电化学电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电化学电容器及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，已经进行了电化学电容器的开发。作为电化学电容器的示例，有利用在电 极与电解质溶液的界面静电累积的电容的正电荷与负电荷的双电层电容器（electric double layer capacitor，EDLC)，以及利用采用电子转移过程(法拉第过程)在电极的表面 累积的电容的氧化还原电容器(参照专利文献1)。
[0003] [参照] 专利文献1:日本专利申请公开第2007-123833号。
【发明内容】
[0004] 在本发明的实施例中，提供一种新的电化学电容器的结构和电化学电容器的制造 方法。另外，在本发明的实施例中，提出能够增加电容的电化学电容器。此外，在本发明的实 施例中，提出能够改进生产率的电化学电容器的制造方法。
[0005] 在本发明的实施例中，在基板(substrate，衬底）的表平面(surface plane)形成 正电极和负电极是电化学电容器的特征。此外，在本发明的实施例中，有具有电解质、以及 与电解质的相同表平面接触的正电极和负电极的电化学电容器。换句话说，电化学电容器 具有与电解质的表平面接触并且在电解质的表平面上的正电极活性材料和负电极活性材 料，接触正电极活性材料的正电极集流器(current col lector)以及接触负电极活性材料 的负电极集流器。
[0006] 当电化学电容器是氧化还原电容器时，电解质形成于基板上。备选地，电解质作为 支撑起作用。在此情况下，电解质由质子导体(proton conductor)形成。作为质子导体，使 用硫酸氢铯、磷酸氢铯、氧化硅或包含氢的非晶半导体。作为包含氢的非晶半导体，有非晶 硅、非晶硅锗或非晶锗。备选地，作为包含氢的非晶半导体，有包含氢的氧化物半导体；以及 作为包含氢的氧化物半导体，有氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化钒、氧化锡或氧化铟。此外，作 为包含氢的非晶半导体，有In-M-Zn氧化物半导体(M选自于一个或多个金属元素Al、Ga、Fe、 Ni、Mn以及Co)，在其中InM0 3(Zn0)m(m>0)的晶体可以包含于非晶结构中。另外，氮可以包含 于In-M-Zn氧化物半导体中。通过包含氮，可以增加In-M-Zn氧化物半导体的氢浓度。
[0007] 在电化学电容器是双电层电容器的情况下，正电极和负电极形成于基板的表面。 并且，采用正电极和负电极形成的基板以及电解质溶液由密封件密封。
[0008] 根据本发明的实施例，可以改进电化学电容器的生产率。另外，可以增加本发明的 实施例的电化学电容器的电容。
【附图说明】
[0009] 在附图中： 图1A和图1B是示出电化学电容器的结构的截面图。
[0010] 图2A和图2B是示出电化学电容器的结构的俯视图。
[0011] 图3A和图3B是示出电化学电容器的结构的截面图。
[0012]图4是示出电化学电容器的结构的截面图。
[0013]图5A和图5B是示出电化学电容器的结构的截面图。
[0014] 图6是示出电化学电容器的结构的截面图。
[0015] 图7是示出电化学电容器的循环伏安图的图表。
【具体实施方式】
[0016] 以下，将参照附图描述本发明的实施例。注意本发明并不限于以下描述，并且本领 域技术人员将容易理解可以做出各种改变和修改而不背离本发明的精神和范围。因此，本 发明不应解释为限制于以下的实施例的描述。在参照附图的描述中，在一些情况下，在不同 附图中相同参考标号公共地使用于相同部分。另外，在一些情况下，相同阴影图案应用于相 似部件并且相似部分不必用参考标号标出。
[0017] (实施例1) 在本实施例中，将参照图1A和图1B描述电化学电容器的模式的氧化还原电容器的结 构。
[0018] 图1A示出了氧化还原电容器，其具有形成于基板120上的电解质126,形成于电解 质126上的第一活性材料124和第二活性材料128,形成于第一活性材料124上的第一集流器 122,以及形成于第二活性材料128上的第二集流器130。
[0019] 图1B示出了氧化还原电容器，其具有形成于基板140上的第一集流器142和第二集 流器150,形成于第一集流器142上的第一活性材料144,形成于第二集流器150上的第二活 性材料148，与第一集流器142和第二集流器150的侧面加上第一活性材料144和第二活性材 料148的表面和侧面重叠的电解质146。
[0020] 塑料或陶瓷(如玻璃、石英、和氧化铝）可以用作基板120。注意，可以使用玻璃纤维 增强的塑料(FRP)板、聚氟乙烯(PVH膜、聚酯膜或丙烯酸树脂膜作为塑料。
