JP2016219186A - 正極活物質膜、および、成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、通過成膜法の適用によって形成が可能な正極活物質膜、および、こうした正極活物質膜を形成する方法が未だ確立されていない。
本発明は、通過成膜法の適用によって形成することが可能な正極活物質膜、および、通過成膜法による正極活物質膜の成膜方法を提供することを目的とする。
上記成膜方法において、前記正極活物質膜がコバルト酸リチウム膜であり、前記基板を搬送する速度が、272mm/分以上であることが好ましい。
上記成膜方法において、前記正極活物質膜がコバルト酸リチウム膜であり、前記基板を搬送する速度が、544mm/分以上であることが好ましい。
図1を参照して成膜空間を説明する。なお、以下に説明する成膜空間は、成膜空間の一例であって、正極活物質膜を形成するためのターゲットと向かい合う領域が第2領域であり、1つの方向に沿って第2領域を挟む2つの領域の各々が第1領域である例を説明する。また、図1は、成膜空間を上方から見たときの成膜空間と成膜空間に含まれる構成とを模式的に示している。
図2から図8を参照して正極活物質膜の成膜方法を説明する。
図2が示すように、基板Sに対する正極活物質膜の形成が開始されるときには、まず、ターゲット11のスパッタが開始される。ターゲット11がスパッタされるときには、成膜空間10にスパッタガス、例えば希ガス、または、希ガスと酸素ガスとの混合ガスが供給され、次いで、ターゲット11に高周波電力、パルスDC電力、または、AC電力が供給される。これにより、ターゲット11の周りにスパッタガスからプラズマが生成され、プラズマ中の正イオンがターゲット11のスパッタ面11sに衝突することによって、スパッタ粒子Spがターゲット11から放出される。
図9から図12を参照して正極活物質膜を説明する。なお、図9は、上述した成膜方法によって形成された正極活物質膜の断面構造を示す一方で、図11は、比較例における正極活物質膜の断面構造を示している。
ただし、第1の層31の厚さT1は、10nmよりも大きく、かつ、第2の層32の厚さT2は、第1の層31の厚さT1よりも大きい。
図13から図15、および、表1を参照して実施例を説明する。
[実施例1]
基板の上に、正極集電体層、正極、固体電解質層、負極、負極集電体層をこの順に積層して、薄膜リチウム二次電池を作成した。正極集電体層はTi層とPt層との積層体であり、正極の形成材料はLiCoO2であり、固体電解質層の形成材料はLiPONであり、負極の形成材料はLiであり、負極集電体層の形成材料はCuであった。すなわち、上述した正極活物質膜を薄膜リチウム二次電池の正極として用いた。
このうち、LiCoO2膜を以下の条件で成膜した。
・AC電力 10W/cm2
・圧力 2.7Pa
・酸素ガス流量 10sccm
・アルゴンガス流量 30sccm
・搬送速度 272mm/分
基板の搬送速度を544mm/分に変更した以外は、上述した実施例1と同様の条件でLiCoO2膜を形成し、実施例2の薄膜リチウム二次電池を得た。
基板の搬送速度を4350mm/分に変更した以外は、上述した実施例1と同様の条件でLiCoO2膜を形成し、実施例3の薄膜リチウム二次電池を得た。
基板の搬送速度を27mm/分に変更した以外は、上述した実施例1と同様の条件でLiCoO2膜を形成し、比較例1の薄膜リチウム二次電池を得た。
実施例1から実施例3、および、比較例1の各々の薄膜リチウム二次電池について、第1の層の厚さT1を測定し、かつ、放電容量を測定した。第1の層の厚さT1の測定結果、および、放電容量の測定結果は表1に示す通りであった。
図14が示すように、比較例1と同じ条件で形成された正極活物質膜では、正極活物質膜の厚さ方向と直交する方向に沿って延びる明度の低い層が、図14における倍率にて目視にて確認できることが認められた。
(1)第1の密度を有する第1の層21の厚さT1が10nm以下であり、第1の密度よりも高い第2の密度を有する第2の層22の厚さT2が第1の層21よりも大きく、かつ、第1の層21と第2の層22とが交互に積み重なっている。そのため、こうした正極活物質膜20によれば、薄膜リチウム二次電池において正極活物質膜20として機能する膜を通過成膜法の適用によって形成することができる。
・基板Sの搬送速度は、544mm/分よりも小さくてもよい。こうした構成であっても、第1の層の密度を第1の密度とし、第1の層の厚さを10nm以下とすることができ、かつ、第2の層の密度を第1の密度よりも高い第2の密度とし、第2の層の厚さを第1の層の厚さよりも大きくすることが可能であればよい。こうした構成によれば、上述した(1)に準じた効果を得ることはできる。
・第2の層22の厚さは、第1の層21よりも大きければ、第2の層22の厚さは、10nmよりも小さくてもよい。
Claims (6)
- リチウムを含む正極活物質から形成される正極活物質膜であって、
第1の密度を有する複数の第1の層であって、各第1の層の厚さが10nm以下である前記複数の第1の層と、
前記第1の密度よりも高い第2の密度を有する複数の第2の層であって、各第2の層の厚さが前記第1の層の厚さよりも大きい前記複数の第2の層と、を備え、
前記第1の層と前記第2の層とが交互に積み重なっている
正極活物質膜。 - ターゲットのスパッタによって正極活物質膜を基板の少なくとも一部である被成膜部に形成するための1つの成膜空間が、前記正極活物質膜を構成する第1の層を第1の成膜速度で前記被成膜部に形成する第1領域と、搬送方向に沿って前記第1領域と隣り合う第2領域であって、前記正極活物質膜を構成する第2の層を前記第1の成膜速度よりも高い第2の成膜速度で前記被成膜部に形成する前記第2領域とを含み、
前記第1の層の密度が第1の密度であり、かつ、前記第1の層の厚さが10nm以下であるように、前記搬送方向に沿って前記第1領域を前記被成膜部に通過させる第1工程と、
前記第2の層の密度が前記第1の密度よりも高い第2の密度であり、かつ、前記第2の層の厚さが前記第1の層の厚さよりも大きいように、前記搬送方向に沿って前記第2領域を前記被成膜部に通過させる第2工程と、を備え、
前記第1工程と前記第2工程とを交互に開始して、前記基板に前記第1の層と前記第2の層とを交互に形成する
成膜方法。 - 前記第2領域は、前記ターゲットのスパッタ面と対向する領域である対向領域を含み、
前記成膜空間は、1つの前記第2領域と、2つの前記第1領域であって、2つの前記第1領域は、第1基端領域と第1先端領域とを含み、前記第1基端領域と前記第1先端領域とは、前記搬送方向において、前記第2領域を挟んで互いに向かい合い、
前記第1工程は、前記第2領域から離れる方向に前記被成膜部を搬送した後に前記第2領域へ近づく方向に前記被成膜部を搬送することによって前記第1の層を形成し、
