非水電解質電池の製造方法および非水電解質電池
【課題】気相法による固体電解質層の成膜時に固体電解質層に不具合が生じることを抑制できる非水電解質電池の製造方法を提供する。
【解決手段】正極集電体１１となる金属基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層１２を形成した正極層１（正極層）を作製する。そして、正極層１の正極活物質層１２上に固体電解質層（ＳＥ層３）を気相法により形成する際、正極層１の温度変化を±３０℃以内に制御する。正極層１の温度変化を制御することで、ＳＥ層３の成膜中においても、ＳＥ層３の成膜後においても、ＳＥ層３に作用する引張応力を小さくすることができる。その結果、不具合の殆どないＳＥ層３を形成することができる。
【解決手段】正極集電体１１となる金属基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層１２を形成した正極層１（正極層）を作製する。そして、正極層１の正極活物質層１２上に固体電解質層（ＳＥ層３）を気相法により形成する際、正極層１の温度変化を±３０℃以内に制御する。正極層１の温度変化を制御することで、ＳＥ層３の成膜中においても、ＳＥ層３の成膜後においても、ＳＥ層３に作用する引張応力を小さくすることができる。その結果、不具合の殆どないＳＥ層３を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極層と負極層、及びこれら両層の間に介在される固体電解質層を有する非水電解質電池の製造方法および非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器といった比較的小型の電気機器の電源に、正極層と、負極層と、これら電極層の間に介在される電解質層とを備える非水電解質電池が利用されている。電池に備わる電極層は、集電機能を有する集電体と、活物質を含む活物質層とを備える。このような非水電解質電池のなかでも特に、正・負極層間のＬｉイオンの移動により充放電を行うＬｉイオン電池は、小型でありながら高い放電容量を備える。
【０００３】
近年、このようなＬｉイオン電池において、有機電解液に代えて不燃性の無機固体電解質を電解質層に用いた全固体Ｌｉイオン電池の研究が行われている。また、このような全固体Ｌｉイオン電池において、正極層、負極層および固体電解質層を気相法により形成することも提案されている。
【０００４】
例えば本出願人の出願である特許文献１には、気相法により、正極集電体となるＳＵＳ基板上に、ＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質層、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５からなる固体電解質層、Ｌｉ金属からなる負極活物質層を順次成膜することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００６８５６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者らが上記特許文献１の技術について更に研究した結果、気相法で成膜した硫化物系の固体電解質層が正極層から剥落、欠落したり、固体電解質層に割れが生じたりするなどの不具合が生じる場合があることが分かった。特に、大面積の固体電解質層を形成した場合に不具合が生じ易く、その解決が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、気相法による固体電解質層の成膜時に固体電解質層に不具合が生じることを抑制できる非水電解質電池の製造方法、およびこの製造方法により製造した非水電解質電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは固体電解質層に不具合が生じる原因を検討した結果、次のような知見を得た。
【０００９】
金属製の集電体と正極活物質層とを備える正極層上に硫化物系の固体電解質層を気相法により形成する場合、蒸発源からの輻射熱などにより、正極層と成膜途中の固体電解質の温度が段々と上昇する。このような成膜中の正極層と固体電解質の温度上昇は、厚い固体電解質層を形成するなど、長時間にわたる成膜を行う場合や、大面積の固体電解質層を形成することに好適な真空蒸着法で固体電解質層を形成する場合に顕著となる。その場合、金属製の集電体を含む正極層の熱膨張係数の方が固体電解質の熱膨張係数よりも大きいため、成膜中の温度変化が大きいと、正極層の膨張収縮量と固体電解質の膨張収縮量との差に起因して、完成した固体電解質層に不具合が生じ易いと考えられる。これらの知見に基づいて、本発明者らは、成膜開始から終了に至る正極層の温度変化を抑えることで、完成した固体電解質層に生じる不具合を抑制するという技術思想に至り、本発明を完成させた。
【００１０】
（１）本発明非水電解質電池の製造方法は、正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池の製造方法であって、正極層作製工程と電解質層形成工程とを備える。正極層作製工程は、正極層の集電体となる金属基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層を形成した正極層を作製する工程である。一方、電解質層形成工程は、正極層の正極活物質層上に固体電解質層を気相法により形成する工程である。そして、本発明非水電解質電池の製造方法は、電解質層形成工程において、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度をＴ０とし、固体電解質層の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたときに、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内となるように正極層の温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、固体電解質層の成膜期間を通じて正極層の温度とその正極層上に成膜される固体電解質の温度とが大きく変動することがない。つまり、固体電解質層の成膜時に、正極層が大きく膨張・収縮することがないので、成膜時の固体電解質層に損傷が生じることを抑制できる。
【００１２】
（２）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、Ｔ１−Ｔ０が±１５℃以内であることが好ましい。
【００１３】
上記構成とすることにより、固体電解質層に生じる不具合をより確実に抑制することができる。
【００１４】
（３）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度Ｔ０を常温としても良い。
