JPH0845338A - 高分子固体電解質薄膜の製造方法 - Google Patents

高分子固体電解質薄膜の製造方法

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JPH0845338A
JPH0845338A JP17649394A JP17649394A JPH0845338A JP H0845338 A JPH0845338 A JP H0845338A JP 17649394 A JP17649394 A JP 17649394A JP 17649394 A JP17649394 A JP 17649394A JP H0845338 A JPH0845338 A JP H0845338A
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JP
Japan
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polyethylene oxide
film
supporting electrolyte
thin film
heating
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JP17649394A
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English (en)
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Shigeru Tsurumaki
茂 弦巻
Katsuaki Kobayashi
克明 小林
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高分子固体電解質薄膜の製造方法に関する。 【構成】 ポリエチレンオキシドを真空下で加熱して基
板上に蒸着させ、得られたポリエチレンオキシド蒸着膜
上にリチウム支持電解質を真空下で加熱・蒸着させ、得
られたポリエチレンオキシド/リチウム支持電解質複合
膜をさらに真空下で熱処理してリチウム支持電解質をポ
リエチレンオキシド膜中に拡散、溶解させて高分子固体
電解質薄膜を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高分子固体電解質薄膜の
製造方法に関し、さらに詳しくは薄膜型高エネルギ密度
の高分子バッテリの電解質として、また電子素子、半導
体素子などの高分子固体電解質として利用可能な同薄膜
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで高分子固体電解質膜の作製に
は、ポリエチレンオキシドなどのポリエーテル系高分子
と過塩素酸リチウムなどの支持電解質を適当な有機溶媒
に混合・溶解して得られる溶液を基板上にスピンコート
やキャスト法により成膜し、乾燥により溶媒を揮発させ
て電解質膜を得る方法が用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶媒を
用いるプロセスによって膜厚1ミクロン以下の高分子固
体電解質膜を得ることは困難であり、高分子固体電解質
のコンパクト化に限界がある。また、従来の方法では成
膜後溶媒を揮発させて高分子固体電解質を乾燥させる工
程(減圧乾燥等)を必要とする。さらに溶媒や容器に存
在する不純物による汚染や大気・水分などの影響を受け
やすい。本発明は上記技術水準に鑑み、従来技術よりも
薄膜化が可能で溶媒不要かつ不純物の影響のない真空蒸
着プロセスによる高分子固体電解質薄膜の製造方法を提
供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はポリエチレンオ
キシドを真空下で加熱して基板上に蒸着させ、得られた
ポリエチレンオキシド蒸着膜上にリチウム支持電解質を
真空下で加熱・蒸着させ、得られたポリエチレンオキシ
ド/リチウム支持電解質複合膜をさらに真空下で熱処理
してリチウム支持電解質をポリエチレンオキシド膜中に
拡散、溶解させることを特徴とする高分子固体電解質薄
膜の製造方法である。
【0005】本発明においては、圧力が1×10-4〜1
×10-6Torr程度の真空中でポリエチレンオキシド
を100℃〜150℃程度で加熱して基板上に蒸着させ
ることによって薄膜を形成する。ポリエチレンオキシド
の加熱温度は使用するポリエチレンオキシドの種類及び
分子量によって異なるが、不活性ガス雰囲気中、大気圧
での熱分解温度より50〜30℃低い温度が適当であ
る。例えば、平均分子量が900,000のポリエチレ
ンオキシドの場合、熱分解温度は190℃程度である
が、1×10-5Torr程度の圧力下では140℃程度
で加熱することが好ましい。加熱温度を上げると原料の
蒸発速度が高くなるため、蒸着膜の生成速度も高くなる
が、あまり大気圧での熱分解温度に近い温度で加熱する
とポリエチレンオキシドの熱分解が著しくなり、蒸着膜
の組成および化学構造が蒸発源のポリエチレンオキシド
と異なったものとなるため、なるべく熱分解温度よりも
低い温度で加熱することが望ましい。また原料ポリエチ
レンオキシドの分子量が小さい場合、蒸着による熱分解
のため蒸着膜が液体状態となり、場合によっては成膜不
可能となることがある。ポリエチレンオキシドの蒸着に
は熱分解を伴うため、蒸着膜が固体状態であるような分
子量をもつために原料ポリエチレンオキシドの分子量は
高い方が好ましく、より好ましくは平均分子量が10
