(57)【要約】【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及びその作製方法を提供する。【解決手段】集電体と、集電体上に形成される混合層と、混合層上に形成される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、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蓄電装置である。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する。【選択図】図１
2016122658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体であるチタン膜上に、低圧化学蒸着法により結晶性シリコン層を形成し、
前記低圧化学蒸着法は、シリコンを含む堆積性ガスを原料ガスに用い、５８０度以上６５０度未満の温度で行い、
前記結晶性シリコン層は、複数の突起を有する結晶性シリコン領域を有し、
前記複数の突起のいずれか一は、屈曲した部位を有することを特徴とする蓄電装置の作製方法。
【請求項２】
集電体であるチタン膜上に、低圧化学蒸着法により結晶性シリコン層を形成し、
前記低圧化学蒸着法は、シリコンを含む堆積性ガスを原料ガスに用い、５８０度以上６５０度未満の温度で行い、
前記結晶性シリコン層は、複数の突起を有する結晶性シリコン領域を有し、
前記複数の突起のいずれか一は、枝分かれした部位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】
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、及び空気電池など、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、例えば炭素又は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。例えば、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、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。また、シリコンを活物質に用いた蓄電装置では、活物質層の剥がれ等が発
生することがある。そこで、放電容量を高める等の蓄電装置の性能を向上させることが可
能な蓄電装置及びその作製方法を提供することを課題の一とする。また、活物質層の剥が
れ等による蓄電装置の劣化が生じにくい蓄電装置及びその作製方法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】
【０００７】
本発明の一形態は、集電体と、集電体上に形成される混合層と、混合層上に形成される活
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、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蓄電装置である。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する。
【０００８】
屈曲または枝分かれした部位の伸長方向（すなわち、軸の方向）は、基となる突起の伸長
方向（すなわち、軸の方向）とは異なる。屈曲または枝分かれした部位は、基となる突起
の先端近傍または側面から伸長している。すなわち、屈曲または枝分かれした部位の根元
（基となる突起との界面近傍）は、基となる突起の先端近傍または側面にある。
【０００９】
また、屈曲または枝分かれした部位を有する突起は、当該部位からさらに屈曲または枝分
かれした部位を有していてもよい。
【００１０】
また、枝分かれした部位を有する突起と屈曲した部位を有する突起とが混在していてもよ
い。また、枝分かれした部位を有する突起は、屈曲した部位を有していてもよい。
【００１１】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域が有する一の突起は、他の突起と接するまたは
交差する部分を有していてもよい。また、他の突起と接するまたは交差する部分において
、両者は接合されていてもよい。
【００１２】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域が有する、屈曲または枝分かれした部位を有す
る突起は、他の突起と接するまたは交差する部分を有していてもよい。また、ウィスカー
状の結晶性シリコン領域が有する、屈曲または枝分かれした部位を有する突起は、屈曲ま
たは枝分かれした部位において、他の突起と接するまたは交差する部分を有していてもよ
い。また、他の突起と接するまたは交差する部分において、両者は接合されていてもよい
。
【００１３】
上記において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は屈曲または枝分かれした部位を有す
る突起を有するため、突起同士が絡まりやすい、または突起同士が接しやすい、または突
起同士が交わりやすい構成とすることができる。
【００１４】
また、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していな
い突起（単に、突起ともいう）を有していてもよい。屈曲または枝分かれした部位を有す
る突起と、屈曲または枝分かれした部位を有していない突起とが混在していてもよい。
【００１５】
上記において、ウィスカー状の結晶性シリコン領域が有する複数の突起の伸長方向（すな
わち、軸の方向）は、不揃い（すなわち、異なる方向）であってもよい。複数の突起の伸
長方向（すなわち、軸の方向）が不揃い（すなわち、異なる方向）であることにより、突
起同士が絡まり、接し、または交わりやすい構成とすることができる。または、ウィスカ
ー状の結晶性シリコン領域の複数の突起の伸長方向（すなわち、軸の方向）は、集電体の
法線方向であってもよい。
【００１６】
活物質層として機能する結晶性シリコン層はウィスカー状の結晶性シリコン領域を有する
ため、表面積が増大する。表面積が大きくなることで、蓄電装置の反応物質（リチウムイ
オン等のキャリアイオン）が結晶性シリコンに吸蔵される速度、また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。
【００１７】
また、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
有するため、突起同士が絡まり、接し、または交わりやすい構成とすることができる。そ
のため、突起の強度が増し（すなわち、折れにくくなり）、活物質層の剥がれ等による蓄
電装置の劣化を低減することができる。
【００１８】
また、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
有するため、ウィスカー状の結晶性シリコン領域においてシリコン密度の減少を抑えるこ
とができる。特に、ウィスカー状の結晶性シリコン領域において、突起の根元（結晶性シ
リコン領域との界面近傍）付近を含まない領域におけるシリコン密度の減少を抑えること
ができる。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域においてシリコンの量を増やすこと
ができ、表面積を増大させることができる。また、この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を用いて作製した蓄電装置において、蓄電装置の単位体積あ
たりのエネルギー密度を向上させることが可能である。
【００１９】
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
成することができる。
【００２０】
混合層は、金属元素及びシリコンを有する。混合層としては、集電体を形成する金属元素
及びシリコンを有してもよい。また、集電体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、混合層は、シリサイドで形成されてもよい。
【００２１】
集電体及び活物質層の間に混合層を有することで、集電体及び活物質層の間に低密度な領
域（粗な領域）が形成されず、集電体及び活物質層の界面特性を向上させることができる
。
【００２２】
