(57)【要約】【課題】本発明の固体イオンキャパシタによれば、Ｌｉイオン伝導性化合物からなる固体電解質と、電極からなる固体イオンキャパシタにおいて、静電容量の向上することを目的とする。【解決手段】固体電解質を形成する材料としては、固体電解質中をＬｉイオンが移動するＬｉイオン伝導性化合物であり、還元雰囲気中で焼成しても組成や構造が変化しないものと、電極とからなる固体イオンキャパシタにおいて、前記電極が主として非弁作用金属であることを特徴とする固体イオンキャパシタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌｉイオン伝導性化合物からなる固体電解質と、電極からなる固体イオンキャパシタにおいて、前記電極が主として非弁作用金属であることを特徴とする固体イオンキャパシタ。
【請求項２】
前記電極はＡｇよりイオン化傾向が大きい金属からなることを特徴とする請求項１に記載の固体イオンキャパシタ。
【請求項３】
前記電極は強磁性金属からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体イオンキャパシタ。
【請求項４】
前記固体電解質は、前記電極に挟まれる固体電解質層が薄いほど静電容量が向上する、厚さ依存性がある材料であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の固体イオンキャパシタ。
【請求項５】
前記固体電解質と、前記電極との界面において、固体電解質と電極とが反応して生成するＬｉ化合物層があることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の固体イオンキャパシタ。
【請求項６】
前記固体電解質は、ガーネット型結晶構造を有する組成式Ｌｉ７＋ｘ（Ｌａ３−αＭ１α）３＋ｙ（Ｚｒ２−βＭ２β）Ｏ１２＋ｘ／２＋３ｙ／２（Ｍ１はＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙであり、Ｍ２はＴｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉである。−１≦ｘ≦１、−０．５≦ｙ≦０．５、０≦α≦０．６、０≦β≦０．６）で表される、Ｌｉイオン伝導性化合物を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の固体イオンキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体イオンキャパシタ、より詳しくは、固体電解質を使用して蓄電する固体イオンキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の各電子機器の普及に伴い、これら電子機器の電子部品として、各種蓄電デバイスの研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
そして、特許文献１には、固体電解質と、集電体とを備え、前記固体電解質が無機固体電解質である全固体型電気二重層キャパシタが提案されている。
【０００４】
この特許文献１では、電気二重層キャパシタの電解質に液体電解質（電解液）を使用すると、漏液により劣化が生じるおそれがあることから、無機化合物からなる固体電解質を使用し、漏液が生じるのを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３０８４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電気二重層キャパシタでは、例えば液体電解質を使用した場合、電気二重層の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍと薄く、陽極近傍及び陰極近傍の電気二重層以外の部分は、単なる導電体として機能する。そして、電気二重層以外の部分では陽イオン及び陰イオンは双方とも液体電解質中を可動するが、陽イオンは陽極近傍の陰イオンに引き寄せられ、陰イオンは陰極近傍の陽イオンに引き寄せられることから、電界が印加される領域（以下、「電界印加領域」という。）は陽極及び陰極の各近傍域に止められ、電界印加領域は液体電解質の内部に侵入しないように遮蔽される。したがって、充電時に印加される電圧（電界）は、電気二重層にのみ負荷されることとなり、陽極と陰極との離間距離を小さくしても電界は変化せず、電界は液体電解質の厚みには依存しない。このため、従来の電気二重層キャパシタの静電容量を増加させるためには、電極の比表面積を増加せざるを得ず、また比表面積を増加させたところで十分に大きな所望の静電容量を得るのは困難である。
【０００７】
また、上述した特許文献１では、ナシコン型結晶構造を有するＬｉイオン伝導性化合物を固体電解質に使用している。
【０００８】
固体電解質がナシコン型結晶構造を有するＬｉイオン伝導性化合物の場合では、充電時に陽極及び陰極との間に電圧（電界）を印加すると、陰イオンは結晶格子中に配されて移動せず、陽イオンのみが移動することから、上述のような電界印加領域の遮蔽もなく、これにより電界印加領域の増加が期待される。そして、電界によって移動する電荷によって分極が大きくなることから、陽極及び陰極に蓄積される電荷が増加し、体積当たりの静電容量を大きくすることができると考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、固体電解質の厚みが０．９７ｍｍと大きく、このため固体電解質中の体積当たりの電界印加領域を増加させることができず、陽極及び陰極と固体電解質との界面に電気二重層が形成された状態を維持することから、上述と同様、充電時に印加される電圧は、電気二重層のみに負荷され、このため所望の大きな静電容量を得るのが困難である。
【００１０】
また、特許文献１では、全固体型電気二重層キャパシタの静電容量は固体電解質の厚さに依存しないとしている。
【００１１】
これは、上で述べたように実施例の固体電解質の厚みが大きいため、もしくは、用いた固体電解質が厚さに依存せず静電容量が変わらない材料であるため、と考えられる。
【００１２】
特許文献１では、グリーンシートで厚さが２５μｍの積層構造を有する全固体型電気二重層キャパシタを作製しているが、焼成後の固体電解質層厚さや重なり電極面積の記述がなく、不明瞭である。また、容量と厚さの関係に言及がない。
【００１３】
静電容量が厚さに依存しない固体電解質では、電気二重層の厚さが薄いと考えられる。もしくは、実施例の固体電解質の厚さよりは電気二重層の厚さが薄いと考えられる。
【００１４】
