專利名稱：蓄電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著環(huán)境技術(shù)的提高，對與現(xiàn)有的發(fā)電方式相比環(huán)境負荷小的發(fā)電裝置(例如，太陽能發(fā)電裝置)積極地進行研究開發(fā)。對發(fā)電技術(shù)進行開發(fā)的同時，對鋰二次電池、鋰離子電容器、空氣電池等蓄電裝置也進行開發(fā)。為了實現(xiàn)這些蓄電裝置的大容量化，提出了在正極及負極中設(shè)置多個柱狀突起物的技術(shù)(參照專利文獻I至3)。為了降低由于該突起物施加到設(shè)置在正極和負極之間的分離器的壓力，在正極及負極的每一個突起物的尖端上設(shè)置有絕緣體。此外，作為集成在硅芯片上的鋰電池的電極，提出了設(shè)置在n型硅晶片上的亞微米直徑的娃支柱(參照專利文獻4)。已公開了通過島光刻技術(shù)(island lithography)或光刻技術(shù)制造支柱。此外，一般來說，蓄電裝置用電極一般包括集流體以及以接觸于集流體上的方式設(shè)置的活性物質(zhì)等。作為負極活性物質(zhì)，例如使用碳或硅等能夠進行用作載流子的離子(以下，表示為載流子離子(carrier ions))的吸留及釋放的材料。例如,娃或摻雜有磷的娃與碳相比，能夠吸留碳的四倍的用作載流子的離子，因此其理論容量大，從蓄電裝置的大容量化的觀點來看是優(yōu)選的。因此，通過組合上述柱狀突起物結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)更大容量。但是，當對負極活性物質(zhì)的載流子離子吸留量增大時，充放電循環(huán)中的伴隨載流子離子的吸留及釋放體積變化增大，使集流體與硅的密接性降低。其結(jié)果是，產(chǎn)生如下問題重復(fù)充放電導(dǎo)致電池特性的劣化。于是，通過在集流體上形成由硅構(gòu)成的層且在該由硅構(gòu)成的層上設(shè)置由石墨構(gòu)成的層，降低由硅構(gòu)成的層的膨脹和收縮所導(dǎo)致的電池特性的劣化(參照專利文獻5)。另外，硅的導(dǎo)電性比碳低，因此通過使用石墨覆蓋硅粒子的表面且將包含該硅粒子的活性物質(zhì)層形成在集流體上，制造降低了活性物質(zhì)層的電阻率的負極。另一方面，近年來，提出了在半導(dǎo)體裝置中使用石墨烯作為具有導(dǎo)電性的電子構(gòu)件的技術(shù)。由于石墨烯具有化學(xué)穩(wěn)定性和良好的電特性，所以有望應(yīng)用于包括在半導(dǎo)體裝置中的晶體管的溝道區(qū)、通孔、布線等。此外，為了提高鋰離子電池用的電極材料的導(dǎo)電性，粒子狀的活性物質(zhì)被石墨或石墨烯覆蓋(參照專利文獻6)。專利文獻1:日本專利申請公開2010-219030號公報 專利文獻2 :日本專利申請公開2010-239122號公報
專利文獻3 :日本專利申請公開2010-219392號公報 專利文獻4 :日本專利申請公開2010-135332號公報 專利文獻5 :日本專利申請公開2001-283834號公報 專利文獻6 :日本專利申請公開2011-29184號公報。
但是，當作為蓄電裝置的電極采用上述柱狀突起物時，保持該突起物的機械強度是困難的。就是說，柱狀突起物在其結(jié)構(gòu)上，耐沖擊性及耐振動性不好。此外，由于重復(fù)進行對載流子離子的突起物的充放電，突起物變形，畢竟難以保持強度。并且，隨著強度的降低，突起物從集流體滑落。此外，在圓筒型、角型等的蓄電裝置中，卷繞電極而構(gòu)成該蓄電裝置，因此作為這些蓄電裝置采用具有機械強度脆弱的突起物結(jié)構(gòu)的電極是困難的。此外，當使用由石墨構(gòu)成的層覆蓋設(shè)置在集流體上的由硅構(gòu)成的層時，由石墨構(gòu)成的層的厚度變厚，即從亞微米變成微米單位，而使電解質(zhì)和由硅構(gòu)成的層之間的載流子離子的移動量降低。另一方面，在包含被石墨覆蓋的硅粒子的活性物質(zhì)層中，包含在活性物質(zhì)層中的硅含量降低。其結(jié)果是，硅與載流子離子的反應(yīng)量減少，而這會導(dǎo)致充放電容量的降低，并且難以進行對蓄電裝置的急速充放電。此外，即使使用石墨烯覆蓋粒子狀的活性物質(zhì)，也難以抑制重復(fù)充放電所導(dǎo)致的體積的膨脹以及由于該膨脹所導(dǎo)致的粒子狀的活性物質(zhì)的細粉化。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的一個方式提供一種充放電容量大，能夠進行急速充放電且充放電所導(dǎo)致的電池特性的劣化少的蓄電裝置。本發(fā)明的一個方式是一種蓄電裝置，其中負極包括具有多個柱狀突起物(或多個突起物)的活性物質(zhì)，將垂直于突起物的軸的截面形狀設(shè)定為如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字形那樣的多角形狀(或當其內(nèi)角大于180度時，有時被稱為凹多角形狀)或包括曲線的多角形狀，以與柱狀突起物為四棱柱或圓柱的情況相比加強機械強度。本發(fā)明的一個方式是一種蓄電裝置，其中負極包括集流體、集流體上的具有多個柱狀突起物的活性物質(zhì)，將垂直于突起物的軸的截面形狀設(shè)定為如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字形那樣的多角形狀或包括曲線的多角形狀，以與柱狀突起物為四棱柱或圓柱的情況相比加強機械強度。此外，本發(fā)明的一個方式是在上述方式中多個柱狀突起物和活性物質(zhì)的頂面被石
墨烯覆蓋的蓄電裝置。此外，本發(fā)明的一個方式是在上述方式中多個柱狀突起物的每一個以具有平移對稱性的方式配置的蓄電裝置。除了多個柱狀突起物以外，上述負極所具有的活性物質(zhì)也可以具有與該多個柱狀突起物連接的共同部。共同部是指覆蓋集流體的整個面且使用與多個柱狀突起物同樣的材料形成的區(qū)域。當在層狀的活性物質(zhì)中利用蝕刻工序形成柱狀突起物時，進行蝕刻去除之后殘余的部分成為柱狀突起物及共同部。在此，柱狀突起物可以換言之為具有一個軸的突起物。突起物的軸是指穿過突起物的頂點(或者頂面的中心)以及突起物與共同部或集流體接觸的面的中心的直線。就是說，突起物的軸是指穿過柱狀突起物的縱向方向的中心的直線。此外，將多個柱狀突起物的每一個的該直線在大致一致的方向平行的狀態(tài)表示為多個柱狀突起物的軸一致。典型的是，由多個柱狀突起物的每一個的該直線構(gòu)成的角度為10度以下，優(yōu)選為5度以下。換言之，柱狀突起物是指通過使用各向異性或各向同性蝕刻等半導(dǎo)體加工技術(shù)挖鑿活性物質(zhì)層等的方法，按照尺寸等事前的設(shè)計進行加工的結(jié)構(gòu)體。如上所述，多個柱狀突起物是指通過蝕刻工序形成的結(jié)構(gòu)體，并且與在任意方向隨機地延伸的須狀結(jié)構(gòu)體不同。此外，上述突起物的柱狀的形狀包括錐體狀、板狀、管道狀等形狀。此外，也可以在多個柱狀突起物的尖端與石墨烯之間具有保護層。共同部及多個柱狀突起物可以由硅形成?；蛘撸餐考岸鄠€柱狀突起物可以由添加有磷或硼等賦予導(dǎo)電型的雜質(zhì)的硅形成。共同部及多個柱狀突起物可以由單晶硅、多晶硅或非晶硅形成?；蛘?，也可以共同部由單晶硅或多晶硅形成，并且多個柱狀突起物由非晶硅構(gòu)成?；蛘撸部梢怨餐考岸鄠€柱狀突起物的一部分由單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并且多個柱狀突起物的其他部分由非晶結(jié)構(gòu)構(gòu)成。此外，在本說明書中，石墨烯是指單層石墨烯或兩層以上且一百層以下的多層石墨烯。單層石墨烯是指具有n鍵的一原子層的碳分子的片。此外，石墨烯也可以包含2atoms%以上且llatoms%以下的氧，優(yōu)選包含3atoms%以上且10atoms%以下的氧。如上所述，負極的活性物質(zhì)包括共同部、從共同部突出的多個柱狀突起物。此外，多個柱狀突起物的軸一致，并且在垂直于共同部的方向突出。因此，在負極中能夠提高突起物的密度，而可以擴大活性物質(zhì)的表面積。此外，在多個柱狀突起物之間設(shè)置有空隙，并且因為石墨烯覆蓋活性物質(zhì)，所以即使充電導(dǎo)致活性物質(zhì)的膨脹，也可以降低突起物彼此的接觸。同時，即使活性物質(zhì)剝離，也可以防止活性物質(zhì)的破環(huán)。另外，因為以在平面上具有平移對稱性的方式配置多個柱狀突起物，所以負極的均勻性高。因此，正極及負極中的局部的反應(yīng)降低，且在正極和負極之間載流子離子和活性物質(zhì)的反應(yīng)均勻地發(fā)生。由此，當將該負極用作蓄電裝置時，能夠?qū)崿F(xiàn)高速的充放電，同時可以抑制充放電所導(dǎo)致的活性物質(zhì)的破環(huán)及剝離。就是說，可以制造其高充 放電循環(huán)特性進一步提高的蓄電裝置。此外，垂直于柱狀突起物的軸的截面形狀為如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字形那樣的多角形狀或包括曲線的多角形狀。當該截面形狀為圓形時，因為圓是在平面上各向同性的圖形，所以能夠?qū)?yīng)全方向的應(yīng)力，并且與其他形狀相比容易進行加工。但是，當截面形狀為圓形時，為了確保需要的機械強度，需要擴大截面形狀的直徑。因此這是與使截面形狀盡量小，增加柱狀突起物的密度而實現(xiàn)蓄電裝置的大容量化相反的結(jié)果。另一方面，當截面形狀為矩形型時，產(chǎn)生方向性而成為只能夠?qū)?yīng)特定的方向的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)阻力(structural resistance)低的結(jié)構(gòu)。