电力存储装置及其制造方法
【专利说明】电力存储装置及其制造方法
[0001 ]本申请是2011年5月27日提交的申请号为201110152152.X，发明名称为“电力存储装置及其制造方法”的中国申请的分案申请，该申请要求2010年5月28日的优先权。
[0002]发明背景
1.发明领域
[0003]本发明涉及一种电力存储装置和制造所述电力存储装置的方法。
[0004]应注意所述电力存储装置是指具备储存电力的功能的所有元件和装置。
[0005]2.相关领域描述
[0006]近些年来开发了电力存储装置，例如锂-离子二级电池，锂-离子电容器和空气电池(air cell) ο
[0007]通过在集电器的一个表面提供活性材料制造电力存储装置的电极。可以将能保留和释放离子(作为载流子)的材料用作活性材料，例如碳或硅。具体地，硅或磷-掺杂硅的理论电容大于碳，在较大电容的电力存储装置中使用这些材料作为活性材料是优选的(例如，参见专利文献I)。
[0008][参考文献]
[0009][专利文献I]日本公开专利申请第2001-210315号
【发明内容】
[0010]然而，在集电器的表面形成硅时，在硅表面形成低导电性氧化物膜，例如天然氧化物膜。当硅用于负极活性材料时，电极功能可能降低，这是由于硅表面形成的低导电性氧化物膜例如天然氧化物膜在充电和放电时过载。因此，阻碍了所述电力存储装置循环特性的改进。
[0011]因此，本发明一个实施方式的目的是提供一种具有改进的循环特性的电力存储装置以及制造所述电力存储装置的方法。
[0012]根据本发明的一个实施方式，在活性材料层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，向电力存储装置提供与活性材料层表面接触的导电层。
[0013]本发明的一个实施方式中，电力存储装置包括集电器，集电器上的硅层和在所述硅层之上并与所述硅层接触的导电层。
[0014]本发明的另一个实施方式是一种制造电力存储装置的方法，所述方法中在集电器上形成硅层，将在所述硅层之上并与所述硅层接触的天然氧化物层去除，并且形成在所述硅层之上并与所述硅层接触的导电层。
[0015]在上述电力存储装置中，所述导电层优选包含铜、镍、钛、锰、钴和铁中的一种或多种。同时，所述导电层和所述硅层可以形成硅化物。同时，所述导电层可以包括含磷或硼的娃层。
[0016]所述硅层可以包含须-状晶体硅。
[0017]根据本发明的一个实施方式，可以制造具有改进循环特性的电力存储装置。
[0018]附图简要说明
[0019]图1A至ID是描述制造电力存储装置负极的方法的横截面图。
[0020]图2是描述制造电力存储装置负极的方法的横截面图。
[0021]图3A和3B分别是描述电力存储装置一个实施方式的平面图和横截面图。
[0022]图4是描述电力存储装置的一个应用实施例的透视图。
[0023]图5是描述无线电力供应系统构造的图。
[0024]图6是描述无线电力供应系统构造的图。
[0025]发明详述
[0026]以下将参考附图来描述本发明的实施方式的实施例。注意，本发明不局限于以下的说明，本领域的技术人员应可以容易地理解，在不脱离本发明的宗旨及其范围的前提下，其形式和具体内容可以进行各种各样的变化。因此，不应该将本发明解释成局限于以下的实施方式的描述。在对附图的描述中，不同附图中同样部分所使用的附图标记基本相同。此夕卜，同样的阴影图案表示类似部分，类似部分不再用附图标记表明。
[0027][实施方式I]
[0028]在本实施方式中，参考图1A至ID和图2对本发明一个实施方式中的电力存储装置的电极和制造所述电极的方法进行描述。
[0029]首先，通过蒸发法、溅射法、等离子CVD法或热CVD法，优选低压化学气相沉积法(LPCVD法)在集电器101上形成硅层作为活性材料层103(参见图1)。
[0030]所述集电器101用作所述电极的集电器。因此，可以使用箔状、板状或网状的导电材料。例如，集电器101可以使用以铂、铝、铜和钛等为代表的具有高导电性金属元素来形成。所述集电器101可以使用铝合金形成，所述铝合金中加入了例如硅、钛、钕、钪或钼的元素来改进耐热性。此外，可以使用硅晶片作为集电器101。此外，所述集电器101可以使用能形成硅化物的金属元素来形成。能形成硅化物的金属元素的例子包括锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴和镍。所述集电器101可以通过溅射法或CVD法形成。
[0031]活性材料层103是硅层。所述硅层可以通过等离子CVD法和热CVD法形成，优选通过LPCVD法形成。这种情况下，所述硅层使用含硅的沉积气体作为来源气体形成。所述含硅的沉积气体的例子包括氢化硅、氟化硅和氯化硅，通常为SiH4、Si2H6、SiF4、SiCl4和Si2Cl6。应注意氢或稀有气体例如氦、氖、氩或氙可以与来源气体混合。应注意所述活性材料层103可以通过蒸发法或溅射法形成。
