JPS6244960A - 薄膜二次電池の製造装置 - Google Patents

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〕 乙の発明は、固体型の薄膜二次電池、特に薄膜リチウム
二次電池の製造装置に関するものである。

〔従来の技術〕

固体型薄膜リチウム二次電池は、総て固体であるので液
漏れがなく、かつ自己放電の少ない信頼性の高い電池と
して、また充放電可能な高エネルギー密度の電池として
近年注目されてきている。

従来の薄膜リチウム二次電池は、例えばテレビジロン学
会誌Ｖｏ　ｌ　、　３８．　Ｎｏ、　５　（１９８４）
第４４０〜４４５頁に開示さねている［ＷＩ膜リチウム
２次電池１によれば、正極をＴｉ５ｚ、電解質を１．１
４Ｓｉ０４　１．１３Ｐｏ４系の非晶質、負極をＩ、１
とし、それらが積層されｔ：構成をしている。乙のよう
な電Ｖ１０を製造する従来の方法は、３つの異なった成
膜プロセスで構成されている。すなわち、まず基板トに
正極としてＴｉＳ２を化学蒸着法（ＣＶｒｌ法）で成膜
する。その原料はＴｉ１１４と＋（、Ｓである。次に高
周波スパッタリング法で電解質を成膜し、次いで蒸着法
により負極を成膜した後、リチウムを蒸着法で成膜１７
て薄膜二次電池を製造している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

子連のＪ゛うに従来の薄膜リチウム二次電池製造装置は
、ＣｖＤ装置、スパッタリング装置および蒸着装置と３
つの異なった原理の薄膜製造装置を使うｔ：め、全体の
装置が大きくなりその費用も多くなるのみならず、装置
の維持費がＱｔ−成膜装置、１り多くかかる。また、電
解質をスパッタリング法−Ｃ成膜するので非晶質の膜し
か得られず、リチウムβアルミナのようなリチウムイオ
ンの良好な導電性を示す特異な結晶構造を有ずろものは
スパッタリング後、加熱処理を施す必要があった。

この発明は、１−記の、１うな問題点を解決するｌ：め
になされたもので、単一の成膜装置で正極、電解質、負
極の薄膜をそわそれ形成して薄膜電池の製造装置を提供
すること、およびこれによってイオン伝導性の良好な結
晶化薄膜を形成することが可能な薄膜二次電池を提供す
ることを目的をする。

ｒ問題点を解決するための手段１ この発明に係る薄膜二次電池の製造装置は、クラスタガ
ン部、複数個のクラスタガン、複数個のるつぼ、複数個
のノズルより構成されたクラスターイオンビーム蒸着装
置（以下これをＩＣＢ装置と略称ずろ）とするとともに
、各るつぼに正極、電解質、負極原料をそれぞれ準備１
７、るつぼ温度。

加速電圧を制御可能と１７なものである。

［作用］ この発明におけろ薄膜二次電池の製造装置は、同一のペ
ルジャー内で、基板を移動することなく正極、電解質、
負極が成膜され、そして加速電圧／Ｊ　） を制御することに、１．り良好なイオン導電率を示す結
晶薄膜電解質が成膜される。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例による第１図の構成図につい
て説明ずろ。第１図において、（１）はベルジャー部、
（２）は真空排気部、（３）は電源部、（４）はステン
レス板の基板部、（５１）〜（５４）はクラスタガン部
、（６）はガス供給配管、（７）はガス流量調整器、（
８）はガス供給源、（９）は拡散ボン−ｆ、　（１０）
はロータリーポンプ、（１１）は排気管、（１２１１〜
（１２３１は切替えバルブである。なお、上記クラスタ
ガン部（５１）〜（５４）はそれぞれクラスタガン、る
つぼ、ノズルを１組として構成さオ］、それらが４組具
備されている。そ１７て、前記各るつぼには順にチタン
［１）。

硫黄（５２）、アルミニウム（５３）、リチウム（５４
）がそれぞれ充填されている。また、電源部（３）は加
速電源、るつぼ加熱電源を具備し、かつそれぞれ加速電
圧制御型、温度制御器が内臓されている。

次にその動作について説明する。まず、切替えバルブ（
１２１）、　（１２３）は閉、　（１２２）は開の状態
で、Ｉ’ｌｌ ロータリーポンプ（１０Ｌ拡散ポンプ（９）を運転状態
にする。次に切替えバルブ（１２２）を閉、　（１２１
）を開として、ベルジャー部（１）の内部真空を荒引き
する。ここで、ベルジャー部ｆｉｌ内の圧力力０．１Ｔ
ｏｒｒ以下になっｔことき、切替えバルブ（１２１１を
閉。