與此相反,通過作為其截面形狀采用如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字形那樣的凹多角形狀、由正交的多個矩形部構(gòu)成的形狀或具有曲線的凹多角形狀，本發(fā)明的一個方式的柱狀突起物具有對水平應(yīng)力準各向同性的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此可以不擴大截面形狀的面積而具有能夠?qū)?yīng)全方向的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)阻力。因此，可以配置多個小突起物，進而可以增大蓄電裝置的容量。此外，十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字部分地包括由正交的多個矩形部構(gòu)成的形狀，只要是包含由正交的多個矩形部構(gòu)成的形狀的形狀，就可以使用這些形狀。并且，包括曲線的多角形狀是指具有圓形的角及曲線狀的邊的凹多角形狀。此外，在截面形狀為十字形等形狀的情況下，與截面形狀為圓形的情況相比，柱狀突起物中的每體積的表面積增大。由此，通過形成垂直于突起物的軸的截面形狀為十字形等形狀的突起物，可以實現(xiàn)蓄電裝置的高輸出化。在該截面形狀中，形狀端的角部或凹部也可以帶有圓形。因為外部應(yīng)力或柱狀突起物的膨脹和收縮所導(dǎo)致的內(nèi)部應(yīng)力集中在角部或凹部，所以當角部或凹部帶有圓形時，可以緩和上述集中而機械強度提高。角部或凹部的圓形也可以是由光刻工序時的曝光分辨率等的理由不可避免地形成的程度的圓形，或者可以預(yù)先意圖性地設(shè)置光掩模以使角部或凸部具有圓形。此外，柱狀突起物也可以具有平坦的頂面。通過在柱狀突起物的頂面設(shè)置平坦的面，當使用間隔物形成蓄電裝置時，柱狀突起物可以以與該間隔物接觸的方式支撐間隔物。因此，柱狀突起物的頂面的平坦性越高，越可以將正極和負極之間的間隔保持為一定且均勻，而這有助于蓄電裝置的小型化。此外，在柱狀突起物的頂面的端部中，也可以其側(cè)面彎曲，此時要注意不使柱狀突起物的頂面的端部處于平坦面。此外，在蓄電裝置中，通過活性物質(zhì)表面與電解質(zhì)接觸，電解質(zhì)和活性物質(zhì)起反應(yīng)，而在活性物質(zhì)的表面上形成膜。該膜被稱為SEI (Solid Electrolyte Interface :固體電解質(zhì)界面)，并被認為在減輕活性物質(zhì)與電解質(zhì)的反應(yīng)且實現(xiàn)穩(wěn)定化上是需要的。但是，當該膜變厚時，載流子離子難以吸留在活性物質(zhì)中，而產(chǎn)生如下問題活性物質(zhì)和電解質(zhì)之間的載流子離子的傳導(dǎo)性的降低等。于是，如本發(fā)明的一個方式所示那樣，通過使用石墨烯覆蓋活性物質(zhì)，可以抑制該膜的厚度的增加，其結(jié)果是，可以抑制載流子離子的傳導(dǎo)性的降低。
因為硅的導(dǎo)電性比碳低，并且因充放電而產(chǎn)生的非晶化使導(dǎo)電性進一步降低，所以使用硅作為活性物質(zhì)的負極的電阻率增高。但是，因為石墨烯的導(dǎo)電性高，所以通過使用硅覆蓋石墨烯，在用作載流子離子透過的部分的石墨烯中可以使電子的移動充分快。此外，因為石墨烯是薄的片狀，所以通過使用石墨烯覆蓋多個柱狀突起物，可以進一步增多包含在活性物質(zhì)層的硅量，并且，載流子離子的移動比石墨容易。其結(jié)果是，可以提高載流子離子的傳導(dǎo)性，且可以提高用作活性物質(zhì)的硅與載流子離子的反應(yīng)性，載流子離子容易吸留在硅中。由此，在使用該負極的蓄電裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)急速的充放電。根據(jù)本發(fā)明的一個方式，通過至少包括具有多個柱狀突起物的活性物質(zhì)以及覆蓋該活性物質(zhì)的石墨烯，可以提供一種充放電容量高，能夠進行急速的充放電并且充放電所導(dǎo)致的劣化少的蓄電裝置。


圖1A和圖1B是說明負極的 圖2A和圖2B是說明負極的 圖3A至圖3C是說明負極所具有的突起物的截面形狀的 圖4A至圖4D是說明負極所具有的突起物的截面形狀的 圖5A至圖5C是說明負極的制造方法的 圖6A和圖6B是說明負極的 圖7A和圖7B是說明負極的 圖8A和圖8B是說明負極的 圖9A至圖9C是說明負極的制造方法的 圖1OA至圖1OC是說明正極的 圖1lA和圖1lB是說明正極的圖；圖12是說明蓄電裝置的 圖13是說明電氣設(shè)備的 圖14A至圖14C是說明電氣設(shè)備的 本發(fā)明的選擇圖為圖6A和圖6B。標號說明
100負極；IOOa負極；IOOb負極；101活性物質(zhì)；IOla共同部；IOlb柱狀突起物；103保護層；200負極；200a負極；200b負極；201活性物質(zhì)；201a共同部；201b柱狀突起物；202石墨烯；203保護層；300負極；301活性物質(zhì)；301a共同部；301b柱狀突起物；302石墨烯；400正極；401正極集流體；402正極活性物質(zhì)層；403正極活性物質(zhì)；404石墨烯；405間隔物；500鋰二次電池；501負極集流體；503負極活性物質(zhì)層；505負極；507正極集流體；509正極活性物質(zhì)層；511正極；513分離器；515電解質(zhì)；517外部端子；519外部端子；521墊圈；5000顯示裝置；5001框體；5002顯示部；5003揚聲器部；5004蓄電裝置；5100照明裝置；5101框體；5102光源；5103蓄電裝置；5104天花板；5105側(cè)壁；5106地板；5107窗戶；5200室內(nèi)機；5201框體；5202送風(fēng)口 ；5203蓄電裝置；5204室外機；5300電冷藏冷凍箱；5301框體；5302冷藏室用門；5303冷凍室用門；5304蓄電裝置；9033卡子；9034顯示模式切換開關(guān)；9035電源開關(guān)；9036省電模式切換開關(guān)；9038操作開關(guān)；9630框體；9631顯示部；9631a顯示部；9631b顯示部；9632a區(qū)域；9632b區(qū)域；9633太陽能電池；9634充放電控制電路；9635電池；9636D⑶C轉(zhuǎn)換器；9637轉(zhuǎn)換器；9638操作鍵；9639鍵盤顯示切換按鈕。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。但是，實施方式可以以多個不同方式來實施，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下實施方式所記載的內(nèi)容中。實施方式I
在本實施方式中，使用圖1A至圖5C說明充放電所導(dǎo)致的劣化少且充放電循環(huán)特性高的蓄電裝置的負極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。圖1A是負極100的透視圖。負極100是用作活性物質(zhì)的構(gòu)造。在此，活性物質(zhì)是指與載流子離子的吸留及釋放有關(guān)的物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)層除了活性物質(zhì)以外還具有導(dǎo)電助劑、粘合劑、石墨烯等中的任一種以上。因此，“活性物質(zhì)”和“活性物質(zhì)層”有區(qū)別。此外，將使用鋰離子作為載流子離子的二次電池稱為鋰二次電池。此外，作為代替鋰離子能夠使用的載流子離子，有鈉離子、鎵離子等的堿金屬離子；鈣離子、鍶離子、鋇離子等的堿土金屬離子；鈹離子；或鎂離子等。使用圖1B、圖2A和圖2B說明負極100的詳細結(jié)構(gòu)。此外，在圖2A及圖2B中，將負極100的典型的方式示出為負極100a、100b。圖1B是負極100的擴大透視圖，圖2A和 圖2B是負極100的擴大截面圖。負極100具有活性物質(zhì)101。此外，活性物質(zhì)101具有共同部10la、從共同部IOla突出的柱狀突起物101b。如圖1B所示那樣，多個柱狀突起物IOlb在共同部IOla的頂面以一定的間隔配置。以當柱狀突起物IOlb吸留載流子離子而其體積膨脹時不與其他柱狀突起物接觸的程度的密度設(shè)置該間隔。這樣，通過多個柱狀突起物IOlb設(shè)置在活性物質(zhì)101中，可以大幅度地增加負極的表面積且提高充放電容量。共同部IOla用作柱狀突起物IOlb的基底層。此外，共同部IOla是連續(xù)的層，而共同部IOla與多個柱狀突起物IOlb接觸。此外，柱狀突起物IOlb的頂部或棱也可以彎曲。通過柱狀突起物IOlb的頂部或棱彎曲，即突起物的端部沒有角部,可以緩和由于伴隨載流子離子的脫離和插入的體積的膨脹和收縮所導(dǎo)致的應(yīng)力集中在角部，而可以抑制柱狀突起物的變形。此外，在圖1A和圖1B中柱狀突起物IOlb具有十字形的垂直于突起物的軸的截面形狀。此時，截面形狀是指包括大致平行于形成有柱狀突起物的面的平面的、柱狀突起物的截面形狀。此外，柱狀突起物IOlb具有平坦的頂面。通過在柱狀突起物的頂面設(shè)置平坦面，當使用后述的間隔物時，以接觸該間隔物的方式能夠支撐間隔物。由此，柱狀突起物的頂面的平坦性越高，柱狀突起物的屈曲強度越高，并且可以將正極和負極之間的間隔保持為固定且均勻，這有助于蓄電裝置的可靠性的提高及小型化。此外，在柱狀突起物的頂面的端部中，也可以其側(cè)面彎曲，此時要注意不使柱狀突起物的頂面的端部處于平坦面。在圖1A和圖1B中，柱狀突起物IOlb的截面形狀是十字形。突起物的截面形狀不局限于此，既可以是如H字形、L字形、I字形、T字形、U字形、Z字形那樣的多角形狀或包括曲線的多角形狀，又可以是它們和十字形的組合等。

