KR100789540B1 - 알칼리 금속 박막 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

매우 얇고, 균일하며, 대기에 의해 열화되지 않는 리튬 금속 박막을 구비하는 부재를 제공한다. 그와 같은 부재(10)는 기재(11)와, 기재(11) 상에 기상 성장법에 의해 형성된 리튬 금속 박막(12)을 구비한다. 박막(12)의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 기재(11)는, 예를 들면 금속, 합금, 금속 산화물 또는 탄소를 포함한다. 기재(11)의 두께는, 예를 들면 1㎛ 이상 100㎛ 이하이다. 부재(10)는 리튬 전지용 전극 부재로서 사용된다.
박막 형성 장치, 챔버, 리튬 금속 박막 부재, 기재, 금속 산화물

Description

알칼리 금속 박막 부재 및 그 제조 방법{THIN ALKALI METAL MEMBER AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제조 방법에 사용되는 장치의 전체를 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명에 의한 부재의 일례를 나타내는 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 박막 형성 장치
2 : 박막 형성 장치 입구
3 : 박막 형성 장치 출구
4, 5 : 챔버
10 : 리튬 금속 박막 부재
11 : 기재
12 : 리튬 금속 박막
본 발명은 알칼리 금속 박막 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 리튬 전지 등에 사용되는 리튬 금속 박막 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 소형 경량화가 진행되고, 거기에 사용되는 전원으로서의 전지에도 소형 경량화의 요구가 높아지고 있다. 리튬 금속을 음극에 이용한 전지는 소형 경량화에 적합하여 주목받고 있다. 그래서, 조금이라도 전지의 사이즈를 작게 하기 위해서는 리튬 금속의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.
리튬 금속박을 제작하는 방법으로서 압연이 있고, 특개평10-58007에 그 방법의 일례가 기재되어 있지만, 20㎛ 이하로 얇게 할 수는 없다. 또한, 리튬 금속은 물과 반응하기 쉽고, 대기에 노출되면 열화되기 쉬운 문제가 있었다.
한편, 고체형의 박막 리튬 2차 전지가 종래 제안되어 있다. 특개소62-44960호 공보는, 클러스터 이온 빔 증착 장치 내에서, 기판 상에 양극으로서의 이황화 티탄 박막, 전해질로서의 Li2O-Al2O3 박막, 및 음극으로서의 Li 박막을 순서대로 형성하여, 고체 2차 전지를 제조하는 것을 개시한다. 또한, 특공평5-48582호 공보는 그와 같은 고체 전지를 위한 전해질 재료를 개시한다. 그러나, 이들 고체 전지에 관한 문헌은 리튬을 사용한 음극을 독립하여 제조하는 기술을 제안하는 것은 아니다.
본 발명의 하나의 목적은, 보다 얇은 리튬 금속 박막을 전지에 사용할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 매우 얇고, 균일하며, 대기에 의해 열화되지 않는 리튬 금속 박막 부재를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 기상 성장법에 의해 20㎛ 이하의 리튬 금속막을 형성할 수 다있는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.
본 발명에 의한 알칼리 금속 박막 부재는 기재와, 기재 상에 기상 성장법에 의해 형성된 알칼리 금속 및 알칼리 금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 박막을 구비한다.
본 발명에 의한 알칼리 금속 박막 부재에 있어서, 박막의 두께는 0.1㎛ 이상 20㎛ 이하로 할 수 있다. 핀 홀을 적게 하기 위해서, 박막의 두께는 0.1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 박막의 두께는 0.1㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의한 알칼리 금속 박막 부재에 있어서, 박막 두께의 면내 변동 범위는 ±30% 이내로 할 수 있다. 즉, 박막 단면에 있어서의 박막의 두께 변동은 박막의 평균 두께의 ±30% 이내인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 알칼리 금속 박막 부재에 있어서, 기재의 두께는 1㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 기재는 금속, 합금, 금속 산화물 및 탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 기재는 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 니오븀, 티탄, 텅스텐, 마그네슘, 금, 은, 백금, 이들 2종 이상을 조합한 합금, 및 스테인레스강으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
전형적으로, 본 발명에 있어서 박막은 리튬 및 리튬 합금으로 이루어진 군으 로부터 선택된 재료를 포함한다. 특히, 본 발명은 리튬 전지용 전극 부재로서 제공된다.
