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CN102983335A - 电极的制造方法及蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种充放电循环特性及比率特性高且不容易发生活性物质的剥离等导致的劣化的电极及蓄电装置。在蓄电装置的电极中，通过使用如下电极可以提高蓄电装置的充放电循环特性，该电极包含：集电体；该集电体上的第一活性物质层；以及该活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。再者，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随蓄电装置的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致活性物质的微粉化或活性物质从集电体上剥离等劣化。

Description

电极的制造方法及蓄电装置
 
技术领域
本发明涉及一种电极的制造方法及蓄电装置。
在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及所有装置。
背景技术
近年来，对锂二次电池、锂离子电容器以及空气电池等各种蓄电装置进行了开发。尤其是，作为高输出且高能量密度的二次电池，使锂离子在正极与负极之间迁移而进行充放电的锂二次电池引人注目。
用于蓄电装置的电极通过在集电体的一个表面上形成活性物质层而制造。活性物质层由碳或硅等能够存储和释放用作载流子的离子的活性物质形成。例如，与由碳形成的活性物质层相比，由硅或添加有磷的硅形成的活性物质层的理论容量大，在蓄电装置的大容量化这一点上占优势（参照专利文献1）。
但是，已知在活性物质的硅嵌入锂离子时硅的体积膨胀，在硅脱离锂离子时硅的体积收缩。因此，随着电池的充放电会发生活性物质层微粉化而从集电体上脱离等的问题。结果，电极内的集电性降低，使得充放电循环特性变差。作为上述问题的对策，可以采用用碳、铜或镍等包覆活性物质层表面来抑制硅受到破坏的方法。然而，在进行上述包覆时，锂与硅的反应性会下降，使得充放电容量下降。
[专利文献1]日本专利申请公开2001-210315号公报。
发明内容
本发明的一个方式的目的是提供一种能够提高循环特性及比率特性的蓄电装置及电极的制造方法。
本发明的一个方式是一种使用如下电极的蓄电装置，该电极包括集电体、该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。
本发明的一个方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括：负极，该负极包括集电体、该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层；以接触于该负极的方式形成的电解质；以及隔着该电解质与负极对置的正极。
本发明的一个方式是一种蓄电装置，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。
本发明的一个方式是一种电极的制造方法，该制造方法包括如下步骤：在集电体上形成第一活性物质层；在该第一活性物质层上涂敷包含粘结剂、导电助剂、具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的浆料；以及进行烧结，其中利用溶胶-凝胶法形成上述具有氧化铌的粒子。
本发明的一个方式是一种电极的制造方法，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。
另外，上述第一活性物质层及活性物质是与锂形成合金的材料，所以能够可逆地嵌入及脱离锂离子。与现在常用的将石墨用于负极的活性物质而成的锂电池的理论容量372mAh/g相比，例如硅具有大约10倍的4000mAh/g的理论容量，这是优选的。然而，如上所述，由利用锂离子的嵌入及脱离的充放电导致的活性物质的硅的体积变化非常大，所以发生由充放电导致活性物质的微粉化或从集电体上活性物质剥离等故障，会增加充放电循环的劣化。
在本发明的一个方式中，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随蓄电装置的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致的活性物质的微粉化等劣化。因此，优选很多具有氧化铌的粒子与粒状活性物质的周围接触。由于氧化铌具有对成为载流子的离子（锂离子等）的传导性，所以即使氧化铌覆盖活性物质也不妨碍电池的功能。然而，由于氧化铌导电性低，所以如果氧化铌完全覆盖活性物质，则集电体与活性物质之间会产生电阻，所以导致电池的比率特性降低。