作為活性物質(zhì)101，使用能夠進行用作載流子的離子的吸留及釋放的硅、鍺、錫、鋁等中的任一種以上。此外，作為活性物質(zhì)101，優(yōu)選使用充放電理論容量高的硅。或者，也可以使用添加有磷、硼等賦予一個導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的硅。添加有磷、硼等賦予一個導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的硅的導(dǎo)電性提高，因此可以提高負極的導(dǎo)電率。共同部IOla及多個柱狀突起物IOlb適當?shù)夭捎脝尉ЫY(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)?；蛘?，也可以共同部IOla采用單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)，并且多個柱狀突起物IOlb采用非晶結(jié)構(gòu)?；蛘撸梢怨餐縄Ola及多個柱狀突起物IOlb的一部分采用單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)，并且多個柱狀突起物IOlb的其他部分采用非晶結(jié)構(gòu)。此外，該多個柱狀突起物IOlb的一部分包含至少接觸于共同部IOla的區(qū)域。此外，共同部IOla與多個柱狀突起物IOlb的邊界不明確。由此，將在活性物質(zhì)101中穿過形成在多個柱狀突起物IOlb間的谷中的最深的谷底、且將在活性物質(zhì)101中與形成有柱狀突起物IOlb的面平行的面定義為共同部IOla與多個柱狀突起物IOlb的邊界104。此外，多個柱狀突起物IOlb的縱向一致。就是說，多個柱狀突起物IOlb的軸105一致。更優(yōu)選的是，多個柱狀突起物IOlb的每一個的形狀大致一致。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以控制活性物質(zhì)的體積。此外，突起物的軸105是指穿過突起物的頂點(或頂面的中心)以及突起物與共同部接觸的面的中心的直線。就是說，軸105是指穿過柱狀突起物的縱向的中心的直線。此外，多個柱狀突起物的軸一致是指在多個柱狀突起物的每一個的該直線在大致一致的方向平行，典型的是，由多個柱狀突起物的每一個的軸構(gòu)成的角度為10度以下，優(yōu)選為5度以下。
此外，將多個柱狀突起物IOlb從共同部IOla延伸的方向稱為縱向，并將沿縱向切斷的截面形狀稱為縱向的截面形狀。關(guān)于柱狀突起物101b，垂直于突起物的軸的截面形狀的寬度為0.1ym以上且I U m以下，優(yōu)選為0. 2 i! m以上且0. 5 y m以下。此外，柱狀突起物IOlb的高度為突起物的寬度的5倍以上且100倍以下，優(yōu)選為10倍以上且50倍以下，典型的是，0. m以上且100 Ii m以下，優(yōu)選為Ium以上且50 ii m以下。通過將柱狀突起物IOlb的垂直于突起物的軸的截面形狀的寬度設(shè)定為0.1 ii m以上，還可以增高充放電容量，并且通過將其設(shè)定為I U m以下，即使在進行充放電時突起物膨脹也可以防止突起物的崩潰。通過將柱狀突起物IOlb的高度設(shè)定為0. 5iim以上，可以提高充放電容量，并且通過將其設(shè)定為IOOym以下，即使在進行充放電時突起物膨脹也可以防止突起物的崩潰。此外，柱狀突起物IOlb中的“高度”是指在縱向的截面形狀中，沿著穿過柱狀突起物IOlb的頂點(或頂面的中心)的軸的方向的該頂點與共同部IOla之間的間隔。此外，多個柱狀突起物IOlb分別拉開固定的間隔地設(shè)置在共同部IOla上。柱狀突起物IOlb的間隔優(yōu)選為柱狀突起物IOlb的寬度的1. 29倍以上且2倍以下。之后詳細說明，該范圍基于優(yōu)選將在柱狀突起物的頂面的配置中反復(fù)的基本結(jié)構(gòu)的最小單位中、柱狀突起物IOlb所占的比例設(shè)定為25%以上且60%以下。其結(jié)果是，即使使用該負極的蓄電裝置的充電導(dǎo)致柱狀突起物IOlb的體積的膨脹，柱狀突起物IOlb彼此也不接觸，而可以抑制柱狀突起物IOlb的破環(huán)，同時可以阻礙蓄電裝置的充放電容量的降低。此外，因為在負極100的活性物質(zhì)101中多個柱狀突起物IOlb從共同部IOla突出，所以活性物質(zhì)101的表面積比板狀活性物質(zhì)寬。另外，多個柱狀突起物的軸一致且在垂直于共同部的方向突出，因此可以提高負極中的突起物的密度，而可以進一步擴大表面積。另外，在多個柱狀突起物間設(shè)置有空隙，因此即使充電導(dǎo)致活性物質(zhì)的膨脹，也可以降低突起物彼此的接觸。此外，如 后面所述，多個柱狀突起物具有平移對稱性，在負極中以高均勻性形成有多個柱狀突起物，因此降低正極及負極中的局部的反應(yīng)，且在正極和負極之間載流子離子和活性物質(zhì)的反應(yīng)均勻地發(fā)生。由此，當將負極100用于蓄電裝置時，可以實現(xiàn)高速的充放電同時可以抑制充放電所導(dǎo)致的活性物質(zhì)的破環(huán)及剝離，而可以制造其循環(huán)特性進一步提高的蓄電裝置。并且，通過將突起物的形狀設(shè)為大致一致，可以減少局部的充放電同時可以控制活性物質(zhì)的重量。此外，當突起物的高度一致時，可以防止電池制造工序中的局部的負荷，而可以提高成品率。由此，可以控制電池的規(guī)格。此外，如圖2B所示的負極IOOb那樣，也可以在包含在活性物質(zhì)101的多個柱狀突起物IOlb的頂面設(shè)置保護層103。作為保護層103，可以適當?shù)厥褂脤?dǎo)電層、半導(dǎo)體層或絕緣層。保護層103的厚度優(yōu)選為IOOnm以上且IOym以下。此外，通過使用其蝕刻速度慢于活性物質(zhì)101的材料形成保護層103，保護層103起到通過蝕刻形成多個柱狀突起物時的硬質(zhì)掩模的作用，而可以降低多個柱狀突起物的高度的不均勻。使用圖3A至圖3C說明本實施方式所示的電極的截面形狀。圖3A是共同部IOla以及從共同部IOla突出的多個柱狀突起物IOlb的俯視圖。在此，在上下左右的方向以相同間隔配置有垂直于突起物的軸的截面形狀為十字形的多個柱狀突起物101b。在圖3A至圖3C中，柱狀突起物IOlb的截面形狀是十字形。但是突起物的截面形狀不局限于此，既可以是H字形、L字形、I字形、T字形、U字形、Z字形，又可以是它們和十字形的組合等。就是說，截面形狀不是圓形或橢圓形，而是組合多個矩形形狀的多角形狀或包括曲線的多角形狀。垂直于突起物的軸的截面形狀為圓形時，因為圓是在平面上各向同性的圖形，所以能夠?qū)?yīng)全方向(在包含圓的平面中，從圓的中心朝向圓之外的所有方向。)的應(yīng)力。此夕卜，與其他形狀相比容易進行加工。但是，當截面形狀為圓形時，為了確保需要的機械強度需要擴大截面形狀的直徑。這是與使截面形狀盡量小，增加柱狀突起物的密度而實現(xiàn)蓄電裝置的大容量化相反的結(jié)果。另一方面，當截面形狀為單純的矩形時，產(chǎn)生方向性而成為只能夠?qū)?yīng)特定的方向的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)阻力低的結(jié)構(gòu)。與此相反，通過作為柱狀突起物的截面形狀采用如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形以及Z字形那樣的多角形狀或包括曲線的多角形狀，柱狀突起物具有對水平應(yīng)力準各向同性的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此可以不擴大截面形狀的面積而具有能夠?qū)?yīng)全方向的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)阻力。因此，可以配置多個小突起物，進而可以增大蓄電裝置的容量。此外，在截面形狀為十字形等的情況下，與截面形狀為圓形的情況相比，柱狀突起物中的每體積的表面積增大。由此，通過形成其截面形狀為十字形等多角形狀或包括曲線的多角形狀的突起物，可以實現(xiàn)蓄電裝置的高輸出化。圖3B是將圖3A多個柱狀突起物IOlb在方向a移動時的俯視圖。在圖3A和圖3B中，多個柱狀突起物IOlb的位置是相同的。此外，在此，在圖3A中，多個柱狀突起物IOlb在方向a的方向移動,但是即使在方向b、方向c的每一個方向移動,也可以是與圖3B同樣的配置。就是說，在排列有柱狀突起物的截面的平面坐標中，圖3A所示的多個柱狀突起物IOlb具有在平移運行時有既定的距離也對稱的平移對稱性。此外，圖3A所示的多個柱狀突起物IOlb因為例如當以十字形的截面形狀的中心為軸旋轉(zhuǎn)90°時，與原有的截面形狀重疊，所以具有旋轉(zhuǎn)對稱性。

在此，在圖3A的柱狀突起物的截面的配置中，使用線110示出重復(fù)的基本結(jié)構(gòu)的最小單位(以下，稱為對稱性的單位)。在對稱性的單位中，柱狀突起物IOlb所占的比例優(yōu)選為25%以上且60%以下。就是說，對稱性的單位中的柱狀突起物間的空隙率優(yōu)選為40%以上且75%以下。當在對稱性的單位中柱狀突起物IOlb所占的比例為25%以上時，可以將負極中的充放電容量的理論容量設(shè)定為1000mAh/g以上。另一方面，當柱狀突起物IOlb所占的比例為60%時，充放電容量變成最大(就是說，理論容量)，并且即使相鄰的突起物膨脹它們彼此也不接觸，而可以防止突起物的破環(huán)。其結(jié)果是，可以實現(xiàn)高充放電容量，同時可以降低充放電所導(dǎo)致的負極的劣化。在圖3A中，柱狀突起物IOlb所占的比例為31%左右。與此相反，在圖3C中，在既定的方向以交錯(之字形狀)的方式配置有具有十字形截面形狀的柱狀突起物。此時，柱狀突起物IOlb所占的比例為50%左右，與圖3A所示的柱狀突起物的配置相比，可以增大充放電的理論容量。此外，圖4A至圖4D示出垂直于柱狀突起物的軸的截面形狀為十字形以外的形狀的例子。圖4A是示出柱狀突起物的截面形狀為U字形的圖。圖4B是示出柱狀突起物的截面形狀為H字形或I字形的圖。圖4C是示出柱狀突起物的截面形狀為L字形的圖。圖4D是示出柱狀突起物的截面形狀為T字形的圖。圖4A至圖4D所示的柱狀突起物的截面形狀都是組合多個矩形的圖形，并且這些圖形的配置具有平移對稱性。通過以具有平移對稱性的方式配置多個柱狀突起物，可以降低多個柱狀突起物的每一個的電子傳導(dǎo)性的不均勻。由此，正極及負極中的局部的反應(yīng)被降低且載流子離子和活性物質(zhì)的反應(yīng)均勻地發(fā)生，而可以防止擴散過電壓(濃度過電壓)，同時可以提高電池特性的可靠性。此外，圖4A至圖4D所示的截面形狀具有能夠?qū)?yīng)全方向的應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。