본 발명에 의한 알칼리 금속 박막 부재의 제조 방법은, 기재 상에 알칼리 금속 및 알칼리 금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 박막을 기상 성장법에 의해 형성하는 공정을 구비한다.
예를 들면, 기상 성장법은 스퍼터링, 진공 증착, 레이저 박리 및 이온 플레이팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 것 중 어느 하나이다. 기상 성장법에 있어서의 백그라운드의 진공도는 1.33×10-4㎩(1×10-6Torr) 이하인 것이 바람직하다. 이것은 진공도가 나쁘면, 알칼리 금속 박막의 산화나 수분에 의한 열화가 발생하기 때문이다. 기상 성장법에 있어서 박막을 형성하기 위한 분위기는, 예를 들면, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 혹은 이들 2종 이상을 조합한 혼합 기체 등의 알칼리 금속, 특히 리튬과 반응하지 않는 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 리튬 금속 박막의 수분에 의한 열화가 발생하지 않도록, 상기 분위기를 구성하는 기체의 순도는 99.99% 이상인 것이 바람직하다.
리튬 등의 금속 박막을 피착시키는 기재로서, 금속, 합금, SnO2 등의 금속 산화물, 그래파이트 등의 도전성 탄소 등을 예로 들 수 있다. 금속이나 합금으로서 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 니오븀, 티탄, 텅스텐, 인듐, 몰리브덴, 마그네슘, 금, 은, 백금 중 어느 하나, 또는 이들 2종류 이상의 합금, 혹은 스테인레스강을 사용할 수 있다. 기재의 두께는 리튬 전지 등의 사이즈를 작게 하기 위해서 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 기재의 강도를 높이기 위해서 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 기재의 두께는, 예를 들면, 1㎛∼100㎛로 할 수 있고, 소형화를 위해 1㎛∼20㎛로 할 수 있다.
또한, 박막을 형성하기 위한 원료로서의 알칼리 금속을 박막 형성 장치 내에 반입할 때, 및 형성된 알칼리 금속 박막을 박막 형성 장치로부터 추출할 때, 원료나 알칼리 금속 박막을 대기에 노출시키는 것은 수분에 의한 열화를 야기하기 때문에, 바람직하지 못하다. 그래서, 박막 형성 장치 입구에 부착된 챔버 내에서 밀폐 용기로부터 원료를 추출하여 박막 형성 장치 내에 원료를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 박막 형성 장치 출구에 부착된 챔버 내에서, 형성된 알칼리 금속 박막을 밀폐 용기 내로 옮기고, 밀폐된 상태로 대기 중으로 추출하는 것이 바람직하다.
즉, 바람직한 형태에 있어서, 본 발명에 의한 제조 방법은 대기로부터 격리된 상태로 박막을 형성하기 위한 장치에 인접하여 설치된, 알칼리 금속에 대하여 실질적으로 불활성인 챔버 내에 있어서, 알칼리 금속 및 알칼리 금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 밀폐 용기로부터 추출하는 공정과, 추출된 재료를 대기에 노출시키지 않고 챔버 내로부터 상기 장치로 옮기는 공정을 더 구비하고, 장치로 이동된 재료로 박막을 형성한다. 또한, 바람직한 형태에 있어서, 본 발명에 의한 제조 방법은, 박막을 형성하기 위한 장치로부터, 대기로부터 격리된 상태로 박막을 형성하기 위한 장치에 인접하여 설치된, 알칼리 금속에 대하여 실질적으로 불활성인 챔버 내로, 박막이 형성된 부재를 대기에 노출시키지 않고 옮기는 공정과, 옮겨진 부재를 챔버 내에 있어서 밀폐 용기 내에 수용하는 공정을 더 구비한다.
