくくなるためである。また、気相成長により集電体１０１上に結晶性シリコン層を形成するため、蓄電装置の生産性が高まる。
【００２４】
ここで、集電体１０１及び活物質層１０３の、破線で囲まれた領域１０５の拡大図を図１（Ｃ）に示す。
【００２５】
図１（Ｃ）に示すように、集電体１０１と活物質層１０３との間には、混合層１０７が形成されることがある。この場合、混合層１０７は、集電体１０１に含まれる金属元素やシリコンで形成される。なお、混合層１０７は、活物質層１０３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際の加熱により、シリコンが集電体１０１に拡散することで形成される。
【００２６】
集電体１０１に、シリサイドを形成する金属元素を用いる場合、混合層１０７には、該金属元素のシリサイド、代表的には、ジルコニウムシリサイド、チタンシリサイド、ハフニウムシリサイド、バナジウムシリサイド、ニオブシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、及びニッケルシリサイドの一以上が形成される。または、金属元素とシリコンの合金層が形成される。
【００２７】
なお、混合層１０７には、ＬＰＣＶＤ装置のチャンバーに起因する不純物として酸素などが含まれる場合がある。
【００２８】
集電体１０１と活物質層１０３との間に混合層１０７を有することで、集電体１０１と活物質層１０３との間の抵抗を低減させることができるため、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。また、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることが可能であり、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【００２９】
混合層１０７上には、集電体１０１に含まれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物層１０９が形成される場合がある。なお、ＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際、チャンバー内に、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを充填することで、当該金属酸化物層１０９の形成を抑制することもできる。
【００３０】
集電体１０１に、シリサイドを形成する金属元素を用いる場合、形成される金属酸化物の代表例としては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化コバルト、酸化ニッケル等がある。なお、集電体１０１を、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タングステンなどの金属元素を分散させた領域とすると、金属酸化物層１０９は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タングステン等の酸化物導電体を含むことになるため、集電体１０１及び活物質層１０３の間の抵抗を低減することが可能であり、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。
【００３１】
活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａと、当該領域上の、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとを有する。なお、結晶性シリコン領域１０３ａ及びウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂは、その境界が明確ではない。ここでは、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂのウィスカーとウィスカーの間に形成される谷底を含む面を、結晶性シリコン領域１０３ａとウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとの一応の境界として扱う。
【００３２】
結晶性シリコン領域１０３ａは、集電体１０１を覆うように設けられている。また、結晶性シリコン領域１０３ｂにおけるウィスカーは、結晶性の突起であれば、円柱状、角柱状などの柱状、円錐状、角錐状などの針状でもよい。なお、ウィスカーは、頂部が湾曲していてもよい。ウィスカーの径は、５０ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以上３μｍ以下である。また、ウィスカーの長さは、０．５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下である。
【００３３】
ここで、ウィスカーの長さとは、ウィスカーの成長方向（長手方向）の大きさをいう。例えば、ウィスカーを柱状と仮定する場合には、上面と底面との距離をいい、錐状と仮定する場合には、頭頂点と底面との距離をいうものとする。また、結晶性シリコン層の厚さは、結晶性シリコン領域１０３ａの厚さと、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さの和を言い、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さとは、ウィスカーにおいて高さが最大となる点から、結晶性シリコン領域１０３ａとウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとの境界までの距離をいう。
【００３４】
なお、以下では、ウィスカーの成長方向（結晶性シリコン領域１０３ａから伸張する方向）を長手方向といい、長手方向に沿った断面の形状を長手断面形状という場合がある。また、長手方向が法線方向となる断面の形状を輪切り断面形状という場合がある。
【００３５】
図１（Ｃ）に示すように、ウィスカーの長手方向は一方向、例えば、結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向に伸張していてもよい。なお、この場合、ウィスカーの長手方向は、結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向と、略一致していればよい。つまり、図１（Ｃ）においては、主にウィスカーの長手断面形状が示されていることになる。
【００３６】
または、図１（Ｄ）に示すように、ウィスカーの長手方向は不揃いであってもよい。代表的には、長手方向が結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向と略一致する第一のウィスカー１１３ａと、長手方向が法線の方向とは異なる第二のウィスカー１１３ｂとを有してもよい。さらには、第一のウィスカーより第二のウィスカーが長くても良い。また、図１（Ｄ）においては、ウィスカーの長手断面形状と共に、領域１０３ｄで示すように、ウィスカーの輪切り断面形状が混在する。領域１０３ｄは、円柱状または円錐状のウィスカーの輪切り断面形状であるため円形であるが、ウィスカーが角柱状または角錐状であれば、領域１０３ｄは、多角形状である。ウィスカーの長手方向が不揃いであると、ウィスカー同士が絡む場合があるため、蓄電装置の充放電においてウィスカーが剥離しにくい。
【００３７】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、スピンコーティング法などの塗布法を用いてウィスカーの成長の制御を行った結晶性シリコン層を活物質層として含む。このように活物質層中にウィスカーを含むことで、活物質層の表面積が増大するため、蓄電装置の放電容量が高まる。特に、ウィスカーの成長の制御法としてスピンコーティング法などの塗布法を用いる場合には、活物質層中のウィスカーの数密度を高めることが容易であり、蓄電装置における放電容量を高めることが容易になるというメリットがある。
【００３８】
また、本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、集電体１０１と活物質層１０３（結晶性シリコン層）との間に、少なくとも混合層１０７を有する。このため、集電体１０１と活物質層１０３との界面に起因する電気抵抗を低減することが可能であり、また、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることが可能であるため、放電容量を高めると共に、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【００３９】
なお、図１においては、集電体１０１は、箔状、板状、または網状の導電性部材で形成される形態を示したが、図２に示すように、基板１１５上に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、インクジェット法、ＣＶＤ法等を適宜用いて、集電体１１１を形成することもできる。
【００４０】
以上により、放電容量の高い蓄電装置の電極を作製することができる。
【００４１】
〈実験例〉
本実験例では、金属元素を分散させた領域上に、ＬＰＣＶＤ法を用いてシリコン層を成膜した場合のシリコンウィスカーの成長について説明する。
【００４２】
本実験例で用いた試料について説明する。ガラス基板上に、金属元素を含む薬液（酢酸ニッケル）を塗布することにより金属元素を分散させた。このとき、酢酸ニッケルの濃度は、１００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍの２条件を採用した。
【００４３】
その後、金属元素を分散させた領域上にＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成した。ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、材料ガスとしてシランを用い、シランの流量を３００ｓｃｃｍとして反応室内に材料ガスを導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内の温度を６００℃として行った。また、成膜時間は２時間１５分とした。
【００４４】
形成された結晶性シリコン層のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。図８（Ａ）は、ニッケルの濃度が１００ｐｐｍの場合のＳＥＭ写真であり、図８（Ｂ）は、ニッケルの濃度が１０００ｐｐｍの場合のＳＥＭ写真である。
【００４５】
図８（Ａ）に示す結晶性シリコン層には、結晶性シリコン領域として０．１〜０．３μｍの微小グレインが形成され、ウィスカーは形成されなかった。これに対し、図８（Ｂ）に示す結晶性シリコン層には、結晶性シリコン領域として０．１〜０．３μｍの微小グレインが形成され、該結晶性シリコン領域にウィスカーが形成されていることが確認された。
【００４６】
