JPS6072168A - 固体電解質電池 - Google Patents

固体電解質電池

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JPS6072168A
JPS6072168A JP58181414A JP18141483A JPS6072168A JP S6072168 A JPS6072168 A JP S6072168A JP 58181414 A JP58181414 A JP 58181414A JP 18141483 A JP18141483 A JP 18141483A JP S6072168 A JPS6072168 A JP S6072168A
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JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
substrate
battery
lithium
power generation
Prior art date
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Pending
Application number
JP58181414A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsu Nagai
龍 長井
Kozo Kajita
梶田 耕三
Toshikatsu Manabe
真辺 俊勝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/42Grouping of primary cells into batteries
    • H01M6/46Grouping of primary cells into batteries of flat cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 積内により多くの電気容量を有させるとともに、放電特
性の優れた固体電解質電池を提供することを目的とする
従来、基板上に発電要素を形成した固体電解質電池にお
いては、基板の片面にのみ発電要素が形成されているた
め、電池の厚み中に占める基板の厚みが大きく、電池を
何個か積み重ねて所望の容量や電圧を有する集合電池を
作製する場合、基板のために全体が厚くなり、薄形化を
はかるうえで基板の厚みが障害となっていた。たとえば
、気相法によれば発電要素は全体で10μm程度にまで
R’7くすることが可能であるが、基板は強度保持」二
の関係からどうしても50μm以上必要であり、特にガ
ラス基板を用いる場合には100 Itm以上の厚めが
望ましく、上述のように薄形化をはかる」二で大きな体
積ロスを生じる原因となっていた。また、基板の片面の
みに発電要素を形成した電池では、電気容量を大きくす
るためには、必然的に電極活物質の厚みを厚くする必要
があり、負極活物質が出入りを繰り返す二次電池におい
ては、厚さが厚くなると負極活物質内でのイオタの拡散
速度が一定であることから特性が悪くなることは避けが
たかった。さらに正極活物質として二硫化チタンを用い
る二次電池では、その特性を活かすためには、結晶のC
軸を基板に対して平行に保つことが必要であるが、厚さ
が厚くなるほど、この条件を満たすことが困ゲ1tにな
る。
本発明は、上述した従来技術の欠点を解消するもので、
基板の両面に正極、固体電解質層および負極からなる発
電要素を形成することによって目的を達成したものであ
る。
以下本発明の実施例を図面とともに説明する。
実施例1 基板として厚さ150μmで12mm X 12mmの
正方形状のIT○ガラス(ガラス基板の上下両面にIT
Oの導電性皮膜を形成したガラス)を用い、このIT○
ガラスの一方の面にTiCl4、H2Sガスをアルコン
ガスをキャリアーとしてケミカルヘーパディポジション
法(以下、CVD法という)で二硫化チタンを10mm
 X 10闘で厚さ約20μmの膜状に形成し、ついで
他方の面にも同様にして厚さ約20μmの二硫化チタン
膜を形成した。つぎに、Li2OとL i4 S i0
4−L i3 PO4をターゲット材料としてスパッタ
法により厚さ約1011mのL i4 S 104−L
 i3 PO4のアモルファス膜を両面に形成した。こ
の際、さきに形成した二硫化チタン膜がLi4Si04
−Li3PO4膜で完全におおわれるようにした。
つぎに両面にリチウムを抵抗加熱蒸着法で約IOμm厚
の膜状に形成した。このリチウム蒸着は9mmX9mm
のマスクを用いて行なわれた。上記のようにして製造さ
れた固体電解質電池を第1図に模式的に示す。第1図に
おいて、1はガラス基板であり、2はガラス基板1の上
下両面に形成されたITOの導電性皮膜である。3はC
VD法によって形成された二硫化チタン膜よりなる正極
、4はスパッタ法で形成されたLi4Si04−Li3
PO4膜よりなる固体電解質層、5ば蒸着により形成さ
れたリチウム膜よりなる負極である。6は上下のITO
の導電性皮膜2間の導通をはかるための銀ペーストであ
る。
この電池を20℃、10μへの定電流で放電を行なった
ときの放電特性を第3図に曲線Aで示す。
比較例1 実施例1と同様のITOガラスの一方の面に実施例1と
同様にして二硫化チタン膜を10mm X 10mmで
約40μm厚に形成した。ついで、それを覆うようにし
てスパッタ法によりLi4Si04−Li3PO4のア