박막 형성 장치 입구에 부착된 챔버, 박막 형성 장치 출구에 부착된 챔버, 및 박막 형성 장치를 채우는 가스로는 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤 중 어느 하나, 또는 이들 2종 이상의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 이들 가스의 순도는 99.99% 이상인 것이 바람직하다. 혹은, 그와 같은 불활성 가스 대신, 노점이 -50℃ 이하인 건조 공기를 사용할 수 있다. 원재료를 추출하여 장치로 옮길 때, 혹은, 조제된 박막 부재를 챔버 내로 옮겨 밀폐 용기 내에 수용할 때, 박막 형성 장치 및 그에 인접하는 챔버에 상기 가스를 충전하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 제조 방법은 리튬 전지용 전극 부재, 특히 리튬 2차 전지용 음극 부재의 제조에 적용할 수 있다. 이 경우, 기재 상에 리튬 및 리튬 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 기상 성장법에 의해 박막을 형성할 수 있다. 이 때, 박막의 두께가 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 얻어진 리튬 전지용 음극 부재 상에 무기 고체 전해질을 포함하는 박막을, 적당한 방법 예를 들면 기상 성장법에 의해 형성하여 리튬 2차 전지용 음극을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 리튬 전지용 음극 부재의 제조 방법이 제공되고, 이 방법은 상기 제조 방법에 의해 얻어진 리튬 전지용 음극 부재의 리튬 및 리튬 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 박막 상에, 무기 고체 전해질을 포함하는 박막을 형성하는 공정을 구비한다. 무기 고체 전해질을 포함하는 박막은, 예를 들면, 다음의 A로부터 C로 나타낸 성분을 함유한다.
A : 원자 백분률로 30% 이상 65% 이하의 리튬,
B : 인, 규소, 붕소, 게르마늄 및 갈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종류 이상의 원소, 및
C : 유황.
무기 고체 전해질을 포함하는 박막은, 또한 산소 또는 질소 중 적어도 어느 하나를 함유해도 좋다. 원소 B의 함유량은 원자 백분률로, 전형적으로 0.1%∼30%이다. 원소 C의 함유량은 원자 백분률로, 전형적으로 20%∼60%이다. 산소 또는 질소의 한쪽 또는 양쪽의 함유량은 전형적으로 0.1%∼10%이다.
본 발명에 의한 리튬 전지용 음극 부재의 제조 방법에 있어서, 무기 고체 전해질을 포함하는 박막의 25℃에서의 이온 전도도(도전율)를 1×10-4S/㎝ 이상으로 할 수 있다.
본 발명의 기타 목적 및 특징은, 첨부 도면을 참조한 이하의 실시예를 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 아래의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
실시예 1
이하, 리튬을 예로 들어 본 발명을 또한 설명한다. 리튬 금속 원료의 박막 형성 장치로의 반입 방법, 및 형성된 리튬 금속 박막의 추출 방법에 대하여 설명한다. 도 1은 박막의 제조에 사용하는 장치 전체를 나타내고 있다. 우선, 유리나 플라스틱 등의 밀폐 용기에 넣은 리튬 금속 원료를 박막 형성 장치(1)의 입구에 부착된 챔버(4)에 넣은 후, 챔버(4) 내의 공기를 빼내고, 계속해서 챔버(4) 내를 순도 99.99%의 아르곤 가스로 채운다. 또한, 박막 형성 장치(1) 내도 순도 99.99%의 아르곤 가스로 채워 놓는다. 챔버(4)에는 글로브가 부착되어 있고, 글로브에 손을 넣어 챔버(4) 내에서 작업할 수 있다. 챔버(4) 내에서 밀폐 용기를 열어 리튬 금속 원료를 추출한다. 그리고, 박막 형성 장치(1)의 입구(2)의 도어를 열어 리튬 금속 원료를 박막 형성 장치(1) 내에 세트하고, 입구(2)의 도어를 닫는다. 이와 같이 하여, 대기에 노출시키지 않고, 리튬 금속 원료를 박막 형성 장치(1) 내에 설치한다.
