JP2002212705A - 薄膜製造方法および薄膜製造設備 - Google Patents
薄膜製造方法および薄膜製造設備Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質のリチウム金属薄膜および無機固体電
解質薄膜を製造することのできる方法を提供する。 【解決手段】 リチウム金属薄膜または無機固体電解質
薄膜積を製造する方法が提供され、該方法は、薄膜製造
工程においてアルカリ金属または無機固体電解質もしく
はその原料と接触する雰囲気の露点を−４０℃とするこ
とを特徴とする。露点が−４０℃以下の環境において、
薄膜作製のための原料や基材あるいは製造した薄膜を取
り扱えば、リチウム金属や硫化物系の無機固体電解質の
劣化を効果的に防止できる。
解質薄膜を製造することのできる方法を提供する。 【解決手段】 リチウム金属薄膜または無機固体電解質
薄膜積を製造する方法が提供され、該方法は、薄膜製造
工程においてアルカリ金属または無機固体電解質もしく
はその原料と接触する雰囲気の露点を−４０℃とするこ
とを特徴とする。露点が−４０℃以下の環境において、
薄膜作製のための原料や基材あるいは製造した薄膜を取
り扱えば、リチウム金属や硫化物系の無機固体電解質の
劣化を効果的に防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ金属を含
む薄膜または薄膜積層物を製造する方法および設備に関
し、特に、リチウム電池等に使用できるリチウム金属を
含む薄膜または薄膜積層物を製造する方法および設備に
関する。
む薄膜または薄膜積層物を製造する方法および設備に関
し、特に、リチウム電池等に使用できるリチウム金属を
含む薄膜または薄膜積層物を製造する方法および設備に
関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、電子機器の小型軽量化が進み、そこに使用される電
源としての電池にも小型軽量化の要求が高まっている。
リチウム金属を負極に用いた電池は小型軽量化に適して
おり、注目されている。そこで、少しでも電池のサイズ
を小さくするためには、リチウム金属の厚さを薄くする
ことが望ましい。このような要求に対し、リチウム金属
からなる薄膜を気相法により基材上に形成し、得られる
部材を負極材料として使用することが考えられる。さら
に、そのような負極材料のリチウム金属薄膜上に無機固
体電解質の薄膜を形成して、リチウム二次電池用負極を
製造することも考えられる。
年、電子機器の小型軽量化が進み、そこに使用される電
源としての電池にも小型軽量化の要求が高まっている。
リチウム金属を負極に用いた電池は小型軽量化に適して
おり、注目されている。そこで、少しでも電池のサイズ
を小さくするためには、リチウム金属の厚さを薄くする
ことが望ましい。このような要求に対し、リチウム金属
からなる薄膜を気相法により基材上に形成し、得られる
部材を負極材料として使用することが考えられる。さら
に、そのような負極材料のリチウム金属薄膜上に無機固
体電解質の薄膜を形成して、リチウム二次電池用負極を
製造することも考えられる。
【０００３】しかし、リチウム金属は水や酸素と反応し
やすく、また硫化物系の無機固体電解質薄膜およびその
原料は水分と反応しやすいため、これらは大気に触れる
と劣化するという問題がある。上述した薄膜形成におい
ては、これらの材料を劣化させることなく安定に取り扱
う必要がある。
やすく、また硫化物系の無機固体電解質薄膜およびその
原料は水分と反応しやすいため、これらは大気に触れる
と劣化するという問題がある。上述した薄膜形成におい
ては、これらの材料を劣化させることなく安定に取り扱
う必要がある。
【０００４】また、リチウム金属薄膜や硫化物系の無機
固体電解質薄膜を作製する成膜装置内壁には、形成した
薄膜と同じ材料が多量に付着し得る。成膜装置をメンテ
ナンス等で大気に開放すると、付着したリチウム金属と
大気中の水分が反応して危険な水素が発生したり、付着
した硫化物と大気中の水分が反応して危険な硫化水素が
発生するという問題がある。
固体電解質薄膜を作製する成膜装置内壁には、形成した
薄膜と同じ材料が多量に付着し得る。成膜装置をメンテ
ナンス等で大気に開放すると、付着したリチウム金属と
大気中の水分が反応して危険な水素が発生したり、付着
した硫化物と大気中の水分が反応して危険な硫化水素が
発生するという問題がある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、リチウム金属や
無機固体電解質を劣化させることなく、高品質の薄膜を
製造することのできる方法および設備を提供することに
ある。
無機固体電解質を劣化させることなく、高品質の薄膜を
製造することのできる方法および設備を提供することに
ある。
【０００６】さらに、本発明の目的は、リチウム金属薄
膜や無機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃や部品交
換などのメンテナンス作業を、安全に行える設備を提供
することにある。
膜や無機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃や部品交
換などのメンテナンス作業を、安全に行える設備を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、露点が−
４０℃以下の環境において、薄膜作製のための原料や基
材あるいは製造した薄膜を取り扱えば、リチウム金属や
硫化物系の無機固体電解質の劣化を効果的に防止できる
ことを見出した。さらに本発明者らは、露点が−４０℃
以下の環境において、リチウム金属薄膜や硫化物系の無
機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃や部品交換など
のメンテナンス作業を安全に行えることを見出した。
４０℃以下の環境において、薄膜作製のための原料や基
材あるいは製造した薄膜を取り扱えば、リチウム金属や
硫化物系の無機固体電解質の劣化を効果的に防止できる
ことを見出した。さらに本発明者らは、露点が−４０℃
以下の環境において、リチウム金属薄膜や硫化物系の無
機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃や部品交換など
のメンテナンス作業を安全に行えることを見出した。
【０００８】かくして本発明により、アルカリ金属を含
む薄膜および／または無機固体電解質を含む薄膜を製造
する方法が提供され、該方法は、薄膜製造工程において
アルカリ金属または無機固体電解質もしくはその原料と
接触する雰囲気の露点を−４０℃とすることを特徴とす
る。
む薄膜および／または無機固体電解質を含む薄膜を製造
する方法が提供され、該方法は、薄膜製造工程において
アルカリ金属または無機固体電解質もしくはその原料と
接触する雰囲気の露点を−４０℃とすることを特徴とす
る。
【０００９】典型的に、本発明による方法において、
１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真
空を形成し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属
および／または無機固体電解質もしくはその原料に不活
性な純度９９．９９％以上のガスを導入することによ
り、−４０℃以下の露点を有する雰囲気を形成すること
ができる。
１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真
空を形成し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属
および／または無機固体電解質もしくはその原料に不活
性な純度９９．９９％以上のガスを導入することによ
り、−４０℃以下の露点を有する雰囲気を形成すること
ができる。
【００１０】典型的に、本発明による方法は、成膜装置
と、成膜装置で使用する原料および／もしくは基材なら
びに／または成膜装置からの製品を通過させるチャンバ
ーとを使用することができる。成膜工程において、この
チャンバー内の雰囲気の露点を−４０℃以下とする。本
発明において、成膜装置は、典型的に、真空下で成膜を
行うものである。そのような成膜装置を使用する場合、
成膜後、成膜装置内の真空を破るため、上記チャンバー
内の雰囲気を成膜装置に導入することができる。
と、成膜装置で使用する原料および／もしくは基材なら
びに／または成膜装置からの製品を通過させるチャンバ
ーとを使用することができる。成膜工程において、この
チャンバー内の雰囲気の露点を−４０℃以下とする。本
発明において、成膜装置は、典型的に、真空下で成膜を
行うものである。そのような成膜装置を使用する場合、
成膜後、成膜装置内の真空を破るため、上記チャンバー
内の雰囲気を成膜装置に導入することができる。
【００１１】本発明による方法において、アルカリ金属
を含む原料、基材および製品の少なくともいずれかは、
ブチルゴム製のグローブを介して取り扱うことが好まし