【００１５】
ここで言う常温とは、非水電解質電池の使用温度であり、１５〜２５℃前後のことである。上記構成によれば、常温から固体電解質層の成膜を開始すれば、成膜開始から成膜終了に至るまでの間はもちろん、成膜終了後に常温に戻すときにも正極層の温度変化を小さくでき、正極層の膨張・収縮を抑制できる。その結果、正極層と固体電解質層との膨張収縮量の差を小さくでき、固体電解質層に不具合が生じることを抑制できる。
【００１６】
（４）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度Ｔ０を１００〜１５０℃としても良い。
【００１７】
成膜開始時の正極層温度を高く設定すると、正極層上に結晶化した固体電解質が成膜される。そして、固体電解質層を成膜後に常温に戻す際は、固体電解質層に比べて高い熱膨張係数を有する正極層の方が固体電解質層よりも収縮量が大きいため、固体電解質層には圧縮応力が作用する。既に述べたように、固体電解質は圧縮には強いため、常温に戻す際に損傷し難い。また、結晶化した固体電解質は、非晶質の固体電解質よりも優れたＬｉイオン伝導性を有するため、非水電解質電池の放電容量を向上させることができる。
【００１８】
（５）本発明非水電解質電池は、正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池に係る。この本発明非水電解質電池は、電池に備わる正極層が、金属製の集電体と正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層とを備える。そして、本発明非水電解質電池は、電池に備わる固体電解質層の残留応力が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする。なお、ここでいう残留応力は、成膜時の温度履歴により引張応力ともなり得るし、圧縮応力ともなり得る。
【００１９】
本発明非水電解質電池は、電池に備わる固体電解質層の残留応力が小さく、固体電解質層に不具合が殆ど生じていない電池である。また、固体電解質層の残留応力が小さいため、正極層と固体電解質層との複合体が殆ど反っておらず、この複合体を備える電池も殆ど反っていない。そのため、この電池を複数積層する際、各電池に反りを矯正するための曲げ応力が作用し難いので、各電池に不具合が生じ難い。
【００２０】
（６）本発明非水電解質電池の一形態として、固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００２１】
固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であると、正極層と固体電解質層との複合体がほぼ平坦になるため、この複合体を備える電池もほぼ平坦になる。そのため、この電池を積層する際、電池の反りを矯正する必要が殆どなく、反りを矯正することにより電池の損傷を効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、不具合を殆ど生じることなく固体電解質層を形成することができる。その結果、正・負極間の短絡が生じ難い非水電解質電池を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る非水電解質電池の概略構成図である。
【図２】固体電解質層を成膜する際の正極層のΔＴ（最高到達温度Ｔｐ−成膜開始温度Ｔ０）と、形成される固体電解質層の残留応力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明非水電解質電池とその製造方法の実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２５】
＜全体構成＞
本発明非水電解質電池１００は、正極層１、負極層２、およびこれら電極層１，２の間に介在される固体電解質（ＳＥ）層３を備えている。さらに、電池１００は、正極層１とＳＥ層３の間に中間層４を備えている。以下、電池１００の各構成を、電池１００を作製する際の形成順序に沿って説明する。
【００２６】
＜各構成＞
≪正極層≫
正極層１は、集電機能を有する正極集電体１１と、その一面側に形成される正極活物質層１２とを備える。この正極層１を作製するには、まず正極集電体１１となる導電性の金属基板を用意し、その金属基板の一面側に気相法により正極活物質層１２を成膜すると良い。気相法で形成した正極活物質層１２は、Ｌｉイオン伝導性が低い非晶質となる傾向にある。そこで、正極集電体１１上に成膜した正極活物質層１２を５５０〜６５０℃×２〜６ｈアニールし、結晶化させることが好ましい。
【００２７】
正極層１のうち、正極集電体層１１の材質としては、種々の金属（Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕなど）や合金を使用できるが、特に、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレスが好適である。ステンレスは、後述する組成式の正極活物質層１２との密着性が良く、好ましい。また、ステンレスは、正極集電体１１として要求される機械的強度を備えると共に、正極活物質を劣化させる元素を含まない点でも正極集電体１１の材質として好ましい。
【００２８】
一方、正極層１の正極活物質層１２に含まれる正極活物質としては、Ｌｉ複合酸化物、特に、ＬｉαＸβ(１−Ｘ)Ｏ２（α＝Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎから選択される１種以上；β＝Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂｉから選択される１種以上；０．５≦Ｘ≦１．０）で表される物質が好ましい。例えば、ＬｉＣｏＯ２（α＝Ｃｏ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉＯ２（α＝Ｎｉ、Ｘ＝１）、ＬｉＭｎＯ２（α＝Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（α＝Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２（α＝Ｎｉ＋Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２（α＝Ｃｏ＋Ｎｉ、β＝Ａｌ、Ｘ＝０．９５）などを挙げることができる。
【００２９】
≪中間層≫
中間層４は、正極活物質層１２とＳＥ層３との間で、正極活物質と固体電解質とが反応して高抵抗層が形成されることを抑制するためのものである。このような中間層４の材料としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３や、ＬｉＴａＯ３などのＬｉイオン伝導性酸化物を利用することができる。
