JPS6174254A - 固体薄膜電池およびその製造方法 - Google Patents

固体薄膜電池およびその製造方法

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JPS6174254A
JPS6174254A JP59195336A JP19533684A JPS6174254A JP S6174254 A JPS6174254 A JP S6174254A JP 59195336 A JP59195336 A JP 59195336A JP 19533684 A JP19533684 A JP 19533684A JP S6174254 A JPS6174254 A JP S6174254A
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JP
Japan
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thin film
film
negative electrode
positive electrode
battery
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JP59195336A
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Tatsu Nagai
龍 長井
Kazunobu Matsumoto
和伸 松本
Kozo Kajita
梶田 耕三
Toshikatsu Manabe
真辺 俊勝
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Maxell Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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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
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105Pouches or flexible bags
    • 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
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体薄膜電池およびその5!遣方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、電解質に固体電解質を用いる電池では、薄形構造
をとる場合、第2図に示すようにゴム、樹脂などの弾性
飼料でつくられた封口体23を電池容器21の開口端部
の内方への締め付けによって電池蓋22の周縁部と電池
容器21の開口端部の内周面に圧接させて封口するか、
あるいは第3図に示すように金兄製の封口板31.32
とセラミック製スペーサ33とをハンダ34で接合して
封口する封口構造が採用されていた(たとえば特開昭5
5−157358号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第2図に示すような封口体23による場合、発電要素を
基Fy、1とともに金属製の電池容器21に入れ、負極
4上に1hばね24を載置し、電池容器21の開口端部
を内方に締め付けることによって、金属製の電池H22
の周縁部に嵌合した封口体23を電池蓋22の周縁部と
電池容器21の開口端部の内周面に圧接させているが、
このような封口構造をとる場合は、たとえ発電要素を薄
く形成したとしても、電池容器21や電池蓋22がある
一定以上の厚みを必要とするし、また密閉度を高く保つ
には、利口体23にも一定以上の厚さを必要とするため
、全体の厚さを1mm以下にすることはできなかった。
また、第3図に示すような金属製の封口板31.32と
スペーサ33とをハンダ34で接合する場合も、封口板
31.32にある一定以上の厚みを必要とし、さらにハ
ンダ34などの厚みも加わるので、この場合にも全体の
厚さを0.7 am以下にすることは非常に困紺であっ
た。
ところで、近年、固体電解質電池の研究が盛んになり、
発電要素をすべて気相法などて薄膜状に形成する方法が
見出されているが、たとえ発電要素を薄膜状に形成した
としても、上述のように封口構造が電池の厚みを支配し
ているため、電池の厚さをある一定以上の厚さにせざる
を得ず、1摸電池の特性を充分に生がしきれなかった。
1]問題点を解決するための手段〕 本発明は上述のような事1nに鑑みてなされたものであ
り、基板上に薄膜状の正極、固体電解質層および負極を
形成する固体薄膜電池において、封口に際し、金属製の
封口板や金属板から形成される電池容器や電池蓋などを
用いず、負極の露出部全面をM着で形成されるような金
属1桧で被覆し、正極や固体電解質層の露出部を高分子
膜で被覆することによって、高度な薄形化をはがり1犀
る固体薄膜電池を提供するとともに、該固体薄膜電池を
製造するに際して好適な製造方法を提供したものである
本発明の電池において、基板にはたとえばガラス板、あ
るいはステンレス鋼板、ニッケル坂などの金属板などが
用いられる。ガラス板を用いる場合、ガラス板の表面に
I To、不す股などの導電膜を形成して導電性を付与
しておくと外部へリードを取り出す際に便利である。
1所には、発電要素をすべて薄膜状に形成する関係上、
正(うも体積が小さくなり、それに伴なって電気容守も
小さくなるので、二次電池化が可能なものが好ましく、
