薄膜形成方法、薄膜形成装置及锂电池制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方式所涉及的薄膜形成方法包括在真空室内将锂金属膜形成在基材上的处理。所述锂金属膜的表面在所述真空室内被氧化。氧化后的所述锂金属膜的表面在真空室内被碳酸化。

Thin film forming method, thin film forming device and lithium battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄膜形成方法、薄膜形成装置及锂电池
本专利技术涉及通过使锂金属蒸发而在基材上形成锂金属膜的薄膜形成方法、薄膜形成装置及锂电池。
技术介绍
近年来，随着移动电话、智能手机等移动设备的发展，搭载于这些设备的锂电池备受瞩目。在锂电池的制造工序中，在基材上形成锂金属的工序尤为重要，迄今为止提出了各种技术。例如，在专利文献1中记载了如下技术：通过在腔室内使锂金属蒸发，并使飞散的颗粒沉积在基材上，从而在基材上形成锂金属。在此，在专利文献1中记载了通过在锂金属膜的表面形成由碳酸锂构成的保护膜来抑制锂金属膜的劣化的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-017478号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在专利文献1中，通过将在基材上形成有锂金属膜的锂层叠部件移动到去除了水分的处理室，并向该处理室导入含有二氧化碳的惰性气体，由此在锂金属膜的表面形成由碳酸锂构成的保护膜。但是，在上述方法中，存在不能在锂金属膜的整个表面稳定地形成由碳酸锂构成的保护膜的情况。因此，存在如下问题：当暴露于大气中时，在保护膜的形成不充分的区域中氢氧化锂膜生长，从而不能确保所期望的电特性。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于，提供一种能够在锂金属膜的整个表面稳定地形成由碳酸锂构成的保护膜的薄膜形成方法、薄膜形成装置及锂电池。用于解决问题的手段为了达成上述目的，本专利技术的一个方式所涉及的薄膜形成方法包括在真空室内将锂金属膜形成在基材上的处理。所述锂金属膜的表面在所述真空室内被氧化。氧化后的所述锂金属膜的表面在所述真空室内被碳酸化。在上述薄膜形成方法中，通过对锂金属膜的表面进行氧化，并对氧化后的锂金属膜的表面进行碳酸化，从而在锂金属膜的整个表面形成由碳酸锂构成的保护膜。锂的氧化反应比锂的碳酸化反应更为高效，因此能够使锂金属膜的整个表面稳定地氧化，然后通过之后的碳酸化处理，能够在锂金属膜的整个表面稳定地形成由碳酸锂构成的保护膜。也可以构成为，对所述锂金属膜的表面进行氧化的工序在所述表面形成第一厚度的氧化锂膜，对所述锂金属膜的表面进行碳酸化的工序在所述表面以所述第一厚度以下的第二厚度形成碳酸锂膜。即，通过上述碳酸化处理，可以将锂金属膜表面的全部氧化锂转化为碳酸锂，也可以将氧化锂的表层的给定厚度范围转化为碳酸锂。本专利技术的一个方式所涉及的薄膜形成装置具备成膜部、第一处理部和第二处理部。所述成膜部包括锂金属的蒸发源，并在基材上形成锂金属膜。所述第一处理部包括对所述锂金属膜的表面进行氧化的第一处理室。所述第二处理部包括对氧化后的所述表面进行碳酸化的第二处理室。本专利技术的一个方式所涉及的锂电池具备金属制的基材和锂电极。所述锂电极具有：配置在所述基材上的锂金属层；碳酸锂层；以及位于所述锂金属层与所述碳酸锂层之间的氧化锂层。专利技术效果如上所述，根据本专利技术，能够在锂金属膜的整个表面稳定地形成由碳酸锂构成的保护膜。附图说明图1为表示本专利技术的一个实施方式所涉及的薄膜形成方法的工序图。图2为表示上述薄膜形成方法的处理次序的流程图。图3为本专利技术的一个实施方式所涉及的薄膜形成装置的概略结构图。图4为本专利技术的其他实施方式所涉及的薄膜形成装置的概略剖视图。具体实施方式以下，参照附图，对本专利技术的实施方式进行说明。[薄膜形成方法]图1为表示本专利技术的一个实施方式所涉及的薄膜形成方法的工序图，图2为表示上述薄膜形成方法的处理次序的流程图。在本实施方式中，对构成锂电池的负极的锂电极11(参照图1C)的形成方法进行说明。本实施方式的薄膜形成方法具有成膜处理(步骤01)、氧化处理(步骤02)和碳酸化处理(步骤03)。(成膜处理)如图1A所示，在成膜处理中，在基材10的表面形成锂金属膜11A。成膜方法并无特别限定，典型地采用真空蒸镀法。基材10典型地由铜、不锈钢等金属材料的板材构成。