以上により、１０００ｐｐｍ以上の金属元素を分散させた領域上に結晶性シリコン層を形成することにより、結晶性シリコン領域にウィスカーを成長させることができることが示された。
【００４７】
なお、本実験例では、結晶性シリコン層の被形成部材としてガラス基板を用いているが、集電体を用いる場合も当然に、ウィスカーの発生を制御可能である。
【００４８】
以上、本実施の形態により、放電容量の高い蓄電装置の電極が実現される。本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図３を用いて説明する。
【００５０】
はじめに、蓄電装置の一例である二次電池の構造について説明する。二次電池の中でも、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池は、放電容量が高く、安全性が高い。よって、ここでは、二次電池の代表例であるリチウムイオン電池の構造について説明する。
【００５１】
図３（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図３（Ｂ）に示す。
【００５２】
図３（Ａ）に示す蓄電装置１５１は、外装部材１５３の内部に蓄電セル１５５を有する。また、蓄電セル１５５に接続する端子部１５７、１５９を有する。外装部材１５３には、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いることができる。
【００５３】
図３（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６３及び正極１６５の間に設けられるセパレータ１６７と、外装部材１５３中に満たされる電解質１６９とで構成される。
【００５４】
負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３を含んで構成される。正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７を含んで構成される。負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方の面または対向する二つの面に形成される。正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方の面または対向する二つの面に形成される。
【００５５】
また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。また、正極集電体１７５は、端子部１５７と接続する。また、端子部１５７、端子部１５９は、それぞれ一部が外装部材１５３の外側に導出されている。
【００５６】
なお、本実施の形態では、蓄電装置１５１として、パウチされた薄型蓄電装置を示したが、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等、様々な構造の蓄電装置を実現しうる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【００５７】
負極集電体１７１には、実施の形態１に示す集電体１０１、集電体１１１を用いることができる。
【００５８】
負極活物質層１７３には、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を用いることができる。なお、結晶シリコン層にリチウムをドープしてもよい。また、ＬＰＣＶＤ装置において、負極集電体１７１を枠状のサセプターで保持しながら結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を形成することで、負極集電体１７１の両面に同時に活物質層１０３を形成することが可能であるため、工程数を削減することができる。
【００５９】
正極集電体１７５には、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５には、箔状、板状、網状等の形状を適用することができる。
【００６０】
正極活物質層１７７には、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＭｎ２ＰＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２、その他のリチウム化合物を材料として用いることができる。なお、キャリアイオンを、リチウム以外のアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、とする場合には、正極活物質層１７７の上記リチウム化合物において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）やアルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウム、マグネシウム等を用いることもできる。
【００６１】
電解質１６９の溶質は、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリチウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質１６９の溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩がある。なお、キャリアイオンを、リチウム以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンとする場合には、電解質１６９の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩や、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、ベリリウム塩、マグネシウム塩等を適宜用いることができる。
【００６２】
また、電解質１６９の溶媒としては、キャリアイオンであるリチウムイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質１６９の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解質１６９の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が高まる。また、蓄電装置１５１の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
【００６３】
また、電解質１６９として、Ｌｉ３ＰＯ４等の固体電解質を用いることができる。
【００６４】
セパレータ１６７には、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ１６７の代表例としては、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。
【００６５】
リチウムイオン電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大きい。また、動作電圧が高い。そして、これらによって、小型化及び軽量化が可能である。また、充放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能である。
【００６６】
次に、蓄電装置の別の例であるキャパシタの構造について説明する。キャパシタの代表例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【００６７】
キャパシタの場合は、図３（Ｂ）に示す二次電池の正極活物質層１７７の代わりに、リチウムイオン及び／またはアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。正極活物質層１７７の代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）がある。
【００６８】
リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。
【００６９】
これらのキャパシタにおいても、負極として実施の形態１に示す集電体及び活物質層を含む電極を用いることで、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【００７０】
なお、開示する発明の一形態である電極を用いる蓄電装置は、上述のものに限られない。例えば、蓄電装置の別の一形態である空気電池の負極として実施の形態１に示す集電体及び活物質層を含む電極を用いることも可能である。この場合にも、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【００７１】
本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で説明した蓄電装置の応用形態について図４を用いて説明する。
【００７３】
実施の形態２で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、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、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、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、車椅子等の電気推進車両に用いることができる。ここでは、電気推進車両の代表例として車椅子を用いて説明する。
【００７４】
図４は電動式の車椅子５０１の斜視図である。電動式の車椅子５０１は、使用者が座る座部５０３、座部５０３の後方に設けられた背もたれ５０５、座部５０３の前下方に設けられたフットレスト５０７、座部５０３の左右に設けられたアームレスト５０９、背もたれ５０５の上部後方に設けられたハンドル５１１を有する。アームレスト５０９の一方には、車椅子の動作を制御するコントローラ５１３が設けられる。座部５０３の下方のフレーム５１５を介して、座部５０３前下方には一対の前輪５１７が設けられ、座部５０３の後下方には一対の後輪５１９が設けられる。後輪５１９は、モータ、ブレーキ、ギア等を有する駆動部５２１に接続される。座部５０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段等を有する制御部５２３が設けられる。制御部５２３は、コントローラ５１３及び駆動部５２１と接続しており、使用者によるコントローラ５１３の操作により、制御部５２３を介して駆動部５２１が駆動し、電動式の車椅子５０１の前進、後進、旋回等の動作及び速度を制御する。
【００７５】
実施の形態２で説明した蓄電装置を制御部５２３の電源として用いることができる。制御部５２３の電源は、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。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もできる。