い。
を含む原料、基材および製品の少なくともいずれかは、
ブチルゴム製のグローブを介して取り扱うことが好まし
い。
【００１２】さらに本発明により、上記の薄膜製造方法
を実施するための設備が提供され、該設備は、成膜装置
と、露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段
とを備える。
を実施するための設備が提供され、該設備は、成膜装置
と、露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段
とを備える。
【００１３】本発明による設備は、成膜装置で使用する
原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装置か
らの製品を通過させるチャンバーを備えることが好まし
い。露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段
は、該チャンバーに接続することができる。
原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装置か
らの製品を通過させるチャンバーを備えることが好まし
い。露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段
は、該チャンバーに接続することができる。
【００１４】該チャンバーを備える設備において、成膜
装置を該チャンバー内に設けることができる。一方、該
チャンバーは成膜装置に隣接して設けることができ、該
チャンバーと成膜装置とを接続することができる。
装置を該チャンバー内に設けることができる。一方、該
チャンバーは成膜装置に隣接して設けることができ、該
チャンバーと成膜装置とを接続することができる。
【００１５】本発明の設備において、成膜装置は、真空
下で成膜を行うものとすることができる。真空下で成膜
を行う装置と上記チャンバーとを有する設備において、
成膜装置とチャンバーとを配管系でつなぐことができ
る。そのような配管系は、成膜後、チャンバー内の雰囲
気を成膜装置に導入して成膜装置内の真空を破るために
使用することができる。
下で成膜を行うものとすることができる。真空下で成膜
を行う装置と上記チャンバーとを有する設備において、
成膜装置とチャンバーとを配管系でつなぐことができ
る。そのような配管系は、成膜後、チャンバー内の雰囲
気を成膜装置に導入して成膜装置内の真空を破るために
使用することができる。
【００１６】本発明による設備は、アルカリ金属を含む
原料、基材および製品の少なくともいずれかを、取り扱
うためのブチルゴム製のグローブを有することが好まし
い。そのようなグローブは、上記チャンバーに設けるこ
とが好ましい。
原料、基材および製品の少なくともいずれかを、取り扱
うためのブチルゴム製のグローブを有することが好まし
い。そのようなグローブは、上記チャンバーに設けるこ
とが好ましい。
【００１７】本発明において、特に、アルカリ金属はリ
チウム金属である。特に本発明は、リチウム金属または
リチウム合金からなる薄膜の製造に適用できる。また、
本発明は、無機固体電解質からなる薄膜の製造に適用で
きる。さらに、本発明は、リチウム金属またはリチウム
合金からなる薄膜と、リチウムの硫化物を含む無機固体
電解質からなる薄膜との積層物を製造するため適用でき
る。特に、本発明は、リチウム金属またはリチウム合金
からなる薄膜上に、リチウムの硫化物を含む無機固体電
解質からなる薄膜を形成するための方法および設備に適
用できる。
チウム金属である。特に本発明は、リチウム金属または
リチウム合金からなる薄膜の製造に適用できる。また、
本発明は、無機固体電解質からなる薄膜の製造に適用で
きる。さらに、本発明は、リチウム金属またはリチウム
合金からなる薄膜と、リチウムの硫化物を含む無機固体
電解質からなる薄膜との積層物を製造するため適用でき
る。特に、本発明は、リチウム金属またはリチウム合金
からなる薄膜上に、リチウムの硫化物を含む無機固体電
解質からなる薄膜を形成するための方法および設備に適
用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明によれば、薄膜作製のため
の原料および基材の成膜装置への搬入あるいは作製した
薄膜の成膜装置からの取り出しを、露点−４０℃以下の
環境でおこなうことができる。また本発明により露点−
４０℃以下の環境を設定し、当該環境下において、成膜
装置の清掃や部品交換などのメンテナンス作業を安全に
行うことができる。
の原料および基材の成膜装置への搬入あるいは作製した
薄膜の成膜装置からの取り出しを、露点−４０℃以下の
環境でおこなうことができる。また本発明により露点−
４０℃以下の環境を設定し、当該環境下において、成膜
装置の清掃や部品交換などのメンテナンス作業を安全に
行うことができる。
【００１９】本発明において−４０℃以下の露点は、典
型的に、−５０℃〜−８０℃の露点とすることができ、
−７０℃以下の露点とすることが好ましい。本発明にお
いて、露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手
段は、典型的に、真空ポンプと、該真空ポンプによって
真空にされた室内にアルカリ金属および／または無機固
体電解質もしくはその原料に不活性なガスを供給するた
めの手段とを備えることができる。また、不活性なガス
を供給するための手段は、不活性なガスを収容するボン
ベと、該ボンベから真空にされた室内に不活性なガスを
供給するための配管系とを備えることができる。また、
必要に応じて、露点が−４０℃である雰囲気を形成する
ための手段は、ガス循環精製装置を備えることが好まし
い。上述したような手段により、典型的に、１．３３×
１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真空を形成
し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属および／
または無機固体電解質に不活性な純度９９．９９％以上
のガスを導入することにより、−４０℃以下の露点を有
する雰囲気を形成することができる。
型的に、−５０℃〜−８０℃の露点とすることができ、
−７０℃以下の露点とすることが好ましい。本発明にお
いて、露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手
段は、典型的に、真空ポンプと、該真空ポンプによって
真空にされた室内にアルカリ金属および／または無機固
体電解質もしくはその原料に不活性なガスを供給するた
めの手段とを備えることができる。また、不活性なガス
を供給するための手段は、不活性なガスを収容するボン
ベと、該ボンベから真空にされた室内に不活性なガスを
供給するための配管系とを備えることができる。また、
必要に応じて、露点が−４０℃である雰囲気を形成する
ための手段は、ガス循環精製装置を備えることが好まし
い。上述したような手段により、典型的に、１．３３×
１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真空を形成
し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属および／
または無機固体電解質に不活性な純度９９．９９％以上
のガスを導入することにより、−４０℃以下の露点を有
する雰囲気を形成することができる。
【００２０】本発明において、アルカリ金属および／ま
たは無機固体電解質もしくはその原料に不活性なガス
は、典型的に、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、窒素（Ｎ2）ガ
ス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリ
プトン（Ｋｒ）ガス、またはそれらの２種以上の混合ガ
スである。
たは無機固体電解質もしくはその原料に不活性なガス
は、典型的に、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、窒素（Ｎ2）ガ
ス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリ
プトン（Ｋｒ）ガス、またはそれらの２種以上の混合ガ
スである。
【００２１】本発明において、アルカリ金属を含む薄膜
またはアルカリ金属および無機固体電解質を含む薄膜積
層物は、気相成長法によって形成することができ、典型
的には、スパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーシ
ョンおよびイオンプレーティングよりなる群から選ばれ
たいずれかの方法によって形成することができる。特に
本発明において、リチウム金属またはリチウム合金から
なる薄膜や無機固体電解質からなる薄膜は、気相成長法
によって形成することが好ましく、典型的には、スパッ
タリング、真空蒸着、レーザアブレーションおよびイオ
ンプレーティングよりなる群から選ばれたいずれかの方
