JP6104857B2 - 分析用電池 - Google Patents

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Description

本発明は、分析機器にて電極反応を分析すること等に適した分析用電池に関する。
電池を構成する負極活物質及び正極活物質では、周知の通り、充放電時に電極反応が生じる。近時、この電極反応を、充放電を行っている最中に分析機器によって分析することが試みられている。例えば、非特許文献１には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察することが可能な分析用電池が提案されている。
この分析用電池は、５０μｍ×１００μｍ程度の長方形形状の観察窓がそれぞれ形成された一組のシリコン基板を有する。この一組のシリコン基板は、所定の間隔で離間し、且つ互いの観察窓が対向するように重畳されて重畳部を形成する。また、観察窓同士の間に、ＬｉＣｏＯ2からなる正極活物質と、高配向性黒鉛からなる負極活物質とが配置されるように、一方のシリコン基板に負極活物質及び正極活物質がイオンビーム蒸着法により設けられる。なお、負極活物質及び正極活物質はそれぞれ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を使用してバルク体から摘出されている。
上記の負極活物質及び正極活物質（以下、総称して活物質ともいう）は、重畳部の内部において、負極集電体及び正極集電体（以下、総称して集電体ともいう）のそれぞれと電気的に接続されている。これらの集電体のそれぞれが、重畳部の内部から延在して外部に露出するように設けられているため、該集電体を介して、活物質のそれぞれと重畳部の外部とを電気的に接続することが可能になっている。
この分析用電池を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察することで、活物質での電極反応等を分析することができる。具体的には、先ず、重畳部内に電解液を流通させるための流路が形成されたＴＥＭホルダの先端部に分析用電池を収容する。そして、ＴＥＭホルダの流路を経由して、重畳部内に電解液を流通させるとともに、集電体のそれぞれを充放電試験装置等に接続する。これによって、活物質で電極反応を生じさせることができる。この際、観察窓に電子線を透過させてＴＥＭ観察を行うことで、活物質での電極反応についての分析を行うことが可能になる。
In-situ Electron Microscopy of Electrical Energy Storage Materials［online］、２０１４年［２０１４年１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www1.eere.energy.gov/vehiclesandfuels/pdfs/merit_review_2011/electrochemical_storage/es095_unocic_2011_o.pdf＞
上記の分析用電池では、活物質に電解液を接触させて電極反応を生じさせるべく、重畳部内に電解液を流通させる。このとき、集電体についても、重畳部内に配置されている部分が電解液に接触することになる。電解液と接触した集電体の表面では、活物質での電極反応とは異なる副反応が生じてしまい、その生成物が該集電体の表面に付着することがある。この場合、副反応によって、電解液や該電解液中の支持塩が消耗されてしまうため、上記の電極反応の進行が妨げられる懸念がある。
特に、分析用電池では、通常の電池等に比して活物質の容量が極めて小さく、集電体よりも活物質の表面積が著しく小さい。このため、電極反応及び副反応の両方によって電流が生じると、これらの電流のうち、電極反応によって生じた電流のみについて選択的に分析を行うことは困難である。
従って、集電体の表面と電解液が接触することで、副反応が生じてしまうと、分析対象である上記の電極反応を精度よく観察することが困難になる懸念がある。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、負極集電体及び正極集電体で生じる副反応を抑制して、負極活物質及び正極活物質での電極反応を高精度に分析することが可能な分析用電池を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、互いの間に電解液が介在するように重畳された第１ホルダと第２ホルダとを有し、電子線を透過させて分析を行うための分析用電池であって、前記第１ホルダ及び前記第２ホルダは、厚さ方向に貫通孔が形成された基板と、前記基板の一方の面から前記貫通孔を覆う電子線透過性の透過膜とをそれぞれ有し、前記基板の前記透過膜が設けられた側同士が向かい合うように重畳されることで重畳部を形成し、前記重畳部では、内部の空間が前記電解液を内包した状態でシールされ、且つ前記貫通孔同士が前記透過膜同士を介して対向することで、電子線を透過する観察窓を形成し、前記観察窓の前記透過膜同士の間には、負極活物質及び正極活物質が互いに離間するとともに前記電解液と個別に接触するように設けられ、前記重畳部の内部で前記負極活物質及び前記正極活物質のそれぞれと電気的に接続され、且つ前記重畳部の内部から延在して外部に露出する負極集電体及び正極集電体を有し、前記負極集電体及び前記正極集電体の少なくとも一方には、前記電解液に対して疎液性を示す疎液処理部が形成されていることを特徴とする。
本発明に係る分析用電池では、上記の通り、負極集電体及び正極集電体の少なくとも一方に疎液処理部が形成されている。この疎液処理部は、集電体の表面に疎液処理を施すことで形成でき、該疎液処理部が形成されていない集電体の表面よりも電解液の接触角が大きい、換言すると、電解液の接触面積が小さい。すなわち、重畳部内において、電解液は疎液処理部に接触し難くなっている。
このため、分析対象である電極反応とは異なる副反応が、集電体の表面で生じること、及びその生成物が集電体の表面に付着することを抑制できる。つまり、電解液や該電解液中の支持塩が副反応によって消耗されることを抑制できるため、電極反応を効果的に進行させることができる。また、上記の通り副反応を抑制できる分、該副反応によって生じる電流も低減できるため、電極反応によって生じた電流を容易に分析することができる。
従って、この分析用電池では、観察窓に電子線を透過させて観察することで、電極反応を高精度に分析することが可能になる。
上記の分析用電池において、前記負極活物質及び前記負極集電体と、前記正極活物質及び前記正極集電体とが、何れも前記第１ホルダの前記透過膜上に設けられていてもよい。この場合、分析用電池を得る際に、集電体を設ける工程と、該集電体に疎液処理部を設ける工程とを第１ホルダに対してのみ行えばよい。従って、分析用電池を簡素な製造工程で容易且つ効率的に得ることが可能になる。
上記の分析用電池において、前記負極活物質及び前記負極集電体は、前記第１ホルダの前記透過膜上に設けられ、前記正極活物質及び前記正極集電体は、前記第２ホルダの前記透過膜上に設けられていてもよい。この場合、負極活物質及び正極活物質のそれぞれが第１ホルダ及び第２ホルダに個別に設けられる。これによって、負極活物質及び正極活物質を設けるスペースが狭小であったとしても、負極活物質と正極活物質とが過度に近接ないしは接触することを回避できるため、負極活物質と正極活物質とが短絡することを有効に防止できる。