【００７６】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１で示した放電容量の高い蓄電装置の電極の応用形態について図５を用いて説明する。
【００７８】
図５はコイン型の二次電池の構造を示す模式図である。
【００７９】
なお、図５に示すように、コイン型の二次電池は、負極２０４、正極２３２、セパレータ２１０、電解液（図示せず）、筐体２０６及び筐体２４４を有する。このほかにはリング状絶縁体２２０、スペーサー２４０及びワッシャー２４２を有する。
【００８０】
電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒にＬｉＰＦ６を溶解させたものを用いるとよいが、これに限られない。
【００８１】
負極２０４は、負極集電体２００上に負極活物質層２０２を有する。負極集電体２００としては、例えば銅を用いるとよい。また、実施の形態１に示す集電体１０１、及び集電体１１１を用いることができる。負極活物質としては、グラファイトやポリアセン等を用い、これを単独、あるいはバインダーで混合したものを負極活物質層２０２として用いるとよい。また、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を用いることができる。
【００８２】
セパレータ２１０には、空孔が設けられた絶縁体（例えば、ポリプロピレン）を用いてもよいが、リチウムイオンを透過させる固体電解質を用いてもよい。
【００８３】
筐体２０６、筐体２４４、スペーサー２４０及びワッシャー２４２は、金属（例えば、ステンレス）製のものを用いるとよい。筐体２０６及び筐体２４４は、負極２０４及び正極２３２を外部と電気的に接続する機能を有している。
【００８４】
これら負極２０４、正極２３２及びセパレータ２１０を電解液に含浸させ、図５に示すように、筐体２０６内の負極２０４、セパレータ２１０、リング状絶縁体２２０、正極２３２、スペーサー２４０、ワッシャー２４２、筐体２４４をこの順で積層し、筐体２０６と筐体２４４とを圧着してコイン型の二次電池を作製する。
【００８５】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る放電容量の高い蓄電装置を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）の二次電池に用いた場合の一例を、図６及び図７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が困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【００８７】
はじめに、図６を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００８８】
受電装置６００は、給電装置７００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が、この他電力で駆動する装置に適宜適用することができる。電子機器の代表例としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、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、コンピュータ等がある。また、電気推進車両の代表例としては、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、車椅子等がある。また、給電装置７００は、受電装置６００に電力を供給する機能を有する。
【００８９】
図６において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４とを少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２とを少なくとも有する。
【００９０】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、二次電池６０４から電源負荷部６１０への電力の供給を制御する。また、信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２の動作を制御する。すなわち、受電装置用アンテナ回路６０２から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。電源負荷部６１０は、二次電池６０４から電力を受け取り、受電装置６００を駆動する駆動部である。電源負荷部６１０の代表例としては、モータ、駆動回路等があるが、その他の電力を受け取って受電装置を駆動する装置を適宜用いることができる。また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路６０２からの信号を受け取る役割を有する。信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が受信した信号を処理する。また、信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路７０１から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。
【００９１】
本発明の一態様に係る二次電池は、図６で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【００９２】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができる（何度も給電する手間を省くことができる）。
【００９３】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０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６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【００９４】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図７を用いて説明する。
【００９５】
図７において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４と、整流回路６０５と、変調回路６０６と、電源回路６０７とを、少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２と、整流回路７０３と、変調回路７０４と、復調回路７０５と、発振回路７０６とを、少なくとも有する。
【００９６】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する役割を有する。給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路６０５は受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号から直流電圧を生成する役割を有する。信号処理回路６０３は受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、二次電池６０４から電源回路６０７への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路６０７は、二次電池６０４が蓄電している電圧を電源負荷部６１０に必要な電圧に変換する役割を有する。変調回路６０６は受電装置６００から給電装置７００へ何らかの応答信号を送信する場合に使用される。
【００９７】
電源回路６０７を有することで、電源負荷部６１０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６１０に過電圧が印加されることを低減することが可能であり、受電装置６００の劣化や破壊を低減することができる。
【００９８】
また、変調回路６０６を有することで、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置６００の充電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置６００から給電装置７００に信号を送信し、給電装置７００から受電装置６００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池６０４の受電量を１００％としないことで、二次電池６０４の充電回数を増加させることが可能である。
【００９９】
また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る役割を有する。受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る場合、信号処理回路７０２は、受電装置に送信する信号を生成する。発振回路７０６は一定の周波数の信号を生成する。変調回路７０４は、信号処理回路７０２が生成した信号と発振回路７０６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７０１に電圧を印加する役割を有する。このようにすることで、給電装置用アンテナ回路７０１から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る場合、整流回路７０３は受け取った信号を整流する役割を有する。復調回路７０５は、整流回路７０３が整流した信号から受電装置６００が給電装置７００に送った信号を抽出する。信号処理回路７０２は復調回路７０５によって抽出された信号を解析する役割を有する。
【０１００】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他のどのような回路を設けてもよい。例えば、受電装置６００が信号を受信し整流回路６０５で直流電圧を生成したあとに、後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータといった回路によって、定電圧を生成してもよい。このようにすることで、受電装置６００内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１０１】
本発明の一態様に係る二次電池は、図７で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１０２】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができるので、無線給電の間隔を延ばすことができる（何度も給電する手間を省くことができる）。