【００３０】
≪ＳＥ層≫
ＳＥ層３は、正極層１と負極層２との間のＬｉイオンの遣り取りを媒介する層である。ＳＥ層３に要求される特性は、低電子伝導性で、高Ｌｉイオン伝導性であることである。ＳＥ層３の材質は硫化物であり、代表的にはＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５がＬｉイオン伝導性の面から好適である。Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５にさらにＰ２Ｏ５などの酸化物を含有させ、ＳＥ層３の電気化学的安定性を向上させても良い。
【００３１】
このＳＥ層３は、正極層１を基材とする気相法により形成する。気相法のなかでも真空蒸着法（特に、抵抗加熱蒸着法）は、大面積の成膜を行うことに好適であるが、その反面、蒸発源からの輻射熱により正極層１の温度が上昇し易い。そこで、本実施形態では、ＳＥ層３の成膜開始から終了に至るまでの間、正極層１を冷却するなどして正極層１の温度変化を抑制し、成膜時の正極層１の膨張量を小さくする。具体的には、ＳＥ層３の成膜開始時における正極層１の温度をＴ０、ＳＥ層３の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたとき、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内、より好ましくは±１５℃以内となるように正極層１の温度変化を抑制する。正極層１の温度調節は、例えば、正極層１を真空チャンバー内の蒸発源に対向する位置に固定するためのホルダーに冷媒（例えば、フッ素化合物）を循環させることで行えば良い。
【００３２】
上述したように、成膜時の正極層１の温度変化を抑制することで、成膜時の正極層１の膨張・収縮を抑制することができる。その結果、正極層１と、正極層１上に形成されつつあるＳＥ膜との膨張収縮量の差に起因するＳＥ膜の不具合を抑制できる。具体的に、ＳＥ膜の不具合を抑制できるメカニズムを説明すると、以下の通りである。
【００３３】
まず、ＳＥは、一般的に圧縮に強いが引張には弱い。この前提を踏まえて、Ｔ１−Ｔ０を０℃以上３０℃以下とした場合を考えると、成膜中の正極層１は膨張することになるが、その膨張量が小さいため、正極層１上のＳＥ膜に作用する引張応力も小さく、ＳＥ膜に不具合が生じ難い。そして、正極層１にＳＥ層３を成膜した複合体を常温（≒成膜開始時のＴ０）に戻すと、正極層１の方がＳＥ層３よりも縮むのでＳＥ層３には圧縮応力が作用するが、既に述べたようにＳＥは圧縮に強いため損傷し難い。加えて、常温に戻すときの圧縮応力は、成膜時の引張応力と相殺されることも、ＳＥ層３に損傷が生じ難い一因である。
【００３４】
次に、Ｔ１−Ｔ０を−３０℃以上０℃未満とした場合を考えると、成膜中の正極層１は収縮することになり、正極層１上のＳＥ膜には圧縮応力が作用するので、ＳＥ膜に不具合が生じ難いと考えられる。そして、正極層１にＳＥ層３を成膜した複合体を常温（≒Ｔ０）に戻すと、正極層１が膨張してＳＥ層３に引張応力が作用しようとするが、この引張応力はＳＥ層３の成膜中に導入された圧縮応力と相殺される。
【００３５】
以上説明したように、成膜時の正極層１の温度変化を抑制することによって成膜時と成膜後にＳＥ層３に作用する圧縮応力と引張応力とが相殺されるため、完成したＳＥ層３の残留応力は、非常に小さくなっている。具体的な残留応力の値は、成膜時の正極層１の温度変化が±３０℃以内であれば凡そ３０ＭＰａ以下、温度変化が±１５℃以内であれば凡そ１０ＭＰａ以下となる。なお、この残留応力は、熱履歴により引張応力となる場合もあるし、圧縮応力となる場合もある。
【００３６】
また、上述したように、成膜開始から終了に至る正極層１の温度変化を抑制することでＳＥ層３に不具合が生じることを抑制できるため、成膜開始時の温度Ｔ０を比較的自由に設定することができる。例えば、成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０を常温とした場合、成膜開始から終了に至るまでの間はもちろん、成膜終了後に複合体を常温に戻すときにも正極層１およびＳＥ層３の膨張・収縮を抑制できるので、ＳＥ層３に不具合が生じることをより効果的に抑制できる。一方、成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０を１００℃〜１５０℃とした場合、ＳＥ層３の結晶化を促進することができ、結晶化によるＳＥ層３のＬｉイオン伝導性を改善することができる。
【００３７】
≪負極層≫
図１の負極層２は、負極集電体２１と負極活物質層２２とを備える。負極集電体２１としては、ＣｕやＡｌなどを利用できる。また、負極活物質層２２に含まれる負極活物質としては、金属Ｌｉの他、ＳｉやＣのようにＬｉと化合物を形成することができる元素や、Ｎｂ２Ｏ５などのＬｉと化合物を形成することができる化合物を利用することができる。
【００３８】
＜試作例＞
実施形態に示す非水電解質電池１００と同様の構成を備える電池を作製し、電池としての機能を試験した。まず、電池１００のうち、正極集電体１１からＳＥ層３までを備える試料を複数作製し、各試料のＳＥ層３の形成状態を観察した。次いで、各試料に負極層２を形成して電池１００を完成させ、その電池１００の特性を測定した。
【００３９】
≪試料の作製≫
まず、電池１００の作製にあたり、面積２ｃｍ２で厚さ３０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ基板を複数用意した。このＳＵＳ３１６Ｌ基板は、電池１００の正極集電体１１を構成するものである。
【００４０】
用意したＳＵＳ３１６Ｌ基板の一面に、面積２ｃｍ２で平均厚さ１０μｍのＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質層１２を成膜した。正極活物質層１２の成膜には、ＡｒとＯ２の混合ガスを用いたＲＦ（高周波）スパッタリングを用いた。正極集電体１１の一面側に正極活物質層１２を形成した正極層１は、６５０℃で３時間、空気雰囲気下でアニールした。
【００４１】
次に、正極活物質層１２の上に、面積１．６ｃｍ２で厚さ１０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる中間層４を成膜した。中間層４の成膜には、エキシマレーザーアブレーション法を用いた。
【００４２】
