正極及蓄電裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】正極及蓄電裝置的制造方法
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日2012年4月13日，申請(qǐng)?zhí)?01210124226.3，發(fā)明名稱(chēng)為“正極及蓄電裝置的制造方法”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式涉及一種正極及蓄電裝置的制造方法。
[0003]另外，蓄電裝置是指具有蓄電功能的所有元件及裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來(lái)，對(duì)鋰離子二次電池及鋰離子電容器等的蓄電裝置進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。
[0005]伴隨于此，作為鋰離子二次電池的正極活性物質(zhì)，對(duì)能夠穩(wěn)定地供應(yīng)鋰的材料進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。
[0006]例如，作為鋰供應(yīng)源，已知鈷酸鋰(LiCoO2)等包含鋰(Li)及鈷(Co)的化合物等(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0007][專(zhuān)利文獻(xiàn)I]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2009— 295514號(hào)公報(bào)
[0008]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，作為正極活性物質(zhì)，使用通過(guò)脈沖激光沉積法而形成的鈷酸鋰(LiCoO2)13在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中形成的鈷酸鋰是邊將襯底加熱到600°C邊進(jìn)行外延生長(zhǎng)而成的單晶薄膜。
[0009]通過(guò)在高溫下加熱待形成鈷酸鋰的襯底，鈷酸鋰被分解，而產(chǎn)生分解生成物。如果分解生成物量多于鈷酸鋰量，則有蓄電裝置的充放電容量減小的憂(yōu)慮。
[0010]另外，在使用鈦?zhàn)鳛檎龢O集電體并在集電體上在高溫下形成鈷酸鋰時(shí)，鈷酸鋰中的氧與正極集電體中的鈦起反應(yīng)，使得鈦?zhàn)兂裳趸?。?dāng)正極集電體中的鈦被氧化而變成氧化鈦時(shí)，有正極集電體的電阻變高的擔(dān)憂(yōu)。另外，由于氧從鈷酸鋰流失，所以有在鈷酸鋰中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷以及使鈷酸鋰的結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化的擔(dān)憂(yōu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于上述問(wèn)題，所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是:抑制鈷酸鋰被分解而產(chǎn)生分解生成物。
[0012]另外，所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是:抑制鈷酸鋰中的氧與集電體起反應(yīng)。
[0013]另外，所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式的目的之一是:得到充放電容量大的蓄電裝置。
[0014]在所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式中，在將正極活性物質(zhì)層形成在正極集電體上的工序中，邊在400°C以上且低于600°C的溫度下加熱該集電體，邊形成鈷酸鋰層作為該正極活性物質(zhì)層。由此，可以形成在垂直于該集電體表面的方向上呈c軸取向的結(jié)晶鈷酸鋰層。
[0015]因?yàn)檫呍?00°C以上且低于600°C的低溫度下加熱正極集電體，邊形成鈷酸鋰層，所以可以抑制鈷酸鋰的分解。因?yàn)橐种屏蒜捤徜嚨姆纸?，所以未產(chǎn)生分解生成物。
[0016]另外，因?yàn)檫呍?00°C以上且低于600°C的低溫下加熱正極集電體邊形成鈷酸鋰層，所以可以抑制鈷酸鋰中的氧與集電體起反應(yīng)。由此，可以抑制集電體的電阻的增高。另夕卜，可以抑制在鈷酸鋰中產(chǎn)生結(jié)晶缺陷并且可以抑制鈷酸鋰的結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化。
[0017]所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式是一種蓄電裝置的制造方法，包括如下步驟:在通過(guò)使用包含鈷酸鋰的靶材和包含Ar的濺射氣體的濺射法在正極集電體上形成鈷酸鋰層時(shí)，在使鈷酸鋰的結(jié)晶呈c軸取向且不產(chǎn)生氧化鈷的溫度下加熱該正極集電體，其中該正極集電體的加熱溫度為400°C以上且低于600°C。
[0018]在所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式中，上述正極集電體的材料為鈦、不銹鋼、鉑以及鋁中的任何一種。
[0019]根據(jù)所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式，可以抑制鈷酸鋰被分解而產(chǎn)生分解生成物。
[0020]另外，根據(jù)所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式，可以抑制鈷酸鋰中的氧與集電體起反應(yīng)。
[0021]另外，根據(jù)所公開(kāi)的發(fā)明的一個(gè)方式，可以得到充放電容量大的蓄電裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是蓄電裝置的截面圖；