【０１０３】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０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６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【０１０４】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路６０２と二次電池６０４を重ねる場合は、二次電池６０４の充放電による二次電池６０４の形状の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変形によって、受電装置用アンテナ回路６０２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、二次電池６０４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るようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路６０２と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【０１０５】
また、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であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【０１０６】
また、信号の伝送方式として電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、適宜選択すればよい。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、周波数が低い帯域、具体的には、超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、および短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ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望ましい。
【０１０７】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１ 集電体
１０２ 金属元素を分散させた領域
１０３ 活物質層
１０３ａ 結晶性シリコン領域
１０３ｂ 結晶性シリコン領域
１０３ｄ 領域
１０５ 領域
１０７ 混合層
１０９ 金属酸化物層
１１１ 集電体
１１３ａ ウィスカー
１１３ｂ ウィスカー
１１５ 基板
１５１ 蓄電装置
１５３ 外装部材
１５５ 蓄電セル
１５７ 端子部
１５９ 端子部
１６３ 負極
１６５ 正極
１６７ セパレータ
１６９ 電解質
１７１ 負極集電体
１７３ 負極活物質層
１７５ 正極集電体
１７７ 正極活物質層
２００ 負極集電体
２０２ 負極活物質層
２０４ 負極
２０６ 筐体
２１０ セパレータ
２２０ リング状絶縁体
２３２ 正極
２４０ スペーサー
２４２ ワッシャー
２４４ 筐体
５０１ 車椅子
５０３ 座部
５０５ 背もたれ
５０７ フットレスト
５０９ アームレスト
５１１ ハンドル
５１３ コントローラ
５１５ フレーム
５１７ 前輪
５１９ 後輪
５２１ 駆動部
５２３ 制御部
６００ 受電装置
６０１ 受電装置部
６０２ 受電装置用アンテナ回路
６０３ 信号処理回路
６０４ 電池
６０５ 整流回路
６０６ 変調回路
６０７ 電源回路
６１０ 電源負荷部
７００ 給電装置
７０１ 給電装置用アンテナ回路
７０２ 信号処理回路
７０３ 整流回路
７０４ 変調回路
７０５ 復調回路
７０６ 発振回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池など、蓄電装置の開発が行われている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の一表面に活物質を形成することにより作製される。活物質としては、例えば、炭素やシリコンなどの、キャリアとなるイオンの貯蔵及び放出が可能な材料が用いられる。特に、シリコン、または、リンがドープされたシリコンは、炭素に比べ理論容量が大きく、これらの材料を活物質として用いることは、蓄電装置の大容量化という点において好ましい（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１０３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリコンを負極活物質に用いても、現実的には、理論容量ほど高い放電容量を得ることは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の一態様では、放電容量を高めることが可能な蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態は、集電体上に、金属元素を分散させ、該金属元素が分散された集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて加熱する低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法である。
【０００９】
上記において、低圧化学蒸着法は、５８０℃より高い温度で行うことが好ましい。また、シリコンを含む堆積性ガスとして、水素化シリコン、フッ化シリコン、または塩化シリコンを用いることが好ましい。
【００１０】
上記において、基板上に集電体を、スパッタリング法または化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する。また、集電体は、箔状、板状、または網状であることが好ましい。
【００１１】
また、上記において、金属元素の分散は、１０００ｐｐｍ以上の金属元素を含む薬液を塗布することにより行うことが好ましい。金属元素は、シリサイドを形成する元素であり、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、及びニッケルのいずれか一または複数である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態により、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】蓄電装置の負極の作製方法を説明するための断面図である。
【図２】蓄電装置の負極の作製方法を説明するための断面図である。
【図３】蓄電装置の一形態を説明するための平面図及び断面図である。
【図４】蓄電装置の応用の形態を説明するための斜視図である。
【図５】二次電池の作製方法の例である。
【図６】無線給電システムの構成を示す図である。
【図７】無線給電システムの構成を示す図である。
【図８】結晶性シリコン層のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の一例について、図面を用いて以下に説明する。但し、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。従って、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とする。なお、説明中に図面を参照するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる場合がある。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である蓄電装置の電極及びその作製方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１６】
図１（Ａ）に示すように、集電体１０１上に、スピンコーティング法に代表される塗布法により金属元素を分散させて、金属元素を分散させた領域１０２を形成する。
【００１７】
集電体１０１は、電極の集電体として機能する。このため、箔状、板状、または網状の導電性部材を用いる。例えば、白金、アルミニウム、銅、チタン等に代表される導電性の高い金属元素を用いて集電体１０１を形成することができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いても良い。または、集電体１０１としてシリコンウェハを用いてもよい。また、集電体１０１を、シリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリサイドを形成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。集電体１０１は、スパッタリング法または化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成することができる。
【００１８】
金属元素を分散させた領域１０２は、活物質層１０３の結晶性を制御する機能を有する。例えば、活物質層１０３の結晶性を向上させる金属元素を分散させた層とすることができる。金属元素は、ディップコーティング法、スピンコーティング法、液滴吐出法、プラズマスプレー法、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷）などによって分散させることができる。金属元素を分散させた領域１０２中において、金属元素を適切に分散させるためには、スピンコーティング法に代表される塗布法を用いて金属元素を分散させた領域１０２を形成すると良い。この際、用いる薬液中における金属元素の濃度は、１０００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。薬液中の金属元素の濃度を高めることにより、活物質層１０３に含まれるウィスカーの数密度を高めることができるからである。当該金属元素は、活物質層１０３の結晶性を向上させる触媒として機能する元素であれば特に限定されないが、活物質層１０３を結晶性のシリコン層とする場合には、シリサイドを形成する元素、例えば、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等のいずれか一または複数を用いることができる。
【００１９】
次に、金属元素を分散させた領域１０２上に、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、好ましくは低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）により、結晶性シリコン層を活物質層１０３として形成する（図１（Ｂ）参照）。当該金属元素を分散させた領域中の金属元素は、結晶性シリコン層の形成の際に、当該結晶性シリコン層中に拡散する。このため、金属元素を分散させた領域１０２は、結晶性シリコン層の形成後にはその大部分が失われることになる。よって、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、及び図１（Ｄ）において、金属元素を分散させた領域１０２は図示しない。
【００２０】
