蓄電装置
【課題】放電容量を高める等の性能を向上させることが可能であり、活物質層の剥がれ等による劣化が生じにくい蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置用の電極において、集電体上の活物質層に、リチウムと合金化する材料として、リンを添加したアモルファスシリコンを用い、該活物質層上にニオブを含む層として、酸化ニオブを形成することにより、蓄電装置の高容量化ができ、さらにサイクル特性および充放電効率を改善することができる。
【解決手段】蓄電装置用の電極において、集電体上の活物質層に、リチウムと合金化する材料として、リンを添加したアモルファスシリコンを用い、該活物質層上にニオブを含む層として、酸化ニオブを形成することにより、蓄電装置の高容量化ができ、さらにサイクル特性および充放電効率を改善することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【０００２】
なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子および装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ、および空気電池など、種々の蓄電装置の開発が行われている。特に高出力および高エネルギー密度の二次電池として、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて、充放電を行うリチウム二次電池が注目されている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の一表面に活物質層を形成することにより作製される。活物質層は、キャリアとなるイオンの貯蔵および放出が可能な、炭素またはシリコンなどの活物質により形成される。例えば、シリコンまたはリンが添加されたシリコンにより活物質層を形成すると、炭素により活物質層を形成するのに比べて理論容量が大きく、蓄電装置の大容量化という点において優れている（例えば特許文献１。）。
【０００５】
しかし、活物質であるシリコンは、リチウムイオンを吸蔵または放出する際に、シリコンの体積が膨張または収縮することが知られている。そのため電池の充放電に伴い、活物質層が微粉化し、集電体から脱離するなどの問題が生じる。その結果、電極内の集電性が低下し、充放電サイクル特性が悪くなる。この対策として、活物質層表面への炭素、銅、ニッケルなどのコーティングを行うことにより、シリコンの崩れを抑制する方法があるが、これらコーティングを行うと、リチウムとシリコンの反応性を低下させてしまい、充放電容量を低下させてしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明の一態様は、充放電容量を高め、かつサイクル特性等の蓄電装置の性能を向上させることが可能な蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
蓄電装置用の電極において、集電体上に活物質層としてリチウムと合金化する材料を用い、該活物質層上にニオブを含む層を形成することにより、蓄電装置の高容量化ができ、さらにサイクル特性および充放電効率を改善することができる。
【０００９】
該ニオブを含む層としては、酸化ニオブまたは窒化ニオブで形成されることが好ましい。また、ニオブリチウム合金を含んでいてもよく、例えばＬｉ２Ｎｂ２Ｏ５を含んでいてもよい。また、該ニオブを含む層は、非晶質でもよく、結晶性を有していてもよい。
【００１０】
また、該Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５は、電池反応によってＮｂ２Ｏ５とＬｉが反応して形成される。さらにこのＬｉ２Ｎｂ２Ｏ５は、その後の充放電において保持されていてもよく、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５からＬｉが脱離し、Ｎｂ２Ｏ５となってもよい。このように、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５が活物質層上に形成されることにより、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５は有機ＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の代わりに、安定な無機ＳＥＩとして作用し、それによって低抵抗化、リチウム拡散性の向上、活物質層の体積膨張を緩和させる、などの効果を奏する。
【００１１】
該活物質は、リチウムと合金化する材料が好ましく、例えばシリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムを含む材料を用いることができる。さらに、該活物質にリンまたはボロンが添加されていることが好ましい。これら材料を用いることにより、蓄電装置の高容量化が可能となる。
【００１２】
また該活物質は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶のいずれの結晶性であってもよい。さらに、例えば活物質としてシリコンを用いる場合、結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域上に突出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域とを有することができる。さらに、結晶性シリコンの周りに非晶質シリコンを有する構造でもよい。ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、屈曲または枝分かれした部位を有する突起を有していてもよい。
【００１３】
上記において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を有する結晶性シリコン層は、集電体上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて堆積させる熱ＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１４】
このように、活物質層として結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域上に突出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域と、を有することにより、活物質の表面積が増大する。活物質の表面積が大きくなることで、蓄電装置におけるリチウムイオン等のキャリアイオンが単位時間に活物質に吸蔵される量、またはキャリアイオンが単位時間に活物質から放出される量が、単位質量当たりで増大する。単位時間あたりのキャリアイオンの吸蔵量又は放出量が増大し、高電流密度でのキャリアイオンの吸蔵量又は放出量が増大するため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００１５】
集電体は、白金、アルミニウム、銅に代表される金属元素等の導電性の高い材料を用いることができる。また、集電体は、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。
【００１６】
蓄電装置における負極と、該負極と対向する正極との間に形成される電解質層は、液体または固体によって形成することができ、さらに該電解質層にニオブを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明の一態様では、集電体、活物質層およびニオブを含む層などの多層構造を用いることができ、それによって集電体、活物質層およびニオブを含む層において、それぞれの層を構成する物質同士が結合することによって構造を強固なものにすることができる。そのため、充放電に伴う活物質層の体積変化による構造の破壊を生じにくい。その結果、充放電サイクルを経た場合でも、上記活物質層の破壊は抑制されるため、電池内部の抵抗上昇および、容量減少の発生を抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明の一態様では、蓄電装置の電極を塗布法により形成することができる。例えば、集電体上に活物質としてシリコン粒子を混合したスラリーを塗布したのち焼成して塗布電極を形成し、該塗布電極上にニオブを含む層を形成することによって、高容量かつ良好なサイクル特性を有する塗布電極を形成できる。
【００１９】
本発明の一態様では、蓄電装置に用いられる塗布電極の添加剤として、ニオブを含む材料を用いることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様により充放電効率が改善し、ＣＶ（定電圧）充電が不要になる。そのため、充電時間の短縮にもなり、さらに負極材料のサイクル特性を改善することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様により、放電容量又は充電容量の増大等、電池性能が向上した蓄電装置を提供することができる。また、電極における活物質層の剥がれ等による蓄電装置の劣化を低減した蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】蓄電装置の電極を示す図である。
【図２】蓄電装置の電極の作製工程を示す図である。
【図３】蓄電装置の電極を示す図である。
【図４】蓄電装置の電極の作製工程を示す図である。
【図５】蓄電装置の一形態の平面図及び断面図である。
【図６】蓄電装置の応用の一形態の斜視図である。
【図７】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図８】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図９】蓄電装置の作製工程を示す図である。
【図１０】蓄電装置の電池特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。
【００２４】
（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およびその作製方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００２５】
図１は、蓄電装置の電極の一形態を示す図である。図１に示す蓄電装置の電極は、集電体１０１と、集電体１０１の一表面上に設けられた活物質層１０３と、活物質層１０３上に設けられたニオブを含む層１０９とを有する。
【００２６】
集電体１０１は、負極の集電体として用いることが可能な導電性を有し、且つ後の加熱処理に対する耐熱性を有する材料を適宜用いて形成する。集電体として用いることが可能な導電性材料としては、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、鉄等があるが、これに限定されない。なお、集電体としてアルミニウムを用いる場合は、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ることが好ましい。また、上記導電性材料の合金を用いてもよい。
【００２７】
また、集電体１０１として、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素を用いてもよい。シリコンと反応して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。
【００２８】
また、集電体１０１として、酸化物導電材料を用いることが可能であり、酸化物導電材料の代表例としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等がある。なお、集電体１０１は箔状、板状、網状であってもよい。このような形状の場合、集電体１０１単独で形状保持できるため、支持基板などを用いる必要はない。
【００２９】