因此，通过在形成包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层之前将第一活性物质层形成在集电体上，可以防止在集电体和活性物质层之间产生由氧化铌导致的电阻。
对上述第一活性物质层、活性物质及氧化铌的结晶性没有特别的限制，可以采用非晶、微晶和单晶中的任何一种。此外，也可以采用混有不同的结晶性的材料。
另外，具有氧化铌的粒子可以包含铌锂氧化物，例如可以包含Li2Nb2O5。
另外，该Li2Nb2O5是通过电池的初次放电，Nb2O5与Li起反应而形成的。另外，此后的充放电中上述Li2Nb2O5可以被保持，或者Li可以从上述Li2Nb2O5脱离而形成Nb2O5。如此，通过在活性物质上形成Li2Nb2O5，Li2Nb2O5用作稳定的无机SEI（Solid Electrolyte Interface：固体电解质界面），而不形成有机SEI。由此，能够得到低电阻化、锂的扩散性的提高以及活性物质的体积膨胀的缓和等的效果。
在用于蓄电装置的电极中，通过在集电体上形成第一活性物质层和该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子及粒状活性物质的第二活性物质层，能够改善蓄电装置的循环特性及比率特性。
另外，用于电极的制造的导电助剂或粘合剂可以包含上述具有氧化铌的粒子。
作为集电体的材料，可以采用以铂、铝、铜为代表的金属元素等导电性高的材料。另外，也可以利用与硅起反应而形成硅化物的金属元素形成集电体。
在蓄电装置的负极与对置于该负极的正极之间形成的电解质可以使用液体或固体形成，还可以使该电解质包含具有氧化铌的粒子。
另外，在本发明的一个方式中，在形成有集电体上的第一活性物质层和该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子及粒状活性物质的第二活性物质层的电极中，还可以在第二活性物质层上形成碳基覆膜。
该碳基覆膜由膜状碳基材料形成，具有石墨或1片以上且100片以下，优选10片以上且30片以下的石墨烯。当层叠有2片或3片石墨烯时，膜状碳基材料的厚度为1nm至2nm。膜状碳基材料既可以为非晶又可以为晶体。
这种膜状碳基材料能够作为导电助剂在大范围内形成导电网络。
根据本发明的一个方式，能够降低活性物质的剥离等导致的蓄电装置的劣化，由此能够提供循环特性及比率特性高的蓄电装置。
 
附图说明
图1A和1B是示出有关本发明的一个方式的蓄电装置的电极的截面图及俯视图；
图2是说明有关本发明的一个方式的电极的制造方法的图；
图3A和3B是蓄电装置的一个方式的平面图及截面图；
图4A至4D是蓄电装置的应用的一个方式的透视图；
图5是示出无线供电系统的结构的例子的图；
图6是示出无线供电系统的结构的例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式的一个例子进行说明。注意，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。另外，当使用附图进行说明时，有时在不同的附图之间共同使用相同附图标记来表示相同对象。另外，有时使用相同的阴影图案来表示相同对象，而不特别附加标记。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1A、图1B及图2对本发明的一个方式的蓄电装置的电极及其制造方法进行说明。
图1A和图1B是示出蓄电装置的电极的一个方式的图。图1A示出电极的截面图，图1B示出电极的俯视图。图1A和图1B所示的蓄电装置的电极具有集电体101、设置在集电体101的一个表面上的第一活性物质层102、以及第二活性物质层100，该第二活性物质层100包含具有氧化铌的粒子109及粒状活性物质103。注意，虽然为了方便起见未图示，但是除了图1A和图1B所示的粒状活性物质103及具有氧化铌的粒子109以外，第二活性物质层100还可以包含用来固定粒子的粘合剂、用来提高导电性的导电助剂以及用来调节粘度的粘度调节剂（N-甲基-2-吡咯烷酮：NMP）。
集电体101适当地使用具有能够承受后面的加热处理的耐热性的可用作负极的集电体的导电材料形成。作为可用于集电体的导电材料，可以举出铜、铂、铝、镍、钨、钼、钛、铁等，但是不局限于此。另外，在将铝用于集电体的情况下，优选采用添加有硅、钛、钕、钪、钼等能够提高耐热性的元素的铝合金。另外，也可以使用上述导电材料的合金。