法によって形成することが好ましい。
またはアルカリ金属および無機固体電解質を含む薄膜積
層物は、気相成長法によって形成することができ、典型
的には、スパッタリング、真空蒸着、レーザアブレーシ
ョンおよびイオンプレーティングよりなる群から選ばれ
たいずれかの方法によって形成することができる。特に
本発明において、リチウム金属またはリチウム合金から
なる薄膜や無機固体電解質からなる薄膜は、気相成長法
によって形成することが好ましく、典型的には、スパッ
タリング、真空蒸着、レーザアブレーションおよびイオ
ンプレーティングよりなる群から選ばれたいずれかの方
法によって形成することが好ましい。
【００２２】本発明では、成膜装置と、成膜装置で使用
する原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装
置からの製品を通過させるチャンバーとを使用すること
ができる。成膜装置は、薄膜を形成するための基材を収
容し、該基材上に所定の方法により必要な薄膜を形成す
る装置である。典型的に、成膜装置は、スパッタリング
装置、真空蒸着装置、レーザアブレーション装置および
イオンプレーティング装置よりなる群から選ばれたいず
れかの装置とすることができる。
する原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装
置からの製品を通過させるチャンバーとを使用すること
ができる。成膜装置は、薄膜を形成するための基材を収
容し、該基材上に所定の方法により必要な薄膜を形成す
る装置である。典型的に、成膜装置は、スパッタリング
装置、真空蒸着装置、レーザアブレーション装置および
イオンプレーティング装置よりなる群から選ばれたいず
れかの装置とすることができる。
【００２３】本発明において、チャンバーは、成膜装置
を収容する部屋として使用することができる。この場
合、チャンバー内雰囲気の露点を−４０℃以下にし、薄
膜作製のための原料および／または基材を劣化させるこ
となく、チャンバーから成膜装置に移すことができ、さ
らに、成膜装置からの製品を劣化させることなく、チャ
ンバーに移動させることができる。また、成膜装置を収
容する第１のチャンバーに隣接して、第２のチャンバー
を設けてもよい。この場合、密閉容器に入れた薄膜作製
のための原料および／または基材を第２のチャンバーに
おいて密閉容器から取り出し、原料および／または基材
を第２のチャンバーから第１のチャンバーに移動させ、
第１のチャンバーを介して成膜装置に搬入し、成膜装置
において成膜を行うことができる。次いで、作製した薄
膜を有する製品を成膜装置から第１のチャンバーに移し
て、そこで密閉容器に入れ、この密閉容器を第２のチャ
ンバーを介して大気中に取り出すことができる。一方、
作製した薄膜を有する製品を成膜装置から第２のチャン
バーに移動させ、そこで製品を密閉容器に入れ、密閉容
器を第２のチャンバーから大気中に取り出してもよい。
第２のチャンバーは、１つでもよいし、２つ以上あって
もよい。２つ以上の第２のチャンバーを使用する場合、
原料および／または基材を密閉容器から取り出すための
チャンバーと、成膜装置からの製品を扱うチャンバーを
それぞれ設けることができる。
を収容する部屋として使用することができる。この場
合、チャンバー内雰囲気の露点を−４０℃以下にし、薄
膜作製のための原料および／または基材を劣化させるこ
となく、チャンバーから成膜装置に移すことができ、さ
らに、成膜装置からの製品を劣化させることなく、チャ
ンバーに移動させることができる。また、成膜装置を収
容する第１のチャンバーに隣接して、第２のチャンバー
を設けてもよい。この場合、密閉容器に入れた薄膜作製
のための原料および／または基材を第２のチャンバーに
おいて密閉容器から取り出し、原料および／または基材
を第２のチャンバーから第１のチャンバーに移動させ、
第１のチャンバーを介して成膜装置に搬入し、成膜装置
において成膜を行うことができる。次いで、作製した薄
膜を有する製品を成膜装置から第１のチャンバーに移し
て、そこで密閉容器に入れ、この密閉容器を第２のチャ
ンバーを介して大気中に取り出すことができる。一方、
作製した薄膜を有する製品を成膜装置から第２のチャン
バーに移動させ、そこで製品を密閉容器に入れ、密閉容
器を第２のチャンバーから大気中に取り出してもよい。
第２のチャンバーは、１つでもよいし、２つ以上あって
もよい。２つ以上の第２のチャンバーを使用する場合、
原料および／または基材を密閉容器から取り出すための
チャンバーと、成膜装置からの製品を扱うチャンバーを
それぞれ設けることができる。
【００２４】本発明において、露点が−４０℃である雰
囲気は、上記成膜装置内に形成することができ、かつ／
または、上記チャンバー内に形成することができる。し
たがって、露点が−４０℃である雰囲気を形成するため
の手段は、上記成膜装置および／または上記チャンバー
に接続することができる。薄膜作製のための原料もしく
は基材を受け入れるため、上記チャンバーおよび成膜装
置内に、露点が−４０℃である雰囲気を形成することが
できる。また、薄膜を有する製品を受け入れるため、上
記チャンバー内に露点が−４０℃である雰囲気を形成す
ることができる。さらに、露点が−４０℃である雰囲気
は、成膜装置の清掃や部品交換などのメンテナンス作業
を行うため、成膜装置を収容するチャンバー内に形成す
ることができる。典型的に、露点が−４０℃である雰囲
気は、Ｈｅガス、窒素ガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒ
ガス、またはこれらの２種以上の混合ガスによって構成
することができる。
囲気は、上記成膜装置内に形成することができ、かつ／
または、上記チャンバー内に形成することができる。し
たがって、露点が−４０℃である雰囲気を形成するため
の手段は、上記成膜装置および／または上記チャンバー
に接続することができる。薄膜作製のための原料もしく
は基材を受け入れるため、上記チャンバーおよび成膜装
置内に、露点が−４０℃である雰囲気を形成することが
できる。また、薄膜を有する製品を受け入れるため、上
記チャンバー内に露点が−４０℃である雰囲気を形成す
ることができる。さらに、露点が−４０℃である雰囲気
は、成膜装置の清掃や部品交換などのメンテナンス作業
を行うため、成膜装置を収容するチャンバー内に形成す
ることができる。典型的に、露点が−４０℃である雰囲
気は、Ｈｅガス、窒素ガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒ
ガス、またはこれらの２種以上の混合ガスによって構成
することができる。
【００２５】薄膜を形成する気相法において、バックグ
ラウンドの真空度は、たとえば１．３３×１０-4Ｐａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以下とすることができる。高い
真空度を使用することにより、リチウム金属の酸化や水
分による劣化を防ぐことができる。気相法において薄膜
を形成するための雰囲気は、たとえば、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、あるいはそれらの２種以上
を組合せた混合気体などの、リチウムと反応しない気体
からなることが好ましい。特に、リチウム金属の水分に
よる劣化が起こらないよう、該雰囲気を構成する気体の
純度は９９．９９％以上であることが望ましい。
ラウンドの真空度は、たとえば１．３３×１０-4Ｐａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以下とすることができる。高い
真空度を使用することにより、リチウム金属の酸化や水
分による劣化を防ぐことができる。気相法において薄膜
を形成するための雰囲気は、たとえば、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、あるいはそれらの２種以上
を組合せた混合気体などの、リチウムと反応しない気体
からなることが好ましい。特に、リチウム金属の水分に
よる劣化が起こらないよう、該雰囲気を構成する気体の
純度は９９．９９％以上であることが望ましい。
【００２６】本発明は、リチウム金属薄膜やリチウム合
金薄膜などのアルカリ金属からなる薄膜の製造に適用す
ることができる。リチウム以外のアルカリ金属には、ナ
トリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等がある。
また、本発明は、リチウム金属薄膜やリチウム合金薄膜
などのアルカリ金属からなる薄膜上に、無機固体電解質
からなる薄膜を形成するため、使用することができる。
さらに、本発明は、リチウム等のアルカリ金属を含む上
記以外の膜を形成するため使用することができる。
金薄膜などのアルカリ金属からなる薄膜の製造に適用す
ることができる。リチウム以外のアルカリ金属には、ナ
トリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等がある。