活物質層１０３は、電荷の担い手であるイオンと合金化する材料を用いることが好ましい。電荷の担い手であるイオンは、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の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などであればよく、好ましくはリチウムを用いる。活物質層１０３は、例えばリチウムと合金化することができる材料として、シリコン、スズ、アルミニウム、ゲルマニウムなどを用いることができる。
【００３０】
活物質層にシリコンを用いる場合、集電体１０１上にプラズマＣＶＤ法などによりシリコン層を形成することができる。このとき、シリコン層の形成に際し、材料ガス中に水素が極力含まれないことが好ましい。それによって、シリコン中に形成されるダングリングボンドなどの欠陥が増加し、リチウムイオンの挿入・脱離反応を起こりやすくすることができる。
【００３１】
活物質層１０３上に設けられたニオブを含む層１０９は、酸化ニオブまたは窒化ニオブにより形成することができる。また、ニオブの代わりに、バナジウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロムもしくはチタンの酸化物、または窒化物を用いることができる。さらに結晶性は、非晶質、多結晶または単結晶のいずれでもよい。
【００３２】
次に、上記電極を形成する方法について、図２を参照して説明する。
【００３３】
まず、図２（Ａ）に示すように、集電体１０１上に活物質層１０３を形成する。例えば、集電体１０１としてチタンシートを用い、集電体１０１上に活物質層１０３としてシリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成すればよい。該シリコン層には、リンまたはボロンなどのキャリアを生成する不純物元素が含まれていてもよい。例えば、シリコン層にリンを含ませるためには、材料ガスにホスフィンを含ませればよい。なお、シリコン層の結晶性は特に限定されず、シリコン層は、非晶質であってもよいし、結晶性を有していてもよい。例えば、非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いることができる。ここで、シリコン層に対して結晶化を行ってもよい。シリコン層に対して結晶化を行う場合には、あらかじめシリコン層中の水素濃度を十分に低減させた後に、該シリコン層に熱処理を行ってもよいし、該シリコン層にレーザ光を照射して結晶化させてもよい。
【００３４】
シリコンは黒鉛に比べて理論容量が大きいため、活物質層にシリコンを用いることにより、活物質層に黒鉛を用いる場合と比較して、厚さを１／１０程度まで薄く形成しても、同程度の容量を有することができる。そのため軽量化および小型化が可能であるが、過度に薄く形成すると、二次電池の容量が小さくなってしまう。そのため、活物質層１０３の厚さは５０ｎｍ以上１０μｍ以下とし、好ましくは１００ｎｍ以上５μｍ以下とする。また、薄く形成しない場合であっても二次電池の容量を大きくすることができるため好ましい。
【００３５】
次に、図２（Ｂ）に示すように、活物質層１０３上に、ニオブを含む層１０９を形成する。例えばニオブを含む層１０９として、酸化ニオブ層を形成すればよい。酸化ニオブ層の形成には、Ｎｂ２Ｏ５ターゲットを用い、蒸着法などによって形成することができる。また、メッキ法、溶射法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより形成してもよい。
【００３６】
形成する酸化ニオブ層は、膜厚が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、形成した酸化ニオブ層の組成はＮｂｘＯｙ（ｘおよびｙは正の整数）で表すことができる。
【００３７】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
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およびその作製方法について、図３および図４を用いて説明する。
【００３９】
図３は、蓄電装置の電極の一形態を示す図である。図３に示す蓄電装置の電極は、集電体２０１と、集電体２０１の一表面上に設けられた活物質層２０３と、活物質層２０３上に設けられたニオブを含む層２０９とを有する。なお、活物質層２０３は結晶性シリコン領域と、当該領域上に形成されるウィスカー状の結晶性シリコン領域とを有する。
【００４０】
次に、上記電極を形成する方法について、図４を参照して説明する。
【００４１】
まず、図４（Ａ）に示すように、集電体２０１上に、活物質層２０３として結晶性シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する。ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコンの形成は５５０℃以上、ＬＰＣＶＤ装置および集電体２０１の耐熱温度以下で行うことが好ましく、より好ましくは５８０℃以上６５０℃以下で行う。また、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性ガスを用いることができる。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、または塩化シリコン等があり、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、窒素、および水素の一以上を混合させてもよい。
【００４２】
集電体２０１としては、集電体１０１の材料として列挙した上述の材料を適宜用いることができる。
【００４３】
なお、活物質層２０３に不純物として酸素が含まれている場合がある。これは、活物質層２０３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、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、結晶性シリコン層に拡散するためである。
【００４４】
なお、結晶性シリコン層に、リン、ボロン等のキャリアを生成する不純物元素が添加されていてもよい。リン、ボロン等のキャリアを生成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、電極の導電性を高めることができる。このため、放電容量又は充電容量をさらに高めることができる。
【００４５】
活物質層２０３は、結晶性シリコン領域２０３ａと、該領域上に形成されるウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂとを有する。なお、結晶性シリコン領域２０３ａおよびウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂは、界面が明確ではない。このため、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂが有する複数の突起の間に形成される谷のうち最も深い谷の底を通り、かつ集電体の表面と平行な平面を、結晶性シリコン領域２０３ａとウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂとの界面とする。
【００４６】
結晶性シリコン領域２０３ａは、集電体２０１を覆うように設けられる。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂは、結晶性シリコン領域２０３ａの不特定領域から不特定方向に向けて設けられた複数の突起を有する。
【００４７】
なお、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂが有する複数の突起は、円柱状、角柱状等の柱状でもよいし、円錐状または角錐状の針状でもよい。突起は、頂部が湾曲していてもよい。複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とが混在していてもよい。また、突起は表面に凹凸を有していてもよい。表面に凹凸を有することにより、活物質層の表面積を増大させることができる。
【００４８】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、活物質層２０３として機能する結晶性シリコン層がウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂを有するため、表面積が増大し、高電流密度での蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００４９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、活物質層２０３上に、ニオブを含む層２０９を形成する。ニオブを含む層２０９は、実施の形態１におけるニオブを含む層１０９と同様に形成することができる。
【００５０】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
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およびその作製方法について、以下に説明する。
【００５２】
まず、活物質、導電助剤、バインダおよび溶媒を混ぜてスラリーを形成する。スラリーの調製は、バインダを含ませた溶媒に導電助剤を分散させ、そこに活物質を混ぜる。このとき分散性向上のために、溶媒の量を抑え固練りを行うことが好ましい。その後、溶媒を追加し、スラリーを作製する。活物質、導電助剤、バインダおよび溶媒の割合は適宜調整することができるが、導電助剤とバインダの比率が高いほうが、活物質量当たりの電池性能を上げることができる。
【００５３】
活物質は、リチウムと合金化する材料が好ましく、例えばシリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムを含む材料を用いることができる。本実施の形態では、粒状のシリコンを用いる。なお、活物質である粒状シリコンの粒径は小さいほうが容量、サイクル特性ともに良好であり、粒径は１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５４】
導電助剤は、その材料自身が電子伝導体であり、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。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、ケッチェンブラック、ＶＧＣＦ（商標登録）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金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などがそれに該当する。導電助剤とは、活物質間の導電性を助ける物質であり、離れている活物質の間に充填され、活物質同士の導通をとる材料である。
【００５５】
バインダとしては、澱粉、ポリイミド、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、ＳＢＲ（Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、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。
【００５６】
溶媒としては、水、Ｎメチル−２ピロリドンまたは乳酸エステルなどがある。
【００５７】
次に、上記作製したスラリーを、集電体上に塗布し、ホットプレートまたはオーブンなどを用いて、乾燥させる。乾燥は、ＳＢＲ等の水系バインダを用いる場合は、５０℃程度で行うことができる。また、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド等の有機系バインダを用いる場合は、１２０℃程度で乾燥させることが好ましい。その後、所望の形状に打ち抜きを行い、本乾燥を行う。本乾燥は１７０℃で１０時間程度行うことが好ましい。
【００５８】
