[发明专利]氧化物烧结体及溅射靶、以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在利用溅射法成膜为作为全固体型二次电池等的正极活性物质来说有用的含Li过渡金属氧化物薄膜时所使用的氧化物烧结体及溅射靶。具体来说，本发明涉及可以利用溅射法、稳定地以高成膜速度将上述薄膜成膜的含Li过渡金属氧化物烧结体及溅射靶、以及上述氧化物烧结体的制造方法。

背景技术

Li系薄膜二次电池被用于薄膜太阳能电池或薄膜热电元件、无线充电元件等各种器件中，其需求正在急速地提高。对于Li系薄膜二次电池而言，代表性地由以下构成：由包含Li和过渡金属的含Li过渡金属氧化物薄膜构成的正极、含Li的固体电解质、由Li金属薄膜等构成的负极。

在上述含Li过渡金属氧化物薄膜的成膜中，适合使用对与该膜相同材料的溅射靶(以下有时简记为靶。)进行溅射的溅射法。根据溅射法，具有成膜条件易于调整、可以在半导体基板上容易地成膜等优点。但是，在利用溅射的成膜时，会产生异常放电(击穿，arcing)、或由电弧放电造成的放电痕等，无法进行稳定的放电，会有在溅射中产生裂纹、形成突起物(nodule)等问题。这些主要是由溅射靶的相对密度低所引起的。

为了解决这些问题，例如在专利文献1中，公开过相对密度为90％以上、平均晶体粒径为1μm以上且50μm以下的含Li过渡金属氧化物靶。专利文献1中记载有如下的内容，即，以将Li/过渡金属的摩尔比控制在规定范围的含Li过渡金属盐作为原料(前驱体)使用，由此还可以消除靶与成膜后的薄膜的组成偏差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/012970号小册子

发明内容

发明所要解决的问题

一般来说，对于溅射法中所使用的靶(以及用于制作靶的烧结体、本发明中是氧化物烧结体)要求相对密度尽可能高且电阻率尽可能低。这是因为，具备这些要件的靶可以解决上述的溅射时的问题(产生异常放电、无法进行稳定的成膜等问题)。另外，通过使用相对密度高的靶，可以增加溅射时的成膜功率，因此成膜速度也会提高，使得生产性提高。另外，如果使用降低了电阻率的靶，则RF(高频)溅射时的功率得到提高，还可以进行与DC(直流)的并用，因此使得成膜速度进一步提高。

另外，为了使得使用靶得到的薄膜(本发明中是正极薄膜)的特性良好，正极薄膜中的杂质量越低越好，为此，强烈要求提供杂质量尽可能少的靶(以及氧化物烧结体)。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供可以不产生异常放电地稳定地以高成膜速度成膜为作为二次电池等的正极薄膜来说有用的含Li过渡金属氧化物薄膜、具有高的相对密度和低的电阻率、且杂质量少的含Li过渡金属氧化物烧结体及氧化物烧结体靶、以及上述氧化物烧结体的制造方法。

用于解决问题的方法

能够解决上述问题的本发明的氧化物烧结体是含有Li及过渡金属的氧化物烧结体，其主旨在于，将作为杂质元素的Al、Si、Zr、Ca以及Y抑制在Al≤90ppm(表示质量ppm，以下相同)、Si≤100ppm、Zr≤100ppm、Ca≤80ppm、Y≤20ppm的范围内，并且满足相对密度为95％以上以及电阻率小于2×10⁷Ωcm。

在本发明的优选的实施方式中，上述过渡金属是选自Co、Mn、Fe以及Ni中的至少一种。

在本发明中，还包含使用上述氧化物烧结体得到的溅射靶。

另外，能够解决上述问题的上述氧化物烧结体的制造方法(第一制造方法)的主旨在于，利用使用了石墨模具的热压法将含有Li氧化物和过渡金属氧化物的原材料进行烧结，将得到的烧结材料在含氧的气氛下，热处理至所述烧结材料的电阻率小于2×10⁷Ωcm。

在本发明的优选的实施方式中，上述热处理在300℃以上且1200℃以下的温度进行。

在本发明的优选的实施方式中，利用上述热压法的烧结在不活泼气氛下、在温度700～1000℃、压力10～100MPa下进行。

另外，能够解决上述问题的上述氧化物烧结体的制造方法(第二制造方法)的主旨在于，在含氧的气氛下，利用使用了陶瓷模具的热压法将含有Li氧化物和过渡金属氧化物的原材料进行烧结。

在本发明的优选的实施方式中，利用上述热压法的烧结在温度700～1000℃、压力10～100MPa下进行。

发明效果