また、本発明は、リチウム金属薄膜やリチウム合金薄膜
などのアルカリ金属からなる薄膜上に、無機固体電解質
からなる薄膜を形成するため、使用することができる。
さらに、本発明は、リチウム等のアルカリ金属を含む上
記以外の膜を形成するため使用することができる。
【００２７】リチウム金属薄膜やリチウム合金薄膜など
のアルカリ金属を含む薄膜を堆積させる基材には、典型
的に、金属、合金、ＳｎＯ2等の金属酸化物、グラファ
イトなどの導電性炭素などがある。基材の金属や合金と
して、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、ニオブ、チタ
ン、タングステン、インジウム、モリブデン、マグネシ
ウム、金、銀、白金、のうちのいずれか、またはこれら
の２種類以上の合金、あるいはステンレス鋼を使用する
ことができる。基材の厚さは、たとえば、１μｍ〜１０
０μｍとすることができ、小型化のため、１μｍ〜２０
μｍとすることができる。そのような基材上に、たとえ
ば、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みのリチウム金属
あるいはリチウム合金からなる薄膜を形成することがで
きる。リチウム合金の添加元素には、たとえば、Ｉｎ、
Ｔｉ、Ｚｎ、ＢｉおよびＳｎがある。また、無機固体電
解質からなる薄膜を堆積させる基材は、典型的に、金
属、合金、金属酸化物および炭素よりなる群から選ばれ
た材料からなることができる。特に、本発明をリチウム
電池用電極の製造に適用する場合、少なくとも表面部分
がリチウムまたはリチウム合金からなる基材を使用する
ことが好ましい。リチウム合金の添加元素には、たとえ
ば、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、ＢｉおよびＳｎがある。そのよ
うな基材として、たとえば、銅、ニッケル、アルミニウ
ム、鉄、ニオブ、チタン、タングステン、インジウム、
モリブデン、マグネシウム、金、銀、白金、それらの２
種以上を組合せた合金、およびステンレス鋼よりなる群
から選ばれた材料からなる金属材料（典型的には金属
箔）上に、リチウムまたはリチウム合金からなる薄膜を
形成したものを使用することができる。あるいは、基材
として、ＳｎＯ2等の金属酸化物、またはグラファイト
などの導電性炭素からなる材料上に、リチウムまたはリ
チウム合金からなる薄膜を形成したものを使用してもよ
い。上述した基材において、リチウムまたはリチウム合
金からなる薄膜の厚みは、たとえば０．１μｍ以上２０
μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。
一方、リチウムまたはリチウム合金からなる箔を基材と
して使用してもよい。基材の厚さは、リチウム電池への
適用の観点から、たとえば、１μｍ〜１００μｍとする
ことができ、小型化のため、１μｍ〜２０μｍとするこ
とができる。
のアルカリ金属を含む薄膜を堆積させる基材には、典型
的に、金属、合金、ＳｎＯ2等の金属酸化物、グラファ
イトなどの導電性炭素などがある。基材の金属や合金と
して、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、ニオブ、チタ
ン、タングステン、インジウム、モリブデン、マグネシ
ウム、金、銀、白金、のうちのいずれか、またはこれら
の２種類以上の合金、あるいはステンレス鋼を使用する
ことができる。基材の厚さは、たとえば、１μｍ〜１０
０μｍとすることができ、小型化のため、１μｍ〜２０
μｍとすることができる。そのような基材上に、たとえ
ば、０．１μｍ以上２０μｍ以下の厚みのリチウム金属
あるいはリチウム合金からなる薄膜を形成することがで
きる。リチウム合金の添加元素には、たとえば、Ｉｎ、
Ｔｉ、Ｚｎ、ＢｉおよびＳｎがある。また、無機固体電
解質からなる薄膜を堆積させる基材は、典型的に、金
属、合金、金属酸化物および炭素よりなる群から選ばれ
た材料からなることができる。特に、本発明をリチウム
電池用電極の製造に適用する場合、少なくとも表面部分
がリチウムまたはリチウム合金からなる基材を使用する
ことが好ましい。リチウム合金の添加元素には、たとえ
ば、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、ＢｉおよびＳｎがある。そのよ
うな基材として、たとえば、銅、ニッケル、アルミニウ
ム、鉄、ニオブ、チタン、タングステン、インジウム、
モリブデン、マグネシウム、金、銀、白金、それらの２
種以上を組合せた合金、およびステンレス鋼よりなる群
から選ばれた材料からなる金属材料（典型的には金属
箔）上に、リチウムまたはリチウム合金からなる薄膜を
形成したものを使用することができる。あるいは、基材
として、ＳｎＯ2等の金属酸化物、またはグラファイト
などの導電性炭素からなる材料上に、リチウムまたはリ
チウム合金からなる薄膜を形成したものを使用してもよ
い。上述した基材において、リチウムまたはリチウム合
金からなる薄膜の厚みは、たとえば０．１μｍ以上２０
μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。
一方、リチウムまたはリチウム合金からなる箔を基材と
して使用してもよい。基材の厚さは、リチウム電池への
適用の観点から、たとえば、１μｍ〜１００μｍとする
ことができ、小型化のため、１μｍ〜２０μｍとするこ
とができる。
【００２８】本発明において、無機固体電解質は、イオ
ン伝導性の固体で気相成長法によりその薄膜を形成でき
るものであれば、任意のものとすることができる。無機
固体電解質には、たとえば、硫化物系、酸化物系、窒化
物系、およびこれらの混合系である酸窒化物系、酸硫化
物系がある。硫化物には、たとえば、Ｌｉ2Ｓ、Ｌｉ2Ｓ
とＳｉＳ2の化合物、Ｌｉ2ＳとＧｅＳ2の化合物、およ
びＬｉ2ＳとＧａ2Ｓ3の化合物がある。酸窒化物には、
たとえば、Ｌｉ3ＰＯ4-xＮ2x/3、Ｌｉ4ＳｉＯ
4-xＮ2x/3、Ｌｉ4ＧｅＯ4-xＮ2x/3（０＜ｘ＜４）、Ｌ
ｉ3ＢＯ3-xＮ2x/3（０＜ｘ＜３）がある。特に本発明
は、無機固体電解質として、リチウムを含む化合物、あ
るいはリチウムを含む硫化物を使用する薄膜の形成に効
果的である。
ン伝導性の固体で気相成長法によりその薄膜を形成でき
るものであれば、任意のものとすることができる。無機
固体電解質には、たとえば、硫化物系、酸化物系、窒化
物系、およびこれらの混合系である酸窒化物系、酸硫化
物系がある。硫化物には、たとえば、Ｌｉ2Ｓ、Ｌｉ2Ｓ
とＳｉＳ2の化合物、Ｌｉ2ＳとＧｅＳ2の化合物、およ
びＬｉ2ＳとＧａ2Ｓ3の化合物がある。酸窒化物には、
たとえば、Ｌｉ3ＰＯ4-xＮ2x/3、Ｌｉ4ＳｉＯ
4-xＮ2x/3、Ｌｉ4ＧｅＯ4-xＮ2x/3（０＜ｘ＜４）、Ｌ
ｉ3ＢＯ3-xＮ2x/3（０＜ｘ＜３）がある。特に本発明
は、無機固体電解質として、リチウムを含む化合物、あ
るいはリチウムを含む硫化物を使用する薄膜の形成に効
果的である。
【００２９】典型的に、硫化物系の無機固体電解質は、
次のＡ〜Ｃに示した成分を含有する。
次のＡ〜Ｃに示した成分を含有する。
【００３０】Ａ：原子百分率で２０％以上６５％以下の
リチウム、 Ｂ：リン、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムおよびガリウ
ムよりなる群から選ばれた１種類以上の元素、ならびに Ｃ：イオウ。
リチウム、 Ｂ：リン、ケイ素、ホウ素、ゲルマニウムおよびガリウ
ムよりなる群から選ばれた１種類以上の元素、ならびに Ｃ：イオウ。
【００３１】さらに、上記硫化物系の無機固体電解質
は、酸素または窒素の少なくとも一方を含有してもよ
い。元素Ｂの含有量は、原子百分率で、典型的に０．１
％〜３０％である。元素Ｃの含有量は、原子百分率で、
典型的に２０％〜６０％である。酸素または窒素の一方
または両方の含有量は、典型的に０．１％〜１０％であ
る。上述した無機固体電解質の原料は、その元素を含む
硫化物、リン酸塩等であり、たとえば、ＬｉＳ2、Ｓｉ
Ｓ2、ＧｅＳ2、Ｌｉ3ＰＯ4等である。
は、酸素または窒素の少なくとも一方を含有してもよ
い。元素Ｂの含有量は、原子百分率で、典型的に０．１
％〜３０％である。元素Ｃの含有量は、原子百分率で、
典型的に２０％〜６０％である。酸素または窒素の一方
または両方の含有量は、典型的に０．１％〜１０％であ
る。上述した無機固体電解質の原料は、その元素を含む
硫化物、リン酸塩等であり、たとえば、ＬｉＳ2、Ｓｉ
Ｓ2、ＧｅＳ2、Ｌｉ3ＰＯ4等である。
【００３２】本発明により形成される無機固体電解質薄
膜の厚みは、典型的に０．０１μｍ以上１０μｍ以下で
あり、好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下である。一
般に、無機固体電解質からなる薄膜は非晶質である。
膜の厚みは、典型的に０．０１μｍ以上１０μｍ以下で
あり、好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下である。一
