电极、蓄电池、蓄电装置以及电子设备的制作方法

本发明的一个方式涉及一种电极、蓄电池、蓄电装置及电子设备。本发明的一个方式不局限于上述。本说明书等所公开的发明的一个方式涉及一种物体、方法或制造方法。本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。因此，具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、摄像装置、这些装置的驱动方法和这些装置的制造方法。在本说明书中，电子设备是指通过电驱动的所有装置，电光装置及信息终端装置等都包括在电子设备的范畴内。蓄电池有时内置于电子设备内。在本说明书中，“内置于”不仅意味着不能拆卸交换地内置的情况，还意味着以作为电池组等可自由地拆卸的方式内置的情况。

背景技术：

1、近年来，对锂离子蓄电池、锂离子电容器及空气电池等各种蓄电装置的研究开发日益火热。尤其是，伴随手机、智能手机、笔记本个人计算机等便携式信息终端、便携式音乐播放机、数码相机等电子设备；医疗设备；混合动力汽车(hev)、电动汽车(ev)或插电式混合动力汽车(phev)等新一代清洁能源汽车等的半导体产业的发展，高输出、高能量密度的锂离子蓄电池的需求量剧增，作为能够充电的能量供应源，成为现代信息化社会中的必需品。

2、蓄电池的基本结构是正极和负极之间夹着作为电解液或固体电解质的电解质。作为正极及负极的结构，典型的是包括集流体和设置在集流体上的活性物质的结构。在锂离子蓄电池中，将能够进行锂的吸留及释放且进行锂的合金化及脱合金化的材料用作正极及负极的活性物质。

3、为了扩大活性物质和电解质之间的接触面积，优选使活性物质成为粒子状。于是，有时将粘合剂(也称为binder)、导电助剂等混合到粒子状活性物质形成活性物质层并将其设置在集流体上，来形成作为正极或负极的电极。

4、作为负极活性物质，例如使用碳或硅等能够进行作为载流子的离子(以下，表示为载体离子(carrier ions))的吸留及释放且进行与载体离子的合金化及脱合金化的材料。例如，硅能够与以每个重量石墨的大约10倍的载体离子合金化，因此其理论容量大，且在锂离子蓄电池的大容量化上是适合的。

5、一般而言，载体离子的理论容量大，且呈现载体离子的吸留/释放反应的活性物质的体积或呈现与载体离子的合金化/脱合金化反应的活性物质的体积随着循环产生大幅度的变化。例如，在将理论容量大的硅用于活性物质时，随着与载体离子合金化及脱合金化而体积产生大幅度的变化。因此，有如下问题：因硅的体积变化所导致的应力而集流体和硅之间的接触区域、各活性物质之间的接触区域减少，且导电路径被损坏，这导致电池特性的劣化。于是，以有如下报告：通过在集流体上形成由硅构成的层，并在该由硅构成的层上设置由石墨构成的层，缓和因由硅构成的层的膨胀收缩而产生的应力，从而减少电池特性的劣化(参照专利文献1)。

6、此外，还有如下报告：将以由碳膜包裹一个硅粒子或多个硅粒子和空隙的方式被覆盖的复合材料用作负极活性物质(参照非专利文献1)。

7、[专利文献]

8、[专利文献1]日本专利申请公开2001-283834号公报

9、[非专利文献]

10、[非专利文献1]“a pomegranate-inspired nanoscaledesign for large-volume-change lithium battery anodes”,nian liu,zhenda lu,jie zhao,matthewt.mcdowell,hyun-wook lee,wenting zhao and yi cui,nature nanotechnologyletters 16,february,2014.

11、在非专利文献1中，设置包裹粒径大约为80nm的一个硅粒子或多个硅粒子和空隙的碳膜。在这种复合材料中，使硅粒子表面氧化来形成硅氧化膜，由碳膜覆盖该硅氧化膜的表面，并通过蚀刻去除该硅氧化膜，从而在由碳膜覆盖的硅粒子周围形成有空隙。

12、然而，非专利文献1所记载的复合材料使用粒径为80nm的小的硅粒子。这种粒径小的硅粒子昂贵，因此从量产化的观点来看，将该硅粒子用于锂离子蓄电池的负极活性物质不是实用的。