また、特許文献１では、固体電解質に対して使用する電極の種類に関して、ＡｕやＮｉをはじめとする各種金属、合金、導電性ペースト等を用いることができるとしている。
【００１５】
しかし、Ｌｉを主成分とするＬｉイオン伝導性化合物はＬｉの反応性が高く、電極に用いる金属種と反応し、電極と固体電解質の界面にコンダクタンスの低いＬｉ化合物層を形成する場合がある。
【００１６】
加えて、ＡｌやＴｉなどの酸素と反応し表面に酸化膜を形成しやすい金属を用いた場合も電極と固体電解質の界面に酸化物層を形成する場合がある。
【００１７】
このように、電極と固体電解質の界面にコンダクタンスの低いＬｉ化合物層や酸化物層を形成してしまうと、Ｌｉ化合物層や酸化物層の抵抗が高いことから、Ｌｉ化合物層や酸化物層に電圧が集中することになり、固体電解質に電圧がかからなくなり、静電容量が低下する。
【００１８】
したがって、無機固体電解質にＬｉイオン伝導性化合物を用いる場合、電極は特許文献１に記載のようにＡｕやＮｉをはじめとする各種金属、合金、導電性ペースト等を制限なく用いることができない。
【００１９】
また、従来のＬｉイオンキャパシタでは、負極にＬｉイオン電池で用いられる材料、正極に電気二重層キャパシタで用いられる材料を用いている。電気二重層キャパシタに比べ負極で酸化還元反応しＬｉイオンが充放電で吸蔵・放出することを利用することによって、負極電位をＬｉの酸化還元電位まで下げ、耐電圧や静電容量を向上することができる。
【００２０】
しかしながら、負極で酸化還元反応を起こすために電界印加領域は負極近傍に止められる。正極では、電気二重層キャパシタと同様に、電気二重層を形成するので電界印加領域は正極の各近傍域に止められ、電界印加領域は電解質の内部に侵入しないように遮蔽される。したがって、充電時に印加される電圧（電界）は、電極近傍にのみ負荷されることとなり、正極と負極との離間距離を小さくしても電界は変化せず、電界は電解質の厚みには依存しない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明はこのような検討に基づきなされたものであって、本発明に係る固体イオンキャパシタは、電極が主として非弁作用金属を用いることを特徴とする。
【００２２】
これにより、電極と固体電解質の界面でコンダクタンスの低いＬｉ化合物層や酸化物層を形成しないことで、静電容量を向上することができる。
【００２３】
さらに、前記電極はイオン化傾向がＡｇより大きい金属からなることが好ましい。
【００２４】
イオン化傾向が大きいほど、イオンになりやすい。イオン化傾向がＡｇより大きい金属では、電極を形成する際に加熱、焼結したとき、固体電解質と親和しやすく接合が強い。
【００２５】
このように、固体電解質と電極とを馴染みやすくし、固体電解質の接合力を高めることによって、静電容量の低下を防ぎつつ、静電容量を向上することができる。
【００２６】
さらに、前記電極は主として強磁性金属からなることが好ましい。
【００２７】
このように、電極に磁性金属を用いることによって、固体イオンキャパシタを電磁石によって簡単に着脱できるようになるため搬送を容易にできる。
【００２８】
また、本発明に係る固体イオンキャパシタは、前記固体電解質が、前記電極に挟まれる固体電解質層が薄いほど静電容量が向上する、厚さ依存性がある材料であることが好ましい。
【００２９】
このように、固体電解質を厚さ依存性がある材料にすることのよって、固体イオンキャパシタの固体電解質を薄層化したときに、体積の減少と静電容量の向上の２つの要因の相乗効果でエネルギー密度を飛躍的に向上することが可能になる。
【００３０】
また、本発明に係る固体イオンキャパシタは、前記固体電解質と、前記電極との界面において、固体電解質と電極とが反応して生成するＬｉ化合物層があることが好ましい。
【００３１】
このように、固体電解質と電極との界面にコンダクタンスの高いＬｉ化合物層があることによって、固体電解質と電極の接着性を強くでき、充放電におけるエネルギー損失を少なくできる。また、固体電解質と電極との化学的安定性を得ることができる。
【００３２】
また、本発明に係る固体イオンキャパシタは、前記固体電解質が、ガーネット型結晶構造を有する組成式Ｌｉ７＋ｘ（Ｌａ３−αＭ１α）３＋ｙ（Ｚｒ２−βＭ２β）Ｏ１２＋ｘ／２＋３ｙ／２（Ｍ１はＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙであり、Ｍ２はＴｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉである。−１≦ｘ≦１、−０．５≦ｙ≦０．５、０≦α≦０．６、０≦β≦０．６）で表される、Ｌｉイオン伝導性化合物を含むことが好ましい。
【００３３】
これにより、高いイオンコンダクタンスが得られ、固体イオンキャパシタとして高い静電容量が得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の固体イオンキャパシタによれば、Ｌｉイオン伝導性化合物からなる固体電解質と、電極からなる固体イオンキャパシタにおいて、前記電極が主として非弁作用金属で構成することにより、静電容量の向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る固体イオンキャパシタを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明別の実施形態に係る積層型固体イオンキャパシタを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
次に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳説する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体イオンキャパシタを模式的に示す断面図であって、該固体イオンキャパシタ１は、固体電解質４の両主面に電極として陽極２及び陰極３が形成されている。
【００３８】
固体イオンキャパシタ１は、固体電解質４では、固体中を特定のイオンとして主にＬｉイオンが移動し、それ以外のイオンは結晶格子を形成し、容易に移動しない。つまり、陽極２及び陰極３間に電圧を印加した場合、Ｌｉイオンは固体電解質４内を陰極３側に移動するが、それ以外のイオンは結晶格子から容易に移動しない。
【００３９】
特定のイオンの例を示すと、固体電解質４の化合物がナシコン型結晶構造を有するＬｉ、Ｔｉ，Ｐ及びＯを含む化合物やガーネット型結晶構造を有するＬｉ、Ｌａ，Ｚｒ及びＯを含む化合物であれば、特定のイオンはＬｉイオンである。またそれ以外のイオンとは、固体電解質４の化合物に含まれるＬｉイオン以外のイオンを示す。前述の例に示すナシコン型結晶構造の固体電解質では化合物のうちＴｉ，Ｐ及びＯ、又は、Ｚｒ，Ｐ及びＯである。あるいはガーネット型結晶構造の固体電解質では化合物のうちＬａ，Ｚｒ及びＯである。