박막 형성 장치(1) 내에서 기상 성장법에 의해 리튬 금속 박막을 기재 상에 형성한 후, 박막 형성 장치(1) 내를 순도 99.99%의 아르곤 가스로 채운다. 계속해서, 박막 형성 장치(1)의 출구(3)에 부착된 챔버(5) 내의 공기를 빼낸 후, 순도 99.99%의 아르곤 가스로 챔버(5)를 채운다. 챔버(5)에도 챔버(4)와 마찬가지로 글로브가 부착되어 있고, 글로브에 손을 넣어 챔버(5) 내에서 작업할 수 있다. 박막 형성 장치(1)의 출구(3)의 도어를 열어 박막 형성 장치(1) 내로부터 형성된 리튬 금속 박막 부재를 추출하여 챔버(5) 내에 놓고, 출구(3)의 도어를 닫는다. 챔버(5) 내에는 미리 유리나 플라스틱 등의 밀폐 용기를 넣어 두고, 형성된 리튬 금속 박막 부재를 밀폐 용기에 넣어 밀폐한 후, 대기 중으로 추출한다. 이와 같이 하면, 대기에 노출시키지 않고 리튬 금속 박막 부재를 박막 형성 장치(1)로부터 추출할 수 있고, 다른 장소로 운반할 수 있다.
또한, 여기서 사용하는 가스로는 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤 중 어느 하나, 또는 이들 2종 이상의 혼합 가스, 혹은 노점 -50℃ 이하인 건조 공기를 적절하게 이용할 수 있고, 어느 것을 이용해도 문제는 없다. 각각의 챔버나 박막 형성 장치 내에 사용하는 가스는, 형편에 따라서, 동일한 가스라도 좋고, 각각 다른 가스를 사용해도 좋다.
또한, 도 1에 도시한 장치에서는 박막 형성 장치 입구(2)와 박막 형성 장치 출구(3)를 따로따로 하였지만, 이것을 하나로 하여 입구와 출구를 겸용으로 하고, 하나의 챔버를 통해 박막 형성 장치로의 원료의 반입 및 박막 형성 장치로부터의 박막 부재의 추출을 행하여도 좋다.
여러 가지의 조건 하에서, 리튬 금속 박막을 기재 상에 기상 성장에 의해 형성하였다. 표 1에 리튬 금속 박막을 형성한 수법, 기상 성장 시에 있어서의 백그라운드의 진공도, 박막 형성 시의 분위기 가스, 형성된 리튬 금속 박막의 막 두께, 기재의 재질, 기재의 두께를 기록하였다. 스퍼터링 및 레이저 박리에 있어서의 박막 형성 시의 분위기 가스는 99.99%의 순도인 것을 사용하였다.
형성한 어떠한 리튬 금속 박막도, 면내(일단면 내)에서의 두께의 변동 범위는 평균 두께의 ±30% 이내로 균일하였다. 막의 표면을 광학 현미경으로 관찰하였더니, 리튬 금속막의 두께가 0.1㎛인 No.4만 1개소에서 핀 홀이 발견되었지만, 그 밖의 리튬 금속막에서는 핀 홀은 확인할 수 없었다. 또한 수분에 의한 열화 부분도 없었다.
Figure 112007005004314-pat00005
도 2에 본 발명에 의한 부재의 일례를 나타낸다. 리튬 금속 박막 부재(10)에 있어서, 기재(11) 상에는 기상 성장법에 의한 리튬 금속 박막(12)이 형성되어 있다. 박막(12)은 기상 성장법에 의해 얻어지는 특유의 조직을 갖고 있다. 박막(12)의 두께는 전형적으로는 0.1㎛∼20㎛이고, 바람직하게는 1㎛∼10㎛이다. 기재(11)의 두께는 전형적으로는 1㎛∼100㎛이다.
