電力存儲裝置及其制造方法
【專利說明】電力存儲裝置及其制造方法
[0001 ]本申請是2011年5月27日提交的申請?zhí)枮?01110152152.X，發(fā)明名稱為“電力存儲裝置及其制造方法”的中國申請的分案申請，該申請要求2010年5月28日的優(yōu)先權(quán)。
[0002]發(fā)明背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種電力存儲裝置和制造所述電力存儲裝置的方法。
[0004]應(yīng)注意所述電力存儲裝置是指具備儲存電力的功能的所有元件和裝置。
[0005]2.相關(guān)領(lǐng)域描述
[0006]近些年來開發(fā)了電力存儲裝置，例如鋰-離子二級電池，鋰-離子電容器和空氣電池(air cell) ο
[0007]通過在集電器的一個表面提供活性材料制造電力存儲裝置的電極?？梢詫⒛鼙Ａ艉歪尫烹x子(作為載流子)的材料用作活性材料，例如碳或硅。具體地，硅或磷-摻雜硅的理論電容大于碳，在較大電容的電力存儲裝置中使用這些材料作為活性材料是優(yōu)選的(例如，參見專利文獻(xiàn)I)。
[0008][參考文獻(xiàn)]
[0009][專利文獻(xiàn)I]日本公開專利申請第2001-210315號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]然而，在集電器的表面形成硅時(shí)，在硅表面形成低導(dǎo)電性氧化物膜，例如天然氧化物膜。當(dāng)硅用于負(fù)極活性材料時(shí)，電極功能可能降低，這是由于硅表面形成的低導(dǎo)電性氧化物膜例如天然氧化物膜在充電和放電時(shí)過載。因此，阻礙了所述電力存儲裝置循環(huán)特性的改進(jìn)。
[0011]因此，本發(fā)明一個實(shí)施方式的目的是提供一種具有改進(jìn)的循環(huán)特性的電力存儲裝置以及制造所述電力存儲裝置的方法。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，在活性材料層表面形成的氧化物膜一一例如天然氧化物膜一一去除之后，向電力存儲裝置提供與活性材料層表面接觸的導(dǎo)電層。
[0013]本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，電力存儲裝置包括集電器，集電器上的硅層和在所述硅層之上并與所述硅層接觸的導(dǎo)電層。
[0014]本發(fā)明的另一個實(shí)施方式是一種制造電力存儲裝置的方法，所述方法中在集電器上形成硅層，將在所述硅層之上并與所述硅層接觸的天然氧化物層去除，并且形成在所述硅層之上并與所述硅層接觸的導(dǎo)電層。
[0015]在上述電力存儲裝置中，所述導(dǎo)電層優(yōu)選包含銅、鎳、鈦、錳、鈷和鐵中的一種或多種。同時(shí)，所述導(dǎo)電層和所述硅層可以形成硅化物。同時(shí)，所述導(dǎo)電層可以包括含磷或硼的娃層。
[0016]所述硅層可以包含須-狀晶體硅。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，可以制造具有改進(jìn)循環(huán)特性的電力存儲裝置。
[0018]附圖簡要說明
[0019]圖1A至ID是描述制造電力存儲裝置負(fù)極的方法的橫截面圖。
[0020]圖2是描述制造電力存儲裝置負(fù)極的方法的橫截面圖。
[0021]圖3A和3B分別是描述電力存儲裝置一個實(shí)施方式的平面圖和橫截面圖。
[0022]圖4是描述電力存儲裝置的一個應(yīng)用實(shí)施例的透視圖。
[0023]圖5是描述無線電力供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造的圖。
[0024]圖6是描述無線電力供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)造的圖。
[0025]發(fā)明詳述