由此，負極的機械強度得到提高。此外，以交錯(之字形狀)的方式配置截面形狀，因此有助于進一步提高強度。接著，使用圖5A至圖5C說明負極100的制造方法。在此，作為負極100的一個方式使用圖2A所示的負極IOOa而進行說明。如圖5A所示，在硅襯底120上形成掩模121。使用單晶硅襯底或多晶硅襯底作為硅襯底120。此外，通過使用添加有磷的n型硅襯底、添加有硼的P型硅襯底作為硅襯底，可以不設(shè)置集流體而將活性物質(zhì)用作負極。掩模121可以利用光刻工序形成。此外，掩模121可以利用噴墨法、印刷法等形成。作為掩模121的頂面圖案，使用如圖3A至圖3C或圖4A至圖4D那樣的以既定的間隔配置十字形等的圖形的圖案。接著，使用掩模121對硅襯底120選擇性地進行蝕刻，如圖5B所示那樣，形成具有共同部IOla及多個柱狀突起物IOlb的活性物質(zhì)101。作為硅襯底的蝕刻方法，可以適當?shù)厥褂酶晌g刻法、濕蝕刻法。此外，通過使用深蝕刻法的博世(BOSCH)法，可以形成高的突起物。例如,通過使用ICP (Inductively Coupled Plasma :感應(yīng)稱合等離子體)裝置且作為蝕刻氣體使用氯、溴化氫及氧來對n型硅襯底進行蝕刻，可以形成具有共同部IOla及多個柱狀突起物IOlb的活性物質(zhì)101。另外，在此調(diào)整蝕刻時間，以便使共同部IOla殘留。此外，適當?shù)卣{(diào)整蝕刻氣體的流量比即可，作為蝕刻氣體的流量比的一個例子，可以將氯、溴化氫及氧的每個流量比設(shè)定為10:15:3。如本實施方式所示那樣，通過使用掩模對硅襯底進行蝕刻，可以形成其軸一致的多個柱狀突起物。此外，可以形成其截面形狀為十字形等任意形狀的柱狀突起物。并且，可以形成其立體形狀大致一致的多個柱狀突起物。最后，通過去除掩模121，如圖5C所示那樣，可以制造負極100a。根據(jù)本實施方式，可以形成圖2A所示的負極100a。此外，在硅襯底120上形成保護層，在該保護層上形成掩模121，使用該掩模121形成被分離的保護層103 (參照圖2B)，然后使用該掩模121及被分離的保護層對硅襯底120選擇性地進行蝕刻，由此可以形成圖2B所示的負極100b。此時，當多個柱狀突起物IOlb高，即蝕刻時間長時，在蝕刻工序中掩模的厚度逐漸變薄，一部分掩模被去除，而使硅襯底120露出。其結(jié)果是，突起物的高度產(chǎn)生偏差，但是通過將被分離的保護層103用作硬質(zhì)掩模，可以防止硅襯底120的露出，并且可以減小突起物的高度的偏差。
實施方式2
在本實施方式中，使用圖6A至圖7B說明一種充放電所導(dǎo)致的劣化少且具有高充放電循環(huán)特性的蓄電裝置的負極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。本實施方式所說明的負極的與實施方式I不同之處在于設(shè)置石墨烯的結(jié)構(gòu)。圖6A是負極200的透視圖。負極200是作為活性物質(zhì)起作用的結(jié)構(gòu)。使用圖6B、圖7A及圖7B說明負極200的詳細結(jié)構(gòu)。在圖7A和圖7B中，作為負極200的典型的方式分別示出負極200a、200b而進行說明。本實施方式所示的負極200是實施方式I所示的負極100的表面被石墨烯202覆蓋的負極。就是說，負極200具有活性物質(zhì)201以及覆蓋活性物質(zhì)201的石墨烯202。包括柱狀突起物的截面形狀的其他結(jié)構(gòu)與實施方式I所示的負極100相同。石墨烯202覆蓋共同部201a的頂面、柱狀突起物201b的側(cè)面及頂面。石墨烯也可以與活性物質(zhì)的各部分直接接觸，此外，在能夠進行載流子離子的對活性物質(zhì)的脫離及插入的范圍中，在活性物質(zhì)和石墨烯之間存在有氧化膜等的絕緣膜是允許的。石墨烯202用作導(dǎo)電助劑。此外，有時石墨烯202用作活性物質(zhì)。石墨烯202包括單層石墨烯或多層石墨烯。石墨烯202是長度幾U m的片狀。單層石墨烯是指具有鍵的I原子層的碳分子的片，其厚度極薄。此外，由碳構(gòu)成的六元環(huán)在平面方向擴展，并且在其一部分形成有七元環(huán)、八元環(huán)、九元環(huán)以及十元環(huán)等六元環(huán)的一部分的碳鍵被斷裂的多元環(huán)。此外，有時多元環(huán)由碳及氧構(gòu)成?；蛘撸袝r多元環(huán)的碳與氧鍵合。當石墨烯包含氧時，六元環(huán)的一部分的碳鍵被斷裂，該鍵被斷裂的碳與氧鍵合而形成多元環(huán)。因此，在該碳與氧的鍵的內(nèi)部具有間隙，該間隙用作離子能夠移動的通路。就是說，包含在石墨烯的氧的比例越多，作為離子能夠移動的通路的間隙的比例越增加。

此外，石墨烯202包含氧時，氧的比例為全體的2atomic%以上且llatomic%以下，優(yōu)選為3atomic%以上且10atomic%以下。氧的比例越低,越可以提高石墨烯的導(dǎo)電性。此夕卜，越增加氧的比例，可以形成更多的在石墨烯中用作離子的通路的間隙。當石墨烯202采用多層石墨烯時，因為由多個單層石墨烯構(gòu)成，典型的是由2層以上且100層以下的單層石墨烯構(gòu)成石墨烯202，所以其厚度極薄。通過單層石墨烯包含氧，石墨烯的層間距離大于0. 34nm且0. 5nm以下，優(yōu)選為0. 38nm以上且0. 42nm以下，更優(yōu)選為0. 39nm以上且0. 4Inm以下。在一般的石墨烯中，因為單層石墨烯的層間距離為0. 34nm。因為石墨烯202的層間距離比石墨長，所以在與單層石墨烯的表面平行的方向的離子的移動變?nèi)菀?。此外，石墨?02包含氧，并且由包括多元環(huán)的單層石墨烯或多層石墨烯構(gòu)成，在各處具有間隙。因此，當石墨烯202采用多層石墨烯時，離子能夠在以下的間隙移動■ 與單層石墨烯的表面平行的方向、即單層石墨烯彼此的間隙，以及在與石墨烯的表面垂直的方向、即設(shè)置在單層石墨烯的每一個中的間隙。通過使用硅作為負極的活性物質(zhì)，與使用石墨作為活性物質(zhì)的情況相比，理論吸留容量大，因此有利于蓄電裝置的小型化。此外，因為在負極200的活性物質(zhì)201中從共同部201a突出有多個柱狀突起物201b，所以與板狀的負極活性物質(zhì)相比其表面積寬。此外，因為多個柱狀突起物的軸一致且在與共同部垂直的方向多個柱狀突起物突出，所以在負極中可以提高突起物的密度且進一步增加表面積。此外，在多個柱狀突起物間設(shè)置有空隙，并且石墨烯覆蓋活性物質(zhì)，因此即使因充電而活性物質(zhì)膨脹，也可以減少突起物彼此的接觸。并且，即使活性物質(zhì)剝離，因石墨烯也可以防止活性物質(zhì)的破環(huán)。另外，多個柱狀突起物具有平移對稱性，在負極中以高均勻性形成有多個柱狀突起物，因此降低正極及負極中的局部的反應(yīng)，且在正極和負極之間載流子離子和活性物質(zhì)的反應(yīng)均勻地發(fā)生。由此，當將負極200用于蓄電裝置時，可以實現(xiàn)高速的充放電同時可以抑制充放電所導(dǎo)致的活性物質(zhì)的破環(huán)及剝離，而可以制造其循環(huán)特性進一步提高的蓄電裝置。并且，通過將突起物的形狀設(shè)為大致一致，可以降低局部的充放電同時可以控制活性物質(zhì)的重量。此外，當突起物的高度一致時，可以防止電池制造工序中的局部的負荷，而可以提高成品率。由此，可以控制電池的規(guī)格。此外，在蓄電裝置中，通過活性物質(zhì)201的表面與電解質(zhì)接觸，電解質(zhì)和活性物質(zhì)起反應(yīng)，而在活性物質(zhì)的表面上形成膜。該膜被稱為SEI (Solid Electrolyte Interface 固體電解質(zhì)界面)，并被認為在減輕活性物質(zhì)與電解質(zhì)的反應(yīng)且實現(xiàn)穩(wěn)定化上是需要的。但是，當該膜變厚時，載流子離子難以被活性物質(zhì)吸留，而產(chǎn)生如下問題活性物質(zhì)和電解質(zhì)之間的載流子離子的傳導(dǎo)性的降低等。通過使用石墨烯202覆蓋活性物質(zhì)201，可以抑制該膜的厚度的增加，其結(jié)果是，可以抑制載流子離子的傳導(dǎo)性的降低。 此外，因為石墨稀的導(dǎo)電性聞，所以通過使用石墨稀覆蓋娃，在石墨稀中可以使電子的移動充分快。此外，因為石墨烯是厚度較薄的片狀，所以通過在多個柱狀突起物上設(shè)置石墨烯，可以增多包含在活性物質(zhì)層中的活性物質(zhì)量，并且，載流子離子的移動比石墨容易。其結(jié)果是，可以提高載流子離子的傳導(dǎo)性，且可以提高用作活性物質(zhì)的硅與載流子離子的反應(yīng)性，載流子離子容易吸留在活性物質(zhì)中。由此，在使用該負極的蓄電裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)急速的充放電。此外，也可以在活性物質(zhì)201與石墨烯202之間具有氧化硅層。通過在活性物質(zhì)201上設(shè)置氧化硅層，當進行蓄電裝置的充電時，用作載流子的離子被插入到氧化硅中。其結(jié)果是，形成 Li4Si04、Na4SiO4^ K4SiO4 等堿金屬娃酸鹽；Ca2Si04、Sr2SiO4^ Ba2SiO4 等堿土金屬硅酸鹽；Be2Si04、Mg2SiO4等硅酸鹽化合物。這些硅酸鹽化合物用作載流子離子的移動路徑。此外，通過具有氧化硅層，可以抑制活性物質(zhì)201的膨脹。由此，可以邊維持充放電容量邊抑制活性物質(zhì)201的破環(huán)。此外，即使在進行充電之后進行放電，用作載流子離子的金屬離子也不都從形成在氧化硅層的硅酸鹽化合物中被釋放且其一部分殘留，因此氧化硅層成為氧化硅和硅酸鹽化合物的混合層。此外，優(yōu)選將該氧化硅層的厚度設(shè)定為2nm以上且IOnm以下。通過將氧化硅層的厚度設(shè)定為2nm以上，可以緩和因充放電而發(fā)生的活性物質(zhì)201的膨脹。此外，當氧化硅層的厚度為IOnm以下時，用作載流子的離子的移動容易，而可以阻礙充放電容量的降低。通過在活性物質(zhì)201上設(shè)置氧化硅層，可以緩和充放電中的活性物質(zhì)201的膨脹和收縮，并且可以抑制活性物質(zhì)201的破環(huán)。此外，如圖7B所示的負極200b那樣，也可以在包含在活性物質(zhì)201的多個柱狀突起物201b的頂部和石墨烯202之間設(shè)置保護層203。 作為保護層203，可以適當?shù)厥褂脤?dǎo)電層、半導(dǎo)體層或絕緣層。保護層203的厚度優(yōu)選為IOOnm以上且IOym以下。此外，通過使用其蝕刻速度慢于活性物質(zhì)201的材料形成保護層203，保護層203起到通過蝕刻形成多個柱狀突起物時的硬質(zhì)掩模的作用，而可以降低多個柱狀突起物的高度的不均勻。