0,000以上のものを用いることが好ましい。
【0006】本発明でいうリチウム支持電解質とはリチ
ウムを含むイオン解離性無機化合物を意味し、例えば過
塩素酸リチウム、塩化リチウム、ヨウ化リチウム、臭素
化リチウムなどである。該当する支持電解質の加熱は極
力短時間で加熱・気化させる必要がある。加熱時間が長
いと、基板上に蒸着された支持電解質の組成および化学
構造が蒸発源のものと異なったものとなるため、なるべ
く低い温度で加熱することが望ましい。上記以外の支持
電解質でも、1×10-4〜1×10-6Torr程度の真
空中で上記の支持電解質と同程度の融点をもつものであ
れば、加熱・蒸着可能である。
【0007】ポリエチレンオキシドと上記支持電解質の
蒸着量比を変えることにより、蒸着膜中の支持電解質の
含有率を制御することが可能である。例えば、ポリエチ
レンオキシドの蒸着量を一定とした場合、支持電解質の
量を増加させると蒸着高分子膜中の支持電解質濃度は増
大し、逆に支持電解質の量を少なくすると蒸着高分子膜
中の支持電解質濃度は低下する。
【0008】蒸発源の加熱方法としては、抵抗加熱、ラ
ンプ加熱、電子ビーム加熱などがあるが、ポリエチレン
オキシドの加熱温度を精密に制御し、原料全体を均一に
昇温させる必要性からランプ加熱が望ましい。一方、支
持電解質についてはできるだけ瞬間的に高温で加熱する
必要があるため抵抗加熱が望ましい。ポリエチレンオキ
シドと支持電解質の蒸発源間は仕切り板などで分割する
か、両蒸発源間の距離をなるべく大きくするなど支持電
解質加熱時の輻射熱によってポリエチレンオキシドが高
温に加熱されないような工夫をし、両者の加熱温度の影
響を最小限にすることが好ましい。蒸発源の容器はラン
プ加熱の場合、パイレックスガラス製、石英ガラス製お
よびセラミック製など加熱温度以上の耐熱性を有し、高
温で蒸発原料と反応しないものであれば特に制限はな
い。一方、抵抗加熱の場合、真空蒸着プロセスで一般的
に用いられるタングステンバスケットやタングステンボ
ートなどでよい。
【0009】基板の材料に特に制限はなく、金属、ガラ
ス、無機結晶、プラスチックなどを用いることができ
る。
【0010】以上のプロセスによって形成したポリエチ
レンオキシド/支持電解質複合膜を1Torr以下の低
真空下で加熱することにより、支持電解質がポリエチレ
ンオキシド膜中へ拡散する。このときの加熱温度は蒸着
膜が熱分解せず溶融する温度として50〜60℃が望ま
しい。
【0011】
【作用】本発明ではポリエチレンオキシドを高真空下で
蒸着するため、極めて薄いポリエチレンオキシド薄膜
(膜厚:1μm以下)を基板上に均一に成膜することが
できる。得られたポリエチレンオキシド薄膜にイオン伝
導性を与えるためには、リチウム支持電解質と複合化し
た後、リチウム支持電解質をポリエチレンオキシド中で
イオンに解離させることが必要である。この工程には真
空蒸着により均一にリチウム支持電解質を堆積させた
後、ポリエチレンオキシド/リチウム支持電解質複合薄
膜を減圧下で加熱することによって可能である。以上の
プロセスによって、極めて薄い高分子固体電解質薄膜を
清浄な環境下で得ることが可能である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例をあげ、本発
明の効果を明らかにする。
【0013】(例1)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:100,000)を100℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.5μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、短時間(数秒)高温(最高1000℃)で加熱し、
過塩素酸リチウムを蒸着膜に対して約10wt%となる
ように蒸着膜上に堆積した。得られたポリエチレンオキ
シド/支持電解質複合薄膜を1Torr以下の真空中6
0℃で12時間加熱し、測定電極として金を蒸着して試
料を作製した。試料のイオン伝導度を交流インピーダン
ス法により測定した結果、室温で6×10-8S/cmの
イオン伝導度が得られた。
【0014】(例2)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:300,000)を120℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.4μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、例1と同様に加熱して過塩素酸リチウムを蒸着膜に
対して約10wt%となるように蒸着膜上に堆積した。
得られたポリエチレンオキシド/支持電解質複合薄膜を
1Torr以下の真空中60℃で12時間加熱し、測定
電極として金を蒸着して試料を作製した。試料のイオン
伝導度を交流インピーダンス法により測定した結果、室
温で5×10-8S/cmのイオン伝導度が得られた。
【0015】(例3)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:900,000)を140℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.6μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、例1と同様に加熱して過塩素酸リチウムを蒸着膜に
対して約10wt%となるように蒸着膜上に堆積した。