另外，作为集电体101，可以使用与硅起反应而形成硅化物的金属元素。作为与硅起反应而形成硅化物的金属元素，可以举出锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴、镍等。
另外，作为集电体101，可以使用氧化物导电材料。作为氧化物导电材料的典型例子，可以举出包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的氧化铟锌、包含氧化钛的氧化铟、包含氧化钛的氧化铟锡、氧化铟锡、氧化铟锌或者添加有氧化硅的氧化铟锡等。另外，集电体101也可以具有箔状、片状、网状等的形状。当采用这种形状时，集电体101能够单独地保持自己的形状，由此不需要使用支撑衬底等。
第一活性物质层102及粒状活性物质103优选使用与接受电荷的离子进行合金化的材料。作为转移电荷的离子，使用：锂离子或钠离子等碱金属离子；钙离子、锶离子或钡离子等碱土金属离子；铍离子；镁离子等，优选使用锂离子。作为第一活性物质层102及粒状活性物质103，例如可以使用选自能够与锂进行合金化的硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料等。
第一活性物质层102可以通过利用作为原料的沉积气体并加热进行成膜的热CVD（CVD：Chemical vapor deposition）法、低压CVD（LPCVD:Low pressure chemical vapor deposition）法、或者利用等离子体分解沉积气体进行成膜的等离子体CVD法来形成。此外，可以使用溅射法、蒸镀法、印刷法等。
例如，在将硅用于第一活性物质层的情况下，可以通过等离子体CVD法等在集电体101上形成硅层。当形成硅层时，优选在材料气体中尽可能不包含氢。由此，可以使形成于硅中的悬空键等缺陷增加，并使接受电荷的离子的嵌入/脱离反应容易产生。
在第一活性物质层102上涂敷包含具有氧化铌的粒子109及粒状活性物质103的浆料，并进行烧结，可以在第一活性物质层102上形成第二活性物质层100。这时，通过使用粒径小的活性物质，可以增加单位体积的蓄电电容，所以是优选的。
具有氧化铌的粒子109可以利用溶胶-凝胶法或固相法形成。另外，可以使用钒、钽、钨、锆、钼、铪、铬或钛的氧化物或上述元素的氮化物代替氧化铌。另外，具有氧化铌的粒子109的晶体结构可以采用非晶、多晶和单晶中的任何一种。
〈具有氧化铌的粒子的制造方法〉
在此，对具有氧化铌的粒子109的制造方法进行说明。首先，将用作稳定剂的乙酰乙酸乙酯及用作溶剂的甲苯加入到铌醇盐（Nb（OCH2CH3）5）中搅拌来制造溶液。接着，该溶液中的铌醇盐逐渐与大气中的水分起反应经过由化学式1所示的水解反应缩合而凝胶化。
[化学式1]
Nb（OCH2CH3）5+5H2O→Nb（OH）5+5CH3CH2OH
通过在经过以上工序得到的凝胶中加入水稀释并利用超声波清洗器搅拌，制造分散液。接着，通过对该分散液进行烧结（在500℃至600℃左右的温度下），可以经过由化学式2所示的缩合反应从Nb（OH）5凝胶生成具有氧化铌的粒子。
[化学式2]
2Nb（OH）5→（Nb（OH）4）2O+H2O
通过如上步骤，可以形成具有氧化铌的粒子109。
另外，也可以将硅粒子等粒状活性物质103混合到经过由化学式1所示的水解反应生成的凝胶中。由此，可以使具有氧化铌的粒子109均匀地附着于粒状活性物质103。
〈电极的制造方法〉
接着，参照图2对图1A和图1B所示的电极的制造方法进行说明。
首先，如图2的步骤S110所示，在集电体上形成第一活性物质层。例如，作为集电体使用钛片，通过等离子体CVD法在集电体上形成硅层作为第一活性物质层，即可。该硅层也可以包含磷或硼等产生载流子的杂质元素。例如，为了使硅层中含有磷，可以使材料气体中含有膦。另外，对硅层的结晶性没有特别的限制，该硅层既可以为非晶体，又可以具有结晶性。例如，可以使用非晶硅、微晶硅或多晶硅。这里，可以对硅层进行晶化。当对硅层进行晶化时，在预先充分减少硅层中的氢浓度后，既可以进行该硅层的热处理来进行晶化，又可以对该硅层照射激光来进行晶化。
另外，将第一活性物质层102的厚度设定为1nm以上且800nm以下，优选为50nm以上且200nm以下。如果将第一活性物质层形成为太厚，就容易产生伴随电池的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致的膜剥离，因此优选将其膜厚度控制为上述范围内的厚度。