接著，對負極200的制造方法進行說明。該制造方法到形成具有多個柱狀突起物的活性物質(zhì)的工序與實施方式I所示的制造方法相同。通過在活性物質(zhì)201上形成石墨烯202，如圖7A所示那樣，可以制造負極200a。作為石墨烯202的形成方法有氣相法，其中在活性物質(zhì)201上形成鎳、鐵、金、銅或包含它們的合金作為核之后，在包含甲烷、乙炔等碳化氫的氣氛下從核使石墨烯成長。此外還有液相法，其中在使用包含氧化石墨烯的分散液在活性物質(zhì)201的表面上設(shè)置氧化石墨烯之后，還原氧化石墨烯來形成石墨烯。通過將氧化石墨烯分散到溶劑的方法以及在溶劑中使石墨氧化之后將氧化石墨分離為氧化石墨烯的方法等，可以得到包含氧化石墨烯的分散液。在此，說明使用使石墨氧化之后將氧化石墨分離為氧化石墨烯而形成的包含氧化石墨烯的分散液，在活性物質(zhì)201上形成石墨烯202的方法。在本實施方式中，使用被稱為Hmnmers法的氧化法形成氧化石墨烯。在Hmnmers法中，對單晶石墨粉末添加過錳酸鉀的硫酸溶液、過氧化氫水等而起氧化反應(yīng)來形成包含氧化石墨的混合液。由于石墨中的碳的氧化，石墨具有竣基等的擬基、輕基等的官能團。由此，與石墨相比氧化石墨中的多個石墨烯的層間距離長。接著，通過對包含氧化石墨的混合液施加超聲波振動，可以劈開其層間距離長的氧化石墨而使氧化石墨烯分離，同時可以形成包含氧化石墨烯的分散液。此外，也可以適當?shù)厥褂肏mnmers法以外的氧化石墨烯的形成方法。此外，氧化石墨烯具有環(huán)氧基、羧基等的羰基、羥基等。此外，因為在具有極性的液體中氫電離，所以具有羰基的氧化石墨烯被離子化，而不同的氧化石墨烯彼此不容易凝集。因此，在具有極性的液體中，氧化石墨烯均勻地分散，并且可以在后面的工序中在氧化硅層的表面以均勻的比例設(shè)置氧化石墨烯。作為將活性物質(zhì)201浸潰在包含氧化石墨烯的分散液中，并在活性物質(zhì)201上設(shè)置氧化石墨烯的方 法，有涂敷法、旋涂法、浸潰法、噴射法、電泳法等。此外，也可以組合這些方法中的多個。此外，當使用電泳法時，由于可以將被離子化的氧化石墨烯電氣地移動到活性物質(zhì)中，因此可以將氧化石墨烯設(shè)置到共同部與多個柱狀突起物接觸的區(qū)域。因此，即使在多個柱狀突起物較高時，也可以在共同部及多個柱狀突起物的表面均勻地設(shè)置氧化石墨烯。作為還原設(shè)置在活性物質(zhì)201上的氧化石墨烯的方法，有如下方法在真空中或惰性氣體(氮或稀有氣體等)中等的氣氛下，以150°C以上，優(yōu)選為200°C以上的溫度且活性物質(zhì)201能夠承受的溫度以下進行加熱的方法。進行加熱的溫度越高或進行加熱的時間越長，氧化石墨烯越容易被還原而可以得到純度高(即，碳以外的元素的濃度低)的石墨烯?；蛘哌€有將氧化石墨烯浸在還原性溶液中并還原氧化石墨烯的方法。注意,在Hummers法中使用硫酸對石墨進行處理,所以雖然氧化石墨與砜基等鍵合，但是這種分解(脫離)在300°C左右的溫度下開始。因此，在通過加熱還原氧化石墨烯的方法中，優(yōu)選在300°C以上的溫度下進行氧化石墨烯的還原。在上述還原處理中相鄰的石墨烯彼此鍵合而成為更巨大的網(wǎng)眼狀或片狀。此外，在該還原處理中，由于氧的脫離在石墨烯內(nèi)形成間隙。并且，石墨烯彼此以平行于襯底的表面的方式重疊。其結(jié)果是，形成離子在石墨烯的層間及石墨烯內(nèi)的間隙中能夠移動的石墨烯。根據(jù)本實施方式，可以形成圖7A所示的負極200a。實施方式3
在本實施方式中，使用圖8A和圖SB說明充放電所導(dǎo)致的劣化少且充放電循環(huán)特性高的蓄電裝置的負極的結(jié)構(gòu)及其制造方法。本實施方式所說明的負極的與實施方式I不同之處在于具有集流體的結(jié)構(gòu)，并且說明設(shè)置石墨烯的結(jié)構(gòu)。圖8A及圖8B是負極300的俯視圖。在負極300中，在集流體303上設(shè)置活性物質(zhì)層。圖SB是集流體303及活性物質(zhì)層的擴大截面圖。在集流體303上設(shè)置活性物質(zhì)層。此外，活性物質(zhì)層具有活性物質(zhì)301及覆蓋活性物質(zhì)301的石墨烯302。此外，活性物質(zhì)301具有共同部301a以及從共同部301a突出的多個柱狀突起物301b。此外，多個柱狀突起物301b的縱向一致。就是說，多個柱狀突起物301b的軸一致。集流體303可以使用以不銹鋼、金、鉬、鋅、鐵、鋁、銅及鈦等為代表的金屬以及它們的合金等的導(dǎo)電性高的材料。此外，作為集流體303，優(yōu)選使用添加有硅、鈦、釹、鈧、鑰等的提高耐熱性`的元素的鋁合金。此外，集流體303可以使用與硅起反應(yīng)而形成硅化物的金屬元素。作為與硅起反應(yīng)而形成硅化物的金屬元素，可以舉出鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鑰、鶴、鉆、鎮(zhèn)等。集流體303可以適當?shù)鼐哂胁瓲睢鍫?片狀)、網(wǎng)狀、沖孔網(wǎng)金屬狀、沖壓網(wǎng)金屬狀等的形狀?；钚晕镔|(zhì)301可以適當?shù)厥褂门c實施方式I所示的活性物質(zhì)101同樣的材料。共同部301a與實施方式I所示的共同部IOla相同，用作多個柱狀突起物301b的基底層，是在集流體303上連續(xù)的層。此外，共同部301a及多個柱狀突起物301b彼此接觸。多個柱狀突起物301b可以適當?shù)厥褂脤嵤┓绞絀所示的多個柱狀突起物IOlb的形狀。共同部301a及多個柱狀突起物301b可以適當?shù)鼐哂袉尉ЫY(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)或非晶結(jié)構(gòu)。此外，也可以采用微晶結(jié)構(gòu)等的位于上述結(jié)構(gòu)的中間的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。并且，也可以共同部301a采用單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)，多個柱狀突起物301b采用非晶結(jié)構(gòu)。或者，可以共同部301a及多個柱狀突起物301b的一部分采用單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)，多個柱狀突起物301b的其他部分采用非晶結(jié)構(gòu)。此外，該多個柱狀突起物301b的一部分至少包括與共同部301a接觸的區(qū)域。作為多個柱狀突起物301b的寬度及高度，可以采用與實施方式I所示的柱狀突起物IOlb相同的寬度及高度。石墨烯302可以適當?shù)厥褂门c實施方式2所示的石墨烯202同樣的結(jié)構(gòu)。此外，雖然未圖示，但是也可以活性物質(zhì)沒有共同部，而在集流體303上設(shè)置有分離的多個柱狀突起物301b，在集流體303及多個柱狀突起物301b上形成石墨烯302。此外，多個柱狀突起物301b的軸一致。此時，因為石墨烯302與集流體303的一部分接觸，所以在石墨烯302中電子容易流動，而可以提高載流子離子與活性物質(zhì)的反應(yīng)性。此外，當使用形成硅化物的金屬材料作為集流體303時，有時在集流體303中硅化物層形成在與活性物質(zhì)301接觸的一側(cè)。當將形成硅化物的金屬材料用于集流體303時，形成硅化鈦、硅化鋯、硅化鉿、硅化釩、硅化鈮、硅化鉭、硅化鉻、硅化鑰、硅化鈷、硅化鎳等作為娃化物層。在本實施方式所示的負極中，可以將集流體303用作支撐體而設(shè)置活性物質(zhì)層。因此，當集流體303具有箔狀、網(wǎng)狀等柔性時，可以制造具有柔性的負極。接著，負極300的制造方法與實施方式I所示的方法相同，但是本實施方式的與實施方式I所示的方法不同之處在于在集流體303上形成硅層，并且進行蝕刻工序形成具有共同部301a和柱狀突起物301b的活性物質(zhì)301。使用圖9A至圖9C說明負極300的具體制造方法。首先，在集流體303上形成硅層320。接著，對硅層320與實施方式I同樣地形成掩模321?？梢赃m當?shù)乩肅VD法、濺射法、蒸鍍法等形成硅層320。使用單晶硅、多晶硅或非晶硅作為硅層320。此外，硅層320既可以是添加有磷的n型硅層，又可以是添加有硼的p
型娃層。接著，使用掩模321對硅層320選擇性地進行蝕刻，來形成圖9B所示那樣的具有共同部301a及多個柱狀突起物301b的活性物質(zhì)301。作為硅層320的蝕刻方法，可以適當?shù)厥褂酶晌g刻法、濕蝕刻法。此外，即使采用干蝕刻法，也通過使用博世法可以形成高度較高的突起物。接著，通過在去除掩模321 之后在活性物質(zhì)301上形成石墨烯302，可以制造在集流體303上具有活性物質(zhì)層的負極300。石墨烯302可以與實施方式2所示的石墨烯202同樣地制造。此外，在圖9B中，通過對共同部301a進行蝕刻而使集流體303露出，可以制造集流體上只具有柱狀突起物301b作為活性物質(zhì)的負極。此外，在硅層320上形成保護層(未圖示)，在該保護層上形成掩模321，并且使用該掩模321形成被分離的保護層(參照圖7B)，然后使用該掩模321及被分離的保護層對硅層320選擇性地進行蝕刻，由此可以制造包括具有保護層的活性物質(zhì)層的負極。此時，當多個柱狀突起物301b高度較高，即蝕刻時間長時，在蝕刻工序中掩模的厚度逐漸變薄，一部分掩模被去除，而使硅層320露出。其結(jié)果是，突起物的高度產(chǎn)生偏差，但是通過將被分離的保護層用作硬質(zhì)掩模，可以防止硅層320的露出，并且可以減小突起物的高度的偏差。實施方式4