さらに、中間層４の上に、面積１．２ｃｍ２で厚さ１０μｍのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｐ２Ｏ５からなるＳＥ層３を成膜した。ＳＥ層３の成膜には、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５−Ｐ２Ｏ５を蒸発源とする二元系の抵抗加熱法を用いた。ＳＥ層３の成膜は常温（２０℃）から開始し、成膜の間中、正極層１の温度を測定しながら必要に応じて正極層１を冷却しつつ行った。ここで、本試作例では、成膜中の正極層１の最高到達温度Ｔｐ（本例では成膜終了時）と成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０との差ΔＴを１０℃前後、２５℃前後、９５℃前後となるように設定した試料Ａ〜Ｃを作製した。得られた３系統の試料について、片持ち梁法（ＪＡＳＯ Ｍ３０６、Ｍ３２９）に基づいて残留応力を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１に示すように、温度差ΔＴが小さくなるほどＳＥ層３の残留応力（引張応力）が低くなり、正極層１からＳＥ層３が剥離し難かった。
【００４５】
また、得られた試料Ａ〜Ｃの外観上の相違点を観察すると、まず試料ＡはＳＥ層３側に凹となるように反って、ほぼ筒状に丸まっていたのに対して、試料ＢはＳＥ層３側に凹となるように若干反っているだけであり、試料Ｃに至っては全く反っておらずほぼ平板な状態であった。試料Ａが丸まっていたのは、成膜時にＳＥ層３に作用する引張応力によりＳＥ層３に割れが生じたため、試料Ａを常温に戻す際にＳＥ層３に圧縮応力があまり作用せずに、試料Ａの反りが矯正されなかったためと推察される。一方、試料Ｂ，Ｃが殆ど反っていなかったのは、成膜時にＳＥ層３に作用する引張応力が小さいのでＳＥ層３に割れが生じなかったため、試料Ｂ，Ｃを常温に戻す際に、成膜時にＳＥ層３に蓄積された引張応力を相殺するような圧縮応力がＳＥ層３に作用したためであると推察される。
【００４６】
さらに、試料Ａ〜ＣについてＸ線回折をおこなったところ、試料Ａは結晶質、試料Ｂ，Ｃは非晶質であった。
【００４７】
≪非水電解質電池の作製≫
次に、上記試料Ａ〜ＣのＳＥ層３上に、面積０．８ｃｍ２で厚さ１０ｎｍのＳｉ膜（図示せず）と、面積０．８ｃｍ２で厚さ０．７μｍのＬｉ金属からなる負極活物質層２２とを、エキシマレーザーアブレーション法、及び真空蒸着法を用いて形成することで電池１００を完成させた。ここで、Ｓｉ膜は、ＳＥ層３と負極活物質層２２との密着性を向上させるためのものである。また、この電池１００における負極活物質層２２は、負極集電体２１を兼ねる。
【００４８】
作製した電池１００について、完成直後の開路電圧（初期のＯＣＶ）と、完成後１２時間経過後の開路電圧（１２ｈ後のＯＣＶ）を測定した。その結果を表２に示す。なお、表中の電池のアルファベットは、使用した試料のアルファベットに対応している。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示すように、試料Ｂ，Ｃを使用した電池Ｂ，Ｃは、完成直後のＯＣＶ（初期ＯＣＶ）と完成後１２時間後のＯＣＶの両方が、試料Ａを使用した電池Ａよりも高かった。電池ＡのＯＣＶが低かったのは、もともと試料ＡにおけるＳＥ層３の形成状態が悪い上、ＳＥ層３の上に負極層２を形成するにあたり試料Ａの反りを矯正したときにＳＥ層３に不具合が生じたためではないかと推察される。
【００５１】
一方、電池Ｂ，Ｃを比較すると、両者の初期のＯＣＶと１２ｈ後のＯＣＶに殆ど差はなかったが、これら電池Ｂ，Ｃを積層構造にすると電池Ｃの方が優れた特性を発揮すると考えられる。それは、電池Ｂが若干反っているため、電池Ｂを積層した際に電池Ｂに曲げ応力が作用し、電池ＢのＳＥ層３に不具合が生じる虞があるからである。これに対して、電池Ｃはほぼ平坦であるため、積層する際に電池ＣのＳＥ層３に曲げ応力が殆ど作用しないため、電池ＣのＳＥ層３に不具合が生じ難いと推察される。
【００５２】
＜試験例＞
次に、ＳＥ層３を成膜する際の正極層１の温度を種々変化させて、試作例と同様の構成を備える正極層１とＳＥ層３の複合体を複数作製した。そして、作製した複合体におけるＳＥ層３の残留応力（引張応力）を測定した。その結果を図２のグラフに示す。
【００５３】
図２は、成膜時の正極層１の温度変化ΔＴをＸ軸、成膜後のＳＥ層３の残留応力をＹ軸としたグラフに、試験結果をプロットしたグラフである。また、図中に示す直線は、Ｙ＝１．３２０５Ｘ−１２．８５８（相関係数ｒの２乗は０．７８８８）で表される近似直線であり、ΔＴが小さくなるほどＳＥ層３の残留応力が小さくなることが明らかになった。因みに、この近似直線のＸに３０（＝ΔＴ：℃）を代入すると、Ｙ（残留応力：ＭＰａ）は約２６．８、Ｘに１５を代入すると、Ｙは約７であり、正極層１の温度変化ΔＴを３０℃以内とすることで、反りが小さい電池を作製できることがわかった。
【００５４】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更等可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明非水電解質電池の製造方法は、携帯機器などの電源となる非水電解質電池を製造することに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 非水電解質電池
１ 正極層 １１ 正極集電体 １２ 正極活物質層
２ 負極層 ２１ 負極集電体 ２２ 負極活物質層
３ ＳＥ層
４ 中間層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極層と負極層、及びこれら両層の間に介在される固体電解質層を有する非水電解質電池の製造方法および非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器といった比較的小型の電気機器の電源に、正極層と、負極層と、これら電極層の間に介在される電解質層とを備える非水電解質電池が利用されている。電池に備わる電極層は、集電機能を有する集電体と、活物質を含む活物質層とを備える。このような非水電解質電池のなかでも特に、正・負極層間のＬｉイオンの移動により充放電を行うＬｉイオン電池は、小型でありながら高い放電容量を備える。
【０００３】
近年、このようなＬｉイオン電池において、有機電解液に代えて不燃性の無機固体電解質を電解質層に用いた全固体Ｌｉイオン電池の研究が行われている。また、このような全固体Ｌｉイオン電池において、正極層、負極層および固体電解質層を気相法により形成することも提案されている。
【０００４】