般に、無機固体電解質からなる薄膜は非晶質である。
【００３３】本発明は、たとえば、リチウム電池用電極
部材、特にリチウム二次電池用負極部材の製造に適用で
きる。そのような部材の製造において、気相法により基
材上にリチウムまたはリチウム合金からなる薄膜を形成
した後、得られたリチウム電池用負極部材上に、無機固
体電解質からなる薄膜を、適当な方法たとえば気相成長
法により形成して、リチウム二次電池用負極を得ること
ができる。あるいは、リチウムまたはリチウム合金を表
面に少なくとも有する基材上に、無機固体電解質からな
る薄膜を、適当な方法たとえば気相成長法により形成し
て、リチウム二次電池用負極を得ることができる。
部材、特にリチウム二次電池用負極部材の製造に適用で
きる。そのような部材の製造において、気相法により基
材上にリチウムまたはリチウム合金からなる薄膜を形成
した後、得られたリチウム電池用負極部材上に、無機固
体電解質からなる薄膜を、適当な方法たとえば気相成長
法により形成して、リチウム二次電池用負極を得ること
ができる。あるいは、リチウムまたはリチウム合金を表
面に少なくとも有する基材上に、無機固体電解質からな
る薄膜を、適当な方法たとえば気相成長法により形成し
て、リチウム二次電池用負極を得ることができる。
【００３４】また、本発明において、上記成膜装置また
は上記チャンバーの内壁は、リチウムと反応しないよう
に、スズ、ケイ素、マグネシウム、ストロンチウム、カ
ルシウム、亜鉛、イオウ、窒素および炭素のいずれかを
主成分として含有しないステンレス鋼または銅合金から
なることが好ましい。
は上記チャンバーの内壁は、リチウムと反応しないよう
に、スズ、ケイ素、マグネシウム、ストロンチウム、カ
ルシウム、亜鉛、イオウ、窒素および炭素のいずれかを
主成分として含有しないステンレス鋼または銅合金から
なることが好ましい。
【００３５】
【実施例】実施例１ 基材として厚み１０μｍで１００ｍｍ×５０ｍｍの銅箔
上を使用し、この基材上に厚みが１０μｍのリチウム金
属薄膜を真空蒸着法により形成した。ここで基材となる
銅箔およびリチウム金属原料の成膜装置への搬入、およ
び作製したリチウム薄膜を有する基材の取り出しは、以
下のようにして行った。
上を使用し、この基材上に厚みが１０μｍのリチウム金
属薄膜を真空蒸着法により形成した。ここで基材となる
銅箔およびリチウム金属原料の成膜装置への搬入、およ
び作製したリチウム薄膜を有する基材の取り出しは、以
下のようにして行った。
【００３６】図１は、当該実施例に使用した設備全体の
模式図である。設備１０は、成膜装置１１をその中に収
容する装置室１２、装置室１２に隣接する第１予備室２
１および第２予備室２２からなる。装置室１２内は純度
９９．９９％のアルゴンガスで満たされており、装置室
１２内の雰囲気の露点は、作業中および成膜中、−５５
℃〜−６０℃であった。装置室１２内は、ガス循環精製
装置により、絶えず露点−４０℃以下になるように管理
されている。
模式図である。設備１０は、成膜装置１１をその中に収
容する装置室１２、装置室１２に隣接する第１予備室２
１および第２予備室２２からなる。装置室１２内は純度
９９．９９％のアルゴンガスで満たされており、装置室
１２内の雰囲気の露点は、作業中および成膜中、−５５
℃〜−６０℃であった。装置室１２内は、ガス循環精製
装置により、絶えず露点−４０℃以下になるように管理
されている。
【００３７】なお、装置室１２の内壁の材質は、リチウ
ムと反応しないように、スズ、ケイ素、マグネシウム、
ストロンチウム、カルシウム、亜鉛、イオウ、窒素およ
び炭素のいずれかを主成分として含有しないステンレス
鋼または銅合金であることが望ましい。典型的に、その
ようなステンレス鋼または銅合金は、主要成分として上
記元素を含有していないＳＵＳ３０４等のオーステナイ
ト系ステンレス鋼または銅−ニッケル合金である。
ムと反応しないように、スズ、ケイ素、マグネシウム、
ストロンチウム、カルシウム、亜鉛、イオウ、窒素およ
び炭素のいずれかを主成分として含有しないステンレス
鋼または銅合金であることが望ましい。典型的に、その
ようなステンレス鋼または銅合金は、主要成分として上
記元素を含有していないＳＵＳ３０４等のオーステナイ
ト系ステンレス鋼または銅−ニッケル合金である。
【００３８】装置室１２内のガス置換をするとき、装置
室１２をローターリーポンプ、ターボ分子ポンプ等の真
空ポンプ（図示せず）で真空引きする必要があるが、残
留ガスに含まれる水分によるリチウムおよび硫化物系無
機固体電解質の劣化を防ぐため、その到達真空度は１．
３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下であるこ
とが望ましい。そのような真空度の真空中に純度９９．
９９％以上のアルゴンガスを導入すれば、リチウムおよ
び硫化物系無機固体電解質を劣化させない露点が−４０
℃以下の雰囲気が得られる。
室１２をローターリーポンプ、ターボ分子ポンプ等の真
空ポンプ（図示せず）で真空引きする必要があるが、残
留ガスに含まれる水分によるリチウムおよび硫化物系無
機固体電解質の劣化を防ぐため、その到達真空度は１．
３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下であるこ
とが望ましい。そのような真空度の真空中に純度９９．
９９％以上のアルゴンガスを導入すれば、リチウムおよ
び硫化物系無機固体電解質を劣化させない露点が−４０
℃以下の雰囲気が得られる。
【００３９】薄膜形成にあたり、まず、ガラスやプラス
チック等の密閉容器中に入れたリチウム金属原料と銅箔
基材を、装置室１２に隣接した第１予備室２１に入れた
後、予備室２１内を真空（好ましくは１．３３×１０-2
Ｐａ以下の真空）にし、次いで、純度９９．９９％のア
ルゴンガスで満たす。第１予備室２１にはグローブ（図
示せず）が取りつけられており、グローブに手を入れ
て、第１予備室２１内で作業することができる。第１予
備室２１内で密閉容器を空け、リチウム金属原料および
銅箔基材を取り出す。第１予備室２１と装置室１２との
間に設けられた入口扉をあけ、リチウム金属原料および
銅箔基材を装置室１２内に入れ、扉を閉める。
チック等の密閉容器中に入れたリチウム金属原料と銅箔
基材を、装置室１２に隣接した第１予備室２１に入れた
後、予備室２１内を真空（好ましくは１．３３×１０-2
Ｐａ以下の真空）にし、次いで、純度９９．９９％のア
ルゴンガスで満たす。第１予備室２１にはグローブ（図
示せず）が取りつけられており、グローブに手を入れ
て、第１予備室２１内で作業することができる。第１予
備室２１内で密閉容器を空け、リチウム金属原料および
銅箔基材を取り出す。第１予備室２１と装置室１２との
間に設けられた入口扉をあけ、リチウム金属原料および
銅箔基材を装置室１２内に入れ、扉を閉める。
【００４０】図２に示すように、装置室１２にはグロー
ブ１３が取りつけられており、グローブ１３に手を入れ
て、作業し、成膜装置１１内にリチウム金属原料および
銅箔基材をセットする。なお、グローブは、図２では２
つしか示されていないが、十分に作業できるように必要
に応じて３以上取り付けることができる。グローブは、
リチウムと反応しないよう、ブチルゴム製である。
ブ１３が取りつけられており、グローブ１３に手を入れ
て、作業し、成膜装置１１内にリチウム金属原料および
銅箔基材をセットする。なお、グローブは、図２では２
つしか示されていないが、十分に作業できるように必要
に応じて３以上取り付けることができる。グローブは、
リチウムと反応しないよう、ブチルゴム製である。
【００４１】リチウム金属原料および銅箔基材がセット
された成膜装置１１において、銅箔上にリチウム金属か
らなる薄膜を真空蒸着法により形成する。成膜装置１１
の到達真空度は、残留ガス中の水分によるリチウムの劣
化を防ぐため、１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏ
ｒｒ）、好ましくは１．３３×１０-6Ｐａ（１×１０ -8
Ｔｏｒｒ）とされる。
された成膜装置１１において、銅箔上にリチウム金属か
らなる薄膜を真空蒸着法により形成する。成膜装置１１
の到達真空度は、残留ガス中の水分によるリチウムの劣
化を防ぐため、１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏ
ｒｒ）、好ましくは１．３３×１０-6Ｐａ（１×１０ -8
Ｔｏｒｒ）とされる。
【００４２】成膜後、成膜装置１１の真空を破り、リチ
ウム金属薄膜を有する製品を成膜装置１１から取り出
す。成膜後の成膜装置における真空容器のリークには、
アルゴンガスボンベ等から直接ガスを注入しても良い
が、図３のように成膜装置１１の真空容器（図示せず）
と装置室１２とを配管系１４でつなぎ、装置室１２内の
気体を成膜装置１１に導入して真空を破ることができ
る。図３に示すような工夫をすることにより、配管から
の大気混入の危険が少なくなり、製品の劣化が防げる。
ウム金属薄膜を有する製品を成膜装置１１から取り出