본 발명에 의한 부재는, 특히 리튬 전지용 전극 부재로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 의한 부재의 리튬 금속 박막 상에 무기 고체 전해질 등의 필요한 재료를 부여함으로써, 리튬 2차 전지용의 음극을 얻을 수 있다. 그와 같은 음극에 다공질 폴리머의 세퍼레이터, 양극, 유기 전해액 등의 필요한 요소를 조합함으로써, 리튬 2차 전지를 얻을 수 있다. 무기 고체 전해질에는, 예를 들면, 황화물계, 산화물계, 질화물계, 및 이들 혼합계인 산질화물계, 산황화물계가 있다. 황화물에는, 예를 들면, Li2S, Li2S와 SiS2의 화합물, Li2S와 GeS2의 화합물 및 Li2S와 Ga2S3의 화합물이 있다. 산질화물에는, 예를 들면, Li3PO4-xN 2x/3, Li4SiO4-xN2x/3, Li4GeO4-xN2x/3(0<x<4), Li3BO3-xN2x/3 (0<x<3)이 있다.
이상에 나타낸 리튬 대신 리튬 합금을 사용할 수도 있다. 리튬 합금의 첨가 원소에는, 예를 들면, In, Ti, Zn, Bi 및 Sn이 있다. 리튬 합금도 스퍼터링, 진공 증착, 레이저 박리 등의 일반적인 기상 성장법에 의해 기재 상에 피착시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 알칼리 금속 박막에도 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 있어서, 나트륨, 칼륨, 루비듐 또는 세슘의 박막을 기상 성장법에 의해 기재 상에 형성해도 좋다.
실시예 2
상기 표 1에 나타내는 No.7 부재의 리튬 금속 박막 상에, Li2S-SiS2-P2O 5계 타겟을 이용하여, 스퍼터링법에 의해 Ar 가스 분위기 중에서, 실온으로 두께 1㎛의 무기 고체 전해질 박막을 형성하였다. 이 공정에 의해, 리튬 전지용 음극 부재를 얻었다. 또, 여기서는 표 1의 No.7 리튬 금속 박막을 이용하였지만, 다른 리튬 금속 박막을 이용해도 좋다. 또한, 무기 고체 전해질 박막은 스퍼터링, 진공 증착, 레이저 박리 또는 이온 플레이팅 중 어느 것으로도 제작할 수 있다. 또한, 무기 고체 전해질 박막은 리튬 금속 박막을 형성하는 장치와 동일한 장치를 이용하여 연속적으로 형성해도 좋고, 다른 장치에 기재를 옮겨 형성해도 좋다.
형성된 무기 고체 전해질 박막은 X선 회절 측정에 있어서 비정질 상태였다. 또한, 무기 고체 전해질 박막의 이온 전도도는 25℃에서 3×10-4S/㎝이었다. 박막의 조성은, 분석 결과, 원자 비율로 Li(0.43) : Si(0.12) : S(0.44) : P(0.003) : O(0.007)인 것을 알았다.
상술한 바와 같이 무기 고체 전해질 박막을 형성하여 얻어진 음극 부재를 사용하여 이하와 같은 리튬 2차 전지를 제작하고, 특성 평가를 행하였다. 에틸렌카보네이트(EC)와 프로필렌카보네이트(PC)의 혼합 용액을 가열하고, 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 고농도로 용해시킨 것을 냉각하여, LiPF6이 용해된 EC 및 PC을 다량으로 함유한 PAN을 제작하였다. 이 PAN 중에 활성 물질이 되는 LiCoO2 입자, 및 전자 전도성을 부여하는 탄소 입자를 혼합하고, 얻어진 혼합물을 20㎛ 두께의 알루미늄박(양극 집전체) 상에 300㎛ 두께로 도포하여 양극으로 하였다.
