(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体であるチタン膜上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて減圧化学的気相成長法により、活物質層として機能する結晶性シリコン層を形成し、
前記結晶性シリコン層を形成する際の温度は、５８０度以上６５０度未満であり、
反応室は、石英製であり、
前記集電体の昇温時に、ヘリウムを流し、
前記結晶性シリコン層は、前記集電体の上面全面を覆っており、
前記結晶性シリコン層は、前記集電体の上面と接する第１の結晶性シリコン領域と、前記第１の結晶性シリコン領域上の第２の結晶性シリコン領域とを有し、
前記第２の結晶性シリコン領域は、柱状の突起と針状の突起とを有することを特徴とする蓄電装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、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、空気電池等の、蓄電装置の開発が行われている。
【０００４】
蓄電装置用の電極は、集電体の一表面又は両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、炭素又はシリコン等の、キャリアとなるイオンの吸蔵及び放出が可能な材料が用いられている。また、シリコン、又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、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）。
【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等の活物質に用いても、理論容量ほど高い放電容量を得ることは困難である。そこで、本発明の一態様では、放電容量が高い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。
【０００７】
また、本発明の一態様では、繰り返し充放電による電極の劣化を低減すること等により、高い性能を有する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。
【０００８】
また、本発明の一態様では、放電容量又は充電容量を高めること等により、高い性能を有する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】
【０００９】
開示する蓄電装置は、活物質層として、結晶性シリコン層を用いるものである。そして、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を含むことを特徴としている。ウィスカー状の結晶性シリコン領域とは、結晶性シリコン層の表面側に柱状の突起及び針状の突起を含む複数の突起を有している結晶性シリコン領域を指す。
【００１０】
上記複数の突起が柱状の突起を有することで、厚さ方向における活物質層の強度が高くなる。活物質層の強度を高くすることで、繰り返し充放電による電極の劣化が低減される。また、活物質層の強度を高くすることで、振動等による電極の劣化が低減される。よって、蓄電装置の耐久性が向上する。また、活物質層の強度を高くすることで、放電容量又は充電容量の減少を防ぐ。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領域を含む結晶性シリコン層を用い、結晶性シリコン領域に柱状の突起を含ませることで、蓄電装置の性能を向上させる。
【００１１】
また、上記複数の突起が針状の突起を有することで、活物質層における単位質量当たりの表面積が大きくなる。表面積を大きくすることで、蓄電装置の放電容量又は充電容量が高まる。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領域を含む結晶性シリコン層を用い、結晶性シリコン領域に針状の突起を含ませることで、蓄電装置の性能を向上させる。
【００１２】
本発明の一態様は、活物質層として機能する結晶性シリコン層を有し、結晶性シリコン層は、表面に複数の突起を有し、複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とを有する蓄電装置である。
【００１３】
また、本発明の他の一態様は、集電体と、集電体上に設けられ、活物質層として機能する結晶性シリコン層と、を有し、結晶性シリコン層は、結晶性シリコン領域と、当該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、を有し、複数の突起は、柱状の突起と針状の突起とを有する蓄電装置である。
【００１４】
また、集電体と活物質層との間には、集電体に用いられる金属元素と活物質層に用いられるシリコンとを含む層を有していてもよい。当該層を有することにより、集電体と活物質層との間に低密度な領域（粗な領域）が形成されず、集電体と活物質層との間の、密着性等の特性が向上する。
【００１５】
また、集電体と活物質層との間には、集電体に用いられる金属元素と活物質層に用いられるシリコンとのシリサイドを有していてもよい。
【００１６】
また、集電体に用いられる金属元素は、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、又はニッケルであってもよい。
【００１７】
また、柱状の突起は、円柱状の突起又は角柱状の突起であってもよい。
【００１８】
また、針状の突起は、円錐状の突起又は角錐状の突起であってもよい。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、集電体上に、シリコンを含む堆積性ガスを用いて減圧化学的気相成長（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、柱状の突起と針状の突起とを有する結晶性シリコン領域を有する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。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様は、放電容量が高い蓄電装置及びその作製方法を提供することができる。
【００２１】
また、本発明の一態様は、電極の破損が抑えられる等の高い性能を有する蓄電装置及びその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】蓄電装置の電極の構造及び作製方法を説明するための断面図である。
【図２】蓄電装置の電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】蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。
【図５】結晶性シリコンの平面ＳＥＭ写真である。
【図６】結晶性シリコンの断面ＴＥＭ写真である。
【図７】集電体と活物質層との界面近傍の拡大写真である。
【図８】集電体と活物質層との界面近傍のＥＤＸの二次元元素マッピングである。
【図９】二次電池の作製方法の例である。
【図１０】ＲＦ給電システムの構成を示す図である。
【図１１】ＲＦ給電システムの構成を示す図である。
【図１２】突起の断面ＴＥＭ写真である。