複数の前記第1工程は、前記第1基端領域で前記第1の層を形成する第1基端工程と、前記第1先端領域で前記第1の層を形成する第1先端工程とを交互に含み、
複数の前記第2工程は、前記第1基端工程の直後に行われる第2基端用工程と、前記第1先端工程の直後に行われる第2先端用工程とを交互に含み、
前記第2基端用工程は、前記第1基端領域から前記第1先端領域に向けて前記被成膜部が前記第2領域を通過し、
前記第2先端用工程は、前記第1先端領域から前記第1基端領域に向けて前記被成膜部が前記第2領域を通過する
請求項2に記載の成膜方法。 - 第1端と第2端とを結ぶ経路が搬送経路であり、
前記搬送経路は、2つの第1領域と、2つの前記第1領域に挟まれ、かつ、ターゲットと対向する領域を含む第2領域とから構成され、
前記ターゲットをスパッタするとともに、前記第1端から前記第2端に向けて基板の少なくとも一部である被成膜部を搬送し、それによって、正極活物質を含む第1膜を被成膜部に形成する第1搬送工程と、
前記ターゲットをスパッタするとともに、前記第2端から前記第1端に向けて前記被成膜部を搬送し、それによって、前記正極活物質を含む第2膜を前記被成膜部に形成する第2搬送工程と、
を交互に含み、
前記第1膜と前記第2膜とが交互に積層された正極活物質膜は、前記第1領域で形成された第1の層と、前記第2領域で形成された第2の層との積層体であり、
前記第1搬送工程、および、前記第2搬送工程は、
前記第1の層の密度が第1の密度であり、かつ、前記第1の層の膜厚が10nm以下であるように、第1の成膜速度で前記第1の層を形成し、
前記第2の層の密度が前記第1の密度よりも高い第2の密度であり、かつ、前記第2の層の膜厚が前記第1の層の膜厚よりも大きいように、前記第1の成膜速度よりも高い第2の成膜速度で前記第2の層を形成する
成膜方法。 - 前記正極活物質膜がコバルト酸リチウム膜であり、
前記基板を搬送する速度が、272mm/分以上である
請求項2から4のいずれか一項に記載の成膜方法。 - 前記正極活物質膜がコバルト酸リチウム膜であり、
前記基板を搬送する速度が、544mm/分以上である
請求項2から5のいずれか一項に記載の成膜方法。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007273210A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 薄膜の製造装置及びこの装置を用いた薄膜の製造方法 |
JP2009099495A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | リチウム二次電池 |
JP2009187682A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-20 | Ulvac Japan Ltd | カソード電極の製造方法及び薄膜固体リチウムイオン2次電池の製造方法 |
JP2009218123A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | リチウム電池用電極 |
WO2011158453A1 (ja) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | パナソニック株式会社 | 薄膜の製造方法 |
WO2012124246A1 (ja) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | 薄膜の製造方法及び製造装置 |
JP2013241647A (ja) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Ulvac Japan Ltd | スパッタリング方法 |
JP2014031558A (ja) * | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Ulvac Japan Ltd | 基板処理装置、固体電解質膜の形成装置、及び、固体電解質膜の形成方法 |
US20140272560A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Apple Inc. | Method to Improve LiCoO2 Morphology in Thin Film Batteries |
-
2015
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007273210A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 薄膜の製造装置及びこの装置を用いた薄膜の製造方法 |
JP2009099495A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | リチウム二次電池 |
JP2009187682A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-20 | Ulvac Japan Ltd | カソード電極の製造方法及び薄膜固体リチウムイオン2次電池の製造方法 |
JP2009218123A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | リチウム電池用電極 |
WO2011158453A1 (ja) * | 2010-06-16 | 2011-12-22 | パナソニック株式会社 | 薄膜の製造方法 |
WO2012124246A1 (ja) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | 薄膜の製造方法及び製造装置 |
JP2013241647A (ja) * | 2012-05-21 | 2013-12-05 | Ulvac Japan Ltd | スパッタリング方法 |
JP2014031558A (ja) * | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Ulvac Japan Ltd | 基板処理装置、固体電解質膜の形成装置、及び、固体電解質膜の形成方法 |
US20140272560A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Apple Inc. | Method to Improve LiCoO2 Morphology in Thin Film Batteries |
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