接着，如图2的步骤S111所示，在第一活性物质层上涂敷浆料。浆料包含粒状活性物质103及具有氧化铌的粒子109。所涂敷的浆料的厚度优选为20μm以上且30μm以下，但是不局限于此，根据所希望的电池特性而适当地调节厚度。
通过在第一活性物质层上形成上述浆料，如图1A和1B所示，可以形成包含具有氧化铌的粒子109及粒状活性物质103的第二活性物质层100。另外，优选具有氧化铌的粒子109对粒状活性物质103的表面接触的比率高。另外，也可以在粒状活性物质103与具有氧化铌的粒子109接触的部分中形成有铌与活性物质的合金。
〈浆料的制造方法〉
在此，对浆料的制造方法进行说明。如上所述，混合并搅拌利用溶胶-凝胶法等形成的具有氧化铌的粒子、粒状活性物质、粘合剂、导电助剂以及粘度调节剂，制造在粒状活性物质的表面上附着有具有氧化铌的粒子的浆料。作为浆料的制备，将导电助剂分散在包含粘合剂的溶剂中，并且将活性物质混合到该溶剂中。此时，优选抑制溶剂量而将其搅拌得较硬，以提高分散性。然后，再加溶剂来制造浆料。可以适当地调节具有氧化铌的粒子、活性物质、导电助剂、粘合剂以及溶剂的比率，但是在导电助剂和粘合剂的比率高时可以提高每活性物质量的电池性能。
另外，当粒状活性物质的粒径小时，充放电容量和循环特性都优良。例如粒状活性物质的粒径优选为10μm以下。与此同样，当具有氧化铌的粒子的粒径小时，充放电容量和循环特性都优良，具有氧化铌的粒子的粒径优选为1nm以上且5μm以下，更优选为1nm以上且500nm以下。
作为导电助剂，可以使用本身为电子导体且不会与电池装置中的其他材料引起化学变化的材料。例如，可以使用：黑铅、碳纤维、炭黑、乙炔黑、科琴黑、VGCF（注册商标）等的碳基材料；铜、镍、铝或银等的金属材料；上述物质的混合物的粉末、纤维等。导电助剂是指促进活性物质之间的导电性的物质，并是指填充在分隔的活性物质之间且实现活性物质之间的导通的材料。
作为粘结剂，可以举出聚酰亚胺；淀粉、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、再生纤维素、二乙酰基纤维素等多聚糖；聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、EPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer：三元乙丙橡胶）、磺酸化EPDM、丁苯橡胶、丁二烯橡胶、氟橡胶等乙烯基聚合物；以及聚环氧乙烷等聚醚。
作为溶剂，可以使用水、N-甲基-2-吡咯烷酮或乳酸酯等。
接着，如图2的步骤S112所示，进行加热处理来使包含于浆料的溶剂蒸发。加热处理可以使用热板或烘箱等进行，并且例如可以在氮气氛下以350℃进行。
接着，如步骤S113所示，优选使用压力机等从浆料的上方进行加压来提高第一活性物质层与浆料之间的紧密性。再者，通过加压使第二活性物质层平坦化。
接着，如步骤S114所示，可以对集电体进行打孔而得到所希望的形状。
最后，如步骤S115所示，通过再次进行加热处理来进行主干燥处理。例如可以在减压气氛下以100℃进行加热处理。
通过如上工序，可以形成图1A和图1B所示的电极。
如上所述，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随电池的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致的活性物质的微粉化等劣化。
另外，通过以接触于活性物质的方式形成具有氧化铌的粒子，可以抑制在活性物质表面上形成有机SEI的现象。由此，能够得到低电阻化、锂的扩散性的提高以及活性物质的体积膨胀的缓和等的效果。
另外，通过在形成包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层之前将第一活性物质层形成在集电体上，可以防止在集电体和活性物质层之间产生由氧化铌导致的电阻的增大。
如此，在用于蓄电装置的电极中，通过形成第一活性物质层和该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子及粒状活性物质的第二活性物质层，能够改善蓄电装置的循环特性及比率特性。
实施方式2
在本实施方式中，参照图3A和图3B对蓄电装置的结构进行说明。
首先，下面，作为蓄电装置，对二次电池的结构进行说明。在此，对作为二次电池的典型例子的锂二次电池的结构进行说明。
图3A是蓄电装置151的平面图，图3B示出沿着图3A的链式线A-B的截面图。在本实施方式中，作为蓄电装置151示出被密封的薄型蓄电装置。