【図１３】突起の断面ＴＥＭ写真である。
【図１４】蓄電装置の応用形態を説明するための斜視図である。
【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。
【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の構造及びその作製方法について説明する。
【００２５】
蓄電装置の電極の構造の一例について、図１を用いて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、蓄電装置の電極は、集電体１０１上に、活物質層１０３として機能する結晶性シリコン層を有する。
【００２７】
ここで、図１（Ａ）の集電体１０１及び活物質層１０３の破線１０５における拡大図を、図１（Ｂ）に示す。
【００２８】
活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａと、結晶性シリコン領域１０３ａ上に形成されたウィスカー状の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とウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂとの界面は、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１０３ｂの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１０３ａとウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂとの界面とする。
【００２９】
結晶性シリコン領域１０３ａは、集電体１０１を覆っている。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは、ひげ状の突起を複数有し、複数の突起が散在している。
【００３０】
ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは、柱状の突起や針状の突起を含む複数の突起を有する。突起は、頂部が丸くなっていてもよい。突起の径は、５０ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以上３μｍ以下である。また、突起の軸における長さは、０．５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下である。
【００３１】
柱状の突起は、円柱状の突起や角柱状の突起を含んでいてもよい。図１（Ｂ）では、柱状の突起１２１が結晶性シリコン領域上に突出している状態を示している。
【００３２】
なお、柱状の突起の軸における長さｈ１とは、突起の頂面（頂部の上面）の中心を通る軸における、突起の頂面と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離である。また、柱状の突起において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さは、突起の頂面の中心から結晶性シリコン領域１０３ａの表面までの垂線の長さに相当する。
【００３３】
針状の突起は、円錐状の突起や角錐状の突起を含んでいてもよい。図１（Ｂ）では、針状の突起１２２が結晶性シリコン領域上に突出している状態を示している。
【００３４】
なお、針状の突起の軸における長さｈ２とは、突起の頂点を通る軸における、突起の頂点と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離である。また、針状の突起において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さは、突起の頂点から結晶性シリコン領域１０３ａの表面までの垂線の長さに相当する。
【００３５】
なお、突起が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形状を長手断面形状という。また、長手方向に垂直な方向に沿った断面形状を輪切り断面形状という。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成される突起の長手方向は一方向、例えば結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対する法線方向に伸張していてもよい。なお、突起の長手方向は、結晶性シリコン領域１０３ａの表面の法線方向と、略一致していればよく、各々の方向の差は代表的には５度以内であることが好ましい。図１（Ｂ）においては、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂにおいては、長手断面形状のみを示している。
【００３７】
又は、図１（Ｃ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成される突起の長手方向が不揃いであってもよい。
【００３８】
代表的には、長手方向が結晶性シリコン領域１０３ａの表面に対する法線方向と略一致する第一の突起と、長手方向が法線方向とは異なる第二の突起とを有してもよい。図１（Ｃ）では、第一の突起として柱状の突起１１３ａ、針状の突起１１４ａを有し、第二の突起として柱状の突起１１３ｂ、針状の突起１１４ｂを有する状態を示している。
【００３９】
また、突起の長手方向が不揃いである場合、図１（Ｃ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの断面においては、突起の長手断面形状と共に、領域１０３ｄで示すように、突起の輪切り断面形状が混在している。領域１０３ｄは、円柱状又は円錐状の突起の輪切り断面形状を示しているため円形であるが、突起が角柱状又は角錐状であれば、領域１０３ｄは、多角形状である。
【００４０】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂに形成される複数の突起は、柱状の突起や針状の突起を含む。
【００４１】
柱状の突起を有することにより、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂの厚さ方向における活物質層の強度を高めることができるため、電極の破損が生じるのを抑えることができる。よって、繰り返し充放電による電極の劣化を低減することができる。また、活物質層の強度を高めることで、放電容量又は充電容量が減少するのを防ぐことができる。また、活物質層の強度を高めることで、振動等による電極の劣化を低減することができる。したがって、長時間使用することができる等、蓄電装置の性能を向上させることができる。
【００４２】
また、針状の突起を有することにより、突起同士を絡ませることができるため、蓄電装置の充放電において突起が脱離するのを防ぐことができる。よって、繰り返し充放電による電極の劣化を低減し、蓄電装置を長時間使用することができる。
【００４３】