基材10既可以具有挠性，也可以具有刚性。成膜方式也并无特别限定，可以为间歇式，也可以为卷对卷(roll-to-roll)方式。锂金属膜11A的厚度也并无特别限定，例如为数μm～数十μm。(氧化处理)在氧化处理中，如图1B所示，通过对锂金属膜11A的表面进行氧化，由此形成给定厚度的氧化锂膜11B。氧化处理典型地在与锂金属膜11A的成膜室不同的处理室中进行。氧化气体并无特别限定，典型地使用氧气或氧气与氩气等的混合气体。并不限于此，氧化处理也可以在锂金属膜11A的成膜室内实施。在这种情况下，在形成锂金属膜11A之后，通过向成膜室导入氧气或氧气与氩气等的混合气体，并将其保持给定时间(例如1分钟)，由此能够在锂金属膜11A的表面形成氧化锂膜11B。氧化锂膜11B的厚度(第一厚度)并无特别限定，例如为10nm以上且150nm以下。由此，能够稳定地形成后述的碳酸锂膜11C(图1C)，并且稳定地确保作为负极材料所要求的给定的电特性。即，在氧化锂膜11B的厚度小于10nm的情况下，在锂金属膜11A的表面均匀地形成氧化锂膜11B并且以给定以上的厚度形成碳酸锂膜11C是困难的。另一方面，在氧化锂膜11B的厚度超过150nm时，能够形成足够厚度的碳酸锂膜11C，但是锂离子传导率有可能降低。(碳酸化处理)在碳酸化处理中，如图1C所示，通过对锂金属膜11A的表面进行碳酸化，由此形成给定厚度的碳酸锂膜11C。碳酸化气体并无特别限定，典型地使用一氧化碳、二氧化碳或它们与氩气等的混合气体。碳酸化处理典型地在与锂金属膜11A的成膜室及对锂金属膜11A的表面进行氧化的处理室不同的处理室中进行。并不限于此，碳酸化处理也可以在与对锂金属膜11A的表面进行氧化的处理室相同的处理室中实施，在该情况下，构成为能够切换导入到处理室的气体的种类。碳酸锂膜11C是通过对氧化锂膜11B进行碳酸化处理而形成的。因此，碳酸锂膜11C的厚度(第二厚度)以氧化锂膜11B的厚度以下的厚度形成。在本实施方式中，碳酸锂膜11C以例如10nm以上且50nm以下的厚度形成。由此，能够有效地保护锂金属膜11A的表面免受氢氧化和氮化影响。碳酸锂膜11C是通过对氧化锂膜11B进行碳酸化处理而形成的。因此，最优选为，将氧化锂膜11B全部置换为碳酸锂膜11C。如图1C所示，以上述方式形成的本实施方式的锂金属电池用负极100具备金属制的基材10和锂电极11。锂电极11由层叠膜构成，该层叠膜具有：配置在基材10上的锂金属层111(11A)；碳酸锂层113(11C)；以及位于锂金属层111与碳酸锂层113之间的氧化锂层112(11B)。虽然未图示，但是锂电极11的碳酸锂层113通过隔着电解液与正极对置配置，由此构成锂金属电池。锂金属电池既可以是一次电池，也可以是二次电池。正极例如由二氧化锰等锰氧化物类材料构成，当然并不限于此。本实施方式的锂电极11在表面具有由碳酸锂层113构成的保护膜(碳酸锂膜11C)，因此能够抑制大气暴露所引起的表面上的氢氧化物或氮化物的形成。如上所述，在本实施方式中，通过对锂金属膜11A的表面进行氧化，并对氧化后的锂金属膜的表面进行碳酸化，由此在锂金属膜11A的整个表面形成由碳酸锂构成的保护膜(11C)。锂的氧化反应比锂的碳酸化反应更为高效，因此能够使锂金属膜的整个表面稳定地氧化，然后通过之后的碳酸化处理，能够在锂金属膜的整个表面稳定地形成由碳酸锂构成的保护膜。而且，在对锂金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜形成方法，其中，在真空室内将锂金属膜成膜在基材上，在所述真空室内对所述锂金属膜的表面进行氧化，在所述真空室内对氧化后的所述锂金属膜的表面进行碳酸化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2018.02.07 JP 2018-0197841.一种薄膜形成方法，其中，在真空室内将锂金属膜成膜在基材上，在所述真空室内对所述锂金属膜的表面进行氧化，在所述真空室内对氧化后的所述锂金属膜的表面进行碳酸化。2.根据权利要求1所述的薄膜形成方法，其中，对所述锂金属膜的表面进行氧化的工序在所述表面形成第一厚度的氧化锂膜，对所述锂金属膜的表面进行碳酸化的工序在所述表面以所述第一厚度以下的第二厚度形成碳酸锂膜。3.根据权利要求2所述的薄膜形成方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：宜保学，佐佐木俊介，木本孝仁，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：日本,JP