图3A所示的蓄电装置151在外装部件153的内部具有蓄电元件（storage cell）155。另外，蓄电装置151还具有与蓄电元件155连接的端子部157、159。外装部件153可以使用层压膜、高分子膜、金属膜、金属壳、塑料壳等。
如图3B所示，蓄电元件155具有负极163、正极165、设置在负极163与正极165之间的隔离物167以及电解质169。
负极163具有负极集电体171、第一负极活性物质层173、以及第二负极活性物质层179。另外，第一负极活性物质层173及第二负极活性物质层179形成在负极集电体171的一方或双方的面上。
正极165具有正极集电体175及正极活性物质层177。另外，正极活性物质层177形成在正极集电体175的一个或两个面上。
另外，负极集电体171与端子部159连接。另外，正极集电体175与端子部157连接。另外，端子部157、159的一部分分别延伸到外装部件153的外侧。
另外，在本实施方式中，虽然作为蓄电装置151示出被密封的薄型蓄电装置，但是可以使用纽扣型蓄电装置、圆筒型蓄电装置、四方型蓄电装置等的各种形状的蓄电装置。另外，在本实施方式中，虽然示出层叠有正极、负极和隔离物的结构，但是也可以采用卷绕有正极、负极和隔离物的结构。
作为负极集电体171，可以使用实施方式1所示的集电体101。
作为第一负极活性物质层173，可以使用实施方式1所示的第一活性物质层102。另外，作为活性物质优选使用高容量的硅。
作为第二负极活性物质层179，可以使用实施方式1所示的第二活性物质层100。
作为正极集电体175，使用铝或不锈钢等。作为正极集电体175，可以适当地采用箔状、片状、网状等的形状。
作为正极活性物质层177的材料，可以使用LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4或其他锂化合物、或V2O5、Cr2O5、MnO2。另外，当载流子离子是锂离子以外的碱金属离子或碱土金属离子时，作为正极活性物质层177，也可以使用碱金属（例如，钠、钾等）或碱土金属（例如，钙、锶、钡等）代替上述锂化合物中的锂。
作为电解质169的溶质，使用具有作为载流子离子的锂离子的材料。作为电解质的溶质的典型例子，可以举出LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、Li（C2F5SO2）2N等的锂盐。另外，当载流子离子是锂离子以外的碱金属离子或碱土金属离子时，作为电解质169的溶质，可以适当地使用：钠盐或钾盐等的碱金属盐；钙盐、锶盐或钡盐等的碱土金属盐；铍盐；镁盐等。
另外，作为电解质169的溶剂，使用能够转移锂离子（或其他的载流子离子）的材料。作为电解质169的溶剂，优选使用非质子有机溶剂。作为非质子有机溶剂的典型例子，可以举出碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙腈、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等，可以使用这些例子中的一种或多种。另外，当作为电解质169的溶剂使用胶状高分子材料时，防漏液性等的安全性得到提高。另外，可以实现蓄电装置151的薄型化及轻量化。作为胶状高分子材料的典型例子，可以举出硅凝胶、丙烯凝胶、丙烯腈凝胶、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟类聚合物等。
另外，作为电解质169，可以使用Li3PO4、Li3PO（4-x）Nx、LixPSy（x和y为自然数）等的固体电解质。再者，电解质169可以含有铌。另外，也可以含有碳酸亚乙烯酯等。
隔离物167使用绝缘多孔体。作为隔离物167的典型例子，可以举出纤维素（纸）、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维等。再者，可以采用这些材料的单层或叠层。
锂二次电池是记忆效应小，能量密度高且放电容量大的电池。另外，锂离子电池的输出电压高。由此，能够实现小型化及轻量化。另外，因重复充放电而导致的劣化少，能够长时间地使用，因而能够缩减蓄电装置的成本。
接着，作为蓄电装置，对电容器进行说明。作为电容器的典型例子，可以举出双电层电容器、锂离子电容器等。
当利用电容器时，使用能够可逆地嵌入锂离子（或其他的载流子离子）和负离子中的至少一种的材料代替图3B所示的二次电池的正极活性物质层177，即可。作为正极活性物质层177的典型例子，可以举出活性炭、导电高分子、聚并苯有机半导体（PAS：PolyAcenic Semiconductive material）。