【００４０】
また、固体電解質４は電極に挟まれる固体電解質層の厚さが薄くなるほど静電容量が向上するものが好ましい。具体的には電極に挟まれる固体電解質層の厚さが５０μｍ以下にした時に電解印加領域に影響し静電容量が向上すると、薄層の積層型固体イオンキャパシタを作製し単位体積当たりの静電容量を飛躍的に向上できる。
【００４１】
また、固体電解質４は還元雰囲気中で焼成しても、安定であり、組成や構造が変化しないものが好ましい。
【００４２】
尚、固体電解質４を形成する材料としては、固体電解質４中をＬｉイオンが移動するＬｉイオン伝導性化合物であり、還元雰囲気中で焼成しても組成や構造が変化しないものを含んでいれば特に限定されるものではないが、ガーネット型結晶構造を含むのが好ましい。
【００４３】
ガーネット型結晶構造のＬｉイオン伝導性化合物は組成式Ｌｉ７＋ｘ（Ｌａ３−αＭ１α）３＋ｙ（Ｚｒ２−βＭ２β）Ｏ１２＋ｘ／２＋３ｙ／２（Ｍ１はＡｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙであり、Ｍ２はＴｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉである。−１≦ｘ≦１、−０．５≦ｙ≦０．５、０≦α≦０．６、０≦β≦０．６）で表される酸化物であることが好ましい。Ｌｉ組成比率が−１≦ｘ≦１の範囲にあることによって、室温で高いイオン伝導率を示し、材料の焼成による安定性や室温中での高い耐湿性を得ることができる。Ｌａ位の組成比率が−０．５≦ｙ≦０．５の範囲にあることによって、室温での高いイオン伝導率を示すことができる。Ｍ１やＭ２に上記に示す元素を０≦α≦０．６、もしくは、０≦β≦０．６用いることによって、同様の価数元素であるＬａ位やＺｒ位に置換し結晶の格子定数を調整、Ｌｉイオンのサイト間の障壁エネルギーを低く出来、室温で高いイオン電度を示すことができる。上記酸化物は、室温でのイオン伝導率が１×１０−４Ｓ／ｃｍと高く、電極に挟まれる固体電解質層の厚さが薄くなることによって静電容量の向上し、還元雰囲気で焼成が可能である。例えば、Ｌｉイオン伝導性化合物としてＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ７（Ｌａ２．５Ａｌ０．５）Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６．７Ｌａ３（Ｚｒ１．７５Ｎｂ０．２５）Ｏ１１．８５などが代表的に挙げられる
【００４４】
また、還元雰囲気で焼成可能な固体電解質を得ることが出来、還元焼成を必要とするような電極形成に対して同時焼成をすることができるようになり、還元雰囲気にて同時焼成を必要となるような積層チップを作製することができるようになる。
【００４５】
さらに、固体電解質４としては、ＳｉＯ２等のガラス成分を添加するのも好ましい。ガラス成分を含有させることにより、水分に対しより良好な化学的安定性を示し、耐吸湿性の向上を図ることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態の固体イオンキャパシタ１は、前記固体電解質４の一方の主面は第１の電極が形成され、かつ他方の主面には前記第１の電極とは極性の異なる第２の電極が形成される。前記第１の電極が陽極２として、また前記第２の電極が陰極３として機能する。
【００４７】
陽極２及び陰極３に使用される電極材料は、Ｌｉイオンと反応しないもので、非弁作用金属として、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏなどのいずれかを用いることが好ましい。
【００４８】
ここで言う弁作用金属とは、金属を固体電解質と接触させ焼き付けや同時焼成などの処理を行った場合に、固体電解質と反応し金属との界面にＬｉ化合物層や酸化物層を形成する金属のことを指す。具体的にはＣｒやＡｌ，Ｔｉなどがある。
【００４９】
また、上記電極材料において、クラックが発生しないよう熱収縮挙動を調整にしたり、固体電解質４との接着性を向上したりするために、ＳｉＯ２やＢ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７などのガラス成分や共材として固体電解質４の成分が含む場合がある。
【００５０】
さらに好ましくは、イオン化傾向がＡｇより大きい金属を用いる。具体的にはＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏなどである。イオン化傾向が大きいほど、イオンになりやすい。イオン化傾向がＡｇ以下の金属では安定しているため、電極を形成する際に加熱、焼結したとき、固体電解質と親和しにくく接合が弱い。一方、イオン化傾向がＡｇより大きい金属では、電極を形成する際に加熱、焼結したとき、固体電解質と親和しやすく接合が強い。
【００５１】
一般に、積層型セラミックコンデンサでは、特性向上のために電極の密度や被覆率が重要になってくるが、固体イオンキャパシタでは電極と固体電解質の接合が重要になってくる。
【００５２】
電極と固体電解質の接合が強いほど電圧を加えたとき電界が固体電解質に掛かりやすくなり、電荷が電極付近に局在しやすくなると考えられる。
【００５３】
接合の強さは、固体電解質と電極の馴染みやすさに比例すると考えられる。この馴染みやすさは、固体表面に水滴を滴下した時の水と固体の接触角で表せるような親和性と同じ考え方であり、固体表面と水を馴染ませる場合は固体表面に親水基となる構造があることが重要である。固体電解質と電極の場合は、電極のイオン化傾向が大きいほど固体電解質と馴染みやすいと考えられる。
【００５４】
さらに好ましくは、強磁性金属を用いる。具体的にはＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏなどである。
【００５５】
このように、電極に磁性金属を用いることによって、固体イオンキャパシタを電磁石によって簡単に着脱できるようになるため搬送を容易にし、さらには、積層型固体イオンキャパシタの製作の過程でチップにバレル研磨を行った後、チップを研磨材やメディアから分離するときや、外部端子電極をディップ法で形成する際にチップの整列を行う場合などの効率を高め、生産性を向上することが可能になる。
【００５６】
尚、陽極２及び陰極３に使用される電極材料は、同じ組成であっても、それぞれ違う組成であってもかまわない。
【００５７】