[0021] 第一集流器122和142或者第二集流器130和150作为正集流器起作用，并且另一个 作为负集流器起作用。第一集流器122和142以及第二集流器130和150使用这些元素，例如 铝、镍、钛、铜、金、银、铂和钴，或其合金或化合物。
[0022] 此外，第一集流器122和142以及第二集流器130和150可以使用导电碳(例如活性 碳)或导电聚合物(例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯）。
[0023]注意，尽管在图1A和图1B中没有图示，然而第一集流器122和142或者第二集流器 130和150连接到正电极端子或负电极端子，并且第一集流器122和142或者第二集流器130 和150的另一个连接到正电极端子或负电极端子的另一个。
[0024]第一活性材料124和144或第二活性材料128和148作为正电极活性材料起作用，并 且另一个作为负电极活性材料起作用。第一活性材料124和144以及第二活性材料128和148 可以使用一个或多个氧化钌、氧化铱、氧化钴、氧化锰、氧化钨、氧化铌、氧化铁等。
[0025]注意，在使用导电聚合物(例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯)的情况下，在第一集流器 122和142以及第二集流器130和150,没有提供第一活性材料124和144以及第二活性材料 128和148,并且导电聚合物作为集流器和活性材料两者起作用。
[0026] 电解质126和146由固体质子导体形成，固体质子导体例如硫酸氢铯、磷酸氢铯、氧 化硅或包含氢的非晶半导体。作为包含氢的非晶半导体，有非晶硅、非晶硅锗或非晶锗。作 为包含氢的非晶半导体，有包含氢的氧化物半导体，典型地有氧化锌、氧化钛、氧化镍、氧化 隹凡、氧化锡或氧化铟。而且，作为包含氢的氧化物半导体，有In-M-Zn氧化物半导体(M选自于 一个或多个金属元素 Al、Ga、Fe、Ni、Mn和Co)，其中InM03(Zn0)m(m>0)的晶体可以包含于非 晶结构中。另外，氮可以包含于In-M-Zn氧化物半导体中。通过包含氮，可以增加 In-M-Zn氧 化物半导体的氢浓度。
[0027] 备选地，除了上述以外，In-Sn氧化物半导体、In-Sn-Zn氧化物半导体、In-Al-Zn氧 化物半导体、Sn-Ga-Zn氧化物半导体、Al-Ga-Zn氧化物半导体、Sn-Al-Zn氧化物半导体、In_ Zn氧化物半导体、Sn-Zn氧化物半导体、或Al-Zn氧化物半导体可以用作包含氢的氧化物半 导体。此外，氧化硅可以包含于以上描述的金属氧化物中。
[0028] 硫酸氢铯、磷酸氢铯或包含氢的氧化物半导体可以是水合氧化物。优选的水化物 的水合数取决于金属类型而不同。
[0029] 此外，质子导电高分子材料可以作为电解质126和146来使用。作为质子导电高分 子材料，可以使用全氟磺酸离子交换树脂、其他离子交换树脂、或能够传导质子的高分子材 料。
[0030] 注意，可以在氧化还原电容器周围提供保护层132或保护层152。氮化硅、类金刚石 碳(DLC)、氧化硅等可以作为保护层132和152使用。通过在氧化还原电容器周围提供保护层 132或保护层152,氧化还原电容器能稳定操作并且可以减少其退化。
[0031] 在图2A和图2B中图示图1A中所示出的氧化还原电容器的俯视图。
[0032] 如图2A所示，第一集流器122和第二集流器130可以平行排列。备选地，如图2B所 示，第一集流器122和第二集流器130可以是梳形（comb-shaped)的。以此方式，通过第一集 流器122和第二集流器130为平行或梳形，可以扩大第一集流器122和第二集流器130的相反 区，并且可以增加氧化还原电容器的电容。
[0033]注意，第一集流器122连接到正电极端子和负电极端子136的一个，并且第二集流 器130连接到正电极端子和负电极端子134的另一个。然而，集流器与正电极端子或负电极 端子的连接方法没有限制，并且集流器与正电极端子或负电极端子的组合可以适当改变。
[0034] 注意，图1B所示出的氧化还原电容器的第一集流器142和第二集流器150可以具有 图2A和图2B所图示的顶面形状。
[0035] 接下来，将描述图1A所示出的氧化还原电容器的制造方法。
[0036]如在图1A中所图示的，电解质126形成于基板120上。电解质126使用这样的方法形 成，该方法例如溅射法、CVD法、蒸发法、印刷法、溶胶-凝胶法或浸涂法。
[0037] 当用硫酸氢铯或磷酸氢铯形成电解质126时，可以适当使用蒸发法、溶胶-凝胶法 或浸涂法。
[0038] 当通过溅射法形成包含氢的非晶半导体作为电解质126时，包含氢的非晶半导体 可以通过使用包含氢的靶、并且惰性气体或带有氢的惰性气体作为溅射气体