锂离子电容器是充放电效率高，能够进行快速充放电且在重复利用时也保持长使用寿命的电容器。
通过使用实施方式1所示的电极作为负极163，可以制造循环特性及比率特性高的蓄电装置。
另外，通过将实施方式1所示的集电体、第一活性物质层、以及第二活性物质层用于蓄电装置的一个方式的空气电池的负极，可以制造循环特性及比率特性高的蓄电装置。
如上所述，本发明的一个方式可以使用集电体、第一活性物质层、以及包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。由此，可以能够提供循环特性及比率特性高的蓄电装置。另外，能够提供能够降由低活性物质的剥离等导致的蓄电装置的劣化的蓄电装置。
实施方式3
在本实施方式中，使用图4A至4D对在实施方式2中说明的蓄电装置的应用方式进行说明。
可以将实施方式2所示的蓄电装置用于数码相机或摄像机等影像拍摄装置、数码相框、移动电话机（也称为移动电话、移动电话装置）、便携式游戏机、移动信息终端、声音再现装置等的电子设备。另外，还可以将实施方式2所示的蓄电装置用于电动汽车、混合动力汽车、铁路用电动车辆、工作车、卡丁车、轮椅等的电力推进车辆。在此，对电力推进车辆的例子进行说明。
图4A示出电力推进车辆中之一种的四轮汽车300的结构。汽车300是电动汽车或混合动力汽车。在此，示出汽车300的底部设置有蓄电装置302的例子。为了明确显示汽车300中的蓄电装置302的位置，图4B示出汽车300的轮廓以及设置在汽车300的底部的蓄电装置302。可以将在实施方式2中说明的蓄电装置用于蓄电装置302。通过利用插入（plugin）技术或无线供电系统从外部供给电力来可以对蓄电装置302进行充电。
图4C示出电力推进车辆中之一种的摩托艇1301的结构。图4C例示出摩托艇1301的艇体侧部具备蓄电装置1302的情况。可以将在实施方式2中说明的蓄电装置用于蓄电装置1302。通过利用插入技术或无线供电系统从外部供给电力来可以对蓄电装置1302进行充电。例如，可以将用来进行摩托艇1301的充电（即，蓄电装置1302的充电）的供电装置设置在港湾中的系泊设施。
图4D示出电力推进车辆中之一种的电动轮椅1311的结构。图4D例示出电动轮椅1311的底部具备蓄电装置1312的情况。可以将在实施方式2中说明的蓄电装置用于蓄电装置1312。通过利用插入技术或无线供电系统从外部供给电力来可以对蓄电装置1312进行充电。
实施方式4
在本实施方式中，参照图5和图6的方框图描述一个例子，该例子中，在无线电力供应系统(以下称为RF电力供应系统)中使用二次电池，该二次电池是根据本发明的一个方式的蓄电装置的一个例子。注意，虽然在各方框图中根据功能将受电装置及供电装置内的构成要素分类并作为彼此独立的方框图而示出，但是实际上难以根据功能将构成要素完全分类，一个构成要素有时与多个功能有关。
首先，使用图5对RF供电系统进行说明。
受电装置600是利用从供电装置700供给的电力驱动的电子设备或电力推进车辆，另外，可以将其适当地用于其他的利用电力驱动的装置。作为电子设备的典型例子，可以举出数码相机或摄像机等影像拍摄装置、数码相框、移动电话机（也称为移动电话、移动电话装置）、便携式游戏机、移动信息终端、声音再现装置、显示装置、计算机等。另外，作为电力推进车辆的典型例子，可以举出电动汽车、混合动力汽车、铁路用电动车厢、工作车、卡丁车、电动轮椅等。另外，供电装置700具有向受电装置600供给电力的功能。
在图5中，受电装置600具有受电装置部601和电源负荷部610。受电装置部601至少具有受电装置用天线电路602、信号处理电路603、二次电池604。另外，供电装置700至少具有供电装置用天线电路701和信号处理电路702。
受电装置用天线电路602具有接收供电装置用天线电路701发送的信号的功能或对供电装置用天线电路701发送信号的功能。信号处理电路603处理受电装置用天线电路602所接收的信号，并控制二次电池604的充电以及从二次电池604供给到电源负荷部610的电力。另外，信号处理电路603控制受电装置用天线电路602的工作。也就是说，可以控制从受电装置用天线电路602发送的信号的强度或频率等。电源负荷部610是从二次电池604接收电力并驱动受电装置600的驱动部。作为电源负荷部610的典型例子可以举出电动机、驱动电路等，但是也可以适当地使用其他的接收电力来驱动受电装置的装置。另外，供电装置用天线电路701具有对受电装置用天线电路602发送信号的功能或接收来自受电装置用天线电路602的信号的功能。信号处理电路702处理供电装置用天线电路701所接收的信号。另外，信号处理电路702控制供电装置用天线电路701的工作。换言之，可以控制从供电装置用天线电路701发送的信号的强度或频率等。