（１２２）を開と１７で、ベルジャー部（１）内を６ｘ
ｌＯ−７Ｔｏｒｒまで減圧する。次にクラスタガン部（
５１）。

（５２）を作動させて、チタンおよび硫黄を加熱蒸発さ
せてクラスタガン化し、そして加速電圧を制御して、基
板部（４）上に二硫化チタン（ＴｉＳ２１の結晶化薄膜
（正極）を成膜させる。次にクラスタガン部（５１）、
　　（５２）の作動を止め、（５３）　、　　（５４）
を作動させて、アルミニウムおよびリチウムを加熱蒸発
させてこれをクラスタイオン化し、そして加速電圧を制
御するとともに、さらにガス供給源（８）からの酸素を
ガス流量調整器（７）で流量調整した後、ガス供給配管
（６）を経てベルジャー部（＋１内へ導入ずろ。その結
果、基板部（４）上にＬｉｇＯ−ＡＩ、２０３化合物（
Ｉ、−一βアルミナ）の結晶化薄膜電解質が成膜される
。最後にクラスタガン部（５４）のみを作動させて前記
／Ｇｌ Ｌ　ｉ　−βアルミツトに１、Ｉ薄膜を成１１り１７、
か＜１７て薄膜二次電〆１ｔ２を！！１造することがで
きろ。

ここで、ベノＬンヤ一部（１）内の分圧は１０−４〜１
０−”Ｔｏｒｒの間の所定の圧力に制御さ１１、そして
電解質成欣時の酵素分圧は＋０　’−１０−３Ｔｏｒｒ
の間の所定の圧力に制御さ第１ている。、二１ｋ、加速
電圧は　０．２〜５ｋＶの間の所定の値に制御されてい
る。

なお、十記実施例でｔｉｔ上記の構成を有する薄膜＋１
　；Ｆ−ウムニ次電池（−）　１．ｉ　ｌ　＋、■−β
−Ａｊ　２０３　ｌ　Ｔｉ５２（１勺について説明１７
たが、ヨウ化リチウム蒸発用のりラスタガン部を追加す
ることに、１゛り下記の構成を有する薄膜リチウム二次
電池（−）■、ｉｌＴ、ｉ＋（人ｅ　２０３）　　Ｉ　
Ｔｌ５２　（」）を製造ずろこともてきる。

まｔ：、クラスタガン部（５１）のるつぼに代わりにモ
Ｉ＋−／デノを充填することに、１゛す、下記の薄膜り
千つムニ次電ン出（−）ＬｉｌＴ、菟−β−人ｅ２０３
０（Ｏ８２（＋）を製造ずろ乙とができる。

〔発明の効果〕

以トのように、この発明によオ］ば、薄膜リチつムニ次
電池を複数のクラスガン部を有するｌＣＢ装置を用いて
製造するために、単一ベルジャ−内で薄膜リチウム二次
電池を製造する乙とができるので経済的である。Ｊた、
加速電圧を制御することによね蒸着法とかスパッタ法な
どの通常の成膜装置でｌ：ｔ　１％られない良好なイオ
ン導電性を有する結晶薄膜電解質が得ら第１るので、第
２図（横軸は電気醍Ｑを示し、縦軸は電圧■を示す）に
示す３１うな性能の、Ｌい二次電池が得られｔ−８

【図面の簡単な説明】

第１図は乙の発明の一実施例による薄膜二次電池製造装
置の構成を示した模式図、第２図はその電池の性能を示
１７た特性線図である。 図中、（１）はベルジャー部、（２）は真空排気部、（
３）は電源部、（４）は基板部、（５１）〜（５４）は
クラスタガン部、（６）はガス供給配管、（７）はガス
流電調整器、（８）は酸素ガス供給源、（９）は拡散ポ
ンプ、（１０）はロータリーポンプ、（１１）は排気管
、（１２］）〜（１２３）は切替えパルプである。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図 ２　糞！１非莞１都　　　　　　　　１０　　Ｄ−タリ
ー水′ンフ。 ３電５Ｒ部　　Ｉ＋２４１−％堂 ４　基　１反　部　　　　５１〜５４　クフスグカ゛／
部６　がだ力皓配管　　１２１〜１２３　契替バルフ第
２図 電気量Ｑ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に固体薄膜負極、固体薄膜電解質および固
   体薄膜正極を積層して得られる薄膜二次電池をベルジャ
   ー部３クラスタガン部、ターゲット部、電源部および真
   空排気系で構成されるクラスターイオンビーム蒸着装置
   を用いて製造することを特徴とする薄膜二次電池の製造
   装置。
2. （２）クラスタガン部が複数個のるつぼおよび複数個の
   ノズルより構成されているクラスターイオンビーム蒸着
   装置を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜二次電池の製造装置。
3. （３）クラスタガン部が４個のクラスタガンおよび４個
   のるつぼを含み、各るつぼにはリチウム、アルミニウム
   、チタニウム、硫黄がそれぞれ蒸発源として備えられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の薄膜二次電池の製造装置。
4. （４）ベルジャー部にガス供給配管が施されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項 〜第３項記載の薄膜二次電池の製造装置。
5. （５）電源部にはるつぼ温度制御器、加速電圧制御器を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ４項記載の薄膜二次電池の製造装置。