得られたポリエチレンオキシド/支持電解質複合薄膜を
1Torr以下の真空中60℃で12時間加熱し、測定
電極として金を蒸着して試料を作製した。試料のイオン
伝導度を交流インピーダンス法により測定した結果、室
温で4×10-8S/cmのイオン伝導度が得られた。
【0016】(例4)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:100,000)を100℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.5μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、例1と同様に加熱して塩化リチウムを蒸着膜に対し
て約10wt%となるように蒸着膜上に堆積した。得ら
れたポリエチレンオキシド/支持電解質複合薄膜を1T
orr以下の真空中60℃で12時間加熱し、測定電極
として金を蒸着して試料を作製した。試料のイオン伝導
度を交流インピーダンス法により測定した結果、室温で
3×10-8S/cmのイオン伝導度が得られた。
【0017】(例5)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:300,000)を120℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.4μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、例1と同様に加熱して塩化リチウムを蒸着膜に対し
て約10wt%となるように蒸着膜上に堆積した。得ら
れたポリエチレンオキシド/支持電解質複合薄膜を1T
orr以下の真空中60℃で12時間加熱し、測定電極
として金を蒸着して試料を作製した。試料のイオン伝導
度を交流インピーダンス法により測定した結果、室温で
3×10-8S/cmのイオン伝導度が得られた。
【0018】(例6)圧力を1×10-5Torrに保っ
た真空蒸着装置内でポリエチレンオキシド(平均分子
量:900,000)を140℃で加熱し、金を蒸着し
たガラス基板上に膜厚0.7μmの蒸着膜を得た。その
後、1×10-6Torrに真空蒸着装置内の圧力を下げ
て、例1と同様に加熱して塩化リチウムを蒸着膜に対し
て約10wt%となるように蒸着膜上に堆積した。得ら
れたポリエチレンオキシド/支持電解質複合薄膜を1T
orr以下の真空中60℃で12時間加熱し、測定電極
として金を蒸着して試料を作製した。試料のイオン伝導
度を交流インピーダンス法により測定した結果、室温で
3×10-8S/cmのイオン伝導度が得られた。
【0019】
【発明の効果】本発明によって膜厚の薄い(1μm)以
下の高分子固体電解質薄膜を得ることが可能となる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレンオキシドを真空下で加熱し
    て基板上に蒸着させ、得られたポリエチレンオキシド蒸
    着膜上にリチウム支持電解質を真空下で加熱・蒸着さ
    せ、得られたポリエチレンオキシド/リチウム支持電解
    質複合膜をさらに真空下で熱処理してリチウム支持電解
    質をポリエチレンオキシド膜中に拡散、溶解させること
    を特徴とする高分子固体電解質薄膜の製造方法。
JP17649394A 1994-07-28 1994-07-28 高分子固体電解質薄膜の製造方法 Withdrawn JPH0845338A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003021706A1 (en) * 2001-09-03 2003-03-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing electrochemical device
US10892518B2 (en) 2016-04-11 2021-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite solid electrolyte, protected anode and lithium battery including the same, and method of preparing the composite solid electrolyte

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003021706A1 (en) * 2001-09-03 2003-03-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing electrochemical device
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US10892518B2 (en) 2016-04-11 2021-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite solid electrolyte, protected anode and lithium battery including the same, and method of preparing the composite solid electrolyte

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