根据本发明的一个方式的二次电池用作在图5中说明的RF供电系统中的受电装置600所具有的二次电池604。
通过将根据本发明的一个方式的二次电池用于RF供电系统，与现有的二次电池相比，可以增加放电容量或充电容量（也称为蓄电量）。因此，可以延长无线供电的时间间隔（可以省去多次供电的工夫）。
此外，通过在RF电力供应系统中使用根据本发明的一个方式的二次电池，如果可以驱动电源负荷部610的放电容量或充电容量与现有的二次电池相同，可以实现受电装置600的小型化及轻量化。因此，可以缩减总成本。
接着，使用图6对RF供电系统的其他例子进行说明。
在图6中，受电装置600具有受电装置部601和电源负荷部610。受电装置部601至少具有受电装置用天线电路602、信号处理电路603、二次电池604、整流电路605、调制电路606、电源电路607。另外，供电装置700至少具有供电装置用天线电路701、信号处理电路702、整流电路703、调制电路704、解调电路705、振荡电路706。
受电装置用天线电路602具有接收供电装置用天线电路701发送的信号的功能或对供电装置用天线电路701发送信号的功能。当接收供电装置用天线电路701所发送的信号时，整流电路605具有利用受电装置用天线电路602所接收的信号生成直流电压的功能。信号处理电路603具有处理受电装置用天线电路602所接收的信号，并控制二次电池604的充电以及从二次电池604供给到电源电路607的电力的功能。电源电路607具有将二次电池604所储蓄的电压转换为电源负荷部610所需的电压的功能。当从受电装置600将某种应答发送到供电装置700时使用调制电路606。
通过具有电源电路607，可以控制供给到电源负荷部610的电力。由此，可以降低施加到电源负荷部610的过电压，从而可以抑制受电装置600的劣化或损坏。
另外，通过具有调制电路606，可以从受电装置600将信号发送到供电装置700。由此，可以判断受电装置600的充电量，当进行了一定量的充电时从受电装置600将信号发送到供电装置700，停止从供电装置700对受电装置600供电。其结果，通过不使二次电池604的充电量成为100％，可以增加二次电池604的充电次数。
另外，供电装置用天线电路701具有对受电装置用天线电路602发送信号的功能或从受电装置用天线电路602接收信号的功能。当对受电装置用天线电路602发送信号时，信号处理电路702生成对受电装置发送的信号。振荡电路706是生成一定频率的信号的电路。调制电路704具有根据信号处理电路702所生成的信号和振荡电路706所生成的一定频率的信号对供电装置用天线电路701施加电压的功能。由此，从供电装置用天线电路701输出信号。另一方面，当从受电装置用天线电路602接收信号时，整流电路703具有对所接收的信号进行整流的功能。解调电路705从由整流电路703进行整流的信号抽出受电装置600发送到供电装置700的信号。信号处理电路702具有对由解调电路705抽出的信号进行分析的功能。
另外，只要能够进行RF供电，就可以在各电路之间设置任何电路。例如，也可以在受电装置600接收信号且在整流电路605中生成直流电压之后利用设置在后级的DC-DC转换器或调整器等的电路生成恒压。由此，可以抑制受电装置600内部被施加过电压。
根据本发明的一个方式的二次电池用于图6所说明的RF供电系统中的受电装置600所具有的二次电池604。
通过将根据本发明的一个方式的二次电池用作RF供电系统，与现有的二次电池相比，可以增加放电容量或充电容量，因此可以延长无线供电的时间间隔（可以省去多次供电的工夫）。
此外，通过在RF电力供应系统中使用根据本发明的一个方式的二次电池，如果可以驱动电源负荷部610的放电容量或充电容量与现有的二次电池相同，可以实现受电装置600的小型化及轻量化。因此，可以缩减总成本。
另外，当将根据本发明的一个方式的二次电池用于RF供电系统并将受电装置用天线电路602和二次电池604重叠时，优选不使如下情况发生：因二次电池604的充放电而导致二次电池604的形状变化；并且因该变形导致的天线变形而使受电装置用天线电路602的阻抗发生变化。这是因为如果天线的阻抗发生变化则有可能不能实现充分的电力供给的缘故。例如，将二次电池604装在金属或陶瓷的电池组即可。另外，此时优选受电装置用天线电路602和电池组相隔数十μm以上。
另外，在本实施方式中，对充电信号的频率没有特别的限制，只要是能传输电力的频率，就可以采用任何频带。充电用信号例如可以采用135kHz的LF带（长波）、13.56MHz的HF带（短波）、900MHz至1GHz的UHF带（极超短波）、2.45GHz的微波频带。