また、針状の突起は、柱状の突起よりも単位質量当たりの表面積が大きい。表面積が大きい針状の突起を含むことで、蓄電装置の反応物質（リチウムイオン等）が結晶性シリコンに吸蔵される速度、又は反応物質が結晶性シリコンから放出される速度が、単位質量当たりで増大する。反応物質の吸蔵又は放出の速度が増大することで、高電流密度での反応物質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。このように、活物質層としてウィスカー状の結晶性シリコン領域を含む結晶性シリコン層を用い、結晶性シリコン領域に針状の突起を含ませることで、蓄電装置の性能を向上させることができる。
【００４４】
次に、蓄電装置の電極の作製方法の一例について、図１、図２を用いて説明する。
【００４５】
図１において、集電体１０１として、箔状、板状、又は網状の導電性部材を用いる。集電体１０１には、特に限定されないが、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ることができる。なお、集電体１０１として、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデン等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よい。
【００４６】
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。
【００４７】
又は、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を形成することができる。
【００４８】
次に、図１（Ａ）に示すように、活物質層１０３として、結晶性シリコン層を集電体１０１上に熱ＣＶＤ法、好ましくはＬＰＣＶＤ法により形成する。なお、図１（Ａ）では、集電体１０１の一表面に活物質層１０３を形成する例を示しているが、活物質層を集電体の両面に形成してもよい。
【００４９】
ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコン層の形成において、５５０度より高い温度で、且つ、ＬＰＣＶＤ装置及び集電体１０１が耐えうる温度以下、好ましくは５８０度以上６５０度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。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、及び水素の一以上を混合させてもよい。
【００５０】
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ことにより、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ず、集電体１０１と結晶性シリコン層との界面における電子の移動が容易になると共に、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、スループットを向上させることができる。
【００５１】
なお、活物質層１０３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、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、活物質層１０３として機能する結晶性シリコン層に拡散するためである。
【００５２】
なお、結晶性シリコン層に、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。
【００５３】
また、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、集電体１０１上に混合層１０７が形成されていてもよい。例えば、混合層１０７は、集電体１０１を形成する金属元素及びシリコンで形成されていてもよい。なお、混合層１０７が集電体１０１を形成する金属元素及びシリコンで形成される場合、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、結晶性シリコン層に含まれるシリコンが集電体１０１に拡散することで、混合層１０７を形成することができる。
【００５４】
シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素で集電体１０１を形成する場合、混合層１０７には、シリサイドを形成する金属元素とシリコンとのシリサイド、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。又は、シリサイドを形成する金属元素とシリコンとの合金層が形成される。
【００５５】
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との界面における抵抗を低減させることができるため、電極（例えば負極）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及び活物質層１０３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。
【００５６】
なお、混合層１０７に不純物として酸素が含まれる場合がある。これは、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、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、混合層１０７に拡散するためである。
【００５７】
混合層１０７上には、集電体１０１を形成する金属元素の酸化物で形成される金属酸化物層１０９が形成されてもよい。これは、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、ＬＰＣＶＤ装置の石英製のチャンバーから酸素が脱離し、集電体１０１が酸化されるためである。なお、金属酸化物層１０９を形成しない場合は、ＬＰＣＶＤ法で結晶性シリコン層を形成する際に、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してもよい。
【００５８】
集電体１０１を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する場合、金属酸化物層１０９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の酸化物で形成される金属酸化物層が形成される。
【００５９】
金属酸化物層１０９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、タングステン等で形成すると、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半導体で形成されるため、集電体１０１と活物質層１０３との界面における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。
【００６０】
以上の工程により、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減すること等により、高い性能を有する蓄電装置を作製することができる。
【００６１】
（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。
【００６２】
はじめに、蓄電装置の一態様として、二次電池の構造について以下に説明する。
【００６３】