電極の形成方法としては、電極ペーストを用意しペレットやシートに印刷することで形成することができる。また、使用条件、コストその他の要件によって印刷法を用いることができない場合は、スパッタ法、蒸着法、薄膜法、溶射法、めっき法など様々な手法が適応可能である。
【００５８】
また、固体電解質４と電極となる陽極２又は陰極３との界面が微小凹凸構造を有するようにして前記界面を粗面化するのも好ましい。これにより電極面積が増加することから、固体電解質４の静電容量をより一層大きくすることが可能となる。
【００５９】
尚、固体電解質４は、後述するように焼成処理により形成される焼結体であることから、焼結された段階で表面は或る程度の凹凸構造を有する。したがって焼結体の表面が微小凹凸を有するように研磨処理を施した後、陽極又は陰極を形成したり、或いは焼結体を研磨せずに陽極又は陰極を形成したりすることにより、前記界面を容易に微小凹凸構造とすることができる。また、固体電解質４の両主面に適宜エッチング等を施して微小凹凸構造とすることもできる。
【００６０】
次に、上記固体イオンキャパシタの製造方法を説明する。
【００６１】
まず、原材料を所定量秤量し、混合する。例えば、作製するＬｉイオン伝導性化合物がＬｉ、Ｌａ、Ｚｒ、及びＯを含むガーネット型結晶構造である場合は、原材料としてＬｉ２ＣＯ３やＬｉＮＯ３等のＬｉ化合物、Ｌａ２Ｏ３やＬａ（ＯＨ）３等のＬａ化合物、更にはＺｒＯ２やＺｒ（ＯＨ）４等のＺｒ化合物を用意し、これら原材料を所定量秤量し、混合して混合物を得る。
【００６２】
次に、この混合物を所定の熱処理プロファイルで熱処理し、Ｌｉイオン伝導性化合物を作製する。
【００６３】
尚、Ｌｉイオン伝導性化合物中にガラス成分を含ませる場合は、ＳｉＯ２等のＳｉ化合物を含むガラス材料を所定量秤量して前記原材料と共に混合し、加熱・溶融させた後、急冷してガラス化し、その後、前記所定の熱処理プロファイルで熱処理し、Ｌｉイオン伝導性化合物を作製するのが好ましい。
【００６４】
次いで、このＬｉイオン伝導性化合物を、湿式で粉砕した後、バインダ、溶剤、可塑剤等を添加して湿式で十分に混合し、スラリーを得る。そしてこのスラリーを乾燥し造粒した後、ペレット形状等にプレス成形し、成形体を得る。
【００６５】
ここで、バインダ、溶剤、可塑剤等は、特に限定されるものではなく、例えば、バインダとしてはポリビニルブチラール樹脂等、溶剤には酢酸ｎ−ブチル等、可塑剤にはフタル酸ジブチル等をそれぞれ使用することができる。
【００６６】
次いで、成形体を、例えば、焼成温度を９００℃〜１２５０℃、焼成時間を２〜５０時間に設定して焼成を行い、焼結体ペレットを得た。
【００６７】
次に、電極材料として、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを含む電極ペーストを用意する。
【００６８】
前記電極ペーストは、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかの導電性粒子を含み、これ以外に、共材粒子、バインダ、溶剤および分散剤を含有する。共材粒子は、固体イオンキャパシタを構成する固体電解質４と同様の組成を有する固体電解質粒子であり、導電性粒子の周囲に介在し、導電性粒子の粒成長を抑制する。共材粒子を導電性ペースト中に含ませることで、導電性粒子の球状化を抑制することができる。
【００６９】
また、前記電極ペーストに含まれる電極材料は、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを含むものであれば、ＡｇとＰｄとの組み合わせ等の２種類以上の電極材料を含む合金であってもよい。
【００７０】
前記電極材料として、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを含む電極ペーストを前記焼結体ペレットに塗布し、成形体の両主面に陽極及び陰極を作製する。
【００７１】
その後、前記電極ペーストが塗布された焼結体ペレットを、例えば、焼付け温度を６００℃〜１１００℃、焼成時間を２〜１０時間に設定して還元雰囲気中で焼付けし、これにより固体イオンキャパシタを作製する。
【００７２】
尚、還元雰囲気とは、雰囲気ガスが窒素及び水素を主とした成分であり、そのうちの酸素濃度が１０Ｐａ以下である雰囲気のことを指す。
【００７３】
尚、主としてＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇのいずれかを含む電極ペーストに限っては、電極が酸化されにくいため、大気雰囲気中で焼付けを行ってもよい。
【００７４】
電極の形成方法としては、上記のように電極ペーストを用意しペレットやシートに印刷することで形成することができる。このほかに、使用条件、コストその他の要件によって印刷法を用いることができない場合は、スパッタ法、蒸着法、薄膜法、溶射法、めっき法など様々な手法が適応可能である。
【００７５】
（実施形態２）
図２は、本発明の別の実施形態に係る積層型固体イオンキャパシタを模式的に示す断面図であって、本実施形態２では、固体イオンキャパシタが積層構造を有している。
【００７６】
この積層型固体イオンキャパシタ５は、固体電解質４の一方の主面には陽極（第１の電極）２が形成され、他方の主面には陰極（第２の電極）３が形成されるように、固体電解質４を介して陽極２と陰極３とが交互に多数積層されている。図２の構成によれば、固体電解質層４を６層挟みながら陽極２を４層、並びに陰極３を３層、それぞれを交互に積層している。また、陽極２の上層及び陽極３の下層には固体電解質４と同一材料でなる外装６が設けられ、これら固体電解質４、陽極２、陰極３、及び外装６とで素子本体７が形成されている。そして、陽極２および陰極３がそれぞれ露出している素子本体７の両端部には第１の外部電極８及び第２の外部電極９が形成されている。そして第１の外部電極８は陽極２と電気的に接続されており、第２の外部電極９は陰極３と電気的に接続されている。
【００７７】
このように積層型固体イオンキャパシタでは、固体電解質４の一方の主面に陽極２が形成され、他方の主面に陰極３が形成されるように、固体電解質４を介して陽極２と陰極３とを複数層積層しているので、積層型セラミックコンデンサに類似した積層構造となる。これにより、小型でより大きな静電容量を有する積層型固体イオンキャパシタを容易に実現することができる。特に固体電解質４と陽極２又は陰極３との接合面が微小凹凸構造を有するように形成することにより、電極の比表面積を増加させることが可能となることから、固体電解質４の薄層化と相俟って静電容量が飛躍的に増大した固体イオンキャパシタを実現することができる。
【００７８】