在本實施方式中，說明蓄電裝置的正極結(jié)構(gòu)及制造方法。圖1OA是示出正極400的截面圖。在正極400中，在正極集流體401上形成有正極活性物質(zhì)層402。正極集流體401可以使用鉬、鋁、銅、鈦以及不銹鋼等高導(dǎo)電性材料。另外，正極集流體401可以適當?shù)夭捎貌瓲?、板狀、網(wǎng)狀等的形狀。正極活性物質(zhì)層402 可以使用 LiFe02、LiCo02、LiNi02、LiMn204、V205、Cr205、Mn02 等作為材料。或者，也可以使用橄欖石型結(jié)構(gòu)的含鋰復(fù)合氧化物(通式為LiMPO4 (M為Fe(II)、Mn (II)、Co (II)、Ni(II)中的一種以上)。作為材料可以使用通式LiMPO4的典型例子的鋰化合物，諸如 LiFeP04、LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFeaMnbPO4,LiNiaCobPO4' LiNiaMnbPO4 (a+b 為 I 以下，0〈a〈l，0〈b〈l)、LiFecNidCoePO4' LiFecNidMnePO4,LiNicCodMnePO4 (c+d+e 為 I 以下，0〈c〈l，0〈d〈l，(KeOaiFefNigCohMniPO4 (f+g+h+i 為 I 以下，0〈f〈l，0〈g〈l，0〈h〈l，0〈i〈l)等?；蛘撸部梢允褂猛ㄊ綖長i(2_」)MSi04 (M 為 Fe (II)、Mn (II)、Co (II)、Ni (II)中的一種以上，0彡j彡2)等的含鋰復(fù)合氧化物。作為材料可以使用通式Li(2_j)MSi04的典型例子的鋰化合物，諸如 Li(H)FeSiO4' Li(^j)NiSiO4, Li^j0CoSiO4, Li^j0MnSiO4, Li(2_j0FeaNibSiO4, Li(^j)FeaCobSiO4, Li^j0FekMn1SiO4, Li(^j)NikCo1SiO4, Li^j0NikMn1SiO4 (k+1 為 I以下，0〈k〈l，0〈l〈l)、Li(^j)FemNinCoqSiO4, Li(^j)FemNinMnqSiO4, Li(H)NiniConMnqSiO4(m+n+q為 I WT，0〈m〈l，0〈n〈l，0〈q〈l)、Li(H)FerNisCotMnuSiO4(r+s+t+u 為 I 以下，0〈r〈l，0〈s〈l，0〈t〈l,0〈u〈l)等。另外，當載流子離子是鋰離子以外的堿金屬離子、堿土金屬離子、鈹離子或者鎂離子時，作為正極活性物質(zhì)層402，也可以在上述鋰化合物及含鋰復(fù)合氧化物中使用堿金屬(例如，鈉、鉀等)、堿土金屬(例如，鈣、鍶、鋇等)、鈹或鎂代替鋰。圖1OB是正極活性物質(zhì)層402的平面圖，該正極活性物質(zhì)層402包括能夠吸留且釋放載流子離子的粒子狀的正極活性物質(zhì)403以及覆蓋多個該正極活性物質(zhì)403且內(nèi)部填充有該正極活性物質(zhì)403的石墨烯404。不同的石墨烯404覆蓋多個正極活性物質(zhì)403的表面。另外，正極活性物質(zhì)403也可以部分露出。此外，石墨烯404可以適當?shù)厥褂脤嵤┓绞?所示的石墨烯202。正極活性物質(zhì)403的粒徑優(yōu)選為20nm以上且IOOnm以下。另外，由于電子在彼此相鄰的正極活性物質(zhì)403間容易移動，所以正極活性物質(zhì)403的粒徑優(yōu)選小。另外，即使石墨層不覆蓋正極活性物質(zhì)403的表面也能夠獲得充分的特性，但是通過一起使用被石墨層覆蓋的正極活性物質(zhì)及石墨烯，載流子在正極活性物質(zhì)之間跳動而電流流過，所以是優(yōu)選的。 圖1OC是圖1OB的正極活性物質(zhì)層402的一部分的截面圖。正極活性物質(zhì)層402具有正極活性物質(zhì)403以及覆蓋該正極活性物質(zhì)403的石墨烯404。在截面圖中，觀察到線狀的石墨烯404。由同一個石墨烯或多個石墨烯包裹多個正極活性物質(zhì)。換言之，多個正極活性物質(zhì)存在于在同一個石墨烯中或在多個石墨烯之間。另外，有時石墨烯是袋狀，多個正極活性物質(zhì)被包裹在其內(nèi)部。另外，有時不被石墨烯覆蓋且一部分正極活性物質(zhì)露出。至于正極活性物質(zhì)層402的厚度，在20 iim以上且100 y m以下的范圍內(nèi)選擇所希望的厚度。優(yōu)選的是，適當?shù)卣{(diào)節(jié)正極活性物質(zhì)層402的厚度，以避免裂紋和剝離的發(fā)生。另外，正極活性物質(zhì)層402還可以具有石墨烯的體積的0.1倍以上且10倍以下的乙炔黑粒子、一維地展寬的碳粒子(碳納米纖維等)或已知的粘合劑。另外，在正極活性物質(zhì)中，有的由于用作載流子的離子的吸留而發(fā)生體積的膨脹。因此，隨著充放電正極活性物質(zhì)層變脆，正極活性物質(zhì)層的一部分受到破壞，結(jié)果會使蓄電裝置的可靠性降低。然而，由于即使充放電導(dǎo)致正極活性物質(zhì)的體積膨脹，石墨烯覆蓋該周圍，因此能夠防止正極活性物質(zhì)的分散或正極活性物質(zhì)層的破壞。就是說，石墨烯具有即使正極活性物質(zhì)隨著充放電而體積膨脹及收縮也維持正極活性物質(zhì)之間的鍵合的效果。另外，石墨烯404與多個正極活性物質(zhì)接觸，并用作導(dǎo)電助劑。此外，石墨烯404具有保持能夠吸留且釋放載流子離子的正極活性物質(zhì)403的功能。因此，不需要將粘結(jié)劑混合到正極活性物質(zhì)層中，可以增加每單位正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)的量，從而可以提高蓄電裝置的充放電容量。接著，對正極活性物質(zhì)層402的制造方法進行說明。首先，形成包含粒子狀的正極活性物質(zhì)以及氧化石墨烯的漿料。接著，將該漿料涂在正極集流體上，然后與實施方式2所示的石墨烯的制造方法同樣利用還原氣氛下的加熱進行還原處理。由此，在燒結(jié)正極活性物質(zhì)的同時，使氧化石墨烯所包含的氧脫離，從而在石墨烯中形成間隙。另外，氧化石墨烯所包含的氧未全部被還原，氧的一部分殘留在石墨烯中。通過上述步驟，可以在正極集流體401上形成正極活性物質(zhì)層402。其結(jié)果是，正極活性物質(zhì)層的導(dǎo)電性得到提高。氧化石墨烯因為包含氧，所以在極性溶劑中帶負電。其結(jié)果是，氧化石墨烯分散。因此，包含在漿料中的正極活性物質(zhì)不容易凝集，而可以降低焙燒所導(dǎo)致的正極活性物質(zhì)的粒徑的增大。由此，相鄰的正極活性物質(zhì)間的電子的移動變?nèi)菀祝梢蕴岣哒龢O活性物質(zhì)層的導(dǎo)電性。此外，如圖1lA和圖1lB所示那樣，可以在正極400的表面設(shè)置間隔物405。圖1lA是具有間隔物的正極的透視圖，并且圖1lB示出沿著圖1lA的虛線A-B的截面圖。

如圖1lA和圖1lB所示那樣，在正極400中，在正極集流體401上設(shè)置有正極活性物質(zhì)層402。此外，在正極活性物質(zhì)層402上設(shè)置間隔物405。間隔物405可以使用具有絕緣性并不與電解質(zhì)起反應(yīng)的材料形成。典型地，可以使用丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺等有機材料、玻璃漿、玻璃粉、玻璃帶等低熔點玻璃。通過將間隔物405設(shè)置在正極400上，在后面形成的蓄電裝置中不需要分離器。其結(jié)果是，可以減少蓄電裝置的構(gòu)件的數(shù)量且可以降低成本。此外，因為可以不使用分離器而使間隔物405與正極及負極接觸，所以明顯地有助于蓄電裝置的薄型化、小型化。間隔物405的平面形狀優(yōu)選具有格子狀、圓形或多角形的閉環(huán)狀等的使一部分正極活性物質(zhì)層402露出的形狀。其結(jié)果是，可以防止正極和負極的接觸，并且可以促進正極和負極之間的載流子離子的移動。間隔物405的厚度優(yōu)選為Ium以上且5iim以下，更優(yōu)選為2iim以上且3iim以下。其結(jié)果是，與如現(xiàn)有的蓄電裝置那樣在正極和負極之間設(shè)置幾十Pm厚的分離器的情況相比，可以縮小正極和負極之間的間隔，并且可以減小正極和負極之間的載流子離子的移動距離。由此，可以將包含在蓄電裝置內(nèi)的載流子離子有效地用于充放電。此外，實現(xiàn)蓄電裝置的薄型化、小型化。間隔物405可以適當?shù)乩糜∷⒎?、噴墨法等形成。在此，通過在實施方式I至3所示的柱狀突起物的頂面設(shè)置平坦面，當形成使用間隔物405的蓄電裝置時，柱狀突起物可以與間隔物405接觸而支撐間隔物405。因此，柱狀突起物的頂面的平坦性越高，越可以使正極和負極之間的間隔保持為一定且均勻，而這有助于蓄電裝置的薄型化、小型化。此外，在柱狀突起物的頂面的端部中，也可以其側(cè)面彎曲，此時要注意不使柱狀突起物的頂面的端部成為平坦面。實施方式5