上記の分析用電池において、前記透過膜の前記電解液と接触する表面のうち、前記負極活物質及び前記正極活物質の少なくとも一方の近傍に、前記電解液に対して親液性を示す親液処理部が形成されるとともに、前記親液処理部の外側に、該親液処理部を形成しない非親液処理部が設けられている。親液処理部は、透過膜の表面に親液処理を施すことで形成でき、該親液処理部が形成されていない透過膜の表面よりも電解液の接触角が小さい、換言すると、電解液の接触面積が大きい。すなわち、重畳部内において、電解液は活物質の近傍に存在し易くなっている。このため、分析対象である電極反応を一層効果的に進行させて、高精度に分析することが可能になる。
本発明では、負極集電体及び正極集電体の少なくとも一方に、電解液に対して疎液性を示す疎液処理部が形成されている。これによって、負極活物質及び正極活物質での電極反応とは異なる副反応が、負極集電体及び正極集電体で生じることを抑制できるため、分析対象である電極反応を高精度に分析することが可能になる。
本発明の第１実施形態に係る分析用電池の概略全体斜視図である。 図１の分析用電池のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１の分析用電池を構成する第１ホルダの透過膜側の平面図である。 図１の分析用電池を構成する第２ホルダの透過膜側の平面図である。 図５Ａは、一方の面に透過膜前駆体を設け、他方の面に被膜前駆体を設けた基板の透過膜前駆体側の面を示す平面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線矢視切断部端面図であり、図５Ｃは、図５ＡのＶＣ−ＶＣ線矢視切断部端面図である。 図６Ａは、図５Ａの基板の一方の面にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線矢視切断部端面図であり、図６Ｃは、図６ＡのＶＩＣ−ＶＩＣ線矢視切断部端面図である。 図７Ａは、図６Ａのフォトレジストをパターニングして、集電体状部の透過膜前駆体を露出させた状態を示す平面図であり、図７Ｂは、図７ＡのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図７Ｃは、図７ＡのＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図８Ａは、図７Ａの集電体状部の透過膜前駆体を薄層化した状態を示す平面図であり、図８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図８Ｃは、図８ＡのＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図９Ａは、図８Ａの基板の一方の面に集電体前駆体を設けた状態を示す平面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線矢視切断部端面図であり、図９Ｃは、図９ＡのＩＸＣ−ＩＸＣ線矢視切断部端面図である。 図１０Ａは、図９Ａのフォトレジストを除去して、負極集電体及び正極集電体を得た状態を示す平面図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線矢視切断部端面図であり、図１０Ｃは、図１０ＡのＸＣ−ＸＣ線矢視切断部端面図である。 図１１Ａは、図１０Ａの基板の一方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図１１Ｂは、図１１ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１１Ｃは、図１１ＡのＸＩＣ−ＸＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１２Ａは、図１１Ａのフォトレジストをパターニングして、負極集電体及び正極集電体の上部と、スペーサを形成すべき箇所にのみフォトレジストを残留させた状態を示す平面図であり、図１２Ｂは、図１２ＡのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１２Ｃは、図１２ＡのＸＩＩＣ−ＸＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１３Ａは、図１２Ａのフォトレジストから露出する透過膜前駆体を薄層化して、透過膜を形成した状態を示す平面図であり、図１３Ｂは、図１３ＡのＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１３Ｃは、図１３ＡのＸＩＩＩＣ−ＸＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１４Ａは、図１３Ａのフォトレジストを除去して、透過膜前駆体からなる第１スペーサ状部を形成した状態を示す平面図であり、図１４Ｂは、図１４ＡのＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線矢視切断部端面図であり、図１４Ｃは、図１４ＡのＸＩＶＣ−ＸＩＶＣ線矢視切断部端面図である。 図１５Ａは、図１４Ａの基板の一方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図１５Ｂは、図１５ＡのＸＶＢ−ＸＶＢ線矢視切断部端面図であり、図１５Ｃは、図１５ＡのＸＶＣ−ＸＶＣ線矢視切断部端面図である。 図１６Ａは、図１５Ａのフォトレジストをパターニングして、透過膜上及び負極集電体上の負極活物質を形成すべき箇所と、第１スペーサ状部とを露出させた状態を示す平面図であり、図１６Ｂは、図１６ＡのＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１６Ｃは、図１６ＡのＸＶＩＣ−ＸＶＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１７Ａは、図１６Ａの基板の一方の面上に負極活物質前駆体を設けた状態を示す平面図であり、図１７Ｂは、図１７ＡのＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１７Ｃは、図１７ＡのＸＶＩＩＣ−ＸＶＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１８Ａは、図１７Ａのフォトレジストを除去して、負極活物質及び第２スペーサ状部を設けた状態を示す平面図であり、図１８Ｂは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＢ−ＸＶＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図１８Ｃは、図１８ＡのＸＶＩＩＩＣ−ＸＶＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図１９Ａは、図１８Ａの基板の一方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図１９Ｂは、図１９ＡのＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線矢視切断部端面図であり、図１９Ｃは、図１９ＡのＸＩＸＣ−ＸＩＸＣ線矢視切断部端面図である。 