以下、この積層型固体イオンキャパシタについて説明する。
【００７９】
まず、上記実施形態１の固体イオンキャパシタと同様の方法・手順でイオン伝導性化合物を作製する。
【００８０】
次いで、このイオン伝導性化合物を湿式で十分に粉砕した後、バインダ、溶剤、可塑剤等を加えて湿式で混合し、スラリーを作製する。このスラリーをドクターブレード法等の成形加工法を使用して成形加工し、厚さ０．５μｍ〜１００μｍ程度のグリーンシートを作製する。
【００８１】
次に、上記実施形態１の固体イオンキャパシタ１と同様の電極材料を含有した電極ペーストを用意する。使用する電極材料は固体電解質４の組成に応じて、焼結挙動を合わせるために、粒径や添加剤を加える。尚、積層型に適した電極材料として、ＮｉやＡｇ／Ｐｄが挙げられるが、ＣｕやＦｅなど上記実施形態１と同様の電極材料を使うことができる。
【００８２】
そして、グリーンシート上に電極ペーストを印刷し、所定パターンの塗布膜を形成する。続いて、塗布膜の形成されていないグリーンシートを最下層に配して、所定パターンの塗布膜が形成されたグリーンシートを積層する。このとき固体電解質４を解して所定パターンの塗布膜が交互に重なるように所定方向に適宜枚数積層する。また、陽極２となる所定パターンの塗布膜と陰極３となる所定パターンの塗布膜とが交互に所定ピッチ分ずれるように積層する。最後に、塗布膜の形成されていないグリーンシートを最上層に配して加熱・加圧し、積層成形体を作製する。ここでいう積層成形体は大きさが６０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度であり、内部に電極が挟まれる固体電解質層数は１層〜１０００層である。
【００８３】
次いで、この積層成形体を陽極２の一端と陰極３の他端が素子本体７の対向する端部に露出するように、大きさが０．２ｍｍ×０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜３２ｍｍ×１６ｍｍ×１６ｍｍ程度の所定寸法に切断する。切断後、匣（さや）に入れて９００℃〜１３００℃程度で焼成し、固体電解質４と陽極２又は陰極３が交互に積層された素子本体７を得る。
【００８４】
尚、上記のように固体電解質４と陽極２と陰極３を同時焼成する場合、固体電解質４と陽極２や陰極３の界面に固体電解質４と陽極２及び陰極３とが反応してＬｉ化合物層もしくは酸化物層が生成する。
【００８５】
しかし、上記化合物層もしくは酸化物層のコンダクタンスが固体電解質４のイオンコンダクタンスの１０倍未満の場合、電圧を固体イオンキャパシタに印加した時、電界がＬｉ化合物層もしくは酸化物層に印加されやすく、固体電解質４には電圧が印加されにくくなり静電容量が低下する。
【００８６】
そこで、上記化合物層もしくは酸化物層のコンダクタンスが固体電解質層のイオンコンダクタンスの１０倍以上とし、固体電解質４に十分電圧をかけられるようにして、静電容量の低下が起こらないようにすることができる。
【００８７】
例えば、固体電解質４にＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を用い、陽極２や陰極３にＮｉ電極を用いた場合、上記Ｌｉ化合物層の厚さは０．２μｍ程度であるが、Ｌｉ化合物層のコンダクタンスが５×１０−２Ｓ以上と高いために、静電容量の低下が起きていないと考えられる。
【００８８】
尚、上記Ｌｉ化合物層もしくは酸化物層の厚さや組成は、固体イオンキャパシタを電極に対して垂直に研磨し断面を出したものを用意し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察、ＥＥＬＳ法による線分析を行うことで、厚さを測定、及び、組成を分析することができる。
【００８９】
また、上記Ｌｉ化合物層もしくは酸化物層のコンダクタンスは、Ｌｉ化合物層もしくは酸化物層のコンダクタンスが固体電解質層のイオンコンダクタンスより高い場合は、試料を治具にセットし室温中（２５℃）にて、ネットワークアナライザを用いてインピーダンスの周波数特性を１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、電圧５０ｍＶにて測定し、ナイキストプロットを作成、解析することによって求めることができる。一方、上記Ｌｉ化合物層もしくは酸化物層のコンダクタンスが固体電解質層のイオンコンダクタンスより低い場合は、試料を治具にセットし室温中（２５℃）にて、周波数応答アナライザでインピーダンスの周波数特性を１ＭＨｚ〜０．１Ｈｚ、電圧１００ｍＶにて測定し、ナイキストプロットを作成、解析することによって求めることができる。
【００９０】
尚、上記の固体電解質４にＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を用い、陽極２や陰極３にＮｉ電極を用いた場合、固体電解質４と陽極２や陰極３の界面に生成するＬｉ化合物層はＬｉＮｉＯ２であると考えられる。他にも、Ｌｉイオン伝導性化合物と電極材料のＣｕやＦｅ、Ｃｏとの組み合わせでは、固体電解質４と陽極２や陰極３の界面にＬｉＣｕＯ２やＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２のＬｉ化合物層が生成していると考えられる。
【００９１】
上記化合物層もしくは酸化物層が生成することで、固体電解質４と陽極２及び陰極３との接着性が強くなる。そして、接着性が強いことで固体電解質４と陽極２及び陰極３の界面抵抗が小さくなり、充放電におけるエネルギー損失が少なくなる。
【００９２】
また、固体電解質４のＬｉイオンが陽極２及び陰極３と直接接触しなくなり、Ｌｉ化合物や酸化物層を介することによって、電極でのＬｉ析出を抑制でき、化学的安定性が向上する。
【００９３】
そして、Ａｇ／Ｚｎ電極ペーストやＡｌ電極ペーストなど市販されている外部電極用ペーストを用意し、素子本体７の両端部に外部電極用ペーストを塗布し、４００℃〜８００℃で焼き付けることによって第１及び第２の外部電極８、９を形成する。これにより、素子本体７の両端面にそれぞれ露出している陽極２又は陰極３とを電気的に接続する。これまで示してきたとおり積層型セラミックコンデンサと同様な製造方法を用いることにより比較的に容易に積層構造を有する積層型固体イオンキャパシタを作製することができる。
【００９４】
尚、外部電極形成は上記ペースト塗布以外に、スパッタ法や印刷法、及び、めっき法を行うことでも可能である。
【００９５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で変形可能であるのはいうまでもない。
【００９６】