在本實施方式中，說明蓄電裝置的結(jié)構(gòu)及制造方法。參照圖12說明本實施方式的蓄電裝置的典型例子的鋰二次電池的一個方式。這里，下面說明鋰二次電池的截面結(jié)構(gòu)。圖12是鋰二次電池的截面圖。鋰二次電池500包括由負極集流體501及負極活性物質(zhì)層503構(gòu)成的負極505 ；由正極集流體507及正極活性物質(zhì)層509構(gòu)成的正極511 ;以及夾在負極505與正極511之間的分離器513。另外，分離器513中含有電解質(zhì)515。此外，負極集流體501與外部端子517連接，并且正極集流體507與外部端子519連接。外部端子519的端部埋入墊片521中。就是說，外部端子517和外部端子519被墊片521絕緣。負極505可以適當?shù)厥褂脤嵤┓绞絀所示的負極100、實施方式2所示的負極200或?qū)嵤┓绞?所示的負極300來形成。作為正極集流體507及正極活性物質(zhì)層509，可以分別適當?shù)厥褂脤嵤┓绞?所示的正極集流體401及正極活性物質(zhì)層402。作為分離器513，使用絕緣多孔體。作為分離器513的典型例子，可以舉出纖維素(紙)、聚乙烯、聚丙烯等。此外，如圖1lA和圖1lB所示那樣，當作為正極511使用在正極活性物質(zhì)層上具有間隔物的正極時，也可以不設(shè)置分離器513。電解質(zhì)515的溶質(zhì)使用具有載流子離子的材料。作為電解質(zhì)的溶質(zhì)的典型例子，可以舉出 LiClO4' LiAsF6, LiBF4' LiPF6, Li (C2F5SO2)2N 等鋰鹽。另外，當載流子離子是鋰離子以外的堿金屬離子、堿土金屬離子、鈹離子或者鎂離子時，作為電解質(zhì)515的溶質(zhì)也可以在上述鋰鹽中使用堿金屬(例如，鈉、鉀等)、堿土金屬(例如，鈣、鍶、鋇等)、鈹或鎂代替鋰。此外，作為電解質(zhì)515的溶劑，使用能夠輸送載流子離子的材料。作為電解質(zhì)515的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子有機溶劑。作為非質(zhì)子有機溶劑的典型例子，可以使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y-丁內(nèi)酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等中的一種或多種。此外，當作為電解質(zhì)515的溶劑使用凝膠化的高分子材料時，不容易漏液且安全性得到提高。并且，能夠?qū)崿F(xiàn)鋰二次電池500的薄型化及輕量化。作為凝膠化的高分子材料的典型例子，可以舉出硅膠、丙烯酸膠、丙烯腈膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。此外，通過作為電解質(zhì)515的溶劑使用一個或多個具有阻燃性及非揮發(fā)性的離子液體(室溫熔融鹽)，即使因蓄電裝置的內(nèi)部短路或過充電等而內(nèi)部溫度上升也可以防止蓄電裝置的破裂或起火等。此外，作為電解質(zhì)515，可以使用Li3PO4等的固體電解質(zhì)。另外，當作為電解質(zhì)515使用固體電解質(zhì)時，不需要分離器。作為外部端子517、519，可以適當?shù)厥褂貌讳P鋼板、鋁板等金屬構(gòu)件。注意，在本實施方式中，雖然作為鋰二次電池500示出硬幣型鋰二次電池，但是，可以采用密封型鋰二次電池、圓筒型鋰二次電池、方型鋰二次電池等各種形狀的鋰二次電池。此外，也可以采用層疊有多個正極、多個負極、多個分離器的結(jié)構(gòu)，以及卷繞有正極、負極、分離器的結(jié)構(gòu)。 接著，說明本實施方式所示的鋰二次電池500的制造方法。首先，利用實施方式I及本實施方式所示的制造方法適當?shù)刂圃熵摌O505及正極511。
接著，將負極505、分離器513及正極511浸潰在電解質(zhì)515中。接著，可以在外部端子517上依次層疊負極505、分離器513、墊片521、正極511及外部端子519，并且使用“硬幣壓接機(2 ^ >力' ^的機；coin cell crimper)”使外部端子517與外部端子519壓接，來制造硬幣型鋰二次電池。另外，也可以將間隔物及墊圈插在外部端子517與負極505之間或在外部端子519與正極511之間來進一步提高外部端子517與負極505之間的連接性及外部端子519與正極511之間的連接性。實施方式6
根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置可以用作利用電力驅(qū)動的各種各樣的電氣設(shè)備的電源。作為使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置的電氣設(shè)備的具體例子，可以舉出顯示裝置；照明裝置；臺式或筆記本型個人計算機；再現(xiàn)存儲在DVD (Digital VersatileDisc :數(shù)字通用光盤)等記錄介質(zhì)中的靜態(tài)圖像或動態(tài)圖像的圖像再現(xiàn)裝置；移動電話；便攜式游戲機；便攜式信息終端；電子書閱讀器；攝像機；數(shù)碼相機；微波爐等高頻加熱裝置；電飯煲；洗衣機；空調(diào)器等空調(diào)設(shè)備；電冷藏箱；電冷凍箱；電冷藏冷凍箱；DNA保存用冷凍器；以及透析裝置等。另外，利用來自蓄電裝置的電力通過電動機推進的移動體等也包括在電氣設(shè)備的范疇內(nèi)。作為上述移動體，例如可以舉出電動汽車；兼作內(nèi)燃機和電動機的混合動力汽車(hybrid vehicle);以及包括電動輔助自行車的電動自行車等。

另外，在上述電氣設(shè)備中，作為用來供應(yīng)大部分的耗電量的蓄電裝置(也稱為主電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置?；蛘?，在上述電氣設(shè)備中，作為當來自上述主電源或商業(yè)電源的電力供應(yīng)停止時能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備進行電力供應(yīng)的蓄電裝置(也稱為不間斷電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置?；蛘?，在上述電氣設(shè)備中，作為與來自上述主電源或商業(yè)電源的對電氣設(shè)備的電力供應(yīng)同時進行的將電力供應(yīng)到電氣設(shè)備的蓄電裝置(也稱為輔助電源)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置。圖13示出上述電氣設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)。在圖13中，顯示裝置5000是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5004的電氣設(shè)備的一個例子。具體地說，顯示裝置5000相當于電視廣播接收用顯示裝置，具有框體5001、顯示部5002、揚聲器部5003和蓄電裝置5004等。根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5004設(shè)置在框體5001的內(nèi)部。顯示裝置5000既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)，又可以使用蓄積在蓄電裝置5004中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5004用作不間斷電源，也可以使用顯示裝置5000。作為顯示部5002，可以使用半導(dǎo)體顯示裝置諸如液晶顯示裝置、在每個像素中具備有機EL元件等發(fā)光元件的發(fā)光裝置、電泳顯示裝置、DMD(Digital Micromirror Device 數(shù)字微鏡裝置)、F*DP (Plasma Display Panel:等離子體顯不屏)及 FED (Field EmissionDisplay :場致發(fā)射顯示器)等。另外，除了用于電視廣播接收用的顯示裝置之外，顯示裝置還包括所有顯示信息用顯示裝置，例如個人計算機用或廣告顯示用等。在圖13中，安鑲型照明裝置5100是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5103的電氣設(shè)備的一個例子。具體地說，照明裝置5100具有框體5101、光源5102和蓄電裝置5103等。雖然在圖13中例示蓄電裝置5103設(shè)置在鑲有框體5101及光源5102的天花板5104的內(nèi)部的情況，但是蓄電裝置5103也可以設(shè)置在框體5101的內(nèi)部。照明裝置5100既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)，又可以使用蓄積在蓄電裝置5103中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5103用作不間斷電源，也可以使用照明裝置5100。另外，雖然在圖13中例示設(shè)置在天花板5104的安鑲型照明裝置5100，但是根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置既可以用于設(shè)置在天花板5104以外的例如墻5105、地板5106或窗戶5107等的安鑲型照明裝置，又可以用于臺式照明裝置等。另外，作為光源5102，可以使用利用電力人工性地得到光的人工光源。具體地說，作為上述人工光源的一個例子，可以舉出白熾燈泡、熒光燈等放電燈以及LED或有機EL元件等發(fā)光元件。 在圖13中，具有室內(nèi)機5200及室外機5204的空調(diào)器是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5203的電氣設(shè)備的一個例子。具體地說，室內(nèi)機5200具有框體5201、送風(fēng)口 5202和蓄電裝置5203等。雖然在圖13中例示蓄電裝置5203設(shè)置在室內(nèi)機5200中的情況，但是蓄電裝置5203也可以設(shè)置在室外機5204中。或者，也可以在室內(nèi)機5200和室外機5204的雙方中設(shè)置有蓄電裝置5203?？照{(diào)器既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)，又可以使用蓄積在蓄電裝置5203中的電力。尤其是，當在室內(nèi)機5200和室外機5204的雙方中設(shè)置有蓄電裝置5203時，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5203用作不間斷電源，也可以使用空調(diào)器。另外，雖然在圖13中例示由室內(nèi)機和室外機構(gòu)成的分體式空調(diào)器，但是也可以將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置用于在一個框體中具有室內(nèi)機的功能和室外機的功能的一體式空調(diào)器。在圖13中，電冷藏冷凍箱5300是使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5304的電氣設(shè)備的一個例子。