另外，作为信号的传送方式，可以举出电磁耦合方式、电磁感应方式、共振方式、微波方式等的各种种类，适当地选择即可。然而，为了抑制雨、泥等的含水的异物所引起的能量损失，优选使用电磁感应方式、共振方式，这些方式利用低频率的频带，具体而言，短波的3MHz至30MHz、中波的300kHz至3MHz、长波的30kHz至300kHz及甚长波的3kHz至30kHz的频率。
本实施方式可以与上述实施方式组合而实施。
附图标记说明
100  第二活性物质层；101  集电体；102  第一活性物质层；103  活性物质；109  具有氧化铌的粒子；151  蓄电装置；153  外装部件；155  蓄电元件；157  端子部；159  端子部；163  负极；165  正极；167  隔离物；169  电解质；171  负极集电体；173  负极活性物质层；175  正极集电体；177  正极活性物质层；179  负极活性物质层；300  汽车；302  蓄电装置；600  受电装置；601  受电装置部；602  受电装置用天线电路；603  信号处理电路；604  二次电池；605  整流电路；606  调制电路；607  电源电路；610  电源负荷部；700  供电装置；701  供电装置用天线电路；702  信号处理电路；703  整流电路；704  调制电路；705  解调电路；706  振荡电路；1301  摩托艇；1302  蓄电装置；1311  电动轮椅；1312  蓄电装置。

Claims (14)

1.一种蓄电装置，包括：
电极，包括：
集电体；
所述集电体上的第一活性物质层；以及
第二活性物质层，在所述第一活性物质层上并且包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述具有氧化铌的粒子与所述粒状活性物质接触。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述第一活性物质层包含选自硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述粒状活性物质包含选自硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料。
5.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述具有氧化铌的粒子的粒径为1nm以上且5μm以下。
6.一种蓄电装置，包括：
负极，包括：
集电体；
所述集电体上的第一活性物质层；以及
第二活性物质层，在所述第一活性物质层上并且包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质；
与所述负极接触的电解质；以及
隔着所述电解质与所述负极对置的正极。
7.根据权利要求6所述的蓄电装置，
其中所述具有氧化铌的粒子与所述粒状活性物质接触。
8.根据权利要求6所述的蓄电装置，
其中所述第一活性物质层包含选自硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料。
9.根据权利要求6所述的蓄电装置，
其中所述粒状活性物质包含选自硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料。
10.根据权利要求6所述的蓄电装置，
其中所述具有氧化铌的粒子的粒径为1nm以上且5μm以下。
11.一种电极的制造方法，包括如下步骤：
在集电体上形成第一活性物质层；
在所述第一活性物质层上涂敷包含粘结剂、导电助剂、具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的浆料；以及
对所述浆料进行烧结，以在所述第一活性物质层上形成包含所述具有氧化铌的粒子和所述粒状活性物质的第二活性物质层，
其中利用溶胶-凝胶法形成所述具有氧化铌的粒子。
12.根据权利要求11所述的电极的制造方法，
其中所述第一活性物质层包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。
13.根据权利要求11所述的蓄电装置，
其中所述粒状活性物质包含选自硅、锡、铝和锗中的一种以上的材料。
14.根据权利要求11所述的蓄电装置，
其中所述具有氧化铌的粒子的粒径为1nm以上且5μm以下。
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