す。成膜後の成膜装置における真空容器のリークには、
アルゴンガスボンベ等から直接ガスを注入しても良い
が、図３のように成膜装置１１の真空容器（図示せず）
と装置室１２とを配管系１４でつなぎ、装置室１２内の
気体を成膜装置１１に導入して真空を破ることができ
る。図３に示すような工夫をすることにより、配管から
の大気混入の危険が少なくなり、製品の劣化が防げる。
【００４３】成膜終了後、成膜装置１１より取り出され
た製品を、装置室１２において、ガラスやプラスチック
等の密閉容器に入れる。次に、装置室１２と純度９９．
９９％のアルゴンガスで満たされた第２予備室２２との
間の扉（図示せず）を開けて、製品を収容する密閉容器
を第２予備室２２へ移し、装置室１２と第２予備室２２
との間の扉を閉じる。第２予備室にもグローブ（図示せ
ず）が取りつけられており、グローブに手を入れて、第
２予備室内でも作業ができる。
た製品を、装置室１２において、ガラスやプラスチック
等の密閉容器に入れる。次に、装置室１２と純度９９．
９９％のアルゴンガスで満たされた第２予備室２２との
間の扉（図示せず）を開けて、製品を収容する密閉容器
を第２予備室２２へ移し、装置室１２と第２予備室２２
との間の扉を閉じる。第２予備室にもグローブ（図示せ
ず）が取りつけられており、グローブに手を入れて、第
２予備室内でも作業ができる。
【００４４】最後に、リチウム薄膜を有する製品を収容
した密閉容器を大気中に取り出す。このようにすれば、
大気に触れさせることなく、製品を成膜装置より取り出
すことができ、別の場所へ持ち運びすることができる。
した密閉容器を大気中に取り出す。このようにすれば、
大気に触れさせることなく、製品を成膜装置より取り出
すことができ、別の場所へ持ち運びすることができる。
【００４５】また、このような設備１０では、上述した
ように装置室１２内の露点を−４０℃以下にして、装置
室１２のグローブ１３に手を入れて作業することによ
り、成膜装置１１の清掃や部品交換などのメンテナンス
作業を、大気に触れさせずに安全に行うことができる。
ように装置室１２内の露点を−４０℃以下にして、装置
室１２のグローブ１３に手を入れて作業することによ
り、成膜装置１１の清掃や部品交換などのメンテナンス
作業を、大気に触れさせずに安全に行うことができる。
【００４６】なお、ここでは予備室を２つに分けたが、
第１と第２の予備室を１つにすることも可能である。ま
た、−４０℃以下の露点の雰囲気を形成するガスには、
適宜、ヘリウムガス、窒素ガス、ネオンガス、アルゴン
ガス、クリプトンガスのうちのいずれか、またはこれら
の２種以上の混合ガスを用いることができ、どれを用い
ても問題はない。さらに、装置室１２の大きさを、成膜
装置を設置するだけでなく、図４のように人が入れる大
きさとしてもよい。このときは、グローブにより作業す
るのではなく、成膜装置４１を収容する装置室４２内に
人４３が入って作業することになる。ただし、人４３か
ら発生する水分による装置室４２内の雰囲気劣化を防ぐ
ため、人は潜水服あるいは宇宙服のような水分や酸素を
通さない装備４４を着用する必要がある。また、人４３
が呼吸するのに必要な酸素は、酸素ボンベ４５から供給
する。
第１と第２の予備室を１つにすることも可能である。ま
た、−４０℃以下の露点の雰囲気を形成するガスには、
適宜、ヘリウムガス、窒素ガス、ネオンガス、アルゴン
ガス、クリプトンガスのうちのいずれか、またはこれら
の２種以上の混合ガスを用いることができ、どれを用い
ても問題はない。さらに、装置室１２の大きさを、成膜
装置を設置するだけでなく、図４のように人が入れる大
きさとしてもよい。このときは、グローブにより作業す
るのではなく、成膜装置４１を収容する装置室４２内に
人４３が入って作業することになる。ただし、人４３か
ら発生する水分による装置室４２内の雰囲気劣化を防ぐ
ため、人は潜水服あるいは宇宙服のような水分や酸素を
通さない装備４４を着用する必要がある。また、人４３
が呼吸するのに必要な酸素は、酸素ボンベ４５から供給
する。
【００４７】実施例２ 厚み１０μｍで１００ｍｍ×５０ｍｍの銅箔に、厚みが
３０μｍで同じサイズのリチウム金属箔を貼り合わせ
た。このリチウム金属箔上に、Ｌｉ2Ｓ、ＳｉＳ2、Ｌｉ
3ＰＯ4の原料を用いて、真空蒸着法により、１μｍ厚さ
の６５Ｌｉ2Ｓ−３４．５ＳｉＳ2−０．５Ｌｉ3ＰＯ4の
無機固体電解質からなる薄膜を形成した。この薄膜はＸ
線回折測定により非晶質であることがわかった。
３０μｍで同じサイズのリチウム金属箔を貼り合わせ
た。このリチウム金属箔上に、Ｌｉ2Ｓ、ＳｉＳ2、Ｌｉ
3ＰＯ4の原料を用いて、真空蒸着法により、１μｍ厚さ
の６５Ｌｉ2Ｓ−３４．５ＳｉＳ2−０．５Ｌｉ3ＰＯ4の
無機固体電解質からなる薄膜を形成した。この薄膜はＸ
線回折測定により非晶質であることがわかった。
【００４８】原料と基材の搬入方法および薄膜を有する
製品の取り出し方法は実施例１と同じである。
製品の取り出し方法は実施例１と同じである。
【００４９】得られた薄膜を有する製品を負極として、
リチウム二次電池を作製し評価した。エチレンカーボネ
ート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）の混合
溶液を加熱し、それにポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）
を高濃度に溶解させたものを冷却して、ＬｉＰＦ6が溶
解されたＥＣおよびＰＣを多量に含有するＰＡＮを作製
した。このＰＡＮ中に、活物質となるＬｉＣｏＯ2粒
子、および電子伝導性を付与する炭素粒子を混合し、２
０μｍ厚のアルミ箔（正極集電体）上に３００μｍの厚
みで塗布して正極とした。
リチウム二次電池を作製し評価した。エチレンカーボネ
ート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）の混合
溶液を加熱し、それにポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）
を高濃度に溶解させたものを冷却して、ＬｉＰＦ6が溶
解されたＥＣおよびＰＣを多量に含有するＰＡＮを作製
した。このＰＡＮ中に、活物質となるＬｉＣｏＯ2粒
子、および電子伝導性を付与する炭素粒子を混合し、２
０μｍ厚のアルミ箔（正極集電体）上に３００μｍの厚
みで塗布して正極とした。
【００５０】固体電解質薄膜を形成した負極、セパレー
タ（多孔質ポリマーフィルム）、および正極を、ステン
レス製容器中に重ねて設置し、さらにエチレンカーボネ
ートとプロピレンカーボネートの混合溶液に電解塩とし
て１モル％のＬｉＰＦ6を溶解させた有機電解液を滴下
して、露点−６０℃のアルゴンガス雰囲気下において密
封し、リチウム二次電池を作製した。
タ（多孔質ポリマーフィルム）、および正極を、ステン
レス製容器中に重ねて設置し、さらにエチレンカーボネ
ートとプロピレンカーボネートの混合溶液に電解塩とし
て１モル％のＬｉＰＦ6を溶解させた有機電解液を滴下
して、露点−６０℃のアルゴンガス雰囲気下において密
封し、リチウム二次電池を作製した。
【００５１】作製した電池の充放電特性を評価した。充
電電圧を４．２Ｖとして、１００ｍＡ放電により、３．
５Ｖまで電圧が低下するまでの容量は０．５Ａｈ（アン
ペア時）であった。また、エネルギー密度は、４９０Ｗ
ｈ（ワット時）／ｌ（リットル）であった。さらに同一
の条件での１００回のサイクル充放電でも安定であっ
た。
電電圧を４．２Ｖとして、１００ｍＡ放電により、３．
５Ｖまで電圧が低下するまでの容量は０．５Ａｈ（アン
ペア時）であった。また、エネルギー密度は、４９０Ｗ
ｈ（ワット時）／ｌ（リットル）であった。さらに同一
の条件での１００回のサイクル充放電でも安定であっ
た。
【００５２】実施例３ 厚み１０μｍで１００ｍｍ×５０ｍｍの銅箔上に、厚み
が１０μｍのリチウム金属薄膜を真空蒸着法で形成し、
さらにその上にＬｉ2Ｓ、ＳｉＳ2、Ｌｉ3ＰＯ4の原料を
用いて、真空蒸着法により、１μｍ厚さの６５Ｌｉ2Ｓ
−３４．５ＳｉＳ2−０．５Ｌｉ3ＰＯ4の無機固体電解
質からなる非晶質薄膜を形成した。
が１０μｍのリチウム金属薄膜を真空蒸着法で形成し、
さらにその上にＬｉ2Ｓ、ＳｉＳ2、Ｌｉ3ＰＯ4の原料を
用いて、真空蒸着法により、１μｍ厚さの６５Ｌｉ2Ｓ
−３４．５ＳｉＳ2−０．５Ｌｉ3ＰＯ4の無機固体電解
質からなる非晶質薄膜を形成した。
【００５３】原料と基材の搬入方法および薄膜を有する
製品の取り出し方法は実施例１と同じである。
製品の取り出し方法は実施例１と同じである。
【００５４】実施例２と同様に、薄膜を有する製品を負
極として、リチウム二次電池を作製し評価した。充電電
圧を４．２Ｖとして、１００ｍＡ放電により、３．５Ｖ
まで電圧が低下するまでの容量は０．５Ａｈ（アンペア
時）であった。また、エネルギー密度は、５００Ｗｈ
（ワット時）／ｌ（リットル）であった。さらに同一の
条件での１００回のサイクル充放電でも安定であった。
極として、リチウム二次電池を作製し評価した。充電電
圧を４．２Ｖとして、１００ｍＡ放電により、３．５Ｖ