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。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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、端子部１５９を有する。
【００６６】
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。
【００６７】
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と正極１６５との間に設けられたセパレータ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。
【００６８】
負極１６３は、負極集電体１７１及び負極活物質層１７３で構成される。負極１６３として、実施の形態１に示す電極を用いることができる。
【００６９】
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の両面を用いて電極を構成する場合に、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負極活物質層１７３を形成することで、負極集電体１７１の両面に同時に負極活物質層１７３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。
【００７０】
正極１６５は、正極集電体１７５及び正極活物質層１７７で構成される。負極活物質層１７３は、負極集電体１７１の一方又は両方の面に形成される。正極活物質層１７７は、正極集電体１７５の一方の面に形成される。
【００７１】
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。
【００７２】
なお、本実施の形態では、蓄電装置１５１として、密封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、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。
【００７３】
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、網状等の形状を適宜用いることができる。
【００７４】
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、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、又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）、ベリリウム、マグネシウム、又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の溶質には、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、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオン、又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、ベリリウム塩、マグネシウム塩、又はカルシウム塩、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、これらの一つ又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。
【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。
【００７８】
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。
【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、動作電圧が高い。これらのため、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。
【００８０】
次に、蓄電装置の他の一態様として、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、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３（Ａ）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／又はアニオンを可逆的に吸蔵できる材料を用いればよい。当該材料の代表例としては、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、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。
【００８４】
また、蓄電装置の他の一形態である空気電池において、負極に実施の形態１に示す集電体及び活物質層を用いることで、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。
【００８５】
（実施の形態３）
【００８６】
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及び図１４を用いて説明する。
【００８７】
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、電動自転車、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、電動自転車と車椅子について説明する。
【００８８】
図１４は、電動自転車１４０１（電動アシスト自転車ともいう。）の斜視図である。電動自転車１４０１は、使用者が座るサドル１４０２、ペダル１４０３、フレーム１４０４、車輪１４０５、車輪１４０５を操舵するハンドル１４０６、フレーム１４０４に装着された駆動部１４０７、ハンドル１４０６の周辺に設置された表示装置１４０８を有している。
【００８９】
駆動部１４０７は、モータ、バッテリー、コントローラ等を有している。コントローラは、バッテリーの状況（電流、電圧、バッテリー温度等）を検出し、電動自転車１４０１の走行時にはバッテリーからの放電量を調整することでモータを制御し、バッテリーの充電時には充電量の制御を行う。また、駆動部１４０７に、使用者がペダル１４０３を踏む力や、走行速度等を検知するセンサーを設け、センサーからの情報に応じてモータを制御してもよい。なお、図１４では、駆動部１４０７をフレーム１４０４に取り付ける構成を示しているが、駆動部１４０７の取り付け位置はこれに限定されない。
【００９０】
表示装置１４０８には、表示部、切り換えボタン等が設けられている。表示部においてバッテリーの残量や走行速度等を表示する。また、切り換えボタンによって、モータの制御や、表示部の表示の切り換えを行う。なお、図１４では、表示装置１４０８をハンドル１４０６の周辺に取り付ける構成を示しているが、表示装置１４０８の配置はこれに限定されない。
【００９１】
実施の形態２で説明した蓄電装置を、駆動部１４０７のバッテリーに用いることができる。駆動部１４０７のバッテリーは、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。また、実施の形態２で説明した蓄電装置を、表示装置１４０８に用いてもよい。