13、此外，如上所述，在硅粒子中，随着与载体离子的合金化及脱合金化而硅的体积产生大幅度的变化。因此，在反复与载体离子的合金化及脱合金化的期间中，有时受到力学损坏而微粉化。因微粉化而难以维持锂离子蓄电池的功能。在此，微粉化是指例如因膨胀或收缩而材料反复破裂，因此产生微细化。微粉化有可能导致例如材料从集流体剥离，而所剥离的粉末堵住隔离体的空隙或附着到正极表面等现象。另外，随着膨胀和收缩，硅粒子之间的接触及硅粒子与集流体的接触变得不良，因此有时会损坏导电路径。若导电路径受到损坏，容量则随着充放电的循环而减少。

14、当在非专利文献1所记载的复合材料中，这种硅粒子的微粉化进展时有如下担忧：由于覆盖硅粒子及空隙的碳膜的厚度非常薄，即为10nm以下，因此硅粒子的碎片穿破碳膜而附着到隔离体的空隙及正极表面。此外，还有是否能够由这种薄的碳膜保留被微粉化的硅粒子的担忧。针对上述问题，作为覆盖硅粒子及空隙的膜，优选使用物理上牢固且具有高导电性的膜。

技术实现思路

1、鉴于上述记载，本发明的一个方式的目的之一是提供一种容量大的蓄电装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能量密度高的蓄电装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的蓄电装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用寿命长的蓄电装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低成本的蓄电装置。

2、另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种容量大的电极。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能量密度高的电极。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的电极。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用寿命长的电极。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低成本的电极。

3、另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的材料、新颖的电极、新颖的蓄电池或新颖的蓄电装置等。

4、注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式不需要实现所有上述目的。另外，根据说明书、附图、权利要求书等的记载，这些目的以外的效果是显然的，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中得出这些以外的目的。

5、本发明的一个方式是一种蓄电装置，包括：负极；以及正极，其中，负极包括集流体以及活性物质层，活性物质层包括活性物质粒子以及覆盖活性物质粒子的周围的石墨烯化合物及粘合剂，并且，空隙位于活性物质粒子与石墨烯化合物及粘合剂之间。

6、本发明的一个方式是一种蓄电装置，包括：负极；以及正极，其中，负极包括集流体以及活性物质层，活性物质层包括活性物质粒子以及覆盖活性物质粒子的周围的石墨烯化合物及粘合剂，第一空隙位于活性物质粒子与石墨烯化合物及粘合剂之间，并且，第二空隙被石墨烯化合物和粘合剂围绕。

7、本发明的一个方式是一种蓄电装置，包括：负极；以及正极，其中，负极包括集流体以及活性物质层，活性物质层包括活性物质粒子以及覆盖活性物质粒子的周围的石墨烯化合物及粘合剂，并且，多个空隙位于活性物质与石墨烯化合物及粘合剂之间。

8、优选的是，在上述结构中，石墨烯化合物包括2层以上且100层以下的被还原的氧化石墨烯，被还原的氧化石墨烯的层间距离为0.335nm以上且0.7nm以下。

9、在上述结构中，活性物质粒子优选为硅。

10、在上述结构中，粘合剂优选为聚酰亚胺。

11、在上述结构中，活性物质粒子的平均粒径优选为0.5μm以上且1.5μm以下。

12、在上述结构中，优选粉碎硅片制造活性物质粒子。

13、本发明的一个方式是一种电子设备，包括上述蓄电装置中的任一个、操作按钮以及显示装置。

14、根据本发明的一个方式，可以提供一种容量大的蓄电装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种能量密度高的蓄电装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的蓄电装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种使用寿命长的蓄电装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种低成本的蓄电装置。

15、另外，本发明的一个方式可以提供一种容量大的电极。另外，本发明的一个方式可以提供一种能量密度高的电极。另外，本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的电极。另外，本发明的一个方式可以提供一种使用寿命长的电极。另外，本发明的一个方式可以提供一种低成本的电极。

16、另外，本发明的一个方式可以提供一种新颖的材料、新颖的电极、新颖的蓄电池或新颖的蓄电装置等。

17、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式不必须需要实现所有上述效果。另外，根据说明书、附图、权利要求书等的记载，这些效果以外的效果是显然的，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中得出这些以外的效果。