まで電圧が低下するまでの容量は０．５Ａｈ（アンペア
時）であった。また、エネルギー密度は、５００Ｗｈ
（ワット時）／ｌ（リットル）であった。さらに同一の
条件での１００回のサイクル充放電でも安定であった。
【００５５】なお、実施例１〜３では、薄膜作製手法と
して真空蒸着法を用いたが、スパッタリング法、レーザ
アブレーション法、イオンプレーテイング法なども用い
ることができる。また、実施例３では、リチウム金属薄
膜と無機固体電解質薄膜を同じ手法で形成したが、異な
る手法で形成しても良い。
して真空蒸着法を用いたが、スパッタリング法、レーザ
アブレーション法、イオンプレーテイング法なども用い
ることができる。また、実施例３では、リチウム金属薄
膜と無機固体電解質薄膜を同じ手法で形成したが、異な
る手法で形成しても良い。
【００５６】
【発明の効果】本発明によれば、リチウム金属や無機固
体電解質およびその原料を劣化させることなく、高品質
のリチウム金属を含む薄膜および無機固体電解質薄膜を
製造することができる。さらに本発明によれば、リチウ
ム金属薄膜や無機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃
や部品交換などのメンテナンス作業を、安全に行うこと
ができる。特に本発明は、リチウム二次電池用負極の製
造に効果的である。
体電解質およびその原料を劣化させることなく、高品質
のリチウム金属を含む薄膜および無機固体電解質薄膜を
製造することができる。さらに本発明によれば、リチウ
ム金属薄膜や無機固体電解質薄膜を作製する装置の清掃
や部品交換などのメンテナンス作業を、安全に行うこと
ができる。特に本発明は、リチウム二次電池用負極の製
造に効果的である。
【図１】 本発明による設備の概略を示す模式図であ
る。
る。
【図２】 図１に示す設備の装置室内に設けられたグロ
ーブを示す模式図である。
ーブを示す模式図である。
【図３】 図１に示す設備において、装置室と成膜装置
とをつなぐ配管系を示す模式図である。
とをつなぐ配管系を示す模式図である。
【図４】 本発明による他の設備の概略を示す模式図で
ある。
ある。
１０ 薄膜製造設備、１１ 成膜装置、１２ 装置室、
１３ グローブ、１４配管系、２１ 第１予備室、２２
第２予備室。
１３ グローブ、１４配管系、２１ 第１予備室、２２
第２予備室。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月６日（２００１．２．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】かくして本発明により、アルカリ金属を含
む薄膜および／または無機固体電解質を含む薄膜を製造
する方法が提供され、該方法は、薄膜製造工程において
アルカリ金属または無機固体電解質もしくはその原料と
接触する雰囲気の露点を−４０℃以下とすることを特徴
とする。
む薄膜および／または無機固体電解質を含む薄膜を製造
する方法が提供され、該方法は、薄膜製造工程において
アルカリ金属または無機固体電解質もしくはその原料と
接触する雰囲気の露点を−４０℃以下とすることを特徴
とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】さらに本発明により、上記の薄膜製造方法
を実施するための設備が提供され、該設備は、成膜装置
と、露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するための
手段とを備える。
を実施するための設備が提供され、該設備は、成膜装置
と、露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するための
手段とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】本発明による設備は、成膜装置で使用する
原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装置か
らの製品を通過させるチャンバーを備えることが好まし
い。露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するための
手段は、該チャンバーに接続することができる。
原料および／もしくは基材ならびに／または成膜装置か
らの製品を通過させるチャンバーを備えることが好まし
い。露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するための
手段は、該チャンバーに接続することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】本発明において−４０℃以下の露点は、典
型的に、−５０℃〜−８０℃の露点とすることができ、
−７０℃以下の露点とすることが好ましい。本発明にお
いて、露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するため
の手段は、典型的に、真空ポンプと、該真空ポンプによ
って真空にされた室内にアルカリ金属および／または無
機固体電解質もしくはその原料に不活性なガスを供給す
るための手段とを備えることができる。また、不活性な
ガスを供給するための手段は、不活性なガスを収容する
ボンベと、該ボンベから真空にされた室内に不活性なガ
スを供給するための配管系とを備えることができる。ま
た、必要に応じて、露点が−４０℃以下である雰囲気を
形成するための手段は、ガス循環精製装置を備えること
が好ましい。上述したような手段により、典型的に、
１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真
空を形成し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属
および／または無機固体電解質に不活性な純度９９．９
９％以上のガスを導入することにより、−４０℃以下の
露点を有する雰囲気を形成することができる。
型的に、−５０℃〜−８０℃の露点とすることができ、
−７０℃以下の露点とすることが好ましい。本発明にお
いて、露点が−４０℃以下である雰囲気を形成するため
の手段は、典型的に、真空ポンプと、該真空ポンプによ
って真空にされた室内にアルカリ金属および／または無
機固体電解質もしくはその原料に不活性なガスを供給す
るための手段とを備えることができる。また、不活性な
ガスを供給するための手段は、不活性なガスを収容する
ボンベと、該ボンベから真空にされた室内に不活性なガ
スを供給するための配管系とを備えることができる。ま
た、必要に応じて、露点が−４０℃以下である雰囲気を
形成するための手段は、ガス循環精製装置を備えること
が好ましい。上述したような手段により、典型的に、
１．３３×１０-2Ｐａ（１×１０-4Ｔｏｒｒ）以下の真
空を形成し、次いで、形成された真空中にアルカリ金属
および／または無機固体電解質に不活性な純度９９．９
９％以上のガスを導入することにより、−４０℃以下の
露点を有する雰囲気を形成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】本発明において、露点が−４０℃以下であ
る雰囲気は、上記成膜装置内に形成することができ、か
つ／または、上記チャンバー内に形成することができ
る。したがって、露点が−４０℃以下である雰囲気を形
成するための手段は、上記成膜装置および／または上記
チャンバーに接続することができる。薄膜作製のための
原料もしくは基材を受け入れるため、上記チャンバーお
よび成膜装置内に、露点が−４０℃以下である雰囲気を
形成することができる。また、薄膜を有する製品を受け
入れるため、上記チャンバー内に露点が−４０℃以下で
ある雰囲気を形成することができる。さらに、露点が−
４０℃以下である雰囲気は、成膜装置の清掃や部品交換
などのメンテナンス作業を行うため、成膜装置を収容す
るチャンバー内に形成することができる。典型的に、露
点が−４０℃以下である雰囲気は、Ｈｅガス、窒素ガ
ス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、またはこれらの２
種以上の混合ガスによって構成することができる。
る雰囲気は、上記成膜装置内に形成することができ、か
つ／または、上記チャンバー内に形成することができ
る。したがって、露点が−４０℃以下である雰囲気を形
成するための手段は、上記成膜装置および／または上記
チャンバーに接続することができる。薄膜作製のための
原料もしくは基材を受け入れるため、上記チャンバーお
よび成膜装置内に、露点が−４０℃以下である雰囲気を
形成することができる。また、薄膜を有する製品を受け
入れるため、上記チャンバー内に露点が−４０℃以下で
ある雰囲気を形成することができる。さらに、露点が−
４０℃以下である雰囲気は、成膜装置の清掃や部品交換
などのメンテナンス作業を行うため、成膜装置を収容す
るチャンバー内に形成することができる。典型的に、露
点が−４０℃以下である雰囲気は、Ｈｅガス、窒素ガ