次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００９７】
本実施例では電極材料として、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを用いた固体イオンキャパシタを作製し、イオン伝導率を測定した。そして、それぞれの電極材料が固体イオンキャパシタの電極として使用できるか判定し示す。
【００９８】
まず、試料の作製手順について説明する。
【００９９】
＜実施例１＞
実施例１は、固体電解質の原材料として、ＬｉＣＯ３、Ｌａ（ＯＨ）３、及びＺｒＯ２を用意し、これら原材料をＬｉイオン伝導性化合物の組成がＬｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２となるように所定量秤量し、混合物を得た。
【０１００】
次いで、この混合物を大気雰囲気で９００℃まで加熱し、５時間保持した後、自然冷却しＬｉイオン伝導性化合物を得た。
【０１０１】
次いで、得られたＬｉイオン伝導性化合物にバインダとなるポリビニルブチラール樹脂をトルエン溶液として加え混練し、φ１０ｍｍの円柱状にペレット成形した。
【０１０２】
成形したペレットを上記と同様にして成形したダミーペレットで挟み、マグネシアセッター上に載せ、４００℃まで加熱、５時間保持しバインダを除去した後、１２００℃で５時間焼成を行った。
【０１０３】
焼結したペレットを採寸したところ、径が７．６ｍｍ、厚みが１．０ｍｍであった。この固体電解質のペレットの両方の主面に、マグネトロンスパッタ法を用いてφ６ｍｍのＡｕ電極を形成し、評価用のディスク状固体イオンキャパシタを作製した。
【０１０４】
＜実施例２＞
実施例２は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、マグネトロンスパッタ法を用いてφ６ｍｍのＰｔ電極を形成した。
【０１０５】
＜実施例３＞
実施例３は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＡｇ：Ｐｄ＝９０：１０のＡｇ／Ｐｄ電極を形成し、大気雰囲気中にて９００℃で焼付けを行った。
【０１０６】
尚、電極ペーストは、Ａｇ粒子の平均粒径が０．８μｍのものと、Ｐｄ粒子の平均粒径が０．８μｍのものとを上記比率で配合し、これに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１０７】
尚、電極ペースト用の金属粒子の平均粒径はレーザ回折・散乱式粒度分布計（日機装株式会社製  ＭＴ３３００ＥＸII）を用いて測定した。
【０１０８】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、真空蒸着法を用いてφ６ｍｍのＡｇ電極を形成した。
【０１０９】
＜実施例５＞
実施例５は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、真空蒸着法を用いてφ６ｍｍのＣｕ電極を形成した。
【０１１０】
＜実施例６＞
実施例６は積層型固体イオンキャパシタを作製した。実施例１と同様の条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を得た後、湿式で粉砕し、バインダ、溶剤、可塑剤等を添加して湿式で十分に混合し、スラリーを得た。
【０１１１】
そして、このスラリーをシート厚みが３０μｍになるようにドクターブレード法を用いてグリーンシートを作製した。
【０１１２】
次に、Ｎｉ電極ペーストを用意し、作製したグリーンシートにＮｉ電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷し２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用の陽極又は陰極となる電極パターンの塗布膜を形成して、塗布膜が形成されたグリーンシートを作製した。
【０１１３】
尚、電極ペーストは、Ｎｉ粒子の平均粒径が０．５μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１１４】
次いで、最下層から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを５枚配し、６枚目から塗布膜が形成されたグリーンシートを電極パターンが最下層側に向くようにグリーンシートを５枚積層した。電極パターンはグリーンシートを介して、すなわち電解質を介して交互に積層した。そして、１１枚目から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを４枚配して、全１４枚を積層したまま加熱・加圧し、Ｎｉ電極の積層成形体を作製した。
【０１１５】
次いで、作製した積層成形体を陽極と陰極とが異なる端部に露出するように２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用寸法に押切切断して積層体素子を得た。その後、積層体素子を匣（さや）に入れて管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中において１１５０℃で２時間維持し焼成を行った。電極面積は１．２７ｍｍ×０．７７ｍｍ、固体電解質層の厚さは１５μｍとなった。
【０１１６】
そして、得られた焼結体の陽極と陰極とが露出する端部をサンドブラストにて研磨し、ＩｎＧａ電極を塗布し、陽極及び陰極と接続し、評価用の積層型固体イオンキャパシタを作製した。
【０１１７】
＜実施例７＞
実施例７は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＦｅ電極を印刷し、管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中にて１０００℃で焼付けを行った。
【０１１８】
尚、電極ペーストは、Ｆｅ粒子の平均粒径が１．０μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１１９】
＜実施例８＞
実施例８は、実施例１と同様な条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＣｏ電極を印刷し、管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中にて１０００℃で焼付けを行った。
【０１２０】
尚、電極ペーストは、Ｃｏ粒子の平均粒径が１．０μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１２１】
＜実施例９＞