また、混合層及び活物質層の間に、金属酸化物層を有してもよい。金属酸化物層は、集電
体を形成する金属元素の金属酸化物で形成してもよい。また、金属酸化物層を酸化物半導
体で形成してもよい。
【００２３】
金属酸化物層を酸化物半導体で形成することで、金属酸化物層が絶縁物の場合と比較して
、集電体及び活物質層の間の抵抗を低減することが可能であり、放電容量又は充電容量を
さらに高めることができる。
【００２４】
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加熱する熱化学蒸着（熱ＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）ともいう）法、または低圧化学蒸着
（ＬＰＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）ともいう）法により形成することができる。上記方法により形
成された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
起を含む複数の突起を有している。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一形態により、放電容量又は充電容量が増大する等、性能が向上した蓄電装置を
提供することができる。また、活物質層の剥がれ等による蓄電装置の劣化を低減すること
ができる蓄電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】蓄電装置の電極の断面図の例である。
【図２】蓄電装置の電極の断面図の例である。
【図３】蓄電装置の一形態の平面図及び断面図である。
【図４】蓄電装置の応用の一形態の斜視図である。
【図５】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図６】無線給電システムの構成の例を示す図である。
【図７】活物質層の平面ＳＥＭ写真である。
【図８】活物質層の断面ＴＥＭ写真である。
【図９】集電体と活物質層との界面近傍の拡大写真である。
【図１０】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１１】二次電池の作製方法の例である。
【図１２】活物質層の平面ＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（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説明
する。
【００２９】
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。
【００３０】
図１（Ａ）に示すように、集電体１０１上に、熱ＣＶＤ法、好ましくは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。そして、集電体１０１及び活物
質層１０３を有する電極を形成する。
【００３１】
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。集電体１０１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、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。
【００３２】
活物質層１０３として結晶性シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する。ＬＰＣＶＤ法は
、５５０℃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℃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。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があり、代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４、Ｓｉ
Ｃｌ４、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。
【００３３】
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、結晶性シリコン層に拡散するためである。
【００３４】
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
容量又は充電容量をさらに高めることができる。
【００３５】
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１
０１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及び結晶性シリ
コン層の界面における電子の移動が容易となると共に、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。
【００３６】
ここで、集電体１０１及び活物質層１０３の破線１０５における拡大図の例を図１（Ｂ）
〜（Ｄ）に示す。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、集電体１０１上には、混合層１０７が形成される。混合層１０
７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１０
３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に拡散することで形成される。
【００３８】
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、混合
層１０７には、シリサイドを形成する金属元素及びシリコンのシリサイド、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、シリサイドを形成する金属元素及びシリコンの合金層が形成される
。
【００３９】
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。
【００４０】
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。金属酸化物層１０９は、例えば、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が酸化されることで形成される。なお、ＬＰ
ＣＶＤ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が形成されないよう
にすることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
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、放電容量又は充電容量をさらに高めることができる。
【００４３】
集電体１０１及び活物質層１０３の間に混合層１０７を有することで、集電体１０１及び
活物質層１０３の間の界面における抵抗を低減させることができるため、電極の導電率を
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。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。
【００４４】
活物質層１０３は、結晶性シリコン領域１０３ａ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
ィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂ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１０３ｂ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。
【００４５】
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る。また、ウィスカ
ー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは、ひげ状に複数の突起が設けられている。ウィスカ