該集電体は、例えば、銅箔、チタン箔、ステンレス箔などを用いることができる。また、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。
【００５９】
以上の工程によって作製した塗布電極上に、ニオブを含む層を形成する。ニオブを含む層とは、例えば蒸着法により形成することができ、さらに酸化ニオブまたは窒化ニオブによって形成されることが好ましい。
【００６０】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図５を用いて説明する。
【００６２】
はじめに、蓄電装置として、二次電池の構造について、以下に説明する。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。
【００６３】
図５（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図５（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図５（Ｂ）に示す。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す。
【００６４】
図５（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。
【００６５】
図５（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６３および正極１６５の間に設けられるセパレータ１６７と、電解質１６９とで構成される。
【００６６】
負極１６３は、負極集電体１７１および負極活物質層１７３で構成される。また、負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方または両方の面に形成される。
【００６７】
正極１６５は、正極集電体１７５および正極活物質層１７７で構成される。また、正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方または両方の面に形成される。
【００６８】
また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。正極集電体１７５は、端子部１５７と接続する。また、端子部１５７、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。
【００６９】
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形状の蓄電装置を用いることができる。また、本実施の形態では、正極、負極、およびセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、およびセパレータが捲回された構造であってもよい。
【００７０】
負極集電体１７１としては、実施の形態１に示す集電体１０１を用いることができる。
【００７１】
負極活物質層１７３としては、実施の形態１に示す活物質層１０３と同様に、リンを添加したアモルファスシリコンを用いることができる。なお、シリコンにリチウムをプリドープしてもよい。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シリコンにより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。
【００７２】
さらに、実施の形態１と同様に、負極活物質層１７３上に、ニオブを含む層１７９を形成する。ニオブを含む層１７９は、酸化ニオブまたは窒化ニオブにより形成することができる。
【００７３】
正極集電体１７５としては、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５は、箔状、板状、網状、膜状等の形状を適宜用いることができる。
【００７４】
正極活物質層１７７としては、電荷の担い手であるイオンを吸蔵及び放出する材料を用いることができる。例えば、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、キャリアイオンが、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の場合、正極活物質層１７７として、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）、またはアルカリ土類金属（例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウム等）を用いることもできる。
【００７５】
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、キャリアイオンが、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の場合、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、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、またはマグネシウム塩等を適宜用いることができる。
【００７６】
また、電解質１６９の溶媒としては、リチウムイオン（または他のキャリアイオン）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の薄型化およ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。
【００７７】
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。さらに、電解質１６９の中に、ニオブを含んでいてもよい。また、ビニレンカーボネートなどを含んでいても良い。
【００７８】
セパレータ１６７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、硝子繊維等がある。さらにこれら材料の単層または積層させて、用いることができる。
【００７９】
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、出力電圧が高い。これらのため、小型化およ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。
【００８０】
次に、蓄電装置として、キャパシタについて、説明する。キャパシタの代表例としては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【００８１】
キャパシタの場合は、図５（Ｂ）に示す二次電池の正極活物質層１７７として、代わりに、リチウムイオン（または他のキャリアイオン）およびアニオンの少なくとも一つ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。
【００８２】
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。
【００８３】
負極１６３に実施の形態１に示す負極を用いることで、放電容量又は充電容量が高く、さらにサイクル特性を向上させた蓄電装置を作製することができる。
【００８４】
また、蓄電装置の一形態である空気電池の負極に、実施の形態１に示す集電体および活物質層を用いることで、放電容量又は充電容量が高く、さらにサイクル特性を向上させた蓄電装置を作製することができる。
【００８５】
以上のように、本発明の一態様では、集電体層、活物質層およびニオブを含む層などの多層構造を用いることができ、それによって集電体層、活物質層およびニオブを含む層における、それぞれの層を構成する物質同士が結合することによって構造を強固なものにすることができる。そのため、充放電に伴う活物質層の体積変化による構造の破壊を生じにくい。その結果、充放電サイクルを経た場合でも、上記活物質層の破壊が抑制されるため、電池内部の抵抗上昇および、容量減少の発生を抑制することができる。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４で説明した蓄電装置の応用形態について図６を用いて説明する。
【００８７】
実施の形態４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、電動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、電気推進車両の例を説明する。
【００８８】
図６（Ａ）に、電気推進車両の一つである四輪の自動車３００の構成を示す。自動車３００は、電気自動車またはハイブリッド自動車である。自動車３００は、その底部に蓄電装置３０２が設けられている例を示している。自動車３００における蓄電装置３０２の位置を明確にするために、図６（Ｂ）に、輪郭だけ示した自動車３００と、自動車３００の底部に設けられた蓄電装置３０２とを示す。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置３０２に用いることができる。蓄電装置３０２は、プラグイン技術や無線給電システム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。
【００８９】
図６（Ｃ）に、電気推進車両の一つであるモーターボート１３０１の構成を示す。図６（Ｃ）では、モーターボート１３０１が、蓄電装置１３０２を、その船体の側部に備えている場合を例示している。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置１３０２に用いることができる。蓄電装置１３０２は、プラグイン技術や無線給電システム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。モーターボート１３０１の充電（すなわち、蓄電装置１３０２の充電）を行うための給電装置は、例えば、港湾において船舶を係留させるための係留施設に設けることができる。
【００９０】
図６（Ｄ）に、電気推進車両の一つである電動車椅子１３１１の構成を示す。図６（Ｄ）では、電動車椅子１３１１が、蓄電装置１３１２を、その底部に備えている場合を例示している。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置１３１２に用いることができる。蓄電装置１３１２は、プラグイン技術や無線給電システム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。
【００９１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置の一例である二次電池を、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７および図８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。
【００９２】
はじめに、図７を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００９３】
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。電子機器の代表的としては、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、電動車椅子等がある。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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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放電容量又は充電容量（蓄電量ともいう）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）。
【００９８】