[0026]以下將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例。注意，本發(fā)明不局限于以下的說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)可以容易地理解，在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的前提下，其形式和具體內(nèi)容可以進(jìn)行各種各樣的變化。因此，不應(yīng)該將本發(fā)明解釋成局限于以下的實(shí)施方式的描述。在對附圖的描述中，不同附圖中同樣部分所使用的附圖標(biāo)記基本相同。此夕卜，同樣的陰影圖案表示類似部分，類似部分不再用附圖標(biāo)記表明。
[0027][實(shí)施方式I]
[0028]在本實(shí)施方式中，參考圖1A至ID和圖2對本發(fā)明一個實(shí)施方式中的電力存儲裝置的電極和制造所述電極的方法進(jìn)行描述。
[0029]首先，通過蒸發(fā)法、濺射法、等離子CVD法或熱CVD法，優(yōu)選低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD法)在集電器101上形成硅層作為活性材料層103(參見圖1)。
[0030]所述集電器101用作所述電極的集電器。因此，可以使用箔狀、板狀或網(wǎng)狀的導(dǎo)電材料。例如，集電器101可以使用以鉑、鋁、銅和鈦等為代表的具有高導(dǎo)電性金屬元素來形成。所述集電器101可以使用鋁合金形成，所述鋁合金中加入了例如硅、鈦、釹、鈧或鉬的元素來改進(jìn)耐熱性。此外，可以使用硅晶片作為集電器101。此外，所述集電器101可以使用能形成硅化物的金屬元素來形成。能形成硅化物的金屬元素的例子包括鋯、鈦、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢、鈷和鎳。所述集電器101可以通過濺射法或CVD法形成。
[0031]活性材料層103是硅層。所述硅層可以通過等離子CVD法和熱CVD法形成，優(yōu)選通過LPCVD法形成。這種情況下，所述硅層使用含硅的沉積氣體作為來源氣體形成。所述含硅的沉積氣體的例子包括氫化硅、氟化硅和氯化硅，通常為SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4和Si2Cl6。應(yīng)注意氫或稀有氣體例如氦、氖、氬或氙可以與來源氣體混合。應(yīng)注意所述活性材料層103可以通過蒸發(fā)法或?yàn)R射法形成。
[0032]此外，賦予一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)元素例如磷或硼可以加入所述硅層來形成所述活性材料層103。加入雜質(zhì)元素，例如磷或硼，以賦予一種導(dǎo)電類型的硅層具有較高的導(dǎo)電性，這樣能增加電極的導(dǎo)電性。因此，放電電容可以進(jìn)一步提高。當(dāng)活性材料層103通過等離子CVD法、熱CVD法或LPCVD法形成時(shí)，可以在含有賦予一種導(dǎo)電性類型的雜質(zhì)元素(例如磷或硼)的氣氛中進(jìn)行成膜。例如，為了使所述硅層中含磷，來源氣體中可以包含膦。當(dāng)活性材料層103通過蒸發(fā)法或?yàn)R射法形成時(shí)，所述硅層可以用賦予一種導(dǎo)電性類型的雜質(zhì)元素(例如磷和硼)摻雜。
[0033]應(yīng)注意，對作為活性材料層103而形成的硅層的結(jié)晶度沒有具體限制。所述硅層可以是無定形的或晶態(tài)的。對于形成所述硅層作為活性材料層103，例如可以使用無定形硅層、微晶硅層或多晶硅層。此處，可以在所述硅層上進(jìn)行結(jié)晶步驟。當(dāng)結(jié)晶步驟在所述硅層上進(jìn)行時(shí)，當(dāng)所述硅層中氫濃度充分降低之后，所述硅層可以在能進(jìn)行熱處理的溫度下經(jīng)受熱處理，或者所述硅層可以用激光輻照來結(jié)晶。
