[发明专利]正极活性物质层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池中使用的正极活性物质层的制造方法。

背景技术

随着近年来个人电脑、摄像机及手机等信息相关设备或通信设备等的快速普及，作为其电源优异的电池(例如锂电池)的开发受到重视。另外，在信息相关设备或通信相关设备以外的领域中，例如在汽车产业界，正在开发电动汽车或混合动力汽车中使用的锂电池。

在此，目前市售的锂电池中采用使用了可燃性有机溶剂的有机电解液，因此必须安装抑制短路时的温度上升的安全装置或用于防止短路在结构、材料方面进行改善。针对于此，将液体电解质变更为固体电解质的全固体电池，因为在电池内不使用可燃性的有机溶剂，因此实现安全装置的简化，认为制造成本或生产率优异。

作为形成锂电池的正极活性物质层的方法，目前，已知使用溅射法、真空蒸镀法等物理气相生长(PVD)法将LiCoO₂等锂复合氧化物成膜的方法(例如参考专利文献1及专利文献2)。此时，已知通过在成膜时将基板加热至高温，能够得到结晶化的锂复合氧化物膜。

专利文献1：日本特开2003-234100号公报

专利文献2：日本特开2008-45213号公报

非专利文献1：J.Electrochem.Soc.，14759(2000)

发明内容

但是，如果在成膜时将基板加热至高温，则由于Li容易蒸发，因此即使堆积在基板上也蒸发，与化学计量比相比Li欠缺，生成Co₃O₄等杂质。因此，将得到的正极活性物质层用于锂电池时，可能发生容量降低或输出功率降低。

另外，通过溅射法等PVD法形成的正极活性物质层，在退火处理后表面上容易发生龟裂，表面平坦性差(图11：J.Electrochem.Soc.，14759(2000)的SEM照片)。因此，使用上述正极活性物质层制造全固体锂二次电池时，必须在正极活性物质层上厚厚地形成固体电解质层，存在电池的容量降低的问题。

另外，已知LiCoO₂等具有层状结晶结构的锂复合氧化物在电阻率方面具有各向异性，但溅射法等PVD法中因装置特性难以进行取向控制。因此，得到的正极活性物质层中电阻变大，输出功率可能降低。

本发明是鉴于上述问题而提出的，主要目的在于提供可抑制杂质生成而得到高纯度的锂复合氧化物、另外可得到平坦的膜、进而可控制取向的正极活性物质层的制造方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种正极活性物质层的制造方法，在基板上形成含有LiX_aO_b(X是选自Co、Ni及Mn中的至少1种过渡金属元素，a＝0.7～1.3、b＝1.5～2.5)的正极活性物质层，其特征在于，具有：正极活性物质前体膜形成工序，将上述基板的温度设定为300℃以下，通过物理气相生长法在上述基板上形成正极活性物质前体膜；和退火处理工序，在上述LiX_aO_b的可结晶化温度以上的温度下对上述正极活性物质前体膜实施退火处理，上述基板在表面具有取向性。

根据本发明，由于在正极活性物质前体膜的形成时没有将基板加热至高温，而在正极活性物质前体膜形成后进行退火处理，因此抑制了Co₃O₄等杂质的生成，能够得到含有高纯度的LiX_aO_b的正极活性物质层。另外，根据本发明，通过进行退火处理，改善通过PVD法形成的正极活性物质前体膜的平坦性，能够得到平坦性良好的正极活性物质层。进而，因为使用在表面具有取向性的基板，因此能够形成LiX_aO_b的c轴相对于基板的法线倾斜的正极活性物质层。因此，使用通过本发明的正极活性物质层的制造方法得到的正极活性物质层制造锂电池时，能够实现大容量及高输出功率。

上述发明中，优选上述退火处理中的升温速度为20℃/分钟以上。这是因为能够得到结晶性高的正极活性物质层。

另外，在本发明中，通过上述物理气相生长法形成上述正极活性物质前体膜时，优选使用与Li及X的化学计量组成比相比Li过剩的靶。与上述情况同样，这是因为能够得到结晶性高的正极活性物质层。

另外，在本发明中，优选形成上述LiX_aO_b的c轴相对于上述基板的法线倾斜的上述正极活性物质层。这是因为能够得到电阻小的正极活性物质层。