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放電容量又は充電容量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化およ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。
【００９９】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図８を用いて説明する。
【０１００】
図８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。
【０１０１】
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へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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の充電量を１００％としないことで、二次電池６０４の最大充電回数を増加させることが可能である。
【０１０４】
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回路である。発振回路７０６は一定の周波数の信号を生成する回路である。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。そうすることで、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。
【０１０５】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間にどん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。そうすることで、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。
【０１０６】
本発明の一態様に係る二次電池は、図８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。
【０１０７】
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放電容量又は充電容量を増やすことができるので、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）。
【０１０８】
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放電容量又は充電容量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化およ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。
【０１０９】
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の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変化によって、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。
【０１１０】
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、どの帯域であっても構わない。充電用の信号の周波数は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのＳＨＦ帯でもよい。
【０１１１】
また、信号の伝送方式としては電磁界結合方式、電磁誘導方式、電磁共鳴方式、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、ＨＦ帯である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、ＭＦ帯である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、ＬＦ帯である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、およびＶＬＦ帯である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望ましい。
【０１１２】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【０１１３】
本実施例では、本発明の一態様である二次電池について説明する。本実施例では、本発明の一態様である二次電池と、比較用の二次電池（以下、比較二次電池という。）と、を作製し、電池特性を比較した。
【０１１４】
＜二次電池の電極の作製工程＞
まず、二次電池の電極の作製工程を説明する。
【０１１５】
集電体上に活物質層を形成することにより、二次電池の電極を形成した。
【０１１６】
集電体の材料としては、チタンを用いた。集電体として、厚さ１００μｍのシート状のチタン箔（チタンシートともいう。）を用いた。
【０１１７】
活物質層としては、リンが添加されたアモルファスシリコン層を用いた。
【０１１８】
集電体であるチタン箔上にプラズマＣＶＤ法により活物質層であるリンが添加されたアモルファスシリコン層を形成した。プラズマＣＶＤ法によるリンが添加されたアモルファスシリコン層の形成は、材料ガスとしてシランおよびホスフィンを用い、シランの流量を６０ｓｃｃｍ、ホスフィンの流量を１１０ｓｃｃｍとして反応室内に導入し、反応室内の圧力を１３３Ｐａとし、反応室内の温度を、上部ヒーター設定を４００℃、下部ヒーター設定を５００℃として調節して、成膜を行った。
【０１１９】
上記工程により得られた、リンが添加されたアモルファスシリコン層を二次電池の活物質層として用いた。
【０１２０】
次に、形成した活物質層上に、蒸着法により酸化ニオブ層を形成した。蒸着源には、組成がＮｂ２Ｏ５である酸化ニオブを用い、真空中にて蒸着を行った。さらに、酸化ニオブ層の組成について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した。その結果、形成された酸化ニオブ層は、蒸着源であるＮｂ２Ｏ５とほぼ同じ組成で形成されていることが確認された。
【０１２１】
以上の工程により、二次電池の電極を作製した。
【０１２２】
＜二次電池の作製工程＞
次に、本実施例の二次電池の作製工程を示す。
【０１２３】
上記のような工程により作製して得られた電極を用いて、二次電池を作製した。ここではコイン型の二次電池を作製した。以下に、コイン型の二次電池の作製方法について、図９を参照して説明する。
【０１２４】
図９に示すように、コイン型の二次電池は、電極２０４、参照電極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。電極２０４は、上記工程により作製され、集電体上に、活物質層およびニオブを含む層が設けられたものを用いた。本実施例では、集電体としてチタン箔を用い、活物質層を実施の形態１に示すリンが添加されたアモルファスシリコン層および酸化ニオブ層からなる、積層構造により形成した。参照電極２３２は、リチウム金属（リチウム箔）を用いた。セパレータ２１０には、ポリプロピレンを用いた。筐体２０６、筐体２４４、スペーサー２４０及びワッシャー２４２は、ステンレス製のものを用いた。筐体２０６及び筐体２４４は、電極２０４及び参照電極２３２を外部と電気的に接続する機能を有している。
【０１２５】
これら電極２０４、参照電極２３２及びセパレータ２１０を電解液に含浸させた。そして、図９に示すように、筐体２０６の底を下にして電極２０４、セパレータ２１０、リング状絶縁体２２０、参照電極２３２、スペーサー２４０、ワッシャー２４２、筐体２４４をこの順で積層し、「コインかしめ機」で筐体２０６と筐体２４４と、をかしめてコイン型の二次電池を作製した。
【０１２６】
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た。
【０１２７】
＜比較二次電池の電極の作製工程＞
次に、比較二次電池の電極の作製工程を説明する。本発明の一態様である二次電池と比較二次電池とは、活物質層の作製工程が異なる。それ以外の構成は共通しているため、基板、集電体等の構成は省略する。
【０１２８】
比較二次電池の活物質層としては、リンが添加されたアモルファスシリコン層を単層構造で用いた。
【０１２９】
＜比較二次電池の作製工程＞
次に、比較二次電池の作製工程を示す。
【０１３０】
上記のようにして集電体上に活物質層を形成し、比較二次電池の電極を形成した。得られた電極を用いて比較二次電池を作製した。比較二次電池の作製は、電極形成方法以外は、上記二次電池の作製と同様にして行った。
【０１３１】
＜二次電池、比較二次電池の特性比較＞
上記のようにして作製した二次電池および比較二次電池について、充放電測定機を用いて電池特性の比較を行った。充放電の測定には定電流方式を採用し、初回充電のみ０．０５ｍＡで、その後の充電からは０．１５ｍＡの電流で充放電し、上限電圧を１．０Ｖ、下限電圧を０．０３Ｖとして行った。容量制限を２０００（ｍＡｈ／ｇ）とし、また、測定は室温で行った。その結果を表１および図１０に示す。
【０１３２】
【表１】
【０１３３】
表１は、種々の充放電サイクル数における、リチウム吸蔵量に対するリチウム放出量の割合を表しており、つまり充放電効率の評価を行った結果である。この結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、非常に高い充放電効率であることがわかり、さらに、不可逆容量がほぼ０であることがわかった。なお、二次電池および比較二次電池の活物質層の重さは０．２５５ｍｇとして放電容量（ｍＡｈ／ｇ）を算出した。
【０１３４】
図１０は、充放電サイクルに対するリチウム放出量を示した結果である。この結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、充放電サイクル数が増加しても、リチウム放出容量の低下が見られていないことがわかった。
【０１３５】
表１および図１０の結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、充放電効率およびサイクル特性が向上していることがわかった。
【符号の説明】
【０１３６】
１０１ 集電体
１０３ 活物質層
１０９ ニオブを含む層
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
１７９ ニオブを含む層
２０１ 集電体
２０３ 活物質層
２０３ａ 結晶性シリコン領域
２０３ｂ 結晶性シリコン領域
２０４ 電極
２０６ 筐体
２０９ ニオブを含む層
２１０ セパレータ
２２０ リング状絶縁体
２３２ 参照電極
２４０ スペーサー
２４２ ワッシャー
２４４ 筐体
３００ 自動車
３０２ 蓄電装置
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 二次電池
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
１３０１ モーターボート
１３０２ 蓄電装置
１３１１ 電動車椅子
１３１２ 蓄電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【０００２】
なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子および装置全般を指すものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ、および空気電池など、種々の蓄電装置の開発が行われている。特に高出力および高エネルギー密度の二次電池として、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて、充放電を行うリチウム二次電池が注目されている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の一表面に活物質層を形成することにより作製される。活物質層は、キャリアとなるイオンの貯蔵および放出が可能な、炭素またはシリコンなどの活物質により形成される。例えば、シリコンまたはリンが添加されたシリコンにより活物質層を形成すると、炭素により活物質層を形成するのに比べて理論容量が大きく、蓄電装置の大容量化という点において優れている（例えば特許文献１。）。