モルファス膜を約10μm厚に形成した。つぎに、その
上にリチウムを蒸着により9mmX9mmで厚さ約20
μmに形成した。このようにして製造された固体電解質
電池を第2図に模式的に示す。第2図において、11は
ガラス基板で、12はガラス基板11に形成されたIT
Oの導電性皮膜、13は二硫化チタン膜よりなる正極、
14は1i4si 04−L 43 PO4のアモルフ
ァス膜よりなる固体電解質層、15はリチウム膜よりな
る負極である。
この電池を20°C110μΔの定電流で放電させたと
きの放電特性を第3図に曲線Bで示す。
第3図に示すように、本発明の電池は比較例1で示す従
来電池に比べて、放電時間が長くかつ放電電圧平坦性が
すくれていた。これは本発明の電池では発電要素を基板
の両面に形成しているため、同一電気容量の発電要素を
片面に形成した従来電池に比べて、放電面積が大きく、
リチウムの拡散がよくなり電極活物質の利用率が向上し
たためであると考えられる。
上記結果から明らかなように、発電要素を基板の片面に
のみ形成した電池で、本発明の電池と同特性の放電特性
を得るには、電池面積を2倍するか、あるいは電池を2
個積層して並列に接続する必要があるが、電池面積を2
倍にすることは小型化に反するし、また電池を2個積屓
する場合はシ&板の厚みが発電要素に比べて厚く、2個
積層すると電池が厚くならざるを得す、薄膜電池とした
特徴が半減してしまう。
本発明は薄形の固体電解質電池を得ようと′J″る考え
のちとに出発しているものであり、そのような観点から
発電要素は使用目的にあわせた必要な範囲でできるだけ
薄く、数値的には10〜300 μmが好まれる。同様
に基板もできるかぎり薄い方が望ましいが、前述したよ
うに、基板は強度保持上から50μm以上必要であり、
電池全体中の基板の占める厚みがかなり大きい。このよ
うに基板が50μm以」二で発電要素が10〜300 
μmという薄い場合に、発電に何ら関与しない基板を1
枚でも少なくすることが全体の薄形化をはかる上で意義
があり、その際、基板の上下両面に発電要素を形成する
本発明の効果が顕著に発揮される。
前記実施例では発電要素の形成を気相法で行なったが、
これば気相法によると厚さの薄い発電要素を形成するの
が容易であり、電池の薄形化をはかるうえで好都合であ
るからである。また正極を二硫化チタン、負極をリチウ
ム、固体電解質層をLi4sio4−Li3PO4で形
成したが、これは、それらの物質が気相法に適している
からである。また発電要素の形成に際して上記以外の物
質、たとえば負極形成に気相法の採用が可能なリチウム
合金(リチウムとたとえばアルミニウム、カドミウム、
水銀、鉛などの金属との合金)を用いてもよいし、また
固体電解質層の形成に気相法の採用が可能なL i20
−ZrO2−3i02、LiTaO3、L i4 Ge
04−L i3 VO4などを用いてもよいことはもち
ろんである。
また前記実施例では基板として上面と下面とが電気的に
絶縁されているITOガラスを用いたため、基板の上面
と下面を銀ペーストで導通をはかったが、基板材料とし
てシリコン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、モリブデン
、チタンなどの半導電性または導電性基板を用いる場合
は、基板の上下面に形成した正極間の電気伝導がとれて
いるので、実施例で用いたような銀ペーストは不要であ
る。そしてITOガラスなどのように上面と一ト面とが
電気的に絶縁されている場合にも、上下面の導通は実施
例で示した銀ペーストのみならず、その他の金属による
導電ペーストをはじめ、導電性接着剤、金属蒸着膜など
で導通をとってもよいし、さらにはリード端子を外部に
引き出して、外部で導通をとってもよい。
また、実施例では基板の上下両面に発電要素を形成する
に際して、正極、固体電解質層、負極の形成をそれぞれ
片面ずつ2回の行程で行なったが、基板を回転させて、
両面にそれぞれの形成を1回で行なうことも可能である
以上説明したように、本発明では基板の両面に発電要素
を形成する構成にしたことがら、同一体積内により多く
の電気容量を有させるとともに放電特性の良好な固体電
解質電池が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体電解質電池の一実施例を示す断面
図、第2図は従来の固体電解質電池を示す断面図、第3
図は本発明の電池と従来電池の放電特性図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板の両面に発電要素を形成したことを特徴とす
    る固体電解質電池。
  2. (2)基板の厚さが50μm以上で、発電要素の厚さが
    10〜300μmである特許請求の範囲第1項記載の固
    体電解質電池。
  3. (3)発電要素が気相法で形成されたものである特許請
    求の範囲第1項または第2項記載の固体電解質電池。
  4. (4)発電要素を構成する正極が二硫化チタン、負極が
    リチウムまたはリチウム合金で、固体電解質がL i4
     S i04−L i3 PO4、I、120−Zr0
    2−3i02、LiTaO3およびL i Ge04−
    L i3 VO4よりなる群から選ばれた少な(とも1
    種である特許請求の第1項、第2項または第3項記載の
    固体電解質電池。
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