実施例９は積層型固体イオンキャパシタを作製した。実施例１と同様の条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を得た後、湿式で粉砕し、バインダ、溶剤、可塑剤等を添加して湿式で十分に混合し、スラリーを得た。
【０１２２】
そして、実施例６と同様に、スラリーをシート厚みが３０μｍになるようにドクターブレード法を用いてグリーンシートを作製した。
【０１２３】
次に、Ｃｕ電極ペーストを用意し、作製したグリーンシートにＣｕ電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷し２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用の陽極又は陰極となる電極パターンの塗布膜を形成して、塗布膜が形成されたグリーンシートを作製した。
【０１２４】
尚、電極ペーストは、Ｃｕ粒子の平均粒径が０．５μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１２５】
次いで、最下層から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを５枚配し、６枚目から塗布膜が形成されたグリーンシートを電極パターンが最下層側に向くようにグリーンシートを５枚積層した。電極パターンはグリーンシートを介して、すなわち電解質を介して交互に積層した。そして、１１枚目から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを４枚配して、全１４枚を積層したまま加熱・加圧し、Ｃｕ電極の積層成形体を作製した。
【０１２６】
次いで、作製した積層成形体を陽極と陰極とが異なる端部に露出するように２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用寸法に押切切断して積層体素子を得た。その後、積層体素子を匣（さや）に入れて管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中において１１００℃で１０時間維持し焼成を行った。電極面積は１．２７ｍｍ×０．７７ｍｍ、固体電解質層の厚さは１５μｍとなった。
【０１２７】
そして、得られた焼結体の陽極と陰極とが露出する端部をサンドブラストにて研磨し、ＩｎＧａ電極を塗布し、陽極及び陰極と接続し、評価用の積層型固体イオンキャパシタを作製した。
【０１２８】
＜実施例１０＞
実施例１０は積層型固体イオンキャパシタを作製した。実施例１と同様の条件でＬｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を得た後、湿式で粉砕し、バインダ、溶剤、可塑剤等を添加して湿式で十分に混合し、スラリーを得た。
【０１２９】
そして、実施例６と同様に、スラリーをシート厚みが３０μｍになるようにドクターブレード法を用いてグリーンシートを作製した。
【０１３０】
次に、Ｆｅ電極ペーストを用意し、作製したグリーンシートにＦｅ電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷し２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用の陽極又は陰極となる電極パターンの塗布膜を形成して、塗布膜が形成されたグリーンシートを作製した。
【０１３１】
尚、電極ペーストは、Ｆｅ粒子の平均粒径が０．５μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜて作製した。
【０１３２】
次いで、最下層から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを５枚配し、６枚目から塗布膜が形成されたグリーンシートを電極パターンが最下層側に向くようにグリーンシートを５枚積層した。電極パターンはグリーンシートを介して、すなわち電解質を介して交互に積層した。そして、１１枚目から外装として塗布膜の形成していないグリーンシートを４枚配して、全１４枚を積層したまま加熱・加圧し、Ｆｅ電極の積層成形体を作製した。
【０１３３】
次いで、作製した積層成形体を陽極と陰極とが異なる端部に露出するように２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）用寸法に押切切断して積層体素子を得た。その後、積層体素子を匣（さや）に入れて管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中において１１５０℃で２時間維持し焼成を行った。電極面積は１．２３ｍｍ×０．７５ｍｍ、固体電解質層の厚さは１５μｍとなった。
【０１３４】
そして、得られた焼結体の陽極と陰極とが露出する端部をサンドブラストにて研磨し、ＩｎＧａ電極を塗布し、陽極及び陰極と接続し、評価用の積層型固体イオンキャパシタを作製した。
【０１３５】
＜比較例１＞
比較例１は、実施例１と同様な条件で固体電解質のペレットを作製した。（Ｌｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。）そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＣｒ電極を印刷し、管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中にて１０００℃で焼付けを行った。
【０１３６】
尚、電極ペーストは、Ｃｒ粒子の平均粒径が１．０μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜる作製した。
【０１３７】
＜比較例２＞
比較例２は、実施例１と同様な条件で固体電解質のペレットを作製した。（Ｌｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。）そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＭｎ電極を印刷し、管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中にて１０００℃で焼付けを行った。
【０１３８】
尚、電極ペーストは、Ｍｎ粒子の平均粒径が１．０μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜる作製した。
【０１３９】
＜比較例３＞