たとえば二硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン
(MO32)、三硫化モリブデン(MoS3)−三硫化
リンニノケル(N i P Sコ)、二硫化ニオブ(N
bS2)、ニオブセレナイド(NbSe2)、バナジウ
ムセレナイド(VS112)などリチウムイオンを可逆
的に出し入れできるものが好用される。
固体型P!X、??とじては、たとえば1−i4sio
a−I−i3PO4、Li5NLilなどが分解電工が
高いことから好用される。
負1】には、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウム
などのアルカリ全屈やそれらを含む合金などが使用され
、特にリチウムまたはリチウム−アルミニウム、リチウ
ム−鉛、リチウム−ガリウム−インジウムなどのリチウ
ム合金が好用される。
前記正極の形成に際しては化学気相成長法、宗布法など
が採用でき、固体電解質層の形成に際してはスバ、り法
、圧粉成形法などが採用できる。
また負極の形成にあたっては蔑着法、圧着法などが採用
できる。しかし、それら発電要素を薄膜状に均一な厚み
でかつ安定して形成するには、発電要素をすべて気相法
、すなわち、正極を化学気相成長法、固体電解質層の形
成をスバフタ法、負極の形成を蒸着法というように発電
要素の形成をすべて気相法で行なうのが好ましい。
負極の露出部に形成する金属薄り9は、リチウムなどの
活性な金属で構成される負極が水分 酸素、窒素などと
接触してvJ食するのを防止するためであり、また高分
子膜を後述するようなプラズマ重合で形成する際に七ツ
マーガスが負極と接触して反応を起すのを防止するため
でもある。さらに、この金泥薄膜は負極の集電体として
の作用も存する。
この金属薄19の(、■成金属としては、リチウムと反
[心しないものであることが望ましく、たとえばニッケ
ル、tlfl、秩、コバルト、モリブデン、チタンなど
がAT用される。特に二、ケルが導電性に優れ、かつ腐
食のおそれも少なく、またIIIIi格的にも鉄を除く
他の金属より安価なので好ましい。
金属薄膜の形成は貫着によるのが薄膜を均一の曜みてか
つ容易に形成し得ることから好ましい。
金属い、す膜の11λさは約2μm以上あればよいが、
この上に間分子秋を形成しない場合にはピンホールの発
生を避けなけ机ばならないので、30μm以上の厚さに
形成することが好ましい。
高分子膜は、負極の露出部がすでに上記の金属薄膜で被
)されているので、正半へおよび固体電解質層の露出部
さえ被覆すればよいが、金泥面が必要以上に露出してい
ると短絡の原因になるので、正極および固体電解質層の
露出部と共に、負極の露出部を被覆する金g、薄股も高
分子膜で被覆するのが好ましい。
この高分子膜による被9はプラズマ重合による膜形成や
熱硬化性手討脂のスプレーコーティングなどによって行
なうことができるが、プラズマ重合による場合は所災部
位の表面に直接膜形成ができるので好ましい。
プラズマ重合による高分子膜の形成は、たとえシホメタ
ン、エタン、フ“ロバン、スチレン、ヘン七′ン、アセ
チレンなどの炭素数10以下の飽和または不飽和炭化水
素からなる七ツマーガスをソースガマとしてl X 1
0’ −I X IQ−3mml1g程度の減圧雰囲気
中でグロー放電をし、モノマーガスを励起して重合させ
ることによって行なわれる。
高分子膜の厚さは、5μm以上とするのが好ましい、特
に信頼性を高めるには30μm以上とするのが好ましく
、また厚すぎても薄膜電池としての特色が発揮できなく
なるので100μm以下にするのが好ましい。
〔実施例〕
つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1 第1し1は本実施例の電池を19式的に示す断面図であ
り、第1図において、lはガラス板よりなる基板、2は
上記基板l上に形成した二硫化チタンの薄11Qよりな
る正(1fi 3は上記正極2上に形成したLi4Si
O4Li5POaの薄膜よりなる固体電解質層、4は上
記固体電解質層3上に形成したリチウムの薄IIQより
なる負極である。
5は負極4の露出部全面を被)する金属薄膜で、本実施
(91(で(よごの金属薄膜5はニアケルの薄膜よりな
るものである。6は負極端子であり、7は正IM2の測
面およびそり、に続く基板l上に形成し亡ニッケルの薄
Hqよりなるリード部で、このリード部7の先端部は後
に説明するように正極例の端子となるものである。なお
、このリード部7は基板1が導電性をfrするものであ
れば、特に形成しなくてもよい。
3はブラスマ土合法により形成したポリエチレンを上体
とする高分子膜で、この高分子膜8は、正極2および固
体電解質層3の露出部を被覆するとともに、B、 1%
 4 J:に形成された金属薄膜5もその一部を除いて
破覆し、かつ正極2の側面に形成されたリード部7も被
覆している。そして、金属薄膜5の高分子膜8が被覆し
ていない部分には負極端子6が取り付けられ、リード部
7の高分子膜8が形成されなかった部分は正極例の端子
として使用される。
上記電池の製造は下記に示すようにして行なわれた。
基1i1には厚さ100 II m ”’C10mm 
X lo+nmの正方形1大のコーニングガラス705
9 (商品名)を用い、この基板上に四塩化チタン(T
iC14)と硫化水素(H2S)をソースガスとして化
学気相成長法により二硫化チタン(TiS2)を7mm
X7mm平方で約20μm厚に形成して正極2とした。
つぎに、この正極2上にLi4Si04−Li3POa
をスパッタ法により6mm×6+nm平方で約IOμm
厚に形成して固体電解質層3とし、さらに王記固体電解
質闇3上にリチウムを前着法により5mmX5mm平方
で約10μm厚に形成して負極4とした。つぎに、負極
4の露出部全面にニッケルを約277111’Xに;ぎ