活物質層１０３は結晶性のシリコン層である。当該結晶性シリコン層は、例えば、ＬＰＣＶＤ法により形成することができる。結晶性シリコン層の形成は、例えば、５８０℃より高い温度で且つＬＰＣＶＤ装置または集電体１０１が耐えうる温度以下、好ましくは６００℃以上６５０℃未満の加熱をしつつ、原料ガスとしてシリコンを含む堆積性ガスを用いることで実現される。シリコンを含む堆積性ガスとしては、水素化シリコン、フッ化シリコン、塩化シリコンなどがあり、代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６等がある。なお、原料ガスに、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスや水素を混合させてもよい。
【００２１】
なお、活物質層１０３には、不純物として、ＬＰＣＶＤ装置のチャンバーに起因する酸素などが含まれている場合がある。
【００２２】
なお、結晶性シリコン層には、リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加されていてもよい。リン、ボロン等の一導電型を付与する不純物元素が添加された結晶性シリコン層は、導電性が高くなるため、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。
【００２３】
なお、チタン等の金属の集電体１０１上に活物質層１０３としてシリコンを形成した後、シリコンを結晶化するために熱処理をおこなうと集電体１０１と活物質層１０３との間に低密度な領域が形成されることがある。このため、集電体１０１と活物質層１０３との間の導電性が低下し、また、集電体１０１と活物質層１０３とが剥離しやすくなる。これに対し、活物質層１０３として、ＬＰＣＶＤ法を用いて結晶性シリコン層を形成すると、集電体１０１及び活物質層１０３の間に低密度な領域が形成されず、集電体１０１及び活物質層１０３の界面における電子の移動が容易となると共に、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることができる。これは、結晶性シリコン層の堆積工程において、常に原料ガスの活性種が堆積中の結晶性シリコン層に供給されるため、結晶性シリコン層から集電体１０１にシリコンが拡散し、シリコン不足領域（粗な領域）が形成されても、当該領域に原料ガスの活性種が常に供給され、結晶性シリコン層中に低密度領域が形成されにくくなるためである。また、気相成長により集電体１０１上に結晶性シリコン層を形成するため、蓄電装置の生産性が高まる。
【００２４】
ここで、集電体１０１及び活物質層１０３の、破線で囲まれた領域１０５の拡大図を図１（Ｃ）に示す。
【００２５】
図１（Ｃ）に示すように、集電体１０１と活物質層１０３との間には、混合層１０７が形成されることがある。この場合、混合層１０７は、集電体１０１に含まれる金属元素やシリコンで形成される。なお、混合層１０７は、活物質層１０３としてＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際の加熱により、シリコンが集電体１０１に拡散することで形成される。
【００２６】
集電体１０１に、シリサイドを形成する金属元素を用いる場合、混合層１０７には、該金属元素のシリサイド、代表的には、ジルコニウムシリサイド、チタンシリサイド、ハフニウムシリサイド、バナジウムシリサイド、ニオブシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、モリブデンシリサイド、タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、及びニッケルシリサイドの一以上が形成される。または、金属元素とシリコンの合金層が形成される。
【００２７】
なお、混合層１０７には、ＬＰＣＶＤ装置のチャンバーに起因する不純物として酸素などが含まれる場合がある。
【００２８】
集電体１０１と活物質層１０３との間に混合層１０７を有することで、集電体１０１と活物質層１０３との間の抵抗を低減させることができるため、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。また、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることが可能であり、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【００２９】
混合層１０７上には、集電体１０１に含まれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物層１０９が形成される場合がある。なお、ＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際、チャンバー内に、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを充填することで、当該金属酸化物層１０９の形成を抑制することもできる。
【００３０】
集電体１０１に、シリサイドを形成する金属元素を用いる場合、形成される金属酸化物の代表例としては、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化コバルト、酸化ニッケル等がある。なお、集電体１０１を、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タングステンなどの金属元素を分散させた領域とすると、金属酸化物層１０９は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タングステン等の酸化物導電体を含むことになるため、集電体１０１及び活物質層１０３の間の抵抗を低減することが可能であり、電極の導電率を高めることができる。このため、放電容量をさらに高めることができる。
【００３１】
活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａと、当該領域上の、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとを有する。なお、結晶性シリコン領域１０３ａ及びウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂは、その境界が明確ではない。ここでは、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂのウィスカーとウィスカーの間に形成される谷底を含む面を、結晶性シリコン領域１０３ａとウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとの一応の境界として扱う。
【００３２】
結晶性シリコン領域１０３ａは、集電体１０１を覆うように設けられている。また、結晶性シリコン領域１０３ｂにおけるウィスカーは、結晶性の突起であれば、円柱状、角柱状などの柱状、円錐状、角錐状などの針状でもよい。なお、ウィスカーは、頂部が湾曲していてもよい。ウィスカーの径は、５０ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以上３μｍ以下である。また、ウィスカーの長さは、０．５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下である。
【００３３】
ここで、ウィスカーの長さとは、ウィスカーの成長方向（長手方向）の大きさをいう。例えば、ウィスカーを柱状と仮定する場合には、上面と底面との距離をいい、錐状と仮定する場合には、頭頂点と底面との距離をいうものとする。また、結晶性シリコン層の厚さは、結晶性シリコン領域１０３ａの厚さと、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さの和を言い、ウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さとは、ウィスカーにおいて高さが最大となる点から、結晶性シリコン領域１０３ａとウィスカーを含む結晶性シリコン領域１０３ｂとの境界までの距離をいう。
【００３４】
なお、以下では、ウィスカーの成長方向（結晶性シリコン領域１０３ａから伸張する方向）を長手方向といい、長手方向に沿った断面の形状を長手断面形状という場合がある。また、長手方向が法線方向となる断面の形状を輪切り断面形状という場合がある。
【００３５】
図１（Ｃ）に示すように、ウィスカーの長手方向は一方向、例えば、結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向に伸張していてもよい。なお、この場合、ウィスカーの長手方向は、結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向と、略一致していればよい。つまり、図１（Ｃ）においては、主にウィスカーの長手断面形状が示されていることになる。
【００３６】
または、図１（Ｄ）に示すように、ウィスカーの長手方向は不揃いであってもよい。代表的には、長手方向が結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対して法線の方向と略一致する第一のウィスカー１１３ａと、長手方向が法線の方向とは異なる第二のウィスカー１１３ｂとを有してもよい。さらには、第一のウィスカーより第二のウィスカーが長くても良い。また、図１（Ｄ）においては、ウィスカーの長手断面形状と共に、領域１０３ｄで示すように、ウィスカーの輪切り断面形状が混在する。領域１０３ｄは、円柱状または円錐状のウィスカーの輪切り断面形状であるため円形であるが、ウィスカーが角柱状または角錐状であれば、領域１０３ｄは、多角形状である。ウィスカーの長手方向が不揃いであると、ウィスカー同士が絡む場合があるため、蓄電装置の充放電においてウィスカーが剥離しにくい。
【００３７】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、スピンコーティング法などの塗布法を用いてウィスカーの成長の制御を行った結晶性シリコン層を活物質層として含む。このように活物質層中にウィスカーを含むことで、活物質層の表面積が増大するため、蓄電装置の放電容量が高まる。特に、ウィスカーの成長の制御法としてスピンコーティング法などの塗布法を用いる場合には、活物質層中のウィスカーの数密度を高めることが容易であり、蓄電装置における放電容量を高めることが容易になるというメリットがある。
【００３８】
また、本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、集電体１０１と活物質層１０３（結晶性シリコン層）との間に、少なくとも混合層１０７を有する。このため、集電体１０１と活物質層１０３との界面に起因する電気抵抗を低減することが可能であり、また、集電体１０１と活物質層１０３との密着性を高めることが可能であるため、放電容量を高めると共に、蓄電装置の劣化を低減することができる。
【００３９】
なお、図１においては、集電体１０１は、箔状、板状、または網状の導電性部材で形成される形態を示したが、図２に示すように、基板１１５上に、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、インクジェット法、ＣＶＤ法等を適宜用いて、集電体１１１を形成することもできる。