【００９２】
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。
【００９３】
アームレスト５０９の一方には、車椅子５０１の動作を制御するコントローラ５１３が設けられている。座部５０３の下方のフレーム５１５を介して、座部５０３の前下方には、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が設けられている。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が設けられている。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。
【００９４】
実施の形態２で説明した蓄電装置を、制御部５２３のバッテリーに用いることができる。制御部５２３のバッテリーは、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、バッテリーの充電をすることができる。
【００９５】
（実施の形態４）
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（ＲＦ給電システムともいう。）に用いた場合の一例を、図１０及び図１１のブロック図を用いて説明する。なお、各ブロック図では、受電装置及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。
【００９６】
はじめに、図１０を用いてＲＦ給電システムの一例について説明する。
【００９７】
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又は電気推進車両に適用される。その他にも、受電装置６００を、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、電動自転車、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。
【００９８】
図１０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。
【００９９】
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、又は給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。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、及び二次電池６０４から電源負荷部６１０への電力の供給を制御する機能を有する。また、信号処理回路６０３は、受電装置用アンテナ回路６０２の動作を制御する機能を有する。このようにして、受電装置用アンテナ回路６０２から発信する信号の強度、周波数等を制御することができる。
【０１００】
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。その他にも、電源負荷部６１０として、電力を受け取って受電装置６００を駆動する装置を適宜用いることができる。
【０１０１】
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、又は受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。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機能を有する。また、信号処理回路７０２は、給電装置用アンテナ回路７０１の動作を制御する機能を有する。このようにして、給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号の強度、周波数等を制御することができる。
【０１０２】
本発明の一態様に係る二次電池は、図１０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。
【０１０３】
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ため、何度も給電する手間を省くことができる。
【０１０４】
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を駆動するための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。
【０１０５】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図１１を用いて説明する。
【０１０６】
図１１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。
【０１０７】
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、又は給電装置用アンテナ回路７０１に信号を発信する機能を有する。給電装置用アンテナ回路７０１が発信する信号を受電装置用アンテナ回路６０２が受け取る場合、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機能を有する。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、及び二次電池６０４から電源回路６０７への電力の供給を制御する機能を有する。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機能を有する。変調回路６０６は、受電装置６００から給電装置７００へ信号を送信する（何らかの応答をする）場合に使用される。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、又は受電装置用アンテナ回路６０２から信号を受け取る機能を有する。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６００に送信する信号を生成する機能を有する。発振回路７０６は、一定の周波数の信号を生成する機能を有する。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に電圧を印加する機能を有する。これにより、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機能を有する。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機能を有する。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機能を有する。
【０１１１】
なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間に他の回路が設けられていてもよい。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。これにより、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。
【０１１２】
本発明の一態様に係る二次電池は、図１１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。