具體地說，電冷藏冷凍箱5300具有框體5301、冷藏室門5302、冷凍室門5303和蓄電裝置5304等。在圖13中，蓄電裝置5304設(shè)置在框體5301的內(nèi)部。電冷藏冷凍箱5300既可以接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)，又可以使用蓄積在蓄電裝置5304中的電力。因此，即使當由于停電等不能接受來自商業(yè)電源的電力供應(yīng)時，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置5304用作不間斷電源，也可以利用電冷藏冷凍箱5300。另外，在上述電氣設(shè)備中，微波爐等高頻加熱裝置和電飯煲等電氣設(shè)備在短時間內(nèi)需要高電力。因此，通過將根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置用作用來輔助商業(yè)電源不能充分供應(yīng)的電力的輔助電源，當使用電氣設(shè)備時可以防止商業(yè)電源的斷路器跳閘。另外，在不使用電氣設(shè)備的時間段，尤其是在商業(yè)電源的供應(yīng)源能夠供應(yīng)的總電量中的實際使用的電量的比率(稱為電力使用率)低的時間段中，將電力蓄積在蓄電裝置中，由此可以抑制在上述時間段以外的時間段中電力使用率增高。例如，在為電冷藏冷凍箱5300時，在氣溫低且不進行冷藏室門5302或冷凍室門5303的開關(guān)的夜間，將電力蓄積在蓄電裝置5304中。并且，在氣溫高且進行冷藏室門5302或冷凍室門5303的開關(guān)的白天，將蓄電裝置5304用作輔助電源，由此可以抑制白天的電力使用率。接著，使用圖14A至圖14C說明電氣設(shè)備的一個例子的便攜式信息終端。圖14A和圖14B是能夠折起來的平板終端。圖14A是打開的狀態(tài)，并且平板終端包括框體9630、顯示部9631a、顯示部9631b、顯示模式切換開關(guān)9034、電源開關(guān)9035、省電模式切換開關(guān)9036、卡子9033以及操作開關(guān)9038。在顯示部9631a中，可以將其一部分用作觸摸屏的區(qū)域9632a，并且可以通過接觸所顯示的操作鍵9638來輸入數(shù)據(jù)。此外，作為一個例子，示出了顯示部9631a中僅一半?yún)^(qū)域具有顯示的功能的結(jié)構(gòu)，并且另一半具有觸摸屏的功能的結(jié)構(gòu)，但是不局限于該結(jié)構(gòu)。也可以采用顯示部9631a的整個區(qū)域具有觸摸屏的功能的結(jié)構(gòu)。例如，可以使顯示部9631a的整個面顯示鍵盤按鈕來將其用作觸摸屏，并且將顯示部9631b用作顯示畫面。此外，顯示部9631b與顯示部9631a同樣，可以將其一部分用作觸摸屏的區(qū)域9632b。此外，通過使用手指或觸屏筆等接觸觸摸屏的顯示鍵盤顯示切換按鈕9639的位置，可以在顯示部9631b顯示鍵盤按鈕。此外，也可以對觸摸屏的區(qū)域9632a和觸摸屏的區(qū)域9632b同時進行觸摸輸入。另外，顯示模式切換開關(guān)9034能夠切換豎屏顯示和橫屏顯示等顯示的方向并可以進行黑白顯示或彩色顯示等的切換的選擇。根據(jù)內(nèi)置于平板終端中的光傳感器所檢測的使用時的外光的光量，省電模式切換開關(guān)9036可以將顯示的亮度設(shè)定為最適合的亮度。平板終端除了光傳感器以外還可以內(nèi)置陀螺儀和加速度傳感器等檢測傾斜度的傳感器等的其他檢測裝置。此外，圖14A示出顯示部9631b的顯示面積與顯示部9631a的顯示面積相同的例子，但是不局限于此，一方的尺寸和另一方的尺寸可以不同，并且它們的顯示質(zhì)量也可以有差異。例如顯不部9631a和9631b中的一方與另一方能夠進彳丁聞精細的顯不。圖14B是合上的狀態(tài)，并且平板終端包括框體9630、太陽能電池9633、充放電控制電路9634、電池9635以及ECDC轉(zhuǎn)換器9636。此外，在圖14B中，作為充放電控制電路9634的一個例子示出具有電池9635和D⑶C轉(zhuǎn)換器9636的結(jié)構(gòu)，并且電池9635具有上述實施方式所說明的蓄電裝置。此外，平板終端可以折起來，因此不使用時可以為合上框體9630的狀態(tài)。因此，可以保護顯示部9631a和顯示部9631b，而可以提供一種具有良好的耐久性且從長期使用的觀點來看具有良好的可靠性的平板終端。此外，圖14A和圖14B所示的平板終端還可以具有如下功能顯示各種各樣的信息(靜態(tài)圖像、動態(tài)圖像、文本圖像等)；將日歷、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的信息進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入；通過各種各樣的軟件(程序)控制處理
坐寸o通過利用安裝在平板終端的表面的太陽能電池9633，可以將電力供應(yīng)到觸摸屏、顯示部或圖像信號處理部等。注意，太陽能電池9633可以設(shè)置在框體9630的一面或兩面，并且可以采用高效地進行電池9635的充電的結(jié)構(gòu)。另外，當作為電池9635使用根據(jù)本發(fā)明的一個方式的蓄電裝置時，有可以實現(xiàn)小型化等的優(yōu)點。另外，參照圖14C所示的方框圖而對圖14B所示的充放電控制電路9634的結(jié)構(gòu)和工作進行說明。圖14C示出太陽能電池9633、電池9635、D⑶C轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關(guān)SWl至SW3以及顯示部9631，電池9635、DCDC轉(zhuǎn)換器9636、轉(zhuǎn)換器9637、開關(guān)SWl至SW3為與圖14B所示的充放電控制電路9634對應(yīng)之處。首先，說明在利用外光使太陽能電池9633發(fā)電時的工作的例子。使用D⑶C轉(zhuǎn)換器9636對太陽能電池所產(chǎn)生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來對電池9635進行充電的電壓。并且，當利用來自太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時使開關(guān)SWl導(dǎo)通，并且，利用轉(zhuǎn)換器9637將其升壓或降壓到顯示部9631所需要的電壓。另外，可以采用當不進行顯示部9631中的顯示時，使SWl截止且使SW2導(dǎo)通來對電池9635進行充電的結(jié)構(gòu)。注意，作為發(fā)電單元的一個例子示出太陽能電池9633，但是不局限于此，也可以使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉(zhuǎn)換元件(拍耳帖元件(Peltier element))等其他發(fā)電單元進行電池9635的充電。例如，也可以使用以無線(不接觸)的方式能夠收發(fā)電力來進行充電的無線電力傳輸模塊或組合其他充電方法進行充電。另外，如果具備上述實施方式所說明的蓄電裝置，則當然不局限于圖14A和圖14B所示的電氣設(shè)備。本實施方式可以與上述實施方式適當?shù)亟M合而實施。
權(quán)利要求
1.一種蓄電裝置的負極，包括包括多個突起物的活性物質(zhì)，其中，垂直于所述多個突起物的每一個的軸的截面形狀具有凹多角形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中所述凹多角形狀包括十字形、H字形、 L字形、I字形、T字形、U字形、Z字形以及包含其內(nèi)角大于180°的角的形狀中的任何一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中凹多角形狀包括曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中所述活性物質(zhì)包括硅、鍺、錫和鋁中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中所述活性物質(zhì)還包括共同部，所述共同部與所述多個突起物連接，并且所述多個突起物和所述共同部包含相同的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，還包括集流體，其中所述活性物質(zhì)還包括在所述多個突起物與所述集流體之間的共同部，所述共同部與所述多個突起物和所述集流體連接，并且所述多個突起物和所述共同部包含相同的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中所述活性物質(zhì)被石墨烯覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中以具有平移對稱性的方式配置所述多個突起物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄電裝置的負極，其中以交錯的方式配置所述多個突起物。
10.一種包括權(quán)利要求1所述的負極的蓄電裝置。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種充放電容量大、能夠進行急速的充放電且充放電所導(dǎo)致的電池特性的劣化少的蓄電裝置。本發(fā)明是一種蓄電裝置，其中負極包括具有多個柱狀突起物的活性物質(zhì)，并且垂直于柱狀突起物的軸的截面形狀為如十字形、H字形、L字形、I字形、T字形、U字形、Z字形那樣的多角形狀或包括曲線的多角形狀。具有多個柱狀突起物的活性物質(zhì)也可以被石墨烯覆蓋。
文檔編號H01M4/02GK103035876SQ20121036733
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者田島亮太, 細谷邦雄, 長多剛, 小國哲平, 山崎舜平 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所