【００４０】
以上により、放電容量の高い蓄電装置の電極を作製することができる。
【００４１】
〈実験例〉
本実験例では、金属元素を分散させた領域上に、ＬＰＣＶＤ法を用いてシリコン層を成膜した場合のシリコンウィスカーの成長について説明する。
【００４２】
本実験例で用いた試料について説明する。ガラス基板上に、金属元素を含む薬液（酢酸ニッケル）を塗布することにより金属元素を分散させた。このとき、酢酸ニッケルの濃度は、１００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍの２条件を採用した。
【００４３】
その後、金属元素を分散させた領域上にＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコン層を形成した。ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成は、材料ガスとしてシランを用い、シランの流量を３００ｓｃｃｍとして反応室内に材料ガスを導入し、反応室内の圧力を２０Ｐａとし、反応室内の温度を６００℃として行った。また、成膜時間は２時間１５分とした。
【００４４】
形成された結晶性シリコン層のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。図８（Ａ）は、ニッケルの濃度が１００ｐｐｍの場合のＳＥＭ写真であり、図８（Ｂ）は、ニッケルの濃度が１０００ｐｐｍの場合のＳＥＭ写真である。
【００４５】
図８（Ａ）に示す結晶性シリコン層には、結晶性シリコン領域として０．１〜０．３μｍの微小グレインが形成され、ウィスカーは形成されなかった。これに対し、図８（Ｂ）に示す結晶性シリコン層には、結晶性シリコン領域として０．１〜０．３μｍの微小グレインが形成され、該結晶性シリコン領域にウィスカーが形成されていることが確認された。
【００４６】
以上により、１０００ｐｐｍ以上の金属元素を分散させた領域上に結晶性シリコン層を形成することにより、結晶性シリコン領域にウィスカーを成長させることができることが示された。
【００４７】
なお、本実験例では、結晶性シリコン層の被形成部材としてガラス基板を用いているが、集電体を用いる場合も当然に、ウィスカーの発生を制御可能である。
【００４８】
以上、本実施の形態により、放電容量の高い蓄電装置の電極が実現される。本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００４９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図３を用いて説明する。
【００５０】
はじめに、蓄電装置の一例である二次電池の構造について説明する。二次電池の中でも、ＬｉＣｏＯ２等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池は、放電容量が高く、安全性が高い。よって、ここでは、二次電池の代表例であるリチウムイオン電池の構造について説明する。
【００５１】
図３（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図３（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図３（Ｂ）に示す。
【００５２】
図３（Ａ）に示す蓄電装置１５１は、外装部材１５３の内部に蓄電セル１５５を有する。また、蓄電セル１５５に接続する端子部１５７、１５９を有する。外装部材１５３には、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いることができる。
【００５３】
図３（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６３及び正極１６５の間に設けられるセパレータ１６７と、外装部材１５３中に満たされる電解質１６９とで構成される。
【００５４】
負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３を含んで構成される。正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７を含んで構成される。負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方の面または対向する二つの面に形成される。正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方の面または対向する二つの面に形成される。
【００５５】
また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。また、正極集電体１７５は、端子部１５７と接続する。また、端子部１５７、端子部１５９は、それぞれ一部が外装部材１５３の外側に導出されている。
【００５６】
なお、本実施の形態では、蓄電装置１５１として、パウチされた薄型蓄電装置を示したが、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等、様々な構造の蓄電装置を実現しうる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【００５７】
負極集電体１７１には、実施の形態１に示す集電体１０１、集電体１１１を用いることができる。
【００５８】
負極活物質層１７３には、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を用いることができる。なお、結晶シリコン層にリチウムをドープしてもよい。また、ＬＰＣＶＤ装置において、負極集電体１７１を枠状のサセプターで保持しながら結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を形成することで、負極集電体１７１の両面に同時に活物質層１０３を形成することが可能であるため、工程数を削減することができる。
【００５９】
正極集電体１７５には、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５には、箔状、板状、網状等の形状を適用することができる。
【００６０】
正極活物質層１７７には、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＭｎ２ＰＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２、その他のリチウム化合物を材料として用いることができる。なお、キャリアイオンを、リチウム以外のアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、とする場合には、正極活物質層１７７の上記リチウム化合物において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）やアルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウム、マグネシウム等を用いることもできる。
【００６１】
電解質１６９の溶質は、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリチウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質１６９の溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩がある。なお、キャリアイオンを、リチウム以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンとする場合には、電解質１６９の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩や、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、ベリリウム塩、マグネシウム塩等を適宜用いることができる。
【００６２】
また、電解質１６９の溶媒としては、キャリアイオンであるリチウムイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質１６９の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解質１６９の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が高まる。また、蓄電装置１５１の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。
【００６３】
また、電解質１６９として、Ｌｉ３ＰＯ４等の固体電解質を用いることができる。
【００６４】
セパレータ１６７には、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ１６７の代表例としては、セルロース（紙）、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。
【００６５】
リチウムイオン電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大きい。また、動作電圧が高い。そして、これらによって、小型化及び軽量化が可能である。また、充放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能である。
【００６６】
次に、蓄電装置の別の例であるキャパシタの構造について説明する。キャパシタの代表例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【００６７】
キャパシタの場合は、図３（Ｂ）に示す二次電池の正極活物質層１７７の代わりに、リチウムイオン及び／またはアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。正極活物質層１７７の代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体（ＰＡＳ）がある。
【００６８】
リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。
【００６９】
これらのキャパシタにおいても、負極として実施の形態１に示す集電体及び活物質層を含む電極を用いることで、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【００７０】
なお、開示する発明の一形態である電極を用いる蓄電装置は、上述のものに限られない。例えば、蓄電装置の別の一形態である空気電池の負極として実施の形態１に示す集電体及び活物質層を含む電極を用いることも可能である。この場合にも、放電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【００７１】