【０００５】
しかし、活物質であるシリコンは、リチウムイオンを吸蔵または放出する際に、シリコンの体積が膨張または収縮することが知られている。そのため電池の充放電に伴い、活物質層が微粉化し、集電体から脱離するなどの問題が生じる。その結果、電極内の集電性が低下し、充放電サイクル特性が悪くなる。この対策として、活物質層表面への炭素、銅、ニッケルなどのコーティングを行うことにより、シリコンの崩れを抑制する方法があるが、これらコーティングを行うと、リチウムとシリコンの反応性を低下させてしまい、充放電容量を低下させてしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明の一態様は、充放電容量を高め、かつサイクル特性等の蓄電装置の性能を向上させることが可能な蓄電装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
蓄電装置用の電極において、集電体上に活物質層としてリチウムと合金化する材料を用い、該活物質層上にニオブを含む層を形成することにより、蓄電装置の高容量化ができ、さらにサイクル特性および充放電効率を改善することができる。
【０００９】
該ニオブを含む層としては、酸化ニオブまたは窒化ニオブで形成されることが好ましい。また、ニオブリチウム合金を含んでいてもよく、例えばＬｉ２Ｎｂ２Ｏ５を含んでいてもよい。また、該ニオブを含む層は、非晶質でもよく、結晶性を有していてもよい。
【００１０】
また、該Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５は、電池反応によってＮｂ２Ｏ５とＬｉが反応して形成される。さらにこのＬｉ２Ｎｂ２Ｏ５は、その後の充放電において保持されていてもよく、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５からＬｉが脱離し、Ｎｂ２Ｏ５となってもよい。このように、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５が活物質層上に形成されることにより、Ｌｉ２Ｎｂ２Ｏ５は有機ＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の代わりに、安定な無機ＳＥＩとして作用し、それによって低抵抗化、リチウム拡散性の向上、活物質層の体積膨張を緩和させる、などの効果を奏する。
【００１１】
該活物質は、リチウムと合金化する材料が好ましく、例えばシリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムを含む材料を用いることができる。さらに、該活物質にリンまたはボロンが添加されていることが好ましい。これら材料を用いることにより、蓄電装置の高容量化が可能となる。
【００１２】
また該活物質は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶のいずれの結晶性であってもよい。さらに、例えば活物質としてシリコンを用いる場合、結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域上に突出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域とを有することができる。さらに、結晶性シリコンの周りに非晶質シリコンを有する構造でもよい。ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、屈曲または枝分かれした部位を有する突起を有していてもよい。
【００１３】
上記において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を有する結晶性シリコン層は、集電体上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて堆積させる熱ＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００１４】
このように、活物質層として結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域上に突出する複数の突起を有するウィスカー状の結晶性シリコン領域と、を有することにより、活物質の表面積が増大する。活物質の表面積が大きくなることで、蓄電装置におけるリチウムイオン等のキャリアイオンが単位時間に活物質に吸蔵される量、またはキャリアイオンが単位時間に活物質から放出される量が、単位質量当たりで増大する。単位時間あたりのキャリアイオンの吸蔵量又は放出量が増大し、高電流密度でのキャリアイオンの吸蔵量又は放出量が増大するため、蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００１５】
集電体は、白金、アルミニウム、銅に代表される金属元素等の導電性の高い材料を用いることができる。また、集電体は、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。
【００１６】
蓄電装置における負極と、該負極と対向する正極との間に形成される電解質層は、液体または固体によって形成することができ、さらに該電解質層にニオブを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明の一態様では、集電体、活物質層およびニオブを含む層などの多層構造を用いることができ、それによって集電体、活物質層およびニオブを含む層において、それぞれの層を構成する物質同士が結合することによって構造を強固なものにすることができる。そのため、充放電に伴う活物質層の体積変化による構造の破壊を生じにくい。その結果、充放電サイクルを経た場合でも、上記活物質層の破壊は抑制されるため、電池内部の抵抗上昇および、容量減少の発生を抑制することができる。
【００１８】
さらに、本発明の一態様では、蓄電装置の電極を塗布法により形成することができる。例えば、集電体上に活物質としてシリコン粒子を混合したスラリーを塗布したのち焼成して塗布電極を形成し、該塗布電極上にニオブを含む層を形成することによって、高容量かつ良好なサイクル特性を有する塗布電極を形成できる。
【００１９】
本発明の一態様では、蓄電装置に用いられる塗布電極の添加剤として、ニオブを含む材料を用いることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様により充放電効率が改善し、ＣＶ（定電圧）充電が不要になる。そのため、充電時間の短縮にもなり、さらに負極材料のサイクル特性を改善することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様により、放電容量又は充電容量の増大等、電池性能が向上した蓄電装置を提供することができる。また、電極における活物質層の剥がれ等による蓄電装置の劣化を低減した蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】蓄電装置の電極を示す図である。
【図２】蓄電装置の電極の作製工程を示す図である。
【図３】蓄電装置の電極を示す図である。
【図４】蓄電装置の電極の作製工程を示す図である。
【図５】蓄電装置の一形態の平面図及び断面図である。
【図６】蓄電装置の応用の一形態の斜視図である。
【図７】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図８】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図９】蓄電装置の作製工程を示す図である。
【図１０】蓄電装置の電池特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態およ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。
【００２４】
（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およびその作製方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００２５】
図１は、蓄電装置の電極の一形態を示す図である。図１に示す蓄電装置の電極は、集電体１０１と、集電体１０１の一表面上に設けられた活物質層１０３と、活物質層１０３上に設けられたニオブを含む層１０９とを有する。
【００２６】
集電体１０１は、負極の集電体として用いることが可能な導電性を有し、且つ後の加熱処理に対する耐熱性を有する材料を適宜用いて形成する。集電体として用いることが可能な導電性材料としては、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、鉄等があるが、これに限定されない。なお、集電体としてアルミニウムを用いる場合は、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ることが好ましい。また、上記導電性材料の合金を用いてもよい。
【００２７】
また、集電体１０１として、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素を用いてもよい。シリコンと反応して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。
【００２８】
また、集電体１０１として、酸化物導電材料を用いることが可能であり、酸化物導電材料の代表例としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等がある。なお、集電体１０１は箔状、板状、網状であってもよい。このような形状の場合、集電体１０１単独で形状保持できるため、支持基板などを用いる必要はない。
【００２９】
活物質層１０３は、電荷の担い手であるイオンと合金化する材料を用いることが好ましい。電荷の担い手であるイオンは、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の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などであればよく、好ましくはリチウムを用いる。活物質層１０３は、例えばリチウムと合金化することができる材料として、シリコン、スズ、アルミニウム、ゲルマニウムなどを用いることができる。
【００３０】
活物質層にシリコンを用いる場合、集電体１０１上にプラズマＣＶＤ法などによりシリコン層を形成することができる。このとき、シリコン層の形成に際し、材料ガス中に水素が極力含まれないことが好ましい。それによって、シリコン中に形成されるダングリングボンドなどの欠陥が増加し、リチウムイオンの挿入・脱離反応を起こりやすくすることができる。
【００３１】
活物質層１０３上に設けられたニオブを含む層１０９は、酸化ニオブまたは窒化ニオブにより形成することができる。また、ニオブの代わりに、バナジウム、タンタル、タングステン、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、クロムもしくはチタンの酸化物、または窒化物を用いることができる。さらに結晶性は、非晶質、多結晶または単結晶のいずれでもよい。
【００３２】
次に、上記電極を形成する方法について、図２を参照して説明する。
【００３３】