例えば本出願人の出願である特許文献１には、気相法により、正極集電体となるＳＵＳ基板上に、ＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質層、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５からなる固体電解質層、Ｌｉ金属からなる負極活物質層を順次成膜することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００６８５６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、本発明者らが上記特許文献１の技術について更に研究した結果、気相法で成膜した硫化物系の固体電解質層が正極層から剥落、欠落したり、固体電解質層に割れが生じたりするなどの不具合が生じる場合があることが分かった。特に、大面積の固体電解質層を形成した場合に不具合が生じ易く、その解決が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、気相法による固体電解質層の成膜時に固体電解質層に不具合が生じることを抑制できる非水電解質電池の製造方法、およびこの製造方法により製造した非水電解質電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは固体電解質層に不具合が生じる原因を検討した結果、次のような知見を得た。
【０００９】
金属製の集電体と正極活物質層とを備える正極層上に硫化物系の固体電解質層を気相法により形成する場合、蒸発源からの輻射熱などにより、正極層と成膜途中の固体電解質の温度が段々と上昇する。このような成膜中の正極層と固体電解質の温度上昇は、厚い固体電解質層を形成するなど、長時間にわたる成膜を行う場合や、大面積の固体電解質層を形成することに好適な真空蒸着法で固体電解質層を形成する場合に顕著となる。その場合、金属製の集電体を含む正極層の熱膨張係数の方が固体電解質の熱膨張係数よりも大きいため、成膜中の温度変化が大きいと、正極層の膨張収縮量と固体電解質の膨張収縮量との差に起因して、完成した固体電解質層に不具合が生じ易いと考えられる。これらの知見に基づいて、本発明者らは、成膜開始から終了に至る正極層の温度変化を抑えることで、完成した固体電解質層に生じる不具合を抑制するという技術思想に至り、本発明を完成させた。
【００１０】
（１）本発明非水電解質電池の製造方法は、正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池の製造方法であって、正極層作製工程と電解質層形成工程とを備える。正極層作製工程は、正極層の集電体となる金属基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層を形成した正極層を作製する工程である。一方、電解質層形成工程は、正極層の正極活物質層上に固体電解質層を気相法により形成する工程である。そして、本発明非水電解質電池の製造方法は、電解質層形成工程において、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度をＴ０とし、固体電解質層の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたときに、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内となるように正極層の温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、固体電解質層の成膜期間を通じて正極層の温度とその正極層上に成膜される固体電解質の温度とが大きく変動することがない。つまり、固体電解質層の成膜時に、正極層が大きく膨張・収縮することがないので、成膜時の固体電解質層に損傷が生じることを抑制できる。
【００１２】
（２）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、Ｔ１−Ｔ０が±１５℃以内であることが好ましい。
【００１３】
上記構成とすることにより、固体電解質層に生じる不具合をより確実に抑制することができる。
【００１４】
（３）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度Ｔ０を常温としても良い。
【００１５】
ここで言う常温とは、非水電解質電池の使用温度であり、１５〜２５℃前後のことである。上記構成によれば、常温から固体電解質層の成膜を開始すれば、成膜開始から成膜終了に至るまでの間はもちろん、成膜終了後に常温に戻すときにも正極層の温度変化を小さくでき、正極層の膨張・収縮を抑制できる。その結果、正極層と固体電解質層との膨張収縮量の差を小さくでき、固体電解質層に不具合が生じることを抑制できる。
【００１６】
（４）本発明非水電解質電池の製造方法の一形態として、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度Ｔ０を１００〜１５０℃としても良い。
【００１７】
成膜開始時の正極層温度を高く設定すると、正極層上に結晶化した固体電解質が成膜される。そして、固体電解質層を成膜後に常温に戻す際は、固体電解質層に比べて高い熱膨張係数を有する正極層の方が固体電解質層よりも収縮量が大きいため、固体電解質層には圧縮応力が作用する。既に述べたように、固体電解質は圧縮には強いため、常温に戻す際に損傷し難い。また、結晶化した固体電解質は、非晶質の固体電解質よりも優れたＬｉイオン伝導性を有するため、非水電解質電池の放電容量を向上させることができる。
【００１８】
（５）本発明非水電解質電池は、正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池に係る。この本発明非水電解質電池は、電池に備わる正極層が、金属製の集電体と正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層とを備える。そして、本発明非水電解質電池は、電池に備わる固体電解質層の残留応力が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする。なお、ここでいう残留応力は、成膜時の温度履歴により引張応力ともなり得るし、圧縮応力ともなり得る。
【００１９】
本発明非水電解質電池は、電池に備わる固体電解質層の残留応力が小さく、固体電解質層に不具合が殆ど生じていない電池である。また、固体電解質層の残留応力が小さいため、正極層と固体電解質層との複合体が殆ど反っておらず、この複合体を備える電池も殆ど反っていない。そのため、この電池を複数積層する際、各電池に反りを矯正するための曲げ応力が作用し難いので、各電池に不具合が生じ難い。
【００２０】
（６）本発明非水電解質電池の一形態として、固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００２１】