ー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは、図１（Ｂ）に示すように、屈曲した部位を有する
突起１１４ａを有する。または、図１（Ｃ）に示すように、枝分かれした部位を有する突
起１１４ｂを有する。
【００４６】
図１（Ｂ）に示す突起１１４ａにおいて、屈曲した部位の伸長方向（すなわち、軸の方向
）は、基となる突起の伸長方向（すなわち、軸の方向）とは異なる。屈曲した部位は、基
となる突起の先端近傍から伸長している。すなわち、屈曲した部位の根元（基となる突起
との界面近傍）は、基となる突起の先端近傍にある。
【００４７】
図１（Ｃ）に示す突起１１４ｂにおいて、枝分かれした部位の伸長方向（すなわち、軸の
方向）は、基となる突起の伸長方向（すなわち、軸の方向）とは異なる。枝分かれした部
位は、基となる突起の側面から伸長している。すなわち、枝分かれした部位の根元（基と
なる突起との界面近傍）は、基となる突起の側面にある。
【００４８】
また、屈曲した部位を有する突起１１４ａは、当該屈曲した部位からさらに屈曲または枝
分かれした部位を有していてもよい。また、枝分かれした部位を有する突起１１４ｂは、
当該枝分かれした部位からさらに屈曲または枝分かれした部位を有していてもよい。
【００４９】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂが有する一の突起は、他の突起と接す
るまたは交差する部分を有していてもよい。また、他の突起と接するまたは交差する部分
において、両者は接合されていてもよい。
【００５０】
例えば、図１（Ｄ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂが有する
、屈曲した部位を有する突起１１４ｃは、屈曲した部位において、他の突起と接する部分
を有していてもよい。また、他の突起と接する部分において、両者は接合されていてもよ
い。
【００５１】
また、図１（Ｂ）に示す屈曲した部位を有する突起１１４ａ、図１（Ｃ）に示す枝分かれ
した部位を有する突起１１４ｂ、図１（Ｄ）に示す屈曲した部位を有する突起１１４ｃが
混在していてもよい。
【００５２】
図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、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するため、突起同士が絡まりやすい、または突起同士が接
しやすい、または突起同士が交わりやすい構成とすることができる。
【００５３】
なお、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂ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。
【００５４】
ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂが有する突起の径は、結晶性シリコン領域１
０３ａとの界面において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。
【００５５】
なお、突起の軸における長さｈとは、突起の頂点または上面の中心を通る軸における、頂
点または上面の中心と結晶性シリコン領域１０３ａとの距離である。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、ウィスカー状の結晶性シリコン領
域１０３ｂの突起の頂点または上面から結晶性シリコン領域１０３ａまでの垂線の長さ（
すなわち、高さ）の和となる。
【００５６】
また、屈曲した部位を有する突起１１４ａ、枝分かれした部位を有する突起１１４ｂ、屈
曲した部位を有する突起１１４ｃにおいて、屈曲または枝分かれした部位は、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。当該部位は、頂部が湾曲
していてもよい。また、基となる突起の形状と屈曲または枝分かれした部位の形状は類似
した形状を有していてもよいし、異なる形状を有していてもよい。例えば、基となる突起
の形状は柱状であり、屈曲した部位の形状は針状であってもよい。
【００５７】
なお、突起が結晶性シリコン領域１０３ａから突出する方向を長手方向（伸長方向、また
は軸方向ともいう）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
手方向が法線方向となる面を輪切り断面形状という。
【００５８】
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。こ
の場合、突起の長手方向は、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。
【００５９】
または、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。第一の突起より第二の突起
の軸における長さが長くともよい。
【００６０】
突起の長手方向が不揃いであると、突起同士が絡む場合があるため、蓄電装置の充放電に
おいて突起が脱離しにくい。
【００６１】
また、突起が円柱状または円錐状であれば、突起の輪切り断面形状は円形状となり、突起
が角柱状または角錐状であれば、突起の輪切り断面形状は多角形状となる。
【００６２】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、活物質層１０３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１０３ｂ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。また、ウィスカー状の結
晶性シリコン領域１０３ｂは屈曲した部位を有する突起１１４ａ、枝分かれした部位を有
する突起１１４ｂ、または屈曲した部位を有する突起１１４ｃを有するため、突起同士が
絡まり、接し、または交わりやすい構成とすることができる。そのため、突起の強度が増
し（すなわち、折れにくくなり）、活物質層の剥がれ等による蓄電装置の劣化を低減する
ことができる。
【００６３】
また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂは屈曲した部位を有する突起１１４ａ
、突起１１４ｃ、または枝分かれした部位を有する突起１１４ｂを有するため、ウィスカ
ー状の結晶性シリコン領域１０３ｂにおいてシリコン密度の減少を抑えることができる。
特に、ウィスカー状の結晶性シリコン領域１０３ｂにおいて、突起の根元（結晶性シリコ
ン領域１０３ａとの界面近傍）付近を含まない領域におけるシリコン密度の減少を抑える
ことができる。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域においてシリコンの量を増やす
ことができ、表面積を増大させることができる。また、このウィスカー状の結晶性シリコ
ン領域１０３ｂを有する結晶性シリコン層を用いて作製した蓄電装置において、蓄電装置
の単位体積あたりのエネルギー密度を向上させることが可能である。
【００６４】
本実施の形態に示す蓄電装置の電極は、集電体及び活物質層として機能する結晶性シリコ
ン層の間に、少なくとも混合層を有する。このため、集電体及び結晶性シリコン層の間の
界面抵抗を低減することが可能であり、さらに密着性を高めることが可能であるため、放
電容量又は充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。
【００６５】
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を膜状に形成するこ
とができる。
【００６６】
本実施の形態により、放電容量又は充電容量が増大する等、性能が向上した蓄電装置を提
供することができる。また、活物質層の剥がれ等による蓄電装置の劣化を低減することが
できる蓄電装置を提供することができる。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、蓄電セル１５５
及びセパレータ１６７中に満たされる電解質１６９とで構成される。
【００７２】
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。
【００７３】