【０１１３】
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ため、何度も給電する手間を省くことができる。
【０１１４】
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を駆動するための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。
【０１１５】
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。これを防ぐために、例えば、二次電池６０４を、金属製又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。
【０１１６】
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。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯、又は２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯であってもよい。
【０１１７】
また、信号の伝送方式としては、電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式等様々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥等の、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、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望ましい。
【０１１８】
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】
【０１１９】
本実施例では、本発明の一態様である二次電池について、図５、図６、図７、図８、図９、図１２、図１３を用いて説明する。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（比較二次電池ともいう。）とを作製し、特性を比較した。
【０１２０】
＜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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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膜（チタンシートともいう。）を用いた。
【０１２３】
活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。
【０１２４】
集電体であるチタン膜上にＬＰＣＶＤ法により結晶性シリコンを形成した。ＬＰＣＶＤ法による結晶性シリコンの形成は、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度として行った。反応室は石英製のものを用いた。集電体の昇温時には、少量のヘリウム（Ｈｅ）を流した。
【０１２５】
上記工程により得られた結晶性シリコン層を二次電池の活物質層として用いた。
【０１２６】
＜二次電池の電極の構成＞
上記工程により得られた結晶性シリコンの平面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図５に示す。図５に示すように、上記工程により得られた結晶性シリコンは、柱状の突起及び針状の突起を含む多数の突起を有する、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を有していた。このため、活物質層の表面積を増大させることができる。突起の軸における長さは、長いもので１５μｍ〜２０μｍ程度を有していた。また、上記突起の軸における長さが長い突起だけでなく、当該軸における長さの長い突起の間に、突起の軸における長さが短い突起が複数存在した。突起の軸は、チタン膜に対して略垂直であるものもあれば、斜めであるものもあった。
【０１２７】
また、複数の突起の軸の方向は不揃いであった。また、突起の根元（結晶性シリコン領域との界面近傍）における径は、１μｍ〜２μｍであった。
【０１２８】
結晶性シリコンが有する複数の突起の一つについて、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図１２に示す。図１２に示すように、集積体であるチタン膜１２０３上に、活物質層である結晶性シリコン層１２０４が形成された。そして、結晶性シリコン層１２０４において、結晶性シリコン領域１２０１と、結晶性シリコン領域１２０１上の柱状の突起１２０２とが確認された。この柱状の突起１２０２の径は、約２μｍであった。また、柱状の突起１２０２において、結晶はおおよそ＜２１１＞方向に成長していることが確認された。
【０１２９】
また、結晶性シリコンが有する複数の突起の他の一つについて、断面ＴＥＭ写真を図１３に示す。図１３に示すように、集積体であるチタン膜１３０３上に、活物質層である結晶性シリコン層１３０４が形成された。そして、結晶性シリコン層１３０４において、結晶性シリコン領域１３０１と、結晶性シリコン領域１３０１上の針状の突起１３０２とが確認された。この針状の突起１３０２の根元（結晶性シリコン領域１３０１との界面近傍）における径は、約１μｍであった。また、針状の突起１３０２において、結晶はおおよそ＜１１０＞方向に成長していることが確認された。
【０１３０】
次に、上記工程により得られた結晶性シリコンの断面ＴＥＭ写真を図６に示す。図６に示すように、集電体であるチタン膜４０１上に、活物質層である結晶性シリコン層４０２が形成された。図６から、チタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍４０４には、低密度な領域が形成されていないことが確認できた。結晶性シリコン層４０２は、結晶性シリコン領域と、結晶性シリコン領域から突出している複数の突起で形成された。また、突起と突起との間に空隙４０３（すなわち、突起が存在しない領域）を有していた。
【０１３１】
結晶性シリコン層は、結晶性シリコン領域上に複数の突起を有していた。突起を有する結晶性シリコン層の厚さは、３．０μｍ程度、複数の突起の間に形成される谷における結晶性シリコン領域の厚さは、１．５μｍ〜２．０μｍ程度であった。また、図６では示されないが、図５に示すように、突起の軸における長さは、長いもので１５μｍ〜２０μｍ程度であった。
【０１３２】
図７は、図６の一部を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図７は、図６に示すチタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍４０４の拡大写真である。図７から、チタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍に、層４０５が形成されていることが確認された。
【０１３３】