着して負極4の露出部全面をニッケルを構成金属とする
金属薄膜5で被覆し0極4を保;隻した。
また、高分子n9で被覆後の正極例のリード敗り出しを
容易にするために、正極2の一方の側面およびそれに続
く基1反l上に茎着によって厚さ約1μmのニノγル薄
胞を形成してリード部7とした。
つぎに、エチレ7’C2H411をソースガスとしてブ
ーy ス’ ? @合Crl空度I X 110−2m
1ll1. ”Pir平販平極電極3.56 M Hz
の高周波を印加してグロー放電を行なう)により正極2
および固体電解質層3の露出部ならびに負極4上に形成
した金属薄膜5および正(侃2の側面に形成したリード
部7上にポリエチレ/を生体とする高分子11!i88
を形成した。膜厚は約5μmであった。
ただし、上記高分子11Aeの形成にあたっては、0、
氏端子6の取付けのために負極4上に形成した金属薄膜
5の一部、また正極側の端子として基板1上に形成した
リード部7の上にはマスクをして高分子膜が形成されな
いようにした。つぎに、負極4上に形成した金属薄膜5
の高分子膜8が形成されなかった部分に負極端子6を取
り付けて第1図に示す構成の電池を製造した。
上記電池は総厚でも約0.15mn+にすぎず、11程
度にまでしか薄くできなかった第2図に示す従来電池や
0.7mm程度にまでしか薄くできなかった第3図に示
す従来電池に比べてはるかに薄形であり、また形状自在
性も有していた。
実施例2 ガラス基板上に実施例1と同様にして正極、固体電解質
層および負湊を薄模状に順次形成し、負極の露出部に茎
着により二、ケルの薄膜を形成して負極の露出部を被覆
し、かつ正極の一方の(!す面およびそれに続くガラス
基板上にニッケルの薄膜を形成してリード部とした。
つぎに、スチレンをソースガスとしてプラズマ重合(真
空度I X 10−210−2l1、平行平板電極C1
3,56MHzの高周波を印加してグロー放電を行なう
)により実施例1の電池と同様の部位に厚さ約5μmの
ポリスチレンを主体とする高分子膜を形成した。
高分子膜の形成を上記のように行なったほかは実施例1
と同様にして固体薄膜電池を語造した。
比較例1 ガラス基板上に実施例1と同様にして正極、固体電解?
を所およびfJ、極を薄膜伏に順次形成し、それを何ら
被覆することなくそのまま電池とした。
上記゛ノζ施例1〜2および比較例1の電池を20℃相
りt 7S+!度309<の空気中に所定時間放置した
ときの内部抵抗変化を第1表に示す。なお、比較例1の
電池は10時間放置(7(には吸湿のため電池形状が保
てなくなり、内部抵抗のj11定をすることができなか
った。
第   1   表 第1表に示すように、負極の露出部を金属薄膜で被覆し
さらに該金属薄膜も含め正極および固体電解質層の露出
部をポリエチレン、ボリスチレ/などを主体とする高分
子膜で被覆した実施例1〜2の電池では、そのような金
属薄I19や高分子膜による被覆をしていない比較例1
の電池に比へて、内部抵抗の増加が少なく、発電要素を
金属薄膜や高分子膜で被覆する封正によって、電池とし
て実用性を有することが明らかにされた。
ただし、有機物の高分子膜は多かれ少なかれ透湿性、通
気性を有しているので、゛長間(呆存に対して::問題
か山1、 ・ニーニー 1j、 !fil Iイ”存が
要91さね、イ。
場合二こは、」二記夫廠f91+ 1および2の電池の
高分子+91ニコらに二、’rル、アルミニウム、1l
=liL亜紹、鉗 イノジウムなとから1巽ばれた合圧
の薄IAを゛とイqにり1.:形成し ・ば・要てb相
ぽさらにその上からプラズマ重合で高分子膜(市ねれば
よい。そのように巳でもPl丑はせいせい20〜50I
JIN程度1.か増lぷせず、第2凹め第3図に示す従
来電池に比へて:、Lろかにr:vいr”a +1!!
を!写ることができる。
;イC明の功!!!〕 lり上説明しグこように、本発明によれば、超薄形の固
体薄膜電池が12供される。
ta面の簡単な説明 第1図51本発明の固体薄膜電池の一犬施(夕11を示
す断面図であり、第2図〜第3図は従来の薄形固(本電
解質電/也を示す断面図で5ちる。
1 基板  2・・正極、  3−・・固体電解′R層
、1− Q、 157、  ラ・金属薄片9、 8・・
高分子膜1・・−基板 2−・・正j÷ 3・ −固イネを解9T、4ン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板1上に薄膜状の正極2、固体電解質層3およ
    び負極4を形成し、負極4の露出部全面を金属薄膜5で
    被覆し、正極2および固体電解質層3の露出部を高分子
    膜8で被覆したことを特徴とする固体薄膜電池。
  2. (2)負極4の露出部を被覆する金属薄膜5も高分子膜
    8で被覆した特許請求の範囲第1項記載の固体薄膜電池
  3. (3)基板1上に正極2、固体電解質層3および負極4
    を順次気相法で薄膜状に形成し、負極4の露出部全面に
    蒸着により金属薄膜5を形成して負極4の露出部全面を
    金属薄膜5で被覆し、正極2および固体電解質層3の露
    出部上にプラズマ重合により高分子膜8を形成して正極
    2および固体電解質層3の露出部を高分子膜8で被覆す
    ることを特徴とする固体薄膜電池の製造方法。
  4. (4)負極4の露出部を被覆する金属薄膜5上にもプラ
    ズマ重合により高分子膜8を形成して金属薄膜5も高分
    子膜8で被覆する特許請求の範囲第3項記載の固体薄膜
    電池の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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