図２０Ａは、図１９Ａのフォトレジストをパターニングして、透過膜上及び正極集電体上の正極活物質を形成すべき箇所を露出させた状態を示す平面図であり、図２０Ｂは、図２０ＡのＸＸＢ−ＸＸＢ線矢視切断部端面図であり、図２０Ｃは、図２０ＡのＸＸＣ−ＸＸＣ線矢視切断部端面図である。 図２１Ａは、図２０Ａの基板の一方の面上に、正極活物質前駆体を設けた状態を示す平面図であり、図２１Ｂは、図２１ＡのＸＸＩＢ−ＸＸＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２１Ｃは、図２１ＡのＸＸＩＣ−ＸＸＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２２Ａは、図２１Ａのフォトレジストを除去して、正極活物質を設けた状態を示す平面図であり、図２２Ｂは、図２２ＡのＸＸＩＩＢ−ＸＸＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２２Ｃは、図２２ＡのＸＸＩＩＣ−ＸＸＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２３Ａは、図２２Ａの基板の一方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図２３Ｂは、図２３ＡのＸＸＩＩＩＢ−ＸＸＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２３Ｃは、図２３ＡのＸＸＩＩＩＣ−ＸＸＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２４Ａは、図２３Ａのフォトレジストをパターニングして、正極集電体上及び負極集電体上の疎液処理部を形成すべき箇所を露出させた状態を示す平面図であり、図２４Ｂは、図２４ＡのＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶＢ線矢視切断部端面図であり、図２４Ｃは、図２４ＡのＸＸＩＶＣ−ＸＸＩＶＣ線矢視切断部端面図である。 図２５Ａは、図２４Ａのフォトレジストから露出させた部分に疎液処理を施して疎液処理部を形成した状態を示す平面図であり、図２５Ｂは、図２５ＡのＸＸＶＢ−ＸＸＶＢ線矢視切断部端面図であり、図２５Ｃは、図２５ＡのＸＸＶＣ−ＸＸＶＣ線矢視切断部端面図である。 図２６Ａは、図２５Ａのフォトレジストを除去した状態を示す平面図であり、図２６Ｂは、図２６ＡのＸＸＶＩＢ−ＸＸＶＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２６Ｃは、図２６ＡのＸＸＶＩＣ−ＸＸＶＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２７Ａは、図２６Ａの基板の一方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図２７Ｂは、図２７ＡのＸＸＶＩＩＢ−ＸＸＶＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２７Ｃは、図２７ＡのＸＸＶＩＩＣ−ＸＸＶＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２８Ａは、図２７Ａのフォトレジストをパターニングして、透過膜上の親液処理部を形成すべき箇所を露出させた状態を示す平面図であり、図２８Ｂは、図２８ＡのＸＸＶＩＩＩＢ−ＸＸＶＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図２８Ｃは、図２８ＡのＸＸＶＩＩＩＣ−ＸＸＶＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図２９Ａは、図２８Ａのフォトレジストから露出させた部分に親液処理を施した状態を示す平面図であり、図２９Ｂは、図２９ＡのＸＸＩＸＢ−ＸＸＩＸＢ線矢視切断部端面図であり、図２９Ｃは、図２９ＡのＸＸＩＸＣ−ＸＸＩＸＣ線矢視切断部端面図である。 図３０Ａは、図２９Ａのフォトレジストを除去して、親液処理部を設けた状態を示す平面図であり、図３０Ｂは、図３０ＡのＸＸＸＢ−ＸＸＸＢ線矢視切断部端面図であり、図３０Ｃは、図３０ＡのＸＸＸＣ−ＸＸＸＣ線矢視切断部端面図である。 図３１Ａは、図３０Ａの基板の他方の面上にフォトレジストを設けた状態を示す平面図であり、図３１Ｂは、図３１ＡのＸＸＸＩＢ−ＸＸＸＩＢ線矢視切断部端面図であり、図３１Ｃは、図３１ＡのＸＸＸＩＣ−ＸＸＸＩＣ線矢視切断部端面図である。 図３２Ａは、図３１Ａのフォトレジストをパターニングして、観察窓を形成すべき箇所上に設けられた被膜前駆体を露出させた状態を示す平面図であり、図３２Ｂは、図３２ＡのＸＸＸＩＩＢ−ＸＸＸＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図３２Ｃは、図３２ＡのＸＸＸＩＩＣ−ＸＸＸＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図３３Ａは、図３２Ａのフォトレジストから露出する部分の被膜前駆体を除去した状態を示す平面図であり、図３３Ｂは、図３３ＡのＸＸＸＩＩＩＢ−ＸＸＸＩＩＩＢ線矢視切断部端面図であり、図３３Ｃは、図３３ＡのＸＸＸＩＩＩＣ−ＸＸＸＩＩＩＣ線矢視切断部端面図である。 図３４Ａは、図３３Ａのフォトレジストを除去して、基板の貫通孔を形成すべき箇所を露出させた状態を示す平面図であり、図３４Ｂは、図３４ＡのＸＸＸＩＶＢ−ＸＸＸＩＶＢ線矢視切断部端面図であり、図３４Ｃは、図３４ＡのＸＸＸＩＶＣ−ＸＸＸＩＶＣ線矢視切断部端面図である。 図３５Ａは、図３４Ａの基板に貫通孔を形成した状態を示す平面図であり、図３５Ｂは、図３５ＡのＸＸＸＶＢ−ＸＸＸＶＢ線矢視切断部端面図であり、図３５Ｃは、図３５ＡのＸＸＸＶＣ−ＸＸＸＶＣ線矢視切断部端面図である。 本発明の第２実施形態に係る分析用電池の概略全体斜視図である。 図３６の分析用電池のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線矢視断面図である。 図３６の分析用電池を構成する第１ホルダの透過膜側の平面図である。 図３６の分析用電池を構成する第２ホルダの透過膜側の平面図である。
以下、本発明に係る分析用電池につき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
この分析用電池は、分析機器にて、電子線を透過させて、負極活物質及び正極活物質での電極反応等を分析することに好適に用いられる。分析機器としては、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が挙げられ、この場合、分析用電池は、ＴＥＭホルダの先端部に収容されて観察が行われる。また、観察対象とすることが可能な電池の種類、すなわち、分析用電池として構成可能な電池の種類としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素電池、アルカリ・マンガン電池等が挙げられる。以下では、リチウムイオン二次電池を構成する分析用電池を例に挙げて説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