[0032]此外，赋予一种导电类型的杂质元素例如磷或硼可以加入所述硅层来形成所述活性材料层103。加入杂质元素，例如磷或硼，以赋予一种导电类型的硅层具有较高的导电性，这样能增加电极的导电性。因此，放电电容可以进一步提高。当活性材料层103通过等离子CVD法、热CVD法或LPCVD法形成时，可以在含有赋予一种导电性类型的杂质元素(例如磷或硼)的气氛中进行成膜。例如，为了使所述硅层中含磷，来源气体中可以包含膦。当活性材料层103通过蒸发法或溅射法形成时，所述硅层可以用赋予一种导电性类型的杂质元素(例如磷和硼)掺杂。
[0033]应注意，对作为活性材料层103而形成的硅层的结晶度没有具体限制。所述硅层可以是无定形的或晶态的。对于形成所述硅层作为活性材料层103，例如可以使用无定形硅层、微晶硅层或多晶硅层。此处，可以在所述硅层上进行结晶步骤。当结晶步骤在所述硅层上进行时，当所述硅层中氢浓度充分降低之后，所述硅层可以在能进行热处理的温度下经受热处理，或者所述硅层可以用激光辐照来结晶。
[0034]当通过LPCVD法形成硅层作为活性材料层103时，在集电器101和活性材料层103之间不会形成硅低密度区域，电子可以很容易地在集电器101和活性材料层103之间的界面传输，并且集电器101和活性材料层103之间的粘附力可能增加。其中一个原因是来源气体中的活性物质不断供应至所述硅层，在形成硅层的步骤中沉积，这样硅从所述硅层中扩散至集电器101。即使形成缺硅的区域，由于来源气体中的活性物质不断供应至该区域，在所述硅层中不太可能形成低-密度区域。此外，由于所述硅层通过气相生长在集电器101上形成，可以改进所述电力存储装置的生产能力。
[0035]应注意，某些情况中，活性材料层103中包含LPCVD仪器的室中释放的氧或类似物等杂质。
[0036]此外，在形成硅层作为活性材料层103时，在所述硅层的表面形成低导电性氧化物膜，例如天然氧化物膜。因此，电极的功能可能降低，这是由于所述硅层的表面形成的低导电性氧化物膜(例如天然氧化物膜)在充电和放电时过载。因此，阻碍所述电力存储装置循环特性的改进。
[0037]然后，去除在活性材料层103表面形成的氧化物膜，例如天然氧化物膜，通过CVD法或溅射法形成在所述活性材料层103上并与所述活性材料层103接触的导电层110，已经从所述活性材料层103的表面上去除了所述氧化物膜，例如天然氧化物膜(参见图1)。此处，所述导电层110的厚度优选设置为大于或等于0.1nm并且小于或等于1nm0
[0038]在活性材料层103表面形成的含硅的氧化物膜(例如天然氧化物膜)能通过湿蚀刻处理，使用含氢氟酸的溶液或含氢氟酸的水溶液作为蚀刻剂来去除。使用蚀刻处理来去除所述氧化物膜(例如天然氧化物膜，)的时候，至少所述氧化物膜(例如天然氧化物膜)需要去除，也可以使用干刻蚀处理。此外，湿蚀刻处理和干蚀刻处理可以联合使用。对于干蚀刻处理可以使用平行板反应离子蚀刻(RIE)法和诱导偶合等离子(ICP)蚀刻法等。
[0039]其导电性大于氧化物膜(例如天然氧化物膜)的膜可以用于所述导电层110。因此，电力存储装置的电极表面的导电性与所述活性材料层103的表面被氧化物膜(例如天然氧化物膜)覆盖的情况相比得到改进。因充电和放电时过载引起的电极功能降低的风险减少；因此所述电力存储装置的循环特性能得以改进。
[0040]所述导电层110可以通过CVD方法或溅射法形成，采用以铜、镍、钛、锰、钴、铁等为代表的具有高导电性的金属元素，具体优选铜或镍。所述导电层110包含至少一种上述金属元素，可以形成金属层或化合物层，或者可以与活性材料层103中的硅形成硅化物。例如，化合物例如磷酸铁可以用于所述导电层110。由于上述金属元素氧化物的导电性大于硅天然氧化物膜的导电性，即使上述金属元素被氧化，所述电力存储装置电极表面附近的导电性可以大于所述活性材料层103的表面被氧化物膜(例如天然氧化物膜)覆盖时的导电性。
[0041]应注意，当须-状晶体硅(以下将详细描述)用于活性材料层103时，优选使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法来形成上述用于导电层110的金属元素膜。
[0042]此外，优选使用与锂具有低反应活性的元素，例如铜或镍用于所述导电层110。当锂离子被吸收的时候，活性材料层103中包含的硅发生膨胀，当锂离子被释放时，活性材料层103中包含的硅收缩。因此，某些情况中充电和放电重复进行时，所述活性材料层103受到破坏。当活性材料层103被含铜或镍的导电层110覆盖时，所述活性材