상기한 바와 같이 고체 전해질 박막을 형성한 음극 부재, 세퍼레이터(다공질 폴리머 필름), 및 양극을 스테인레스제 밀봉 용기 중에 중첩하여 설치하고, 또한 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트의 혼합 용액에 전해염으로서 1몰%의 LiPF6을 용해시킨 유기 전해액을 적하하여, 노점 -60℃ 이하의 아르곤 가스 분위기 하에 서 리튬 2차 전지를 제작하였다.
제작된 전지의 충방전 특성을 평가하였다. 그 결과, 충전 전압을 4.2V로 하고, 100㎃ 방전에 의해 3.5V까지 전압이 저하될 때까지의 용량은 0.5Ah(암페어시)였다. 또한, 에너지 밀도는 490Wh(왓트시)/1(리터)이었다. 또한 동일한 조건 하에서 100회의 사이클 충방전을 행하여도 안정적이었다.
이와 같이, 매우 얇은 리튬 전지용 전극 부재를 얻을 수 있었다. 실시예 2에서는, 리튬 금속 박막 상에 무기 고체 전해질을 형성하고 있기 때문에, 충방전 시 음극 상에서 발생하는 리튬 금속의 수지형 성장이 억제된, 충방전 사이클 특성이 우수한, 안정성이 높은 리튬 2차 전지용 음극 부재가 얻어지고 있다.
실시예 3
타겟을 Li2S-SiS2-Li2O-P2O5로 한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 리튬 금속 박막 상에 고체 전해질 박막을 형성하고, 2차 전지 음극 및 2차 전지를 제작하여 평가를 행하였다. 고체 전해질 박막의 조성은 원자 비율로 Li(0.43) : Si(0.12) : S(0.44) : P(0.002) : O(0.008)가 되고, 그 이온 전도도는 4×10-4S/㎝가 되었다. 그 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
실시예 4
타겟을 Li2S-SiS2로 한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 리튬 금속 박막 상에 고체 전해질 박막을 형성하고, 2차 전지 음극 및 2차 전지를 제작하여 평가를 행하였다. 고체 전해질 박막의 조성은 원자 비율로 Li(0.40) : Si(0.13) : S(0.47) : O(검출 한계 이하)가 되고, 그 이온 전도도는 3.5×10-4S/㎝가 되었다. 그 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
실시예 5
타겟을 LiS-SiS2-Li3PO4로 한 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 리튬 금속 박막 상에 고체 전해질 박막을 형성하고, 2차 전지 음극 및 2차 전지를 제작하여 평가를 행하였다. 고체 전해질 박막의 조성은 원자 비율로 Li(0.41) : Si(0.13) : S(0.45) : P(0.002) : O(0.008)가 되고, 그 이온 전도는 4.5×10-4S/㎝가 되었다. 그 이외에는 실시예 2와 마찬가지의 결과가 얻어졌다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 매우 얇고, 균일하며, 대기에 의해서 열화되지 않는 알칼리 금속 박막, 특히 리튬 금속 박막을 제공할 수 있다. 그와 같은 박막을 구비하는 부재는, 특히, 전지용 전극 부재로서 유용하다.