図１〜図４を参照しつつ、第１実施形態に係る分析用電池１０について説明する。図１は、分析用電池１０の概略全体斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は、分析用電池１０を構成する第１ホルダ１２の透過膜１４側の平面図である。図４は、分析用電池１０を構成する第２ホルダ１６の透過膜１８側の平面図である。なお、以降の説明では、発明の理解を容易にするため、図１〜図４に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のうち、Ｘ軸方向を幅、Ｙ軸方向を奥行き、Ｚ軸方向を高さと定義する。また、上記のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の矢印の先端側を一端側、矢印の基端側を他端側ともいう。
分析用電池１０は、電解液が介在するように重畳された第１ホルダ１２及び第２ホルダ１６を有している。具体的には、第１ホルダ１２と第２ホルダ１６は、互いの間に空間を確保するためのスペーサ１１（図３参照）を介して重畳され、重畳部２０を形成している。この重畳部２０は、上記の空間が電解液で満たされた状態で、エポキシ系樹脂接着剤等からなるシール２２（図１参照）によってシールされている。なお、図２では、シール２２を省略して示している。
すなわち、分析用電池１０では、重畳部２０に電解液を内包（収容）するようにしているので、電解液を流通させる必要がない。このため、第１ホルダ１２及び第２ホルダ１６に対して作用する電解液の圧力、換言すれば、分析用電池１０の内圧を小さくすることができる。その結果、第１ホルダ１２と第２ホルダ１６の離間距離を大きくする必要がなくなり、分析用電池１０の小型化を図ることができる。この場合の電解液としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等に１Ｍ程度のＬｉＰＦ6等の支持塩を加えたものを好適に用いることができる。
図２及び図３に示すように、第１ホルダ１２は、基板２４と、透過膜１４とを有している。基板２４は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、ＳｉにＳｉＯ2等の酸化被膜を形成したもの、ホウケイ酸ガラス、石英（ＳｉＯ2）等からなり、略中央には該基板２４を厚さ方向に貫通する貫通孔２６が形成されている。この基板２４の一方の面に、貫通孔２６を覆うように透過膜１４が設けられ、他方の面に、貫通孔２６を露出させるように被膜２８が設けられている。貫通孔２６は、基板２４の被膜２８が設けられた面側から、透過膜１４が設けられた面側に向かって縮小する四角錐台状になっている。
透過膜１４は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素（Ｓｉ）等の電子線に対して透過性を示す材料から形成される。被膜２８も、透過膜１４と同様の材料から形成することができる。
図２及び図４に示すように、第２ホルダ１６は、基板３０と、透過膜１８とを有している。基板３０は、上記の基板２４と同様の材料からなり、奥行き及び高さが基板２４と略等しく、幅が基板２４に比して長さが２Ｌ（Ｌ×２）分小さくなっている。基板３０の略中央には、該基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３２が、上記の貫通孔２６と同様の形状に形成されている。また、基板３０の一方の面に、貫通孔３２を覆うように透過膜１８が設けられ、他方の面には、貫通孔３２を露出させるように被膜３４が設けられている。透過膜１８及び被膜３４は、上記の透過膜１４と同様の材料からそれぞれ形成することができる。
これらの第１ホルダ１２及び第２ホルダ１６は、互いの貫通孔２６、３２が透過膜１４、１８を介して対向するように重畳されることで、重畳部２０を形成している。このように重畳部２０を形成すると、上記の通り、基板３０に比して、基板２４の幅が長さ２Ｌ大きいため、第１ホルダ１２の幅方向両端側が長さＬずつ重畳部２０から露出する（図１及び図２参照）。
また、重畳部２０において、第１ホルダ１２の貫通孔２６及び透過膜１４と、第２ホルダ１６の貫通孔３２及び透過膜１８とが重なり合う部分は、電子線を良好に透過させる観察窓３６となる。すなわち、分析用電池１０では、観察窓３６に電子線を透過させて電極反応等を分析するべく、観察窓３６の透過膜１４、１８同士の間に負極活物質３８及び正極活物質４０が互いに離間しつつ、電解液に接触するように配置されている。なお、以降の説明では、重畳部２０の観察窓３６を除く部分、すなわち、基板２４、３０同士が透過膜１４、１８を介して対向する部分を対向部ともいう。
具体的には、図２及び図３に示すように、負極活物質３８及び正極活物質４０は何れも、第１ホルダ１２の透過膜１４上に設けられている。この透過膜１４には、負極活物質３８及び正極活物質４０の各々に電気的に接続される負極集電体４２及び正極集電体４４と、親液処理部４６と、上記のスペーサ１１とがさらに設けられている。
スペーサ１１は、例えば、電気絶縁性の材料からなる直方体形状であり、重畳部２０の略四隅に配置されている。なお、スペーサ１１の配置及び形状は、重畳部２０内に所望の空間を形成することを容易にできるものであればよく、特に限定されるものではない。また、スペーサ１１を介すことなく重畳部２０内に所望の空間を形成することができる場合、該スペーサ１１を設けなくてもよい。
負極活物質３８は、観察窓３６内から、幅方向の一端側の対向部内に延在する層状であり、例えば、Ｌｉ及びＬｉ合金、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びＳｎ合金、Ａｌ及びＡｌ合金、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ａｌ酸化物、カーボン（Ｃ）等の材料を好適に用いて形成することができる。
正極活物質４０は、観察窓３６内から、幅方向の他端側の対向部内に延在する層状であり、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＦｅＰＯ4、Ｌｉ2ＦｅＰＯ4Ｆ、ＬｉＣｏ1/3Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2、Ｌｉ（ＬｉαＮｉxＭｎyＣｏz）Ｏ2等の材料を好適に用いて形成することができる。
負極集電体４２は、幅方向の他端側が、重畳部２０の対向部内で負極活物質３８と電気的に接続され、幅方向の一端側が、重畳部２０の外部に露出している。図１〜図４の例示では、第１ホルダ１２が重畳部２０から露出する長さＬに応じて、負極集電体４２の幅方向の一端側も重畳部２０から長さＬ露出している。この負極集電体４２は、一方の面が透過膜１４に接触し、他方の面のうち、重畳部２０の内部に配置され、電解液に接触する表面に疎液処理部４８が形成されている。負極集電体４２の好適な材料としては、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、カーボン（Ｃ）等が挙げられる。