まず、図２（Ａ）に示すように、集電体１０１上に活物質層１０３を形成する。例えば、集電体１０１としてチタンシートを用い、集電体１０１上に活物質層１０３としてシリコン層をプラズマＣＶＤ法により形成すればよい。該シリコン層には、リンまたはボロンなどのキャリアを生成する不純物元素が含まれていてもよい。例えば、シリコン層にリンを含ませるためには、材料ガスにホスフィンを含ませればよい。なお、シリコン層の結晶性は特に限定されず、シリコン層は、非晶質であってもよいし、結晶性を有していてもよい。例えば、非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いることができる。ここで、シリコン層に対して結晶化を行ってもよい。シリコン層に対して結晶化を行う場合には、あらかじめシリコン層中の水素濃度を十分に低減させた後に、該シリコン層に熱処理を行ってもよいし、該シリコン層にレーザ光を照射して結晶化させてもよい。
【００３４】
シリコンは黒鉛に比べて理論容量が大きいため、活物質層にシリコンを用いることにより、活物質層に黒鉛を用いる場合と比較して、厚さを１／１０程度まで薄く形成しても、同程度の容量を有することができる。そのため軽量化および小型化が可能であるが、過度に薄く形成すると、二次電池の容量が小さくなってしまう。そのため、活物質層１０３の厚さは５０ｎｍ以上１０μｍ以下とし、好ましくは１００ｎｍ以上５μｍ以下とする。また、薄く形成しない場合であっても二次電池の容量を大きくすることができるため好ましい。
【００３５】
次に、図２（Ｂ）に示すように、活物質層１０３上に、ニオブを含む層１０９を形成する。例えばニオブを含む層１０９として、酸化ニオブ層を形成すればよい。酸化ニオブ層の形成には、Ｎｂ２Ｏ５ターゲットを用い、蒸着法などによって形成することができる。また、メッキ法、溶射法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などにより形成してもよい。
【００３６】
形成する酸化ニオブ層は、膜厚が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、形成した酸化ニオブ層の組成はＮｂｘＯｙ（ｘおよびｙは正の整数）で表すことができる。
【００３７】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
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およびその作製方法について、図３および図４を用いて説明する。
【００３９】
図３は、蓄電装置の電極の一形態を示す図である。図３に示す蓄電装置の電極は、集電体２０１と、集電体２０１の一表面上に設けられた活物質層２０３と、活物質層２０３上に設けられたニオブを含む層２０９とを有する。なお、活物質層２０３は結晶性シリコン領域と、当該領域上に形成されるウィスカー状の結晶性シリコン領域とを有する。
【００４０】
次に、上記電極を形成する方法について、図４を参照して説明する。
【００４１】
まず、図４（Ａ）に示すように、集電体２０１上に、活物質層２０３として結晶性シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する。ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコンの形成は５５０℃以上、ＬＰＣＶＤ装置および集電体２０１の耐熱温度以下で行うことが好ましく、より好ましくは５８０℃以上６５０℃以下で行う。また、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性ガスを用いることができる。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、または塩化シリコン等があり、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、窒素、および水素の一以上を混合させてもよい。
【００４２】
集電体２０１としては、集電体１０１の材料として列挙した上述の材料を適宜用いることができる。
【００４３】
なお、活物質層２０３に不純物として酸素が含まれている場合がある。これは、活物質層２０３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、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、結晶性シリコン層に拡散するためである。
【００４４】
なお、結晶性シリコン層に、リン、ボロン等のキャリアを生成する不純物元素が添加されていてもよい。リン、ボロン等のキャリアを生成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、電極の導電性を高めることができる。このため、放電容量又は充電容量をさらに高めることができる。
【００４５】
活物質層２０３は、結晶性シリコン領域２０３ａと、該領域上に形成されるウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂとを有する。なお、結晶性シリコン領域２０３ａおよびウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂは、界面が明確ではない。このため、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂが有する複数の突起の間に形成される谷のうち最も深い谷の底を通り、かつ集電体の表面と平行な平面を、結晶性シリコン領域２０３ａとウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂとの界面とする。
【００４６】
結晶性シリコン領域２０３ａは、集電体２０１を覆うように設けられる。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂは、結晶性シリコン領域２０３ａの不特定領域から不特定方向に向けて設けられた複数の突起を有する。
【００４７】
なお、ウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂが有する複数の突起は、円柱状、角柱状等の柱状でもよいし、円錐状または角錐状の針状でもよい。突起は、頂部が湾曲していてもよい。複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とが混在していてもよい。また、突起は表面に凹凸を有していてもよい。表面に凹凸を有することにより、活物質層の表面積を増大させることができる。
【００４８】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、活物質層２０３として機能する結晶性シリコン層がウィスカー状の結晶性シリコン領域２０３ｂを有するため、表面積が増大し、高電流密度での蓄電装置の放電容量又は充電容量を高めることができる。
【００４９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、活物質層２０３上に、ニオブを含む層２０９を形成する。ニオブを含む層２０９は、実施の形態１におけるニオブを含む層１０９と同様に形成することができる。
【００５０】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
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およびその作製方法について、以下に説明する。
【００５２】
まず、活物質、導電助剤、バインダおよび溶媒を混ぜてスラリーを形成する。スラリーの調製は、バインダを含ませた溶媒に導電助剤を分散させ、そこに活物質を混ぜる。このとき分散性向上のために、溶媒の量を抑え固練りを行うことが好ましい。その後、溶媒を追加し、スラリーを作製する。活物質、導電助剤、バインダおよび溶媒の割合は適宜調整することができるが、導電助剤とバインダの比率が高いほうが、活物質量当たりの電池性能を上げることができる。
【００５３】
活物質は、リチウムと合金化する材料が好ましく、例えばシリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムを含む材料を用いることができる。本実施の形態では、粒状のシリコンを用いる。なお、活物質である粒状シリコンの粒径は小さいほうが容量、サイクル特性ともに良好であり、粒径は１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５４】
導電助剤は、その材料自身が電子伝導体であり、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。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、ケッチェンブラック、ＶＧＣＦ（商標登録）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金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などがそれに該当する。導電助剤とは、活物質間の導電性を助ける物質であり、離れている活物質の間に充填され、活物質同士の導通をとる材料である。
【００５５】
バインダとしては、澱粉、ポリイミド、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、ＳＢＲ（Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）、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。
【００５６】
溶媒としては、水、Ｎメチル−２ピロリドンまたは乳酸エステルなどがある。
【００５７】
次に、上記作製したスラリーを、集電体上に塗布し、ホットプレートまたはオーブンなどを用いて、乾燥させる。乾燥は、ＳＢＲ等の水系バインダを用いる場合は、５０℃程度で行うことができる。また、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド等の有機系バインダを用いる場合は、１２０℃程度で乾燥させることが好ましい。その後、所望の形状に打ち抜きを行い、本乾燥を行う。本乾燥は１７０℃で１０時間程度行うことが好ましい。
【００５８】
該集電体は、例えば、銅箔、チタン箔、ステンレス箔などを用いることができる。また、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。
【００５９】
以上の工程によって作製した塗布電極上に、ニオブを含む層を形成する。ニオブを含む層とは、例えば蒸着法により形成することができ、さらに酸化ニオブまたは窒化ニオブによって形成されることが好ましい。
【００６０】
以上の工程により、蓄電装置の電極を形成することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、蓄電装置の構造について、図５を用いて説明する。
【００６２】
はじめに、蓄電装置として、二次電池の構造について、以下に説明する。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。
【００６３】
図５（Ａ）は、蓄電装置１５１の平面図であり、図５（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図を図５（Ｂ）に示す。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す。
【００６４】
図５（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。
【００６５】
図５（Ｂ）に示すように、蓄電セル１５５は、負極１６３と、正極１６５と、負極１６３および正極１６５の間に設けられるセパレータ１６７と、電解質１６９とで構成される。
【００６６】
負極１６３は、負極集電体１７１および負極活物質層１７３で構成される。また、負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方または両方の面に形成される。
【００６７】
正極１６５は、正極集電体１７５および正極活物質層１７７で構成される。また、正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方または両方の面に形成される。