本実施の形態は、他の実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２で説明した蓄電装置の応用形態について図４を用いて説明する。
【００７３】
実施の形態２で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、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、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、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、車椅子等の電気推進車両に用いることができる。ここでは、電気推進車両の代表例として車椅子を用いて説明する。
【００７４】
図４は電動式の車椅子５０１の斜視図である。電動式の車椅子５０１は、使用者が座る座部５０３、座部５０３の後方に設けられた背もたれ５０５、座部５０３の前下方に設けられたフットレスト５０７、座部５０３の左右に設けられたアームレスト５０９、背もたれ５０５の上部後方に設けられたハンドル５１１を有する。アームレスト５０９の一方には、車椅子の動作を制御するコントローラ５１３が設けられる。座部５０３の下方のフレーム５１５を介して、座部５０３前下方には一対の前輪５１７が設けられ、座部５０３の後下方には一対の後輪５１９が設けられる。後輪５１９は、モータ、ブレーキ、ギア等を有する駆動部５２１に接続される。座部５０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制御手段等を有する制御部５２３が設けられる。制御部５２３は、コントローラ５１３及び駆動部５２１と接続しており、使用者によるコントローラ５１３の操作により、制御部５２３を介して駆動部５２１が駆動し、電動式の車椅子５０１の前進、後進、旋回等の動作及び速度を制御する。
【００７５】
実施の形態２で説明した蓄電装置を制御部５２３の電源として用いることができる。制御部５２３の電源は、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。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もできる。
【００７６】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【００７７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態１で示した放電容量の高い蓄電装置の電極の応用形態について図５を用いて説明する。
【００７８】
図５はコイン型の二次電池の構造を示す模式図である。
【００７９】
なお、図５に示すように、コイン型の二次電池は、負極２０４、正極２３２、セパレータ２１０、電解液（図示せず）、筐体２０６及び筐体２４４を有する。このほかにはリング状絶縁体２２０、スペーサー２４０及びワッシャー２４２を有する。
【００８０】
電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒にＬｉＰＦ６を溶解させたものを用いるとよいが、これに限られない。
【００８１】
負極２０４は、負極集電体２００上に負極活物質層２０２を有する。負極集電体２００としては、例えば銅を用いるとよい。また、実施の形態１に示す集電体１０１、及び集電体１１１を用いることができる。負極活物質としては、グラファイトやポリアセン等を用い、これを単独、あるいはバインダーで混合したものを負極活物質層２０２として用いるとよい。また、実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成される活物質層１０３を用いることができる。
【００８２】
セパレータ２１０には、空孔が設けられた絶縁体（例えば、ポリプロピレン）を用いてもよいが、リチウムイオンを透過させる固体電解質を用いてもよい。
【００８３】
筐体２０６、筐体２４４、スペーサー２４０及びワッシャー２４２は、金属（例えば、ステンレス）製のものを用いるとよい。筐体２０６及び筐体２４４は、負極２０４及び正極２３２を外部と電気的に接続する機能を有している。
【００８４】
これら負極２０４、正極２３２及びセパレータ２１０を電解液に含浸させ、図５に示すように、筐体２０６内の負極２０４、セパレータ２１０、リング状絶縁体２２０、正極２３２、スペーサー２４０、ワッシャー２４２、筐体２４４をこの順で積層し、筐体２０６と筐体２４４とを圧着してコイン型の二次電池を作製する。
【００８５】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る放電容量の高い蓄電装置を、無線給電システム（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）の二次電池に用いた場合の一例を、図６及び図７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が困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【００８７】
はじめに、図６を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００８８】
受電装置６００は、給電装置７００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が、この他電力で駆動する装置に適宜適用することができる。電子機器の代表例としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、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、コンピュータ等がある。また、電気推進車両の代表例としては、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、車椅子等がある。また、給電装置７００は、受電装置６００に電力を供給する機能を有する。
【００８９】
図６において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４とを少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２とを少なくとも有する。
【００９０】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する役割を有する。信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、二次電池６０４から電源負荷部６１０への電力の供給を制御する。また、信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２の動作を制御する。すなわち、受電装置用アンテナ回路６０２から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。電源負荷部６１０は、二次電池６０４から電力を受け取り、受電装置６００を駆動する駆動部である。電源負荷部６１０の代表例としては、モータ、駆動回路等があるが、その他の電力を受け取って受電装置を駆動する装置を適宜用いることができる。また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路６０２からの信号を受け取る役割を有する。信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が受信した信号を処理する。また、信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１の動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路７０１から発信する信号の強度、周波数などを制御することができる。
【００９１】
本発明の一態様に係る二次電池は、図６で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【００９２】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の時間間隔を延ばすことができる（何度も給電する手間を省くことができる）。
【００９３】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０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６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【００９４】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図７を用いて説明する。
【００９５】
図７において、受電装置６００は、受電装置部６０１と、電源負荷部６１０とを有する。受電装置部６０１は、受電装置用アンテナ回路６０２と、信号処理回路６０３と、二次電池６０４と、整流回路６０５と、変調回路６０６と、電源回路６０７とを、少なくとも有する。また、給電装置７００は、給電装置用アンテナ回路７０１と、信号処理回路７０２と、整流回路７０３と、変調回路７０４と、復調回路７０５と、発振回路７０６とを、少なくとも有する。
【００９６】
受電装置用アンテナ回路６０２は、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する役割を有する。給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路６０５は受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号から直流電圧を生成する役割を有する。信号処理回路６０３は受電装置用アンテナ回路６０２が受信した信号を処理し、二次電池６０４の充電、二次電池６０４から電源回路６０７への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路６０７は、二次電池６０４が蓄電している電圧を電源負荷部６１０に必要な電圧に変換する役割を有する。変調回路６０６は受電装置６００から給電装置７００へ何らかの応答信号を送信する場合に使用される。
【００９７】
電源回路６０７を有することで、電源負荷部６１０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６１０に過電圧が印加されることを低減することが可能であり、受電装置６００の劣化や破壊を低減することができる。
【００９８】
また、変調回路６０６を有することで、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送信することが可能である。このため、受電装置６００の充電量を判断し、一定量の充電が行われた場合に、受電装置６００から給電装置７００に信号を送信し、給電装置７００から受電装置６００への給電を停止させることができる。この結果、二次電池６０４の受電量を１００％としないことで、二次電池６０４の充電回数を増加させることが可能である。