比較例３は、実施例１と同様な条件で固体電解質のペレットを作製した。（Ｌｉイオン伝導性化合物Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２を作製し、ペレットを成形して、焼成を行った。）そして、作製した固体電解質のペレットの両方の主面に、スクリーン印刷法を用いてφ６ｍｍのＡｌ電極を印刷し、管状型焼成炉にてＨ２２％−Ｎ２９８％の混合ガスを２Ｌ／ｍｉｎで流した還元雰囲気中にて８５０℃で焼付けを行った。
【０１４０】
尚、電極ペーストは、Ａｌ粒子の平均粒径が１．０μｍのものに対して、共材、バインダ、溶剤および分散剤を添加して、３本ロールでよく混ぜる作製した。
【０１４１】
＜評価＞
実施例１から実施例１０の試料、及び比較例１から比較例３の試料の評価は、試料をそれぞれ治具にセットし室温中にて周波数応答アナライザ（ソーラトロン社製  １２６０型）でインピーダンスの周波数特性を１ＭＨｚ〜０．１Ｈｚ、電圧１００ｍＶにて測定し、ナイキストプロットを作成した。作成したナイキストプロットに対して交流インピーダンス測定・解析ソフトウェア（Scribner Associates社製  ＺＰｌｏｔ（登録商標）およびＺＶｉｅｗ（登録商標））を用いてＲｂｕｌｋとＲＧＢＣＧＢ回路を直列接続した等価回路でフィッティングを行いＲｂｕｌｋとＲＧＢの和からイオン抵抗を求めた。その逆数がイオンコンダクタンスであり、固体電解質の厚さで規格化した値がイオン伝導率である。イオン伝導率を表１に示した。そして、判定としてイオン伝導率が１×１０−４Ｓ／ｃｍ以上であれば「○」、１×１０−４Ｓ／ｃｍ未満であれば「×」とし、表１に示した。また、周波数１ｋHｚのときの静電容量であり、表１に示した。
【０１４２】
尚、閾値を１×１０−４Ｓ／ｃｍとしたのは、この値以上であれば静電容量が０．２μＦ以上であり、このとき２０１２サイズ（２．０ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２ｍｍ）で１０００層品を作製した場合静電容量は２７μＦ以上となり、固体イオンキャパシタは蓄電デバイスとして十分な静電容量を持つので、電極として使用できると判断した。
【０１４３】
また、実施例６、実施例９、実施例１０は積層型であるので電極面積が他の実施例とは異なる。具体的には実施例６の電極の重なり面積が１．２７×０．７７ｍｍであり、電極間に挟まれる電解質は４層品であるから総重なり面積３．９１ｍｍ２となる。これは、φ６ｍｍの電極面積の０．１４倍である。そこで、実施例６の静電容量は他の実施例と同様に評価できるよう０．１４で除し他の実施例と比較できる値に換算し記載した。同様に、実施例９と実施例１０においても、φ６ｍｍの電極面積相当になるように静電容量を換算し記載した。
【０１４４】
【表１】
2015130481.tif 000003
【０１４５】
表１に実施例１〜１０及び比較例１〜３のイオン伝導率と判定、及び、静電容量を示した。
【０１４６】
表１に示したように、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかの電極材料を含む電極はイオン伝導率が１×１０−４Ｓ／ｃｍ以上となり判定が「○」であり、Ｃｒ，Ｍｎ，Ａｌの電極材料からなる電極はイオン伝導率が１×１０−４Ｓ／ｃｍ未満となり判定が「×」であった。
【０１４７】
電極材料がＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを含む場合、Ｌｉイオン伝導性化合物（固体電解質）のイオン伝導率が１×１０−４Ｓ／ｃｍ以上であり、Ｌｉイオン伝導性化合物と電極の界面にコンダクタンスの低いＬｉ化合物層や酸化物層形成していない。そのため、一般的に固体電解質の評価として最も安定な金属であるＡｕが電極材料として用いられるが、実施例２から実施例１０はＡｕ電極を用いた実施例１の静電容量と同等もしくはそれ以上の値が示しており、静電容量の低下が防げていることがわかる。
【０１４８】
一方、電極材料がＣｒ，Ｍｎ，Ａｌのいずれかを含む場合は、Ｌｉイオン伝導性化合物と電極の界面にコンダクタンスの低いＬｉ化合物層や酸化物層が形成されており、このため、静電容量が低下しており、０．０５μＦ以下であった。
【０１４９】
尚、比較例１では２μｍのＬｉ化合物層が形成していた。コンダクタンスは２×１０−９Ｓであった。
【０１５０】
また、表1の静電容量を比較すると、電極材料がＡｇよりイオン化傾向が大きい金属であるＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのいずれかを電極として用いた方が、固体電解質と親和しやすく接合が強いため、静電容量が大きいことがわかる。
【０１５１】
したがって、Ｌｉイオン伝導性化合物からなる固体電解質と、電極からなる固体イオンキャパシタにおいて、電極が主として非弁作用金属であることが大きな静電容量を得るうえで重要である。
【０１５２】
より良くは、Ａｇよりイオン化傾向が大きい金属（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）を主として電極に用いることで、より大きな静電容量を得ることが可能となる。
【０１５３】
また、実施例５と実施例９、及び、実施例７と実施例１０の、Ｃｕ電極、及び、Ｆｅ電極のディスク状固体イオンキャパシタと積層型固体イオンキャパシタを比べるとディスク状固体イオンキャパシタは固体電解質層の厚みが１．０ｍｍであり、積層型固体イオンキャパシタの固体電解質の厚さは１５μｍである。これより、積層型固体イオンキャパシタの方が同電極面積当たりの静電容量が大きいことがわかり、固体電解質の厚さが小さいほど静電容量が大きくなっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
積層型固体イオンキャパシタの作製が可能になり、デバイスの小型化と静電容量の向上を実現できる。
【０１５５】
積層型固体イオンキャパシタは充放電速度がより早くすることができるので、電気二重層キャパシタと同様の用途として、二次電池よりも急速なエネルギー充放電が必要とされる蓄電デバイスのＥＶ用回生ブレーキ時や、太陽光発電・風力発電のピーク発電時に発生する大電流用二次電池の代替可能性を備える。あるいは、セラミックコンデンサや電解コンデンサと問うような用途として使用することができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１  固体イオンキャパシタ
２  陽極
３  陰極
４  固体電解質
５  積層型固体イオンキャパシタ
６  外装
７  素子本体
８  第１の外部電極
９  第２の外部電極
【図１】
2015130481.tif 000004
【図２】
2015130481.tif 000005