[0034]當(dāng)通過LPCVD法形成硅層作為活性材料層103時(shí)，在集電器101和活性材料層103之間不會形成硅低密度區(qū)域，電子可以很容易地在集電器101和活性材料層103之間的界面?zhèn)鬏敚⑶壹娖?01和活性材料層103之間的粘附力可能增加。其中一個原因是來源氣體中的活性物質(zhì)不斷供應(yīng)至所述硅層，在形成硅層的步驟中沉積，這樣硅從所述硅層中擴(kuò)散至集電器101。即使形成缺硅的區(qū)域，由于來源氣體中的活性物質(zhì)不斷供應(yīng)至該區(qū)域，在所述硅層中不太可能形成低-密度區(qū)域。此外，由于所述硅層通過氣相生長在集電器101上形成，可以改進(jìn)所述電力存儲裝置的生產(chǎn)能力。
[0035]應(yīng)注意，某些情況中，活性材料層103中包含LPCVD儀器的室中釋放的氧或類似物等雜質(zhì)。
[0036]此外，在形成硅層作為活性材料層103時(shí)，在所述硅層的表面形成低導(dǎo)電性氧化物膜，例如天然氧化物膜。因此，電極的功能可能降低，這是由于所述硅層的表面形成的低導(dǎo)電性氧化物膜(例如天然氧化物膜)在充電和放電時(shí)過載。因此，阻礙所述電力存儲裝置循環(huán)特性的改進(jìn)。
[0037]然后，去除在活性材料層103表面形成的氧化物膜，例如天然氧化物膜，通過CVD法或?yàn)R射法形成在所述活性材料層103上并與所述活性材料層103接觸的導(dǎo)電層110，已經(jīng)從所述活性材料層103的表面上去除了所述氧化物膜，例如天然氧化物膜(參見圖1)。此處，所述導(dǎo)電層110的厚度優(yōu)選設(shè)置為大于或等于0.1nm并且小于或等于1nm0
[0038]在活性材料層103表面形成的含硅的氧化物膜(例如天然氧化物膜)能通過濕蝕刻處理，使用含氫氟酸的溶液或含氫氟酸的水溶液作為蝕刻劑來去除。使用蝕刻處理來去除所述氧化物膜(例如天然氧化物膜，)的時(shí)候，至少所述氧化物膜(例如天然氧化物膜)需要去除，也可以使用干刻蝕處理。此外，濕蝕刻處理和干蝕刻處理可以聯(lián)合使用。對于干蝕刻處理可以使用平行板反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法和誘導(dǎo)偶合等離子(ICP)蝕刻法等。
[0039]其導(dǎo)電性大于氧化物膜(例如天然氧化物膜)的膜可以用于所述導(dǎo)電層110。因此，電力存儲裝置的電極表面的導(dǎo)電性與所述活性材料層103的表面被氧化物膜(例如天然氧化物膜)覆蓋的情況相比得到改進(jìn)。因充電和放電時(shí)過載引起的電極功能降低的風(fēng)險(xiǎn)減少；因此所述電力存儲裝置的循環(huán)特性能得以改進(jìn)。
[0040]所述導(dǎo)電層110可以通過CVD方法或?yàn)R射法形成，采用以銅、鎳、鈦、錳、鈷、鐵等為代表的具有高導(dǎo)電性的金屬元素，具體優(yōu)選銅或鎳。所述導(dǎo)電層110包含至少一種上述金屬元素，可以形成金屬層或化合物層，或者可以與活性材料層103中的硅形成硅化物。例如，化合物例如磷酸鐵可以用于所述導(dǎo)電層110。由于上述金屬元素氧化物的導(dǎo)電性大于硅天然氧化物膜的導(dǎo)電性，即使上述金屬元素被氧化，所述電力存儲裝置電極表面附近的導(dǎo)電性可以大于所述活性材料層103的表面被氧化物膜(例如天然氧化物膜)覆蓋時(shí)的導(dǎo)電性。
[0041]應(yīng)注意，當(dāng)須-狀晶體硅(以下將詳細(xì)描述)用于活性材料層103時(shí)，優(yōu)選使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法來形成上述用于導(dǎo)電層110的金屬元素膜。
[0042]此外，優(yōu)選使用與鋰具有低反應(yīng)活性的元素，例如銅或鎳用于所述導(dǎo)電層110。當(dāng)鋰離子被吸收的時(shí)候，活性材料層103中包含的硅發(fā)生膨脹，當(dāng)鋰離子被釋放時(shí)，活性材料層103中包含的硅收縮。因此，某些情況中充電和放電重復(fù)進(jìn)行時(shí)，所述活性材料層103受到破壞。當(dāng)活性材料層103被含銅或鎳的導(dǎo)電層110覆蓋時(shí)，所述活性材