【００９９】
また、給電装置用アンテナ回路７０１は、受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る役割を有する。受電装置用アンテナ回路６０２に信号を送る場合、信号処理回路７０２は、受電装置に送信する信号を生成する。発振回路７０６は一定の周波数の信号を生成する。変調回路７０４は、信号処理回路７０２が生成した信号と発振回路７０６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７０１に電圧を印加する役割を有する。このようにすることで、給電装置用アンテナ回路７０１から信号が出力される。一方、受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る場合、整流回路７０３は受け取った信号を整流する役割を有する。復調回路７０５は、整流回路７０３が整流した信号から受電装置６００が給電装置７００に送った信号を抽出する。信号処理回路７０２は復調回路７０５によって抽出された信号を解析する役割を有する。
【０１００】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他のどのような回路を設けてもよい。例えば、受電装置６００が信号を受信し整流回路６０５で直流電圧を生成したあとに、後段に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータやレギュレータといった回路によって、定電圧を生成してもよい。このようにすることで、受電装置６００内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。
【０１０１】
本発明の一態様に係る二次電池は、図７で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１０２】
ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、従来の二次電池に比べて蓄電量を増やすことができるので、無線給電の間隔を延ばすことができる（何度も給電する手間を省くことができる）。
【０１０３】
また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用することで、電源負荷部６１０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６００の小型化及び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。
【０１０４】
なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る二次電池を利用し、受電装置用アンテナ回路６０２と二次電池６０４を重ねる場合は、二次電池６０４の充放電による二次電池６０４の形状の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変形によって、受電装置用アンテナ回路６０２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、二次電池６０４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るようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路６０２と電池パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。
【０１０５】
また、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であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
【０１０６】
また、信号の伝送方式として電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、適宜選択すればよい。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、周波数が低い帯域、具体的には、超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、および短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ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望ましい。
【０１０７】
本実施の形態は、他の実施の形態などと組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０１ 集電体
１０２ 金属元素を分散させた領域
１０３ 活物質層
１０３ａ 結晶性シリコン領域
１０３ｂ 結晶性シリコン領域
１０３ｄ 領域
１０５ 領域
１０７ 混合層
１０９ 金属酸化物層
１１１ 集電体
１１３ａ ウィスカー
１１３ｂ ウィスカー
１１５ 基板
１５１ 蓄電装置
１５３ 外装部材
１５５ 蓄電セル
１５７ 端子部
１５９ 端子部
１６３ 負極
１６５ 正極
１６７ セパレータ
１６９ 電解質
１７１ 負極集電体
１７３ 負極活物質層
１７５ 正極集電体
１７７ 正極活物質層
２００ 負極集電体
２０２ 負極活物質層
２０４ 負極
２０６ 筐体
２１０ セパレータ
２２０ リング状絶縁体
２３２ 正極
２４０ スペーサー
２４２ ワッシャー
２４４ 筐体
５０１ 車椅子
５０３ 座部
５０５ 背もたれ
５０７ フットレスト
５０９ アームレスト
５１１ ハンドル
５１３ コントローラ
５１５ フレーム
５１７ 前輪
５１９ 後輪
５２１ 駆動部
５２３ 制御部
６００ 受電装置
６０１ 受電装置部
６０２ 受電装置用アンテナ回路
６０３ 信号処理回路
６０４ 電池
６０５ 整流回路
６０６ 変調回路
６０７ 電源回路
６１０ 電源負荷部
７００ 給電装置
７０１ 給電装置用アンテナ回路
７０２ 信号処理回路
７０３ 整流回路
７０４ 変調回路
７０５ 復調回路
７０６ 発振回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に、金属元素を分散させ、
前記金属元素が分散された前記集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを原料ガスに用い、低圧化学蒸着法によりウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法。
【請求項２】
前記低圧化学蒸着法は、５８０℃より高い温度で行う請求項１に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項３】
前記シリコンを含む堆積性ガスとして、水素化シリコン、フッ化シリコン、または塩化シリコンを用いる請求項１または２に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項４】
前記集電体は、箔状、板状、または網状である請求項１乃至３のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項５】
基板上に前記集電体を、スパッタリング法または化学蒸着法により形成する請求項１乃至４のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項６】
前記金属元素の分散は、１０００ｐｐｍ以上の前記金属元素を含む薬液を塗布することにより行う請求項１乃至５のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項７】
前記金属元素は、シリサイドを形成する元素である請求項１乃至６のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項８】
前記金属元素は、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、及びニッケルのいずれか一または複数である請求項７に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項１】
集電体上に、金属元素を分散させ、
前記金属元素が分散された前記集電体表面に、シリコンを含む堆積性ガスを原料ガスに用い、低圧化学蒸着法によりウィスカーを含む結晶性シリコン層を活物質層として形成する蓄電装置の作製方法。
【請求項２】
前記低圧化学蒸着法は、５８０℃より高い温度で行う請求項１に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項３】
前記シリコンを含む堆積性ガスとして、水素化シリコン、フッ化シリコン、または塩化シリコンを用いる請求項１または２に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項４】
前記集電体は、箔状、板状、または網状である請求項１乃至３のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項５】
基板上に前記集電体を、スパッタリング法または化学蒸着法により形成する請求項１乃至４のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項６】
前記金属元素の分散は、１０００ｐｐｍ以上の前記金属元素を含む薬液を塗布することにより行う請求項１乃至５のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項７】
前記金属元素は、シリサイドを形成する元素である請求項１乃至６のいずれか一に記載の蓄電装置の作製方法。
【請求項８】
前記金属元素は、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、及びニッケルのいずれか一または複数である請求項７に記載の蓄電装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９４３２（Ｐ２０１２−９４３２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７７０８（Ｐ２０１１−１１７７０８）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【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１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【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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