疎液処理部４８は、負極集電体４２の上記の表面に疎液処理を施すことで形成され、電解液に対して疎液性を示す。すなわち、疎液処理部４８は、該疎液処理部４８が形成されていない負極集電体４２の表面よりも、電解液の接触角が大きい（電解液の接触面積が小さい）。このため、重畳部２０内において、負極集電体４２の疎液処理部４８には、電解液が接触し難くなっている。
疎液処理の方法としては、上記の通り、電解液に対して疎液性を示す疎液処理部４８を負極集電体４２の表面に形成することができれば、特に限定されず、公知の方法を採用できる。疎液処理の好適な一例としては、負極集電体４２の上記の表面に、ジヘキシルジエトキシシラン（Ｃ6Ｈ12）2Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）2等のシランカップリング材からなる塗布膜を形成する方法が挙げられる。
正極集電体４４は、幅方向の一端側が、重畳部２０の対向部内で正極活物質４０と電気的に接続されていることを除いて、上記の負極集電体４２と同様に形成されている。すなわち、正極集電体４４の幅方向の他端側は、重畳部２０から長さＬ露出している。また、正極集電体４４は、一方の面が透過膜１４に接触し、他方の面のうち、重畳部２０の内部に配置され、電解液に接触する部分に疎液処理部５０が形成されている。この疎液処理部５０は、上記の疎液処理部４８と同様に形成されている。なお、以降では、負極集電体４２及び正極集電体４４の重畳部２０から露出する部分を露出部ともいう。
親液処理部４６は、透過膜１４の電解液と接触する表面のうち、負極活物質３８及び正極活物質４０の近傍に親液処理を施すことで形成され、電解液に対して親液性を示す。すなわち、親液処理部４６は、該親液処理部４６が形成されていない透過膜１４の表面よりも、電解液の接触角が小さい（電解液の接触面積が大きい）。このため、重畳部２０内において、電解液は、親液処理部４６が形成された負極活物質３８及び正極活物質４０の近傍に存在し易くなっている。つまり、ここでの負極活物質３８及び正極活物質４０の近傍とは、透過膜１４に親液処理部４６が設けられることで、該負極活物質３８及び正極活物質４０に電解液を効率的に供給することが可能となる範囲である。
親液処理の方法としては、上記の通り、電解液に対して親液性を示す親液処理部４６を透過膜１４上に形成することができれば、特に限定されず、公知の方法を採用できる。親液処理の好適な一例としては、プラズマ放電によって発生させたアルゴン（Ａｒ）イオンや酸素（Ｏ2）イオン等を透過膜１４に照射するイオンボンバードメント等のプラズマ処理が挙げられる。なお、このようなプラズマ処理では、透過膜１４の表面を改質することで親液処理部４６を形成する。従って、この場合、親液処理部４６は塗布膜として層状に形成されるものではないが、ここでは、説明の便宜上、親液処理部４６を層状に図示している。
上記の構成から、分析用電池１０では、負極集電体４２及び正極集電体４４を介して、負極活物質３８及び正極活物質４０を、重畳部２０の外部（外部回路等）に対して電気的に接続することが可能になっている。すなわち、例えば、上記のシール２２を設ける際に、該シール２２と露出部との間に、電気接続用の金属ワイヤ（不図示）を介在させることで、該金属ワイヤと負極集電体４２及び正極集電体４４とを電気的に接続する。
この金属ワイヤに、例えば、充放電試験装置等を外部回路として接続することで、負極集電体４２及び正極集電体４４を介して、該外部回路と、負極活物質３８及び正極活物質４０とを電気的に接続することができる。これによって、負極活物質３８及び正極活物質４０と電解液とから構成される電池に充放電反応等の所望の電極反応を生じさせることが可能になる。
すなわち、例えば、分析用電池１０のＴＥＭ観察を行う場合、先ず、ＴＥＭの電子線照射部に観察窓３６が対向するように、ＴＥＭホルダに分析用電池１０をセットする。そして、上記の金属ワイヤを充放電試験装置等に接続し、負極活物質３８及び正極活物質４０で観察対象となる電極反応が生じるように、金属ワイヤ間に電位差を設ける。
この際、重畳部２０の内部では、上記の通り、親液処理部４６が形成されていることによって、負極活物質３８及び正極活物質４０の各々と電解液とが接触し易くなっている。一方で、疎液処理部４８、５０が形成されていることによって、負極集電体４２及び正極集電体４４の各々と電解液とは接触し難くなっている。このため、観察対象となる電極反応とは異なる副反応が負極集電体４２及び正極集電体４４で生じることを抑制できる。その結果、観察窓３６に電子線を透過させることで、負極活物質３８及び正極活物質４０での電極反応を精度よく分析することが可能になる。
なお、ＴＥＭを用いて電極反応を分析する具体的な方法としては、観察窓３６を透過した電子線に基づいて電子回折像を得ることが挙げられる。すなわち、電極反応の進行に応じて負極活物質３８又は正極活物質４０に物理的又は化学的な変化が生じると、電子回折像にも上記の変化が反映される。従って、電極反応中の電子回折像を得ることで、負極活物質３８及び正極活物質４０に生じた変化についての情報を得ることができる。この際、上記の副反応によって情報の精度が低下してしまうことを抑制できる。従って、いわゆるその場観察を高精度に行うことが可能となる。
分析用電池１０は、従来公知の半導体プロセス（例えば、国際公開第２００８／１４１１４７号パンフレット参照）によって作製することができる。以下、分析用電池１０を作製する方法の一例につき、図５Ａ〜図３５Ｃを参照しつつ説明する。勿論、分析用電池１０を作製する方法や、分析用電池１０を作製する工程の順序は以下に示すものに限定されるものではない。
分析用電池１０は、第１ホルダ１２と、第２ホルダ１６とを個別に作製した後、これらを組み合わせて得ることができる。そこで、先ず、第１ホルダ１２を作製する方法について説明する。なお、ここでは、基板２４及び負極活物質３８がケイ素（Ｓｉ）、透過膜１４及び被膜２８が窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、負極集電体４２及び正極集電体４４がタングステン（Ｗ）、正極活物質４０がコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）からなる場合を例に挙げて説明する。
はじめに、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、基板２４の両面に対して研磨を行った後、化学気相成長（ＣＶＤ）を用いて、該両面を被覆するように窒化ケイ素膜を成膜する。これによって、基板２４の一方の面に設けられた窒化ケイ素膜が透過膜１４の前駆体（透過膜前駆体５２）となり、他方の面に設けられた窒化ケイ素膜が被膜２８の前駆体（被膜前駆体５４）となる。