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  10. 알칼리 금속 박막 부재의 제조 방법으로서,
    (a) 구리, 니켈, 알루미늄, 철, 니오븀, 티탄, 텅스텐, 인듐, 몰리브덴, 마그네슘으로 이루어진 군, 상기 군 중에서 적어도 2개의 금속을 포함한 합금, 스테인레스강, 및 도전 탄소를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료의 기재를 준비하는 단계;
    (b) 알칼리 금속 및 알칼리 금속 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 원재료를 포함하는 알칼리 금속 박막을 상기 기재 상에 직접 기상 성장시키는 단계; 및
    (c) 상기 알칼리 금속 박막이 0.1㎛ ~ 20㎛ 범위 이내의 두께와, 상기 박막 두께의 ±30%의 면내 두께 변동 범위를 가질 때까지, 상기 기상 성장 단계를 지속하는 단계를 포함하고,
    상기 기상 성장 단계는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤으로 이루어진 군, 및 상기 군 중에서 2개 이상의 기체를 혼합한 기체를 포함하는 그룹으로부터 선택된 기체 분위기에서 수행되는
    알칼리 금속 박막 부재의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기상 성장 단계는 스퍼터링, 진공 증착, 레이저 박리 및 이온 플레이팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 임의 단계인 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 기상 성장 단계는 1.33×10-4㎩(1×10-6Torr) 보다 높지 않은 진공에서 수행되는 제조 방법.
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  14. 제10항에 있어서,
    상기 기체 분위기는 적어도 99.99%의 순도를 갖는 제조 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    (d) 상기 원재료를 용기에 넣고, 상기 용기를 밀폐하여 상기 밀폐 용기가 상기 원재료를 보유하도록 하는 단계와,
    (e) 상기 원재료가 상기 밀폐 용기 내에 보유된 채, 상기 밀폐 용기를 박막 형성 장치의 보조 챔버 내에 수용하는 단계와,
    (f) 상기 보조 챔버를 탈기시켜 진공 챔버를 형성하는 단계와,
    (g) 상기 밀폐 용기를 개방시켜 상기 진공 챔버 내의 상기 개방된 용기로부터 상기 원재료를 추출하는 단계와,
    (h) 상기 원재료를 상기 진공 챔버로부터 상기 박막 형성 장치에 옮긴 후 상기 박막 형성 장치에서 상기 기상 성장 단계 (b)를 수행하여 상기 알칼리 금속 박막 부재를 제조하는 단계
    를 더 포함하는 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원재료를 상기 보조 챔버 내의 상기 용기로부터 추출하여 상기 박막 형성 장치 내로 옮길 때, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤으로 이루어진 군, 상기 군 중에서 2개 이상의 기체를 혼합한 기체, 및 -50℃ 이하의 노점을 갖는 건조 공기를 포함하는 그룹으로부터 선택된 기체를 상기 진공 챔버 내로, 및 상기 박막 형성 장치 내로 도입시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 박막 부재를 대기에 노출시키지 않기 위해, 상기 알칼리 금속 박막 부재를 상기 박막 형성 장치로부터 진공 공간 내로 이동시키는 단계와, 상기 알칼리 금속 박막 부재를 상기 진공 공간 내의 밀폐가능한 용기 내에 수용하는 단계와, 상기 밀폐가능한 용기를 밀폐하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 박막 부재를 상기 진공 공간 내로 옮기고 상기 밀폐가능한 용기 내에 수용할 때, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤으로 이루어진 군, 상기 군 중에서 2개 이상의 기체를 혼합한 기체, 및 -50℃ 이하의 노점을 갖는 건조 공기를 포함하는 그룹으로부터 선택된 기체를 상기 진공 공간 내로, 및 상기 박막 형성 장치 내로 도입시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  19. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 박막용의 상기 원재료는 리튬 전지용 음극을 제조하기 위해 리튬 및 리튬 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 리튬 전지용 음극을 제조하기 위해 상기 알칼리 금속 박막 상에 무기 고체 전해질 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    원자 백분률로 30% ~ 65%의 범위 내의 리튬과, 원자 백분률로 20% ~ 60%의 범위 내의 유황과, 원자 백분률로 0.1% ~ 30%의 범위 내의 인, 규소, 붕소, 게르마늄 및 갈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상의 원소들을 포함하는 재료의 상기 무기 고체 전해질 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 무기 고체 전해질 층은 원자 백분률로 0.1% ~ 10%의 범위 내의 산소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하는 제조 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 무기 고체 전해질 층은 25℃에서의 이온 전도도가 적어도 1×10-4S/㎝인 제조 방법.
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