[0023]圖2是示出XRD測(cè)定的結(jié)果的圖；
[0024]圖3是示出XRD測(cè)定的結(jié)果的圖；
[0025]圖4是示出利用TEM進(jìn)行觀(guān)察的結(jié)果的圖像；
[0026]圖5A至5C是示出容量與充放電電壓的關(guān)系的圖；
[0027]圖6A和6B是示出XRD測(cè)定的結(jié)果的圖；
[0028]圖7A和7B是示出容量與充放電電壓的關(guān)系的圖；
[0029]圖8A和8B是示出XRD測(cè)定的結(jié)果的圖；
[0030]圖9A至9C是蓄電裝置的截面圖；
[0031]圖10是示出電子衍射測(cè)定的結(jié)果的圖；
[0032]圖11是示出容量與充放電電壓的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下，參照附圖對(duì)本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。但是，本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的發(fā)明可以以多種不同形式實(shí)施，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)就是其方式和詳細(xì)內(nèi)容可以在不脫離本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的發(fā)明的宗旨及其范圍的情況下被變換為各種形式。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在本實(shí)施方式所記載的內(nèi)容中。在如下所述的附圖中，相同部分或具有相同功能的部分用相同的符號(hào)表示，并且省略對(duì)它們的重復(fù)說(shuō)明。
[0034]為了容易理解，附圖等所示出的各結(jié)構(gòu)的位置、大小和范圍等有時(shí)不表示實(shí)際上的位置、大小和范圍等。因此，所公開(kāi)的發(fā)明不一定局限于附圖等所公開(kāi)的位置、大小、范圍等。
[0035]另外，本說(shuō)明書(shū)等中的“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)詞是為了避免結(jié)構(gòu)要素的混同而附記的，而不是用于在數(shù)目方面上進(jìn)行限制。
[0036]實(shí)施方式I
[0037]在本實(shí)施方式中，說(shuō)明本發(fā)明的蓄電裝置及其制造方法。
[0038]以下，參照?qǐng)D1說(shuō)明本實(shí)施方式的蓄電裝置的一個(gè)方式。這里，作為蓄電裝置，將對(duì)二次電池的截面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0039]作為二次電池，使用含鋰金屬氧化物的鋰離子電池具有高容量和高安全性。在此，對(duì)作為二次電池的典型例子的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0040]圖1是蓄電裝置100的截面圖。
[0041 ]蓄電裝置100由負(fù)極101、正極111以及被負(fù)極101及正極111夾持的電解質(zhì)121構(gòu)成。另外，負(fù)極101也可以由負(fù)極集電體102及負(fù)極活性物質(zhì)層103構(gòu)成。正極111也可以由正極集電體112及正極活性物質(zhì)層113構(gòu)成。另外，電解質(zhì)121被隔離體保持。該隔離體與負(fù)極活性物質(zhì)層103及正極活性物質(zhì)層113接觸。
[0042]負(fù)極集電體102和正極集電體112分別與不同的外部端子連接。另外，負(fù)極101、包含電解質(zhì)121的隔離體以及正極111被未圖示的外封裝部件覆蓋。
[0043]另外，活性物質(zhì)是指有關(guān)作為載流子的離子的嵌入及脫嵌的物質(zhì)。在利用涂敷法制造正極及負(fù)極等電極時(shí)，有時(shí)將混合其表面形成有碳層的活性物質(zhì)和導(dǎo)電助劑、粘合劑、溶劑等其他材料而成的物質(zhì)作為活性物質(zhì)層形成在集電體上。在此情況下，區(qū)別“活性物質(zhì)”與“活性物質(zhì)層”。
[0044]通過(guò)在正極集電體112上形成正極活性物質(zhì)層113，而形成正極111。另外，通過(guò)在負(fù)極集電體102上形成負(fù)極活性物質(zhì)層103，而形成負(fù)極101。如下所述，在負(fù)極活性物質(zhì)層103具有足以用作負(fù)極集電體102的導(dǎo)電性時(shí)，也可以將負(fù)極活性物質(zhì)層103單體用作負(fù)極101。通過(guò)在正極活性物質(zhì)層113與負(fù)極活性物質(zhì)層103之間夾持電解質(zhì)121，可以制造蓄電裝置100。
[0045]另外，電解質(zhì)121既可如如上所述那樣被隔離體保持，又可如如下所述那樣在不需要隔離體時(shí)被配置在正極111與負(fù)極101之間，更具體地說(shuō)，被配置在正極活性物質(zhì)層113與負(fù)極活性物質(zhì)層103之間。
[0046]接著，說(shuō)明包含在本實(shí)施方式所示的蓄電裝置100中的正極111。
[0047]正極集電體112可以使用鈦、不銹鋼、鉑、鋁和銅等高導(dǎo)電性材料。另外，正極集電體112也可以使用該高導(dǎo)電性材料的疊層。作為正極集電體112，可以適當(dāng)?shù)厥褂貌瓲?、板狀、膜狀等的形狀。在本?shí)施方式中，作為正極集電體112，使用厚度為10ym的鈦膜或不銹鋼膜。
[0048]作為正極活性物質(zhì)層113，使用鈷酸鋰(LiCoO2)層。該鈷酸鋰(LiCoO2)層通過(guò)邊在400°C以上且低于600°C的溫度下加熱正極集電體112邊利用濺射法而形成。作為該濺射法，以鈷酸鋰為靶材，在用作正極集電體112的鈦膜或不銹鋼膜上形成厚度為10nmWilOOym以下的鈷酸鋰層。
[0049]在本實(shí)施方式中，使用由CAN0NANELVAC