図８に、チタン膜４０１と結晶性シリコン層４０２との界面近傍の断面のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の二次元元素マッピングの結果を示す。領域４１１は、チタンを主成分として有する領域である。領域４１２は、シリコンを主成分として有する領域である。領域４１６は、酸素とチタンとを成分として有する領域である。領域４１５は、チタンとシリコンとを成分として有する領域である。また、領域４１５に酸素が不純物として含まれている。図８から、チタンを主成分として有する領域４１１と、チタンとシリコンとを成分として有する領域４１５と、酸素とチタンとを成分として有する領域４１６と、シリコンを主成分として有する領域４１２とが、この順で積層されていることが確認された。領域４１１は、チタン膜４０１であり、領域４１２は、結晶性シリコン層４０２である。領域４１５は、チタンとシリコンとの混合層である。領域４１６は、金属酸化物層である。
【０１３４】
図８に示すＥＤＸの二次元元素マッピングの結果より、図７に示した層４０５は、チタンとシリコンとの混合層と、混合層上の金属酸化物層とを有することが確認された。図８に示す測定範囲においては、混合層上の全面を覆うように金属酸化物層が形成された。層４０５が有するチタンとシリコンとの混合層の厚さは、６５ｎｍ〜７５ｎｍ程度であった。
【０１３５】
＜二次電池の作製工程＞
本実施例の二次電池の作製工程を示す。
【０１３６】
上記のようにして集電体上に活物質層を形成し、電極を形成した。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。
【０１３７】
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には、上記工程により得られた集電体２００上に活物質層２０２が設けられたものを用いた。参照電極２３２は、参照電極活物質層２３０を有する。本実施例では、集電体としてチタン箔を用い、活物質層２０２を実施の形態１に示す結晶性シリコン層で形成した。また、参照電極活物質層２３０には、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（ＳＵＳ）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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
＜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。
【０１４１】
比較二次電池の活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。
【０１４２】
集電体であるチタン膜上にプラズマＣＶＤ法によりリンが添加された非晶質シリコンを形成し、熱処理をすることにより結晶性シリコンを形成した。プラズマＣＶＤ法による非晶質シリコンの形成は、材料ガスとしてシランとホスフィンを用い、シランの流量を６０ｓｃｃｍ、５ｖｏｌ％ホスフィン（水素希釈）の流量を２０ｓｃｃｍとして反応室内に材料ガスを導入し、反応室内の圧力を１３３Ｐａとし、基板の温度を２８０度とし、ＲＦ電源周波数を６０ＭＨｚ、ＲＦ電源のパルス周波数を２０ｋＨｚ、パルスのデューティ比を７０％、ＲＦ電源の電力を１００Ｗとして行った。非晶質シリコンは、厚さが３μｍとなるように形成した。
【０１４３】
その後、７００度で熱処理を行った。該熱処理は、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中で６時間行った。この熱処理により、非晶質シリコンを結晶化し、結晶性シリコン層を形成した。上記工程により得られた結晶性シリコン層を比較二次電池の活物質層として用いた。なお、この結晶性シリコン層には、リン（ｎ型を付与する不純物元素）が添加された。
【０１４４】
＜比較二次電池の作製工程＞
比較二次電池の作製工程を示す。
【０１４５】
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、上記二次電池の作製と同様にして行った。
【０１４６】
＜二次電池、比較二次電池の特性＞
充放電測定機を用いて、二次電池、比較二次電池の放電容量を測定した。充放電の測定には定電流方式を採用し、２．０ｍＡ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。すべての測定は、室温で行った。
【０１４７】
二次電池、比較二次電池の初期特性を表１に示す。表１には、活物質層の単位体積あたりの放電容量（ｍＡｈ／ｃｍ３）の初期特性を示す。ここでは、二次電池の活物質層の厚さは３．５μｍ、比較二次電池の活物質層の厚さは３．０μｍとして、放電容量（ｍＡｈ／ｃｍ３）を算出した。
【０１４８】
【表１】
0006012145.tif 000002
【０１４９】
表１に示すように、二次電池の放電容量（７３００ｍＡｈ／ｃｍ３）は、比較二次電池の放電容量（４０５０ｍＡｈ／ｃｍ３）と比較して、１．８倍程度大きいことがわかった。
【０１５０】
また、二次電池の実容量は、二次電池の理論容量（９８００ｍＡｈ／ｃｍ３）に近い値を示した。このように、ＬＰＣＶＤ法を用いて形成した結晶性シリコン層を活物質層として用いることで、容量が向上し、理論容量に近い容量値を有する二次電池を作製することができた。
【符号の説明】
【０１５１】
１０１    集電体
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    破線
１０７    混合層
１０９    金属酸化物層
１１１    集電体
１１３ａ    柱状の突起
１１３ｂ    柱状の突起
１１４ａ    針状の突起
１１４ｂ    針状の突起
１１５    基板
１２１    柱状の突起
１２２    針状の突起
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    集電体
２０２    活物質層
２０４    電極
２０６    筐体
２１０    セパレータ
２２０    リング状絶縁体
２３０    参照電極活物質層
２３２    参照電極
２４０    スペーサー
２４２    ワッシャー
２４４    筐体
４０１    チタン膜
４０２    結晶性シリコン層
４０３    空隙
４０４    界面近傍
４０５    層
４１１    領域
４１２    領域
４１５    領域
４１６    領域
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    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
１２０１    結晶性シリコン領域
１２０２    柱状の突起
１２０３    チタン膜
１２０４    結晶性シリコン層
１３０１    結晶性シリコン領域
１３０２    針状の突起
１３０３    チタン膜
１３０４    結晶性シリコン層
１４０１    電動自転車
１４０２    サドル
１４０３    ペダル
１４０４    フレーム
１４０５    車輪
１４０６    ハンドル
１４０７    駆動部
１４０８    表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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