【００６８】
また、負極集電体１７１は、端子部１５９と接続する。正極集電体１７５は、端子部１５７と接続する。また、端子部１５７、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。
【００６９】
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形状の蓄電装置を用いることができる。また、本実施の形態では、正極、負極、およびセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、およびセパレータが捲回された構造であってもよい。
【００７０】
負極集電体１７１としては、実施の形態１に示す集電体１０１を用いることができる。
【００７１】
負極活物質層１７３としては、実施の形態１に示す活物質層１０３と同様に、リンを添加したアモルファスシリコンを用いることができる。なお、シリコンにリチウムをプリドープしてもよい。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シリコンにより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。
【００７２】
さらに、実施の形態１と同様に、負極活物質層１７３上に、ニオブを含む層１７９を形成する。ニオブを含む層１７９は、酸化ニオブまたは窒化ニオブにより形成することができる。
【００７３】
正極集電体１７５としては、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体１７５は、箔状、板状、網状、膜状等の形状を適宜用いることができる。
【００７４】
正極活物質層１７７としては、電荷の担い手であるイオンを吸蔵及び放出する材料を用いることができる。例えば、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、キャリアイオンが、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の場合、正極活物質層１７７として、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）、またはアルカリ土類金属（例えばカルシウム、ストロンチウム、バリウム等）を用いることもできる。
【００７５】
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、キャリアイオンが、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の場合、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、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、またはマグネシウム塩等を適宜用いることができる。
【００７６】
また、電解質１６９の溶媒としては、リチウムイオン（または他のキャリアイオン）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の薄型化およ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。
【００７７】
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。さらに、電解質１６９の中に、ニオブを含んでいてもよい。また、ビニレンカーボネートなどを含んでいても良い。
【００７８】
セパレータ１６７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、硝子繊維等がある。さらにこれら材料の単層または積層させて、用いることができる。
【００７９】
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、出力電圧が高い。これらのため、小型化およ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。
【００８０】
次に、蓄電装置として、キャパシタについて、説明する。キャパシタの代表例としては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【００８１】
キャパシタの場合は、図５（Ｂ）に示す二次電池の正極活物質層１７７として、代わりに、リチウムイオン（または他のキャリアイオン）およびアニオンの少なくとも一つ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。
【００８２】
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。
【００８３】
負極１６３に実施の形態１に示す負極を用いることで、放電容量又は充電容量が高く、さらにサイクル特性を向上させた蓄電装置を作製することができる。
【００８４】
また、蓄電装置の一形態である空気電池の負極に、実施の形態１に示す集電体および活物質層を用いることで、放電容量又は充電容量が高く、さらにサイクル特性を向上させた蓄電装置を作製することができる。
【００８５】
以上のように、本発明の一態様では、集電体層、活物質層およびニオブを含む層などの多層構造を用いることができ、それによって集電体層、活物質層およびニオブを含む層における、それぞれの層を構成する物質同士が結合することによって構造を強固なものにすることができる。そのため、充放電に伴う活物質層の体積変化による構造の破壊を生じにくい。その結果、充放電サイクルを経た場合でも、上記活物質層の破壊が抑制されるため、電池内部の抵抗上昇および、容量減少の発生を抑制することができる。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４で説明した蓄電装置の応用形態について図６を用いて説明する。
【００８７】
実施の形態４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、電動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、電気推進車両の例を説明する。
【００８８】
図６（Ａ）に、電気推進車両の一つである四輪の自動車３００の構成を示す。自動車３００は、電気自動車またはハイブリッド自動車である。自動車３００は、その底部に蓄電装置３０２が設けられている例を示している。自動車３００における蓄電装置３０２の位置を明確にするために、図６（Ｂ）に、輪郭だけ示した自動車３００と、自動車３００の底部に設けられた蓄電装置３０２とを示す。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置３０２に用いることができる。蓄電装置３０２は、プラグイン技術や無線給電システム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。
【００８９】
図６（Ｃ）に、電気推進車両の一つであるモーターボート１３０１の構成を示す。図６（Ｃ）では、モーターボート１３０１が、蓄電装置１３０２を、その船体の側部に備えている場合を例示している。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置１３０２に用いることができる。蓄電装置１３０２は、プラグイン技術や無線給電システム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。モーターボート１３０１の充電（すなわち、蓄電装置１３０２の充電）を行うための給電装置は、例えば、港湾において船舶を係留させるための係留施設に設けることができる。
【００９０】
図６（Ｄ）に、電気推進車両の一つである電動車椅子１３１１の構成を示す。図６（Ｄ）では、電動車椅子１３１１が、蓄電装置１３１２を、その底部に備えている場合を例示している。実施の形態４で説明した蓄電装置を、蓄電装置１３１２に用いることができる。蓄電装置１３１２は、プラグイン技術や無線給電システム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。
【００９１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置の一例である二次電池を、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７および図８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。
【００９２】
はじめに、図７を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【００９３】
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。電子機器の代表的としては、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、電動車椅子等がある。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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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放電容量又は充電容量（蓄電量ともいう）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）。
【００９８】
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放電容量又は充電容量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化およ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。
【００９９】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図８を用いて説明する。
【０１００】
図８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。
【０１０１】
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へ何らかの応答を送信する場合に使用される。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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の充電量を１００％としないことで、二次電池６０４の最大充電回数を増加させることが可能である。
【０１０４】
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回路である。発振回路７０６は一定の周波数の信号を生成する回路である。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。そうすることで、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。
【０１０５】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間にどん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。そうすることで、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。
【０１０６】
本発明の一態様に係る二次電池は、図８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。
【０１０７】
