JP2008282687A - 全固体型リチウム二次電池製造方法および全固体型リチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板1上に少なくとも1個の凹状の窪みを作製し、作製された基板1上の窪み内に集電極を成膜し、成膜された集電極と接触するように当該窪み内に正極膜3または負極膜5としての電極膜を積層する際に、当該電極膜が固体電解質膜4に接触する面と、当該窪みの周縁部である基板1の表面との境界で生じる段差の高さが、固体電解質膜4の膜厚の20%以下となるように前記電極膜を成膜する。例えば、正極集電極2と接触するように基板1上に作製した窪み内に正極膜3を積層する際に、正極膜3が固体電解質膜4に接触する面と、当該窪みの周縁部である基板1の表面との境界で生じる段差の高さが、固体電解質膜4の膜厚の20%以下となるように前記電極膜を成膜する。
【選択図】 図1
Description
まず最初に、図1および図2を用いて、実施例1における全固体型リチウム二次電池製造方法の概要および主たる特徴を具体的に説明する。図1は、実施例1における全固体型リチウム二次電池の構成を説明するための俯瞰図および断面図であり、図2は、実施例1における全固体型リチウム二次電池の基板の加工から正極膜の成膜にいたる工程を説明するための図である。なお、図1において、上段の図は、全体の俯瞰図であり、下段の図は、俯瞰図に示す構造を直線「a−a’」で切断した場合の断面図である。また、図2の(A)〜(E)それぞれにおいて、下段の図は、全体の俯瞰図であり、上段の図は、俯瞰図に示す構造を直線「a−a’」で切断した場合の断面図である。
次に、図3および図4を用いて、このようにして製造された全固体型リチウム二次電池(図1参照)の特性について説明する。図3は、実施例1における全固体型リチウム二次電池の充放電特性を示す図であり、図4は、実施例1における全固体型リチウム二次電池の放電容量のサイクル依存性を示す図である。
上記したように、実施例1によれば、基板1上に凹状の窪みを作製し、作製された基板1上の窪み内に正極集電極2を成膜し、成膜された正極集電極2と接触するように当該窪み内に正極膜3を積層する際に、正極膜3が固体電解質膜4に接触する面と、当該窪みの周縁部である基板1の表面との境界で生じる段差の高さが、固体電解質膜4の膜厚の20%以下となるように正極膜3を成膜するので、電池エッジ部でのショートを回避することができ、不良品の発生率を低くすることが可能になる。また、これによって、「電池エッジ部でのショートを回避するために、固体電解質膜4の上に作製する負極膜5を、当該固体電解質膜4より小さい面積になるように成膜すると、電池の実効面積が小さくなり、電池のエネルギー密度が減少する結果、非効率的な電池しか製造できない」という問題点を解消でき、エネルギー密度が高い、効率的な全固体型リチウム二次電池を容易に製造することが可能になる。
「LiNi0.5Co0.5O2」、「LiMn2O4」、「V2O5」それぞれからなる正極膜3は、RFマグネトロンスパッタ法を用いて公知の手法で作製した。膜厚は、すべて2μmとし、実施例1と同様にして作製した。他の電池構成要素である、正極集電極2、固体電解質膜4、負極膜5、負極集電極6、保護層7も、実施例1と同様に作製した。
次に、図5を用いて、このようにして製造された、実施例2における全固体型リチウム二次電池の特性について説明する。図5は、実施例2における全固体型リチウム二次電池の特性を示す図である。
上記したように、実施例2によれば、Co、Ni 、Mn、Vの少なくとも1つを含む遷移金属系酸化物を正極膜3として成膜するので、結晶構造や結晶中の遷移金属イオンの価数状態から判断して、円滑なリチウムイオンの挿入および脱離を実現する材料を用いて正極膜3を作製することができ、エネルギー密度が高い、効率的な全固体型リチウム二次電池を容易に製造することが可能になる。
次に、図6を用いて、基板1上の窪み内に作製した正極膜3が固体電解質膜4と接触する面と、当該窪みの周縁部である基板1の表面との境界で生じる段差(以下、「段差」と記す)の高さの重要性について説明する。図6は、比較例1を説明するための図である。
次に、図7を用いて、電池に実装される保護層7の有用性について説明する。図7は、保護層の有用性について説明するための図である。
最後に、本発明による全固体型リチウム二次電池の製造方法により製造された全固体型リチウム二次電池の有効性を、従来一般的に用いられてきた製造方法による全固体型リチウム二次電池との比較を行なうことによって検証した。
2 正極集電極
2’ 正極端子
3 正極膜
4 固体電解質膜
5 負極膜
6 負極集電極(負極端子)
7 保護層
8 第一マスク
9 第二マスク
Claims (6)
- リチウムイオン導電性の固体からなる固体電解質膜が、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な固体からなる正極膜と、リチウム金属もしくはリチウムイオンの吸蔵および放出が可能な固体からなる負極膜とによって挟まれて積層される構成からなる全固体型リチウム二次電池を基板上に製造する全固体型リチウム二次電池製造方法であって、
前記基板上に少なくとも1個の凹状の窪みを作製する窪み作製工程と、
前記窪み作製工程によって作製された前記窪み内に集電極を成膜する集電極成膜工程と、
前記集電極成膜工程によって成膜される前記集電極と接触するように前記窪み内に前記正極膜または前記負極膜としての電極膜を積層する際に、当該電極膜が前記固体電解質膜に接触する面と、当該窪みの周縁部である基板表面との境界で生じる段差の高さが、前記固体電解質膜の膜厚の20%以下となるように前記電極膜を成膜する電極膜成膜工程と、
を含んだことを特徴とする全固体型リチウム二次電池製造方法。 - 前記電極膜成膜工程によって成膜される前記電極膜の表面と、前記窪みの周縁部である基板表面とが、滑らかかつ連続的に被膜されるように前記固体電解質膜を成膜する固体電解質膜成膜工程をさらに含んだことを特徴とする請求項1に記載の全固体型リチウム二次電池製造方法。
- 前記窪み作製工程は、前記窪みの開口部中央から俯瞰した場合に、当該窪みの底面および側面が、当該窪みの開口部の周辺部によって遮蔽されないように、前記窪みを作製することを特徴とする請求項1および2に記載の全固体型リチウム二次電池製造方法。
- Co、Ni 、Mn、Vの少なくとも一つを含む遷移金属系酸化物を前記正極膜として成膜する正極膜成膜工程をさらに含んだことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の全固体型リチウム二次電池製造方法。
- 前記正極膜、前記負極膜、前記固体電解質膜、前記正極膜に接触する集電極、および前記負極膜に接触する集電極それぞれにおいて、外気に露出される表面を絶縁性物質からなる保護層により被膜する保護層被膜工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の全固体型リチウム二次電池製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか一つに記載の全固体型リチウム二次電池製造方法により製造されたことを特徴とする全固体型リチウム二次電池。
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