次に、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、透過膜前駆体５２を被覆するようにフォトレジスト５６を成膜する。そして、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、フォトレジスト５６に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、負極集電体４２及び正極集電体４４を形成すべき箇所のフォトレジスト５６を除去する。すなわち、負極集電体４２及び正極集電体４４と同様の形状にフォトレジスト５６が除去された部分として、一対の集電体状部５８、５８を形成し、該集電体状部５８、５８の透過膜前駆体５２を露出させる。
次に、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、フォトレジスト５６をマスクとして反応性イオンエッチングを施す。これによって、集電体状部５８、５８を介して露出している部分の透過膜前駆体５２の高さを小さくする。すなわち、透過膜前駆体５２のうち、負極集電体４２及び正極集電体４４が形成される部分について、該負極集電体４２及び正極集電体４４の高さの分だけ薄層化する。
次に、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、真空蒸着等の物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いて、フォトレジスト５６及び透過膜前駆体５２の露出部分を被覆するようにタングステン膜を成膜する。このタングステン膜が、負極集電体４２及び正極集電体４４の前駆体（集電体前駆体６０）となる。そして、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、フォトレジスト５６を全て除去（リストオフ）することで、透過膜前駆体５２の薄層化された部分に、負極集電体４２及び正極集電体４４を設けることができる。
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、基板２４の一方の面側、すなわち、透過膜前駆体５２と、負極集電体４２及び正極集電体４４とを被覆するようにフォトレジスト６２を成膜する。そして、図１２Ａ〜図１２Ｃに示すように、フォトレジスト６２に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、負極集電体４２及び正極集電体４４上と、スペーサ１１を形成すべき箇所にのみフォトレジスト６２を残留させる。すなわち、スペーサ１１を形成すべき箇所には、フォトレジスト６２によってスペーサ形成膜６４が成膜される。
次に、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、フォトレジスト６２をマスクとして反応性イオンエッチングを施す。この際、負極集電体４２及び正極集電体４４は、残留したフォトレジスト６２によって保護される。また、透過膜前駆体５２では、スペーサ形成膜６４が設けられた部位以外の部位の高さが小さくなる。換言すると、透過膜前駆体５２のうち、スペーサ形成膜６４が設けられた部位は、周囲から突出して第１スペーサ状部６６となる。この第１スペーサ状部６６は、負極集電体４２及び正極集電体４４と略同等の高さとなる。
次に、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、フォトレジスト６２をリストオフして透過膜１４を得た後、図１５Ａ〜図１５Ｃに示すように、基板２４の一方の面側、すなわち、透過膜１４と、第１スペーサ状部６６と、負極集電体４２及び正極集電体４４とを被覆するようにフォトレジスト６８を成膜する。
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すように、フォトレジスト６８に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、透過膜１４上及び負極集電体４２上の負極活物質３８を形成すべき箇所と、第１スペーサ状部６６とが露出するようにフォトレジスト６８を除去する。つまり、負極活物質３８と同様の形状にフォトレジスト６８が除去された部位として、負極活物質形成部７０を形成する。
次に、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、真空蒸着等の物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いて、基板２４の一方の面側、すなわち、フォトレジスト６８と、第１スペーサ状部６６と、負極活物質形成部７０とを被覆するようにケイ素膜を成膜する。このケイ素膜が、負極活物質３８の前駆体（負極活物質前駆体７２）となる。そして、図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように、フォトレジスト６８をリストオフすることで、負極活物質３８を設けることができる。また、第１スペーサ状部６６上に残留した負極活物質前駆体７２から第２スペーサ状部７４が形成される。すなわち、第１スペーサ状部６６と、第２スペーサ状部７４とが重畳されてスペーサ１１が形成されることとなる。
次に、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、基板２４の一方の面側、すなわち、負極活物質３８、負極集電体４２、正極集電体４４、透過膜１４、スペーサ１１を被覆するようにフォトレジスト７６を成膜する。そして、図２０Ａ〜図２０Ｃに示すように、フォトレジスト７６に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、透過膜１４上及び正極集電体４４上の正極活物質４０を形成すべき箇所が露出するようにフォトレジスト７６を除去する。すなわち、正極活物質４０と同様の形状にフォトレジスト７６が除去された部位として、正極活物質形成部７８を形成する。
次に、図２１Ａ〜図２１Ｃに示すように、真空蒸着等の物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いて、基板２４の一方の面側、すなわち、フォトレジスト７６と、正極活物質形成部７８とを被覆するようにコバルト酸リチウムを成膜する。このコバルト酸リチウム膜が、正極活物質４０の前駆体（正極活物質前駆体８０）となる。そして、図２２Ａ〜図２２Ｃに示すように、フォトレジスト７６をリストオフすることで、正極活物質４０を設けることができる。
次に、図２３Ａ〜図２３Ｃに示すように、基板２４の一方の面側、すなわち、負極活物質３８、正極活物質４０、負極集電体４２、正極集電体４４、透過膜１４、スペーサ１１を被覆するようにフォトレジスト８２を成膜する。
次に、図２４Ａ〜図２４Ｃに示すように、フォトレジスト８２に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、疎液処理部４８、５０を形成すべき箇所が露出するようにフォトレジスト８２を除去する。この際、負極集電体４２及び正極集電体４４上のうち、上記した露出部に相当する部分、すなわち、基板２４の幅方向両端の各々から長さＬの部分のフォトレジスト８２を残留させる。また、負極集電体４２及び正極集電体４４上のうち、負極活物質３８上及び正極活物質４０上に相当する部分のフォトレジスト８２も残留させる。