固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であると、正極層と固体電解質層との複合体がほぼ平坦になるため、この複合体を備える電池もほぼ平坦になる。そのため、この電池を積層する際、電池の反りを矯正する必要が殆どなく、反りを矯正することにより電池の損傷を効果的に抑制できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明非水電解質電池の製造方法によれば、不具合を殆ど生じることなく固体電解質層を形成することができる。その結果、正・負極間の短絡が生じ難い非水電解質電池を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る非水電解質電池の概略構成図である。
【図２】固体電解質層を成膜する際の正極層のΔＴ（最高到達温度Ｔｐ−成膜開始温度Ｔ０）と、形成される固体電解質層の残留応力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明非水電解質電池とその製造方法の実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２５】
＜全体構成＞
本発明非水電解質電池１００は、正極層１、負極層２、およびこれら電極層１，２の間に介在される固体電解質（ＳＥ）層３を備えている。さらに、電池１００は、正極層１とＳＥ層３の間に中間層４を備えている。以下、電池１００の各構成を、電池１００を作製する際の形成順序に沿って説明する。
【００２６】
＜各構成＞
≪正極層≫
正極層１は、集電機能を有する正極集電体１１と、その一面側に形成される正極活物質層１２とを備える。この正極層１を作製するには、まず正極集電体１１となる導電性の金属基板を用意し、その金属基板の一面側に気相法により正極活物質層１２を成膜すると良い。気相法で形成した正極活物質層１２は、Ｌｉイオン伝導性が低い非晶質となる傾向にある。そこで、正極集電体１１上に成膜した正極活物質層１２を５５０〜６５０℃×２〜６ｈアニールし、結晶化させることが好ましい。
【００２７】
正極層１のうち、正極集電体層１１の材質としては、種々の金属（Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕなど）や合金を使用できるが、特に、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレスが好適である。ステンレスは、後述する組成式の正極活物質層１２との密着性が良く、好ましい。また、ステンレスは、正極集電体１１として要求される機械的強度を備えると共に、正極活物質を劣化させる元素を含まない点でも正極集電体１１の材質として好ましい。
【００２８】
一方、正極層１の正極活物質層１２に含まれる正極活物質としては、Ｌｉ複合酸化物、特に、ＬｉαＸβ(１−Ｘ)Ｏ２（α＝Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎから選択される１種以上；β＝Ｆｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｂｉから選択される１種以上；０．５≦Ｘ≦１．０）で表される物質が好ましい。例えば、ＬｉＣｏＯ２（α＝Ｃｏ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉＯ２（α＝Ｎｉ、Ｘ＝１）、ＬｉＭｎＯ２（α＝Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（α＝Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２（α＝Ｎｉ＋Ｍｎ、Ｘ＝１）、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２（α＝Ｃｏ＋Ｎｉ、β＝Ａｌ、Ｘ＝０．９５）などを挙げることができる。
【００２９】
≪中間層≫
中間層４は、正極活物質層１２とＳＥ層３との間で、正極活物質と固体電解質とが反応して高抵抗層が形成されることを抑制するためのものである。このような中間層４の材料としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３や、ＬｉＴａＯ３などのＬｉイオン伝導性酸化物を利用することができる。
【００３０】
≪ＳＥ層≫
ＳＥ層３は、正極層１と負極層２との間のＬｉイオンの遣り取りを媒介する層である。ＳＥ層３に要求される特性は、低電子伝導性で、高Ｌｉイオン伝導性であることである。ＳＥ層３の材質は硫化物であり、代表的にはＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５がＬｉイオン伝導性の面から好適である。Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５にさらにＰ２Ｏ５などの酸化物を含有させ、ＳＥ層３の電気化学的安定性を向上させても良い。
【００３１】
このＳＥ層３は、正極層１を基材とする気相法により形成する。気相法のなかでも真空蒸着法（特に、抵抗加熱蒸着法）は、大面積の成膜を行うことに好適であるが、その反面、蒸発源からの輻射熱により正極層１の温度が上昇し易い。そこで、本実施形態では、ＳＥ層３の成膜開始から終了に至るまでの間、正極層１を冷却するなどして正極層１の温度変化を抑制し、成膜時の正極層１の膨張量を小さくする。具体的には、ＳＥ層３の成膜開始時における正極層１の温度をＴ０、ＳＥ層３の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたとき、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内、より好ましくは±１５℃以内となるように正極層１の温度変化を抑制する。正極層１の温度調節は、例えば、正極層１を真空チャンバー内の蒸発源に対向する位置に固定するためのホルダーに冷媒（例えば、フッ素化合物）を循環させることで行えば良い。
【００３２】
上述したように、成膜時の正極層１の温度変化を抑制することで、成膜時の正極層１の膨張・収縮を抑制することができる。その結果、正極層１と、正極層１上に形成されつつあるＳＥ膜との膨張収縮量の差に起因するＳＥ膜の不具合を抑制できる。具体的に、ＳＥ膜の不具合を抑制できるメカニズムを説明すると、以下の通りである。
【００３３】
まず、ＳＥは、一般的に圧縮に強いが引張には弱い。この前提を踏まえて、Ｔ１−Ｔ０を０℃以上３０℃以下とした場合を考えると、成膜中の正極層１は膨張することになるが、その膨張量が小さいため、正極層１上のＳＥ膜に作用する引張応力も小さく、ＳＥ膜に不具合が生じ難い。そして、正極層１にＳＥ層３を成膜した複合体を常温（≒成膜開始時のＴ０）に戻すと、正極層１の方がＳＥ層３よりも縮むのでＳＥ層３には圧縮応力が作用するが、既に述べたようにＳＥは圧縮に強いため損傷し難い。加えて、常温に戻すときの圧縮応力は、成膜時の引張応力と相殺されることも、ＳＥ層３に損傷が生じ難い一因である。
【００３４】