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１
７３は、負極集電体１７１の一方また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の一方または両方の面に形成される。
【００７４】
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、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。
【００７５】
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、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。
【００７６】
負極集電体１７１は、実施の形態１に示す集電体１０１、または集電体１１１を用いるこ
とができる。
【００７７】
負極活物質層１７３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１０
３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
。
【００７８】
正極集電体１７５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。
【００７９】
正極活物質層１７７は、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、
ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＭｎ２ＰＯ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ
２Ｏ５、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、ベリ
リウム、マグネシウム、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。
【００８０】
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、またはベリリウム塩、マグネシウム塩、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等を適宜用いることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、ポリプロピレン等がある。
【００８４】
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
。
【００８５】
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、
二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。
【００８６】
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）及びアニオンの少なくとも一を可逆的に
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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の高い蓄電
装置を作製することができる。
【００８９】
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に示す集電体及び活物質層
を用いることで、放電容量又は充電容量の高い蓄電装置を作製することができる。
【００９０】
（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。
【００９１】
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。
【００９２】
図４（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３０
０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４（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２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。
【００９３】
図４（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４（
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２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。
【００９４】
図４（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４（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２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。
【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（以下、ＲＦ給電システムと呼ぶ。）に用いた場合の一例を、図５及び図６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。
【００９６】
はじめに、図５を用いてＲＦ給電システムについて説明する。
【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、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。
【００９８】
図５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７０
１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、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６０
４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。
【０１００】
本発明の一態様に係る二次電池は、図５で説明したＲＦ給電システムにおける受電装置６
００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１０１】
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）。
【０１０２】
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６
００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。
【０１０３】
次に、ＲＦ給電システムの他の例について図６を用いて説明する。
【０１０４】
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、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。
【０１０５】
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６
０３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６
０７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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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６
００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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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６