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放電容量又は充電容量を増やすことができるので、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）。
【０１０８】
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放電容量又は充電容量が従来と同じであれば、受電装置６００の小型化およ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。
【０１０９】
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の変形と、当該変形に伴うアンテナの形状の変化によって、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。
【０１１０】
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、どの帯域であっても構わない。充電用の信号の周波数は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのＳＨＦ帯でもよい。
【０１１１】
また、信号の伝送方式としては電磁界結合方式、電磁誘導方式、電磁共鳴方式、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、ＨＦ帯である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、ＭＦ帯である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、ＬＦ帯である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、およびＶＬＦ帯である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望ましい。
【０１１２】
本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【０１１３】
本実施例では、本発明の一態様である二次電池について説明する。本実施例では、本発明の一態様である二次電池と、比較用の二次電池（以下、比較二次電池という。）と、を作製し、電池特性を比較した。
【０１１４】
＜二次電池の電極の作製工程＞
まず、二次電池の電極の作製工程を説明する。
【０１１５】
集電体上に活物質層を形成することにより、二次電池の電極を形成した。
【０１１６】
集電体の材料としては、チタンを用いた。集電体として、厚さ１００μｍのシート状のチタン箔（チタンシートともいう。）を用いた。
【０１１７】
活物質層としては、リンが添加されたアモルファスシリコン層を用いた。
【０１１８】
集電体であるチタン箔上にプラズマＣＶＤ法により活物質層であるリンが添加されたアモルファスシリコン層を形成した。プラズマＣＶＤ法によるリンが添加されたアモルファスシリコン層の形成は、材料ガスとしてシランおよびホスフィンを用い、シランの流量を６０ｓｃｃｍ、ホスフィンの流量を１１０ｓｃｃｍとして反応室内に導入し、反応室内の圧力を１３３Ｐａとし、反応室内の温度を、上部ヒーター設定を４００℃、下部ヒーター設定を５００℃として調節して、成膜を行った。
【０１１９】
上記工程により得られた、リンが添加されたアモルファスシリコン層を二次電池の活物質層として用いた。
【０１２０】
次に、形成した活物質層上に、蒸着法により酸化ニオブ層を形成した。蒸着源には、組成がＮｂ２Ｏ５である酸化ニオブを用い、真空中にて蒸着を行った。さらに、酸化ニオブ層の組成について、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した。その結果、形成された酸化ニオブ層は、蒸着源であるＮｂ２Ｏ５とほぼ同じ組成で形成されていることが確認された。
【０１２１】
以上の工程により、二次電池の電極を作製した。
【０１２２】
＜二次電池の作製工程＞
次に、本実施例の二次電池の作製工程を示す。
【０１２３】
上記のような工程により作製して得られた電極を用いて、二次電池を作製した。ここではコイン型の二次電池を作製した。以下に、コイン型の二次電池の作製方法について、図９を参照して説明する。
【０１２４】
図９に示すように、コイン型の二次電池は、電極２０４、参照電極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。電極２０４は、上記工程により作製され、集電体上に、活物質層およびニオブを含む層が設けられたものを用いた。本実施例では、集電体としてチタン箔を用い、活物質層を実施の形態１に示すリンが添加されたアモルファスシリコン層および酸化ニオブ層からなる、積層構造により形成した。参照電極２３２は、リチウム金属（リチウム箔）を用いた。セパレータ２１０には、ポリプロピレンを用いた。筐体２０６、筐体２４４、スペーサー２４０及びワッシャー２４２は、ステンレス製のものを用いた。筐体２０６及び筐体２４４は、電極２０４及び参照電極２３２を外部と電気的に接続する機能を有している。
【０１２５】
これら電極２０４、参照電極２３２及びセパレータ２１０を電解液に含浸させた。そして、図９に示すように、筐体２０６の底を下にして電極２０４、セパレータ２１０、リング状絶縁体２２０、参照電極２３２、スペーサー２４０、ワッシャー２４２、筐体２４４をこの順で積層し、「コインかしめ機」で筐体２０６と筐体２４４と、をかしめてコイン型の二次電池を作製した。
【０１２６】
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た。
【０１２７】
＜比較二次電池の電極の作製工程＞
次に、比較二次電池の電極の作製工程を説明する。本発明の一態様である二次電池と比較二次電池とは、活物質層の作製工程が異なる。それ以外の構成は共通しているため、基板、集電体等の構成は省略する。
【０１２８】
比較二次電池の活物質層としては、リンが添加されたアモルファスシリコン層を単層構造で用いた。
【０１２９】
＜比較二次電池の作製工程＞
次に、比較二次電池の作製工程を示す。
【０１３０】
上記のようにして集電体上に活物質層を形成し、比較二次電池の電極を形成した。得られた電極を用いて比較二次電池を作製した。比較二次電池の作製は、電極形成方法以外は、上記二次電池の作製と同様にして行った。
【０１３１】
＜二次電池、比較二次電池の特性比較＞
上記のようにして作製した二次電池および比較二次電池について、充放電測定機を用いて電池特性の比較を行った。充放電の測定には定電流方式を採用し、初回充電のみ０．０５ｍＡで、その後の充電からは０．１５ｍＡの電流で充放電し、上限電圧を１．０Ｖ、下限電圧を０．０３Ｖとして行った。容量制限を２０００（ｍＡｈ／ｇ）とし、また、測定は室温で行った。その結果を表１および図１０に示す。
【０１３２】
【表１】
【０１３３】
表１は、種々の充放電サイクル数における、リチウム吸蔵量に対するリチウム放出量の割合を表しており、つまり充放電効率の評価を行った結果である。この結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、非常に高い充放電効率であることがわかり、さらに、不可逆容量がほぼ０であることがわかった。なお、二次電池および比較二次電池の活物質層の重さは０．２５５ｍｇとして放電容量（ｍＡｈ／ｇ）を算出した。
【０１３４】
図１０は、充放電サイクルに対するリチウム放出量を示した結果である。この結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、充放電サイクル数が増加しても、リチウム放出容量の低下が見られていないことがわかった。
【０１３５】
表１および図１０の結果より、活物質層上に酸化ニオブを形成して作製した電極を用いた二次電池は、活物質層上に酸化ニオブを形成せずに作製した電極を用いた比較二次電池と比べて、充放電効率およびサイクル特性が向上していることがわかった。
【符号の説明】
【０１３６】
１０１ 集電体
１０３ 活物質層
１０９ ニオブを含む層
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
１７９ ニオブを含む層
２０１ 集電体
２０３ 活物質層
２０３ａ 結晶性シリコン領域
２０３ｂ 結晶性シリコン領域
２０４ 電極
２０６ 筐体
２０９ ニオブを含む層
２１０ セパレータ
２２０ リング状絶縁体
２３２ 参照電極
２４０ スペーサー
２４２ ワッシャー
２４４ 筐体
３００ 自動車
３０２ 蓄電装置
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 二次電池
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
１３０１ モーターボート
１３０２ 蓄電装置
１３１１ 電動車椅子
１３１２ 蓄電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と、
前記集電体上に形成され、且つリチウムと合金化する材料からなる活物質層と、
前記活物質層上に形成され、且つニオブを含む層と、を有する電極を用いることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ニオブを含む層は、酸化ニオブまたは窒化ニオブで形成されることを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記リチウムと合金化する材料は、シリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムであることを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
集電体と、
前記集電体上に、リチウムと合金化する材料で形成される活物質層と、
前記活物質層上に形成されるニオブを含む層と、を有する負極と、
前記負極と接して形成される電解質と、
前記電解質を介して、前記負極と対向する正極と、を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項１】
集電体と、
前記集電体上に形成され、且つリチウムと合金化する材料からなる活物質層と、
前記活物質層上に形成され、且つニオブを含む層と、を有する電極を用いることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ニオブを含む層は、酸化ニオブまたは窒化ニオブで形成されることを特徴とする蓄電装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記リチウムと合金化する材料は、シリコン、スズ、アルミニウムまたはゲルマニウムであることを特徴とする蓄電装置。
【請求項４】
集電体と、
前記集電体上に、リチウムと合金化する材料で形成される活物質層と、
前記活物質層上に形成されるニオブを含む層と、を有する負極と、
前記負極と接して形成される電解質と、
前記電解質を介して、前記負極と対向する正極と、を有することを特徴とする蓄電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３８３４７（Ｐ２０１２−１３８３４７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３３９６（Ｐ２０１１−２６３３９６）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【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７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【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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