次に、Ｔ１−Ｔ０を−３０℃以上０℃未満とした場合を考えると、成膜中の正極層１は収縮することになり、正極層１上のＳＥ膜には圧縮応力が作用するので、ＳＥ膜に不具合が生じ難いと考えられる。そして、正極層１にＳＥ層３を成膜した複合体を常温（≒Ｔ０）に戻すと、正極層１が膨張してＳＥ層３に引張応力が作用しようとするが、この引張応力はＳＥ層３の成膜中に導入された圧縮応力と相殺される。
【００３５】
以上説明したように、成膜時の正極層１の温度変化を抑制することによって成膜時と成膜後にＳＥ層３に作用する圧縮応力と引張応力とが相殺されるため、完成したＳＥ層３の残留応力は、非常に小さくなっている。具体的な残留応力の値は、成膜時の正極層１の温度変化が±３０℃以内であれば凡そ３０ＭＰａ以下、温度変化が±１５℃以内であれば凡そ１０ＭＰａ以下となる。なお、この残留応力は、熱履歴により引張応力となる場合もあるし、圧縮応力となる場合もある。
【００３６】
また、上述したように、成膜開始から終了に至る正極層１の温度変化を抑制することでＳＥ層３に不具合が生じることを抑制できるため、成膜開始時の温度Ｔ０を比較的自由に設定することができる。例えば、成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０を常温とした場合、成膜開始から終了に至るまでの間はもちろん、成膜終了後に複合体を常温に戻すときにも正極層１およびＳＥ層３の膨張・収縮を抑制できるので、ＳＥ層３に不具合が生じることをより効果的に抑制できる。一方、成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０を１００℃〜１５０℃とした場合、ＳＥ層３の結晶化を促進することができ、結晶化によるＳＥ層３のＬｉイオン伝導性を改善することができる。
【００３７】
≪負極層≫
図１の負極層２は、負極集電体２１と負極活物質層２２とを備える。負極集電体２１としては、ＣｕやＡｌなどを利用できる。また、負極活物質層２２に含まれる負極活物質としては、金属Ｌｉの他、ＳｉやＣのようにＬｉと化合物を形成することができる元素や、Ｎｂ２Ｏ５などのＬｉと化合物を形成することができる化合物を利用することができる。
【００３８】
＜試作例＞
実施形態に示す非水電解質電池１００と同様の構成を備える電池を作製し、電池としての機能を試験した。まず、電池１００のうち、正極集電体１１からＳＥ層３までを備える試料を複数作製し、各試料のＳＥ層３の形成状態を観察した。次いで、各試料に負極層２を形成して電池１００を完成させ、その電池１００の特性を測定した。
【００３９】
≪試料の作製≫
まず、電池１００の作製にあたり、面積２ｃｍ２で厚さ３０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ基板を複数用意した。このＳＵＳ３１６Ｌ基板は、電池１００の正極集電体１１を構成するものである。
【００４０】
用意したＳＵＳ３１６Ｌ基板の一面に、面積２ｃｍ２で平均厚さ１０μｍのＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質層１２を成膜した。正極活物質層１２の成膜には、ＡｒとＯ２の混合ガスを用いたＲＦ（高周波）スパッタリングを用いた。正極集電体１１の一面側に正極活物質層１２を形成した正極層１は、６５０℃で３時間、空気雰囲気下でアニールした。
【００４１】
次に、正極活物質層１２の上に、面積１．６ｃｍ２で厚さ１０ｎｍのＬｉＮｂＯ３からなる中間層４を成膜した。中間層４の成膜には、エキシマレーザーアブレーション法を用いた。
【００４２】
さらに、中間層４の上に、面積１．２ｃｍ２で厚さ１０μｍのＬｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｐ２Ｏ５からなるＳＥ層３を成膜した。ＳＥ層３の成膜には、Ｌｉ２ＳとＰ２Ｓ５−Ｐ２Ｏ５を蒸発源とする二元系の抵抗加熱法を用いた。ＳＥ層３の成膜は常温（２０℃）から開始し、成膜の間中、正極層１の温度を測定しながら必要に応じて正極層１を冷却しつつ行った。ここで、本試作例では、成膜中の正極層１の最高到達温度Ｔｐ（本例では成膜終了時）と成膜開始時の正極層１の温度Ｔ０との差ΔＴを１０℃前後、２５℃前後、９５℃前後となるように設定した試料Ａ〜Ｃを作製した。得られた３系統の試料について、片持ち梁法（ＪＡＳＯ Ｍ３０６、Ｍ３２９）に基づいて残留応力を測定した。これらの結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１に示すように、温度差ΔＴが小さくなるほどＳＥ層３の残留応力（引張応力）が低くなり、正極層１からＳＥ層３が剥離し難かった。
【００４５】
また、得られた試料Ａ〜Ｃの外観上の相違点を観察すると、まず試料ＡはＳＥ層３側に凹となるように反って、ほぼ筒状に丸まっていたのに対して、試料ＢはＳＥ層３側に凹となるように若干反っているだけであり、試料Ｃに至っては全く反っておらずほぼ平板な状態であった。試料Ａが丸まっていたのは、成膜時にＳＥ層３に作用する引張応力によりＳＥ層３に割れが生じたため、試料Ａを常温に戻す際にＳＥ層３に圧縮応力があまり作用せずに、試料Ａの反りが矯正されなかったためと推察される。一方、試料Ｂ，Ｃが殆ど反っていなかったのは、成膜時にＳＥ層３に作用する引張応力が小さいのでＳＥ層３に割れが生じなかったため、試料Ｂ，Ｃを常温に戻す際に、成膜時にＳＥ層３に蓄積された引張応力を相殺するような圧縮応力がＳＥ層３に作用したためであると推察される。
【００４６】
さらに、試料Ａ〜ＣについてＸ線回折をおこなったところ、試料Ａは結晶質、試料Ｂ，Ｃは非晶質であった。
【００４７】
≪非水電解質電池の作製≫
次に、上記試料Ａ〜ＣのＳＥ層３上に、面積０．８ｃｍ２で厚さ１０ｎｍのＳｉ膜（図示せず）と、面積０．８ｃｍ２で厚さ０．７μｍのＬｉ金属からなる負極活物質層２２とを、エキシマレーザーアブレーション法、及び真空蒸着法を用いて形成することで電池１００を完成させた。ここで、Ｓｉ膜は、ＳＥ層３と負極活物質層２２との密着性を向上させるためのものである。また、この電池１００における負極活物質層２２は、負極集電体２１を兼ねる。
【００４８】
作製した電池１００について、完成直後の開路電圧（初期のＯＣＶ）と、完成後１２時間経過後の開路電圧（１２ｈ後のＯＣＶ）を測定した。その結果を表２に示す。なお、表中の電池のアルファベットは、使用した試料のアルファベットに対応している。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示すように、試料Ｂ，Ｃを使用した電池Ｂ，Ｃは、完成直後のＯＣＶ（初期ＯＣＶ）と完成後１２時間後のＯＣＶの両方が、試料Ａを使用した電池Ａよりも高かった。電池ＡのＯＣＶが低かったのは、もともと試料ＡにおけるＳＥ層３の形成状態が悪い上、ＳＥ層３の上に負極層２を形成するにあたり試料Ａの反りを矯正したときにＳＥ層３に不具合が生じたためではないかと推察される。
【００５１】