次に、図２５Ａ〜図２５Ｃに示すように、フォトレジスト８２から露出させた、負極集電体４２及び正極集電体４４のそれぞれの表面に疎液処理を施して、疎液処理部４８、５０を形成する。この際、シランカップリング剤を用いて疎液処理を行う場合は、先ず、上記の表面に対して、非酸化雰囲気下でシランカップリング剤を塗布した後、約２時間静置する。そして、約１１０℃で約２時間保持した後、放冷する。これによって、上記の表面にシランカップリング剤からなる塗布膜として疎液処理部４８、５０を形成することができる。
次に、図２６Ａ〜図２６Ｃに示すように、フォトレジスト８２をリストオフした後、図２７Ａ〜図２７Ｃに示すように、基板２４の一方の面側を被覆するようにフォトレジスト８４を成膜する。すなわち、フォトレジスト８４によって、疎液処理部４８、５０がそれぞれ形成された負極集電体４２及び正極集電体４４と、透過膜１４と、負極活物質３８と、正極活物質４０と、スペーサ１１とを被覆する。
次に、図２８Ａ〜図２８Ｃに示すように、フォトレジスト８４に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、透過膜１４の親液処理部４６を形成すべき箇所が露出するようにフォトレジスト８４を除去する。このフォトレジスト８４から露出させた透過膜１４の表面に対して、図２９Ａ〜図２９Ｃに示すように、親液処理を施して、親液処理部４６を形成する。
この際、Ａｒイオンを用いたイオンボンバードメントによって、親液処理を行う場合、例えば、上記の表面に対して、常温下で、Ａｒガスの雰囲気圧力を約１０Ｐａ、プラズマの出力を約１００Ｗ、照射時間を約５分に設定すればよい。また、Ａｒイオンに代えてＯ2イオンを用いる場合は、Ｏ2ガスの雰囲気圧力を約１３３Ｐａ、プラズマの出力を約１００Ｗ、照射時間を約５分に設定すればよい。これによって、透過膜１４の表面を改質することで、好適に親液処理部４６を形成することができる。
次に、図３０Ａ〜図３０Ｃに示すように、フォトレジスト８４をリストオフする。その結果、基板２４の一方の面側には、透過膜１４、疎液処理部４８、５０が形成された負極集電体４２及び正極集電体４４、負極活物質３８及び正極活物質４０、これらの近傍に形成された親液処理部４６、スペーサ１１が得られる。
次に、図３１Ａ〜図３１Ｃに示すように、基板２４の他方の面側に対して、被膜前駆体５４を被覆するようにフォトレジスト８６を成膜する。そして、図３２Ａ〜図３２Ｃに示すように、フォトレジスト８６に対してフォトリソグラフィ工程を行うことで、基板２４の貫通孔２６を形成すべき箇所上に設けられた被膜前駆体５４が露出するようにフォトレジスト８６を除去する。
次に、図３３Ａ〜図３３Ｃに示すように、フォトレジスト８６をマスクとして反応性イオンエッチングを施すことで、被膜前駆体５４のフォトレジスト８６から露出している部分を基板２４上から除去する。すなわち、基板２４の貫通孔２６を形成すべき箇所を露出させる。そして、図３４Ａ〜図３４Ｃに示すように、フォトレジスト８６をリストオフすることで被膜２８を得た後、基板２４の一方の面側を被覆するように、不図示の耐アルカリ表面保護層を形成する。
次に、図３５Ａ〜図３５Ｃに示すように、基板２４に対して、他方の面側から、貫通エッチングを施すことで、貫通孔２６を形成する。この際、基板２４の一方の面側は、上記の耐アルカリ表面保護層によって保護される。その後、反応性イオンエッチングによって、上記の耐アルカリ表面保護層を除去することで、基板２４に、該基板２４の一方の面側から透過膜１４に覆われた貫通孔２６が形成され、第１ホルダ１２が得られる。
第２ホルダ１６を作製する場合、上記の基板２４に透過膜前駆体５２及び被膜前駆体５４を形成する工程と同様に、先ず、基板３０の両面に対して、研磨を行う。その後、基板３０の一方の面に透過膜１８として窒化ケイ素膜を成膜するとともに、他方の面に被膜前駆体となる窒化ケイ素膜を成膜する。以降は、上記の基板２４の他方の面側に対して行った工程と同様の工程を経て、基板３０に被膜３４及び貫通孔３２を形成する。すなわち、基板３０に対して、一方の面側から透過膜１８に覆われた貫通孔３２を形成する。これによって、第２ホルダ１６が得られる。
以上のようにして第１ホルダ１２及び第２ホルダ１６を作製した後、負極活物質３８及び正極活物質４０の各々に電解液が接触するように、第１ホルダ１２の一方の面側に電解液を塗布する。この第１ホルダ１２に、上記の通り第２ホルダ１６を重畳する。つまり、第１ホルダ１２と第２ホルダ１６とを、互いの貫通孔２６、３２が透過膜１４、１８を介して対向して観察窓３６を形成するように重畳して重畳部２０を形成する。この際、第１ホルダ１２の幅方向両端側が長さＬずつ重畳部２０から露出する。
そして、重畳部２０を囲繞するようにシール２２を設けて、重畳部２０の内部の空間を電解液で満たした状態でシールする。また、シール２２を設ける際、重畳部２０から露出する負極集電体４２及び正極集電体４４の露出部に対して電気的に接続されるように金属ワイヤを固定する。これによって、分析用電池１０を得ることができる。つまり、分析用電池１０は、従来公知の半導体プロセスによって作製することができるため、イオンビーム蒸着法等を用いる場合に比して、容易且つ低コストに得ることが可能である。
このようにして得られた分析用電池１０では、上記の通り、負極集電体４２及び正極集電体４４のそれぞれの表面に、疎液処理部４８、５０を形成することができる。また、負極活物質３８及び正極活物質４０の近傍に親液処理部４６を形成することができる。
これによって、分析対象である電極反応とは異なる副反応が、負極集電体４２及び正極集電体４４の表面で生じること、及びその生成物が負極集電体４２及び正極集電体４４の表面に付着することを抑制できる。また、負極活物質３８及び正極活物質４０での電極反応を効果的に促進することができる。その結果、電極反応を高精度に分析することが可能になる。
また、上記の通り、負極活物質３８及び負極集電体４２と、正極活物質４０及び正極集電体４４とが、何れも第１ホルダ１２の透過膜１４上に設けられている。このため、分析用電池１０を得る際に、負極集電体４２及び正極集電体４４を設ける工程と、疎液処理部４８、５０を設ける工程と、親液処理部４６を設ける工程とを第１ホルダ１２に対してのみ行えばよい。従って、分析用電池１０を簡素な製造工程で容易且つ効率的に得ることが可能になる。
＜＜第２実施形態＞＞
第２実施形態に係る分析用電池８８について、図３６〜図３９を参照しつつ説明する。図３６は、分析用電池８８の概略全体斜視図である。図３７は、図３６の分析用電池８８のＸＸＸＶＩＩ−ＸＸＸＶＩＩ線矢視断面図である。図３８は、分析用電池８８を構成する第１ホルダ９０の透過膜１４側の平面図である。図３９は、分析用電池８８を構成する第２ホルダ９２の透過膜１８側の平面図である。なお、図３６〜図３９に示す構成要素のうち、図１〜図３５Ｃに示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては、同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