ス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、またはこれらの２
種以上の混合ガスによって構成することができる。
フロントページの続き (72)発明者 山中 正策 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4K029 AA02 AA25 BA02 BD00 CA01 CA03 CA05 DA00 EA03 KA01 KA09 5H050 AA19 BA16 BA18 CA08 CB12 DA13 EA01 EA12 EA15 FA04 FA18 GA24 HA01 HA14 HA15
Claims (15)
- 【請求項１】 アルカリ金属を含む薄膜および／または
無機固体電解質を含む薄膜を製造する方法であって、 薄膜製造工程において前記アルカリ金属または前記無機
固体電解質もしくはその原料と接触する雰囲気の露点を
−４０℃とすることを特徴とする、薄膜製造方法。 - 【請求項２】 １．３３×１０-2Ｐａ以下の真空を形成
し、次いで、形成された前記真空中に前記アルカリ金属
および／または前記無機固体電解質もしくはその原料に
不活性な純度９９．９９％以上のガスを導入することに
より、前記−４０℃以下の露点を有する雰囲気を形成す
ることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜製造方法。 - 【請求項３】 成膜装置と、前記成膜装置で使用する原
料および／もしくは基材ならびに／または前記成膜装置
からの製品を通過させるチャンバーとを使用し、 前記チャンバー内の雰囲気の露点を−４０℃以下とする
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜製造
方法。 - 【請求項４】 前記成膜装置は、真空下で成膜を行うも
のであり、 成膜後、前記成膜装置内の真空を破るため、前記チャン
バー内の雰囲気を前記成膜装置に導入することを特徴と
する、請求項３に記載の薄膜製造方法。 - 【請求項５】 アルカリ金属を含む原料、基材および製
品の少なくともいずれかを、ブチルゴム製のグローブを
介して取り扱うことを特徴とする、請求項１〜４のいず
れか１項に記載の薄膜製造方法。 - 【請求項６】 リチウム金属またはリチウム合金からな
る薄膜、またはリチウムの硫化物を含む無機固体電解質
からなる薄膜を製造する方法であることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜製造方法。 - 【請求項７】 リチウム金属またはリチウム合金からな
る薄膜、およびリチウムの硫化物を含む無機固体電解質
からなる薄膜を製造する方法であることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜製造方法。 - 【請求項８】 請求項１に記載の薄膜製造方法を実施す
るための設備であって、 成膜装置と、 露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段とを
備えることを特徴とする、薄膜製造設備。 - 【請求項９】 前記成膜装置で使用する原料および／も
しくは基材ならびに／または前記成膜装置からの製品を
通過させるチャンバーを備え、 前記露点が−４０℃である雰囲気を形成するための手段
は、前記チャンバーと接続されていることを特徴とす
る、請求項８に記載の薄膜製造設備。 - 【請求項１０】 前記成膜装置は前記チャンバー内に設
けられていることを特徴とする、請求項９に記載の薄膜
製造設備。 - 【請求項１１】 前記チャンバーは前記成膜装置に隣接
して設けられ、 前記チャンバーと前記成膜装置とは接続されていること
を特徴とする、請求項９に記載の薄膜製造設備。 - 【請求項１２】 前記成膜装置は、真空下で成膜を行う
ものであり、 前記成膜装置と前記チャンバーとは配管系でつながれて
おり、 前記配管系は、成膜後、前記チャンバー内の雰囲気を前
記成膜装置に導入して前記成膜装置内の真空を破るため
ものであることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれ
か１項に記載の薄膜製造設備。 - 【請求項１３】 アルカリ金属を含む原料、基材および
製品の少なくともいずれかを、取り扱うためのブチルゴ
ム製のグローブが前記チャンバーに設けられていること
を特徴とする、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の
薄膜製造設備。 - 【請求項１４】 リチウム金属またはリチウム合金から
なる薄膜、またはリチウムの硫化物を含む無機固体電解
質からなる薄膜を製造する設備であることを特徴とす
る、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の薄膜製造設
備。 - 【請求項１５】 リチウム金属またはリチウム合金から
なる薄膜、およびリチウムの硫化物を含む無機固体電解
質からなる薄膜を製造する設備であることを特徴とす
る、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の薄膜製造設
備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012949A JP2002212705A (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 薄膜製造方法および薄膜製造設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012949A JP2002212705A (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 薄膜製造方法および薄膜製造設備 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010204322A Division JP2011026707A (ja) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | 薄膜製造方法および薄膜製造設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002212705A true JP2002212705A (ja) | 2002-07-31 |
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ID=18879881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001012949A Pending JP2002212705A (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | 薄膜製造方法および薄膜製造設備 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002212705A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006134785A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Honjiyou Kinzoku Kk | 積層フィルム被覆リチウム箔 |
| WO2012117023A1 (de) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | Süd-Chemie AG | Lithium-titan-mischoxid |
| JP2014234212A (ja) * | 2013-06-03 | 2014-12-15 | 出光興産株式会社 | 硫化物系化合物保存用容器の製造方法 |
| JP2015183222A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | アドバンス理工株式会社 | 微粒子形成装置 |
Citations (5)
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| JP2000340257A (ja) * | 1998-12-03 | 2000-12-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | リチウム二次電池 |
| JP2001284048A (ja) * | 2000-04-04 | 2001-10-12 | Sharp Corp | 有機ｅｌ素子フルカラーディスプレイパネルおよびその製造方法 |
-
2001
- 2001-01-22 JP JP2001012949A patent/JP2002212705A/ja active Pending
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