一方、電池Ｂ，Ｃを比較すると、両者の初期のＯＣＶと１２ｈ後のＯＣＶに殆ど差はなかったが、これら電池Ｂ，Ｃを積層構造にすると電池Ｃの方が優れた特性を発揮すると考えられる。それは、電池Ｂが若干反っているため、電池Ｂを積層した際に電池Ｂに曲げ応力が作用し、電池ＢのＳＥ層３に不具合が生じる虞があるからである。これに対して、電池Ｃはほぼ平坦であるため、積層する際に電池ＣのＳＥ層３に曲げ応力が殆ど作用しないため、電池ＣのＳＥ層３に不具合が生じ難いと推察される。
【００５２】
＜試験例＞
次に、ＳＥ層３を成膜する際の正極層１の温度を種々変化させて、試作例と同様の構成を備える正極層１とＳＥ層３の複合体を複数作製した。そして、作製した複合体におけるＳＥ層３の残留応力（引張応力）を測定した。その結果を図２のグラフに示す。
【００５３】
図２は、成膜時の正極層１の温度変化ΔＴをＸ軸、成膜後のＳＥ層３の残留応力をＹ軸としたグラフに、試験結果をプロットしたグラフである。また、図中に示す直線は、Ｙ＝１．３２０５Ｘ−１２．８５８（相関係数ｒの２乗は０．７８８８）で表される近似直線であり、ΔＴが小さくなるほどＳＥ層３の残留応力が小さくなることが明らかになった。因みに、この近似直線のＸに３０（＝ΔＴ：℃）を代入すると、Ｙ（残留応力：ＭＰａ）は約２６．８、Ｘに１５を代入すると、Ｙは約７であり、正極層１の温度変化ΔＴを３０℃以内とすることで、反りが小さい電池を作製できることがわかった。
【００５４】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更等可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明非水電解質電池の製造方法は、携帯機器などの電源となる非水電解質電池を製造することに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００ 非水電解質電池
１ 正極層 １１ 正極集電体 １２ 正極活物質層
２ 負極層 ２１ 負極集電体 ２２ 負極活物質層
３ ＳＥ層
４ 中間層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池の製造方法であって、
正極層の集電体となる金属製基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層を形成した正極層を作製する正極層作製工程と、
前記正極層の正極活物質層上に固体電解質層を気相法により形成する電解質層形成工程と、を備え、
前記電解質層形成工程において、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度をＴ０とし、固体電解質層の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたときに、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内となるように正極層の温度を制御することを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項２】
Ｔ１−Ｔ０が±１５℃以内であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項３】
Ｔ０は常温であることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】
Ｔ０は１００〜１５０℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項５】
正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極層は、金属製の集電体と、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層と、を備え、
前記固体電解質層の残留応力が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項６】
前記固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質電池。
【請求項１】
正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池の製造方法であって、
正極層の集電体となる金属製基板の上に、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層を形成した正極層を作製する正極層作製工程と、
前記正極層の正極活物質層上に固体電解質層を気相法により形成する電解質層形成工程と、を備え、
前記電解質層形成工程において、固体電解質層の成膜開始時における正極層の温度をＴ０とし、固体電解質層の成膜開始から成膜終了に至るまでの正極層の温度のうち、Ｔ０に対して最大の乖離幅を持つ温度をＴ１としたときに、Ｔ１−Ｔ０が±３０℃以内となるように正極層の温度を制御することを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項２】
Ｔ１−Ｔ０が±１５℃以内であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項３】
Ｔ０は常温であることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】
Ｔ０は１００〜１５０℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項５】
正極層、負極層、およびこれら電極層の間に介在される硫化物系の固体電解質層を備える非水電解質電池であって、
前記正極層は、金属製の集電体と、正極活物質となるＬｉ複合酸化物を含有する正極活物質層と、を備え、
前記固体電解質層の残留応力が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項６】
前記固体電解質層の残留応力が１０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質電池。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１４２０３８（Ｐ２０１１−１４２０３８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３４（Ｐ２０１０−２８３４）
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月８日（２０１０．１．８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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