分析用電池８８は、上記の分析用電池１０の構成要素のうち、第１ホルダ１２及び第２ホルダ１６に代えて、第１ホルダ９０及び第２ホルダ９２を備えている。第１ホルダ９０は、上記の基板２４に代えて、基板９４を備えている。また、第２ホルダ９２は、上記の基板３０に代えて、基板９６を備えている。
基板９４と基板２４との相違点は、基板９４では、貫通孔２６が基板９４の略中央に比して、幅方向の一端側に若干偏倚した位置に形成される点である。基板９６と基板３０との相違点は、基板９６が、第１ホルダ９０の基板９４と略同形状に形成される点である。
上記の通り、基板９４、９６の貫通孔２６、３２が、透過膜１４、１８を介して対向するように第１ホルダ９０と第２ホルダ９２が重畳されて重畳部２０が形成される。このため、分析用電池８８では、第１ホルダ９０の幅方向の一端側と、第２ホルダ９２の幅方向の他端側とがそれぞれ重畳部２０から長さＬ露出する露出部を形成することになる。
分析用電池８８では、負極活物質３８及び負極集電体４２が第１ホルダ９０の透過膜１４上に設けられ、且つ正極活物質４０及び正極集電体４４が第２ホルダ９２の透過膜１８上に設けられている。つまり、透過膜１４に接触していない負極集電体４２の表面のうち、重畳部２０の内部に配置され、電解液に接触する部位には疎液処理部４８が形成されている。また、透過膜１８に接触していない正極集電体４４の表面のうち、重畳部２０の内部に配置され、電解液に接触する部位には疎液処理部５０が形成されている。
また、透過膜１４のうち、負極活物質３８の近傍には、上記の親液処理部４６と同様に親液処理部９８が設けられている。一方、透過膜１８のうち、正極活物質４０の近傍には、上記の親液処理部４６と同様に親液処理部１００が設けられている。
このように、負極活物質３８及び正極活物質４０がそれぞれ別個の第１ホルダ９０及び第２ホルダ９２に設けられていることで、該負極活物質３８と正極活物質４０とが過度に近接ないしは接触することを回避できる。
従って、分析用電池８８では、上記の分析用電池１０で得られる作用効果に加えて、負極活物質３８及び正極活物質４０を設けるスペースが狭小であったとしても、互いの短絡を有効に防止することができるとの作用効果を得られる。
分析用電池８８を得るためには、例えば、上記の分析用電池１０を作製する工程のうち、正極活物質４０、正極集電体４４、親液処理部１００、疎液処理部５０を設ける工程を、基板９４に代えて基板９６に対して行えばよい。これによって、最終的に、負極活物質３８及び正極活物質４０がそれぞれ別個の第１ホルダ９０及び第２ホルダ９２に設けられた分析用電池８８を得ることが可能になる。
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記の実施形態に係る分析用電池１０、８８では、負極集電体４２及び正極集電体４４の各々に疎液処理部４８、５０を形成することとした。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、負極集電体４２及び正極集電体４４の少なくとも何れか一方に、疎液処理部４８又は疎液処理部５０の対応する一方が形成されていればよい。
また、上記の実施形態に係る分析用電池１０では、負極活物質３８及び正極活物質４０の各々の近傍に親液処理部４６が設けられることとした。また、分析用電池８８では、負極活物質３８及び正極活物質４０の各々の近傍にそれぞれ親液処理部９８、１００が設けられることとした。しかしながら、特にこれに限定されるものではない。負極活物質３８及び正極活物質４０の少なくとも何れか一方の近傍に、親液処理部が形成されていればよい。また、分析用電池１０、８８では、親液処理部４６、９８、１００が設けられていなくてもよい。
また、上記の実施形態に係る分析用電池１０等が、リチウムイオン二次電池に代えて、ニッケル・水素電池を構成する場合、例えば、正極として水酸化ニッケル、負極として各種の水素吸蔵合金、電解液として水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ（ａｑ））を用いればよい。また、分析用電池１０がアルカリ・マンガン電池を構成する場合、例えば、正極として二酸化マンガン／黒鉛、負極として亜鉛、電解液としてＫＯＨ（ａｑ）を用いればよい。
また、分析用電池１０等は、ＴＥＭのみならず、電子線を用いる分析機器全般で分析を行うことができる。
１０、８８…分析用電池 １２、９０…第１ホルダ
１４、１８…透過膜 １６、９２…第２ホルダ
２０…重畳部 ２２…シール
２４、３０、９４、９６…基板 ２６、３２…貫通孔
２８、３４…被膜 ３６…観察窓
３８…負極活物質 ４０…正極活物質
４２…負極集電体 ４４…正極集電体
４６、９８、１００…親液処理部 ４８、５０…疎液処理部
５２…透過膜前駆体 ５４…被膜前駆体
５６、６２、６８、７６、８２、８４、８６…フォトレジスト
５８…集電体状部 ６０…集電体前駆体
６４…スペーサ形成膜 ６６…第１スペーサ状部
７０…負極活物質形成部 ７２…負極活物質前駆体
７４…第２スペーサ状部 ７８…正極活物質形成部
８０…正極活物質前駆体

Claims (3)

  1. 互いの間に電解液が介在するように重畳された第１ホルダと第２ホルダとを有し、電子線を透過させて分析を行うための分析用電池であって、
    前記第１ホルダ及び前記第２ホルダは、厚さ方向に貫通孔が形成された基板と、前記基板の一方の面から前記貫通孔を覆う電子線透過性の透過膜とをそれぞれ有し、前記基板の前記透過膜が設けられた側同士が向かい合うように重畳されることで重畳部を形成し、
    前記重畳部では、内部の空間が前記電解液を内包した状態でシールされ、且つ前記貫通孔同士が前記透過膜同士を介して対向することで、電子線を透過する観察窓を形成し、
    前記観察窓の前記透過膜同士の間には、負極活物質及び正極活物質が互いに離間するとともに前記電解液と個別に接触するように設けられ、
    前記重畳部の内部で前記負極活物質及び前記正極活物質のそれぞれと電気的に接続され、且つ前記重畳部の内部から延在して外部に露出する負極集電体及び正極集電体を有し、
    前記負極集電体及び前記正極集電体の少なくとも一方には、前記電解液に対して疎液性を示す疎液処理部が形成され、
    前記透過膜の前記電解液と接触する表面のうち、前記負極活物質及び前記正極活物質の少なくとも一方の近傍に、前記電解液に対して親液性を示す親液処理部が形成されるとともに、前記親液処理部の外側に、該親液処理部を形成しない非親液処理部が設けられていることを特徴とする分析用電池。
  2. 請求項１記載の分析用電池において、
    前記負極活物質及び前記負極集電体と、前記正極活物質及び前記正極集電体とが、何れも前記第１ホルダの前記透過膜上に設けられることを特徴とする分析用電池。
  3. 請求項１記載の分析用電池において、
    前記負極活物質及び前記負極集電体は、前記第１ホルダの前記透過膜上に設けられ、
    前記正極活物質及び前記正極集電体は、前記第２ホルダの前記透過膜上に設けられることを特徴とする分析用電池。
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