００が有する二次電池６０４として利用される。
【０１１１】
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）。
【０１１２】
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６
００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。
【０１１３】
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６
０４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。
【０１１４】
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Ｌ
Ｆ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯（短波）でも良いし、９００ＭＨｚ
〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯（極超短波）でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい
。
【０１１５】
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
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、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。
【０１１６】
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】
【０１１７】
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７、図８、図９、図１０、図
１１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（以下、比較二次電池という）とを作製し、特性を比較した。
【０１１８】
＜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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。
【０１２２】
集電体であるチタン膜上にＬＰＣＶＤ法により活物質層である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２０Ｐ
ａとし、反応室内の温度を６００℃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Ｈｅを流した。
【０１２３】
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。
【０１２４】
＜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層の平面ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図７に示す。
【０１２５】
図７に示すように、上記工程により得られた結晶性シリコン層は、柱状または針状の突起
を複数有するウィスカー状の結晶性シリコン領域を有する。
【０１２６】
図７に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、屈曲した部位を有する突起４
４１を有する。突起４４１は他の突起と交差する部分を有している。
【０１２７】
図７に示す突起４４１において、屈曲した部位の伸長方向（すなわち、軸の方向）は、基
となる突起の伸長方向（すなわち、軸の方向）とは異なる。屈曲した部位は、基となる突
起の先端近傍から伸長している。すなわち、屈曲した部位の根元（基となる突起との界面
近傍）は、基となる突起の先端近傍にある。
【０１２８】
上記工程により得られた結晶性シリコン層は、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を有す
るため、活物質層の表面積を増大させることができる。また、ウィスカー状の結晶性シリ
コン領域は屈曲した部位を有する突起４４１を有する。また、ウィスカー状の結晶性シリ
コン領域は、突起の先端近傍または側面において他の突起と接する突起を有する。したが
って、突起同士が絡まりやすい構造を有する。または突起同士が接する構造を有する。そ
のため、活物質層の剥がれ等の劣化を低減することが可能である。また、ウィスカー状の
結晶性シリコン領域においてシリコンの量を増やすことができ、表面積を増大させること
ができる。
【０１２９】
ウィスカー状の結晶性シリコン領域において、突起の軸における長さは、長いもので１５
〜２０μｍ程度である。また、突起の軸における長さは長いものだけでなく、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ている。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る。
【０１３０】
突起は頂部が湾曲しているものが観察された。突起は先端になるほど径が小さくなる針状
の突起が観察された。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。突起は、柱状の突起と
針状の突起とが混在して観察された。
【０１３１】
次に、上記工程により得られた結晶性シリコンの断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図８に示す。図８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が形成されてい
る。図８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ウィスカー状の
結晶性シリコン領域を有している。また、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、突起と
突起の間に空隙４０３（すなわち、突起が存在しない領域）を有している。
【０１３２】
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する。突起を有する結晶性
シリコン層の厚さは３．０μｍ程度の部分が観察された。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１．５〜２．０μｍ程度であった。また、図８では
示されないが、図７に示すように、突起の軸における長さは、長いもので１５〜２０μｍ
程度である。
【０１３３】
図９は、図８の一部を拡大した断面ＴＥＭ写真である。図９は、図８に示すチタン膜４０
１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９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わか
る。
【０１３４】
図１０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（ｅｎ
ｅｒｇｙ  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１０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わかる。領域４１１はチタン膜４０１であり、領域４
１２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。
【０１３５】
図１０に示すＥＤＸの二次元元素マッピングの結果より、図９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からなることがわかる。図１０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ている。
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。
【０１３６】
＜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。
【０１３７】
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１１を参照して説明する。
【０１３８】
図１１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２
４２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２
０４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。
【０１３９】
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１１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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
＜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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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６０ｓ
ｃｃｍ、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℃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７
０％、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。
【０１４４】
その後、７００℃で熱処理を行った。該熱処理は、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）が添加されている。なお、この結晶性
シリコン層には、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は形成されていなかった。
【０１４５】
＜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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
＜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。
【０１４８】
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／ｃ
ｍ３）を算出した。
【０１４９】
【表１】
2016122658.tif 000003
【０１５０】
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る。
【０１５１】
このように二次電池の実容量は、二次電池の理論容量（９８００ｍＡｈ／ｃｍ３）に近い
値を有している。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。
【実施例２】
【０１５２】
本実施例では、本発明の一態様である蓄電装置が有する電極及びその作製工程について、
図１２を用いて説明する。
【０１５３】
＜電極の作製工程＞
まず、電極の作製工程を説明する。
【０１５４】
集電体上に活物質層を形成することにより、蓄電装置用の電極を形成した。
【０１５５】
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。
【０１５６】
活物質層としては、結晶性シリコンを用いた。
【０１５７】
集電体であるチタン膜上にＬＰＣＶＤ法により活物質層である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２０Ｐ
ａとし、反応室内の温度を５９０℃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Ｈｅを流した。
【０１５８】
＜電極の構成＞
上記工程により得られた結晶性シリコン層の平面ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真を図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【０１５９】
図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、上記工程により得られた結晶性シリコン層は、柱状
または針状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する。
【０１６０】
図１２（Ａ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、屈曲した部位を有す
る突起４５０を有する。突起４５０は、屈曲した部位からさらに屈曲した部位を有してい
る。突起４５０において、基となる突起の形状と屈曲した部位の形状は類似した形状を有
している。突起４５０において、基となる突起の形状、屈曲した部位の形状、当該部位か
らさらに屈曲した部位の形状はいずれも略柱状である。
【０１６１】
また、図１２（Ｂ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域は、屈曲した部位
を有する突起４６０を有する。突起４６０において、基となる突起の形状と屈曲した部位
の形状は異なる形状を有している。突起４６０において、基となる突起の形状は略柱状で
あり、屈曲した部位の形状は略針状である。
【０１６２】
図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す突起４５０、突起４６０において、屈曲した部位の伸長方向
（すなわち、軸の方向）は、基となる突起の伸長方向（すなわち、軸の方向）とは異なる
。屈曲した部位は、基となる突起の先端近傍から伸長している。すなわち、屈曲した部位
または屈曲した部位からさらに屈曲した部位の根元（基となる突起または屈曲した部位と
の界面近傍）は、基となる突起または屈曲した部位の先端近傍にある。
【０１６３】
また、図１２（Ａ）に示すように、ウィスカー状の結晶性シリコン領域が有する突起は、
表面に凹凸を有している。
【０１６４】
上記工程により得られた結晶性シリコン層は、ウィスカー状の結晶性シリコン領域を有し
、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ため、活物
質層の表面積を増大させることができる。
【符号の説明】
【０１６５】
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
１０５    破線
１０７    混合層
１０９    金属酸化物層
１１１    集電体
１１４ａ  突起
１１４ｂ  突起
１１４ｃ  突起
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    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
３００    自動車
３０２    蓄電装置
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
４４１    突起
４５０    突起
４６０    突起
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  電気車椅子
１３１２  蓄電装置
【図１】
2016122658.tif 000004
【図２】
2016122658.tif 000005
【図３】
2016122658.tif 000006
【図４】
2016122658.tif 000007
【図５】
2016122658.tif 000008
【図６】
2016122658.tif 000009
【図１１】
2016122658.tif 000010
【図７】
2016122658.tif 000011
【図８】
2016122658.tif 000012
【図９】
2016122658.tif 000013
【図１０】
2016122658.tif 000014
【図１２】
2016122658.tif 000015