鋰離子二次電池及其生產方法和用於其生產的裝置製造方法
2023-06-28 23:14:16 2
鋰離子二次電池及其生產方法和用於其生產的裝置製造方法
【專利摘要】本發明的各實施方式總體上涉及鋰離子二次電池及其生產方法和用於其生產的裝置。具體地，涉及一種鋰離子二次電池10，該鋰離子二次電池10由層狀構件40和層狀構件42組成，層狀構件40包括彼此整體層壓的正電極集電體層12、由包含正電極活性物質24的汽相沉積聚合物膜26組成的正電極層16以及正電極側汽相沉積聚合物膜36、37，層狀構件42包括彼此整體層壓的負電極集電體層14、由包含負電極活性物質28的汽相沉積聚合物膜30組成的負電極層18以及負電極側汽相沉積聚合物膜38、39。層狀構件40、42彼此疊加，使得汽相沉積聚合物膜36、37與汽相沉積聚合物膜38、39相接觸。汽相沉積聚合物膜36、37、38、39構成固體電解質層20。
【專利說明】鋰離子二次電池及其生產方法和用於其生產的裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基於在2012年7月26日提交的日本專利申請第2012-165442號，其內容通過引用結合於此。
【技術領域】
[0003]本發明總體上涉及鋰離子二次電池及其生產方法和用於其生產的裝置，並且更特別地涉及全固體型鋰離子二次電池的改進以及允許有利地生產如此構造的鋰離子二次電池的方法和裝置，該鋰離子二次電池具有包括正電極層和負電極層的電池單元或電池元件，正電極層和負電極層疊加在固體電解質層的各自相對的表面上，以使得在正電極集電體層和負電極集電體層之間插入正電極層和負電極層以及固體電解質層。
【背景技術】
[0004]具有高能量密度的鋰離子二次電池在可攜式電子設備(諸如筆記本個人計算機和蜂窩電話或行動電話)中被廣泛地用作電源。該鋰離子二次電池一般被分類成兩類，即，使用液體型電解質(包括液體電解質和凝膠型電解質)的鋰離子二次電池，以及使用固體電解質的所謂的全固體型鋰離子二次電池。在這兩類鋰離子二次電池中，與使用液體型電解質的鋰離子二次電池不同，全固體型鋰離子二次電池沒有液體洩漏和起火的風險，並且具有較高的安全程度。出於對該優點的親睞，已經在全固體型鋰離子二次電池的領域中有了日漸增長的發展，期待對於全固體型鋰離子二次電池的進一步增加的需求。
[0005]日本專利第3852169號(專利文獻I)公開了鋰離子二次電池的示例，通過形成以下項生產該鋰離子二次電池:在正電極集電體(collector)層上的正電極層，其形式為包含正電極活性物質的有機聚合物塗層；在負電極集電體層上的負電極層，其形式為包含負電極活性物質的有機聚合物塗層；以及固體電解質層，其形式為包含鋰鹽的有機聚合物塗層，以使得正電極層和負電極層疊加在固體電解質層的各自相對的表面上。
[0006]在如上所述配置的鋰離子二次電池中，正電極層、負電極層和固體電解質層均由有機聚合物膜構成。因此，這些正電極層和負電極層以及固體電解質層表現出足夠的柔性或塑性，以及相應高的彎曲度或撓曲強度。
[0007]然而，在該鋰離子二次電池中，正電極層和負電極層以及固體電解質層是具有不小於幾十微米的厚度的塗層，以使得在試圖減少鋰離子二次電池的總體尺寸和提高其輸出密度中在正電極層和負電極層以及固體電解質層的厚度的減少量方面存在限制。此外，鋰離子二次電池的生產需要用於乾燥在溼法工藝(wet process)中形成的正電極層和負電極層以及固體電解質層的附加設備，從而生產成本不期望地增加。此外，需要額外的時間用於在形成正電極層和負電極層以及固體電解質層之後乾燥這些層，從而每個鋰離子二次電池的所需的生產周期必然延長，導致電池的低生產率的問題。
[0008]此外，以上標識的出版物中公開的鋰離子二次電池具有歸因於其構造的下列缺點，其中分別從固體電解質層形成的正電極層和負電極層僅僅被層壓在固體電解質層的各自相對的表面上。
[0009]S卩，上述鋰離子二次電池(其中正電極層和負電極層被層疊或層壓在固體電解質層上)在固體電解質層與正電極層和負電極層之間不可避免地具有間隙，造成如下問題:該間隙阻止鋰離子在正電極層和固體電解質層之間以及在負電極層和固體電解質層之間的平滑移動或運輸。負電極層和正電極層可以通過熱鍵合(thermal bonding)工藝與固體電解質層一體地形成。然而，在這種情況下，固體電解質層與正電極層和負電極層之間的間隙也不能完全消除，即，阻止鋰離子移動的極其微小的間隙仍然保持在固體電解質層與正電極層和負電極層之間。
[0010]因此，現有技術的鋰離子二次電池(其中，彼此分開形成的正電極層和負電極層以及固體電解質層相互層壓)遭受固體電解質層與正電極層和負電極層之間的高程度的界面電阻，其對於電池性能的提高是巨大障礙。
[0011]專利文獻1:日本專利第3852169號。
【發明內容】
[0012]鑑於上述【背景技術】做出本發明。因此，本發明的第一目的是提供一種鋰離子二次電池，其被配置為由於減小其固體電解質層與其正電極層和負電極層之間的界面電阻而允許有效提高其輸出密度和有效減小其尺寸以及充分提高其性能，並且其可以以最低成本和高程度的生產率來進行生產。本發明的第二目的和第三目的分別是提供一種允許高效生產具有這些優秀特性的鋰離子二次電池的方法和裝置。
[0013]以上指出的第一目的可以根據本發明的第一方面來實現，其提供一種具有電池單元的鋰離子二次電池，該電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，其中正電極層由整體形成於正電極集電體層的表面上且包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜構成，並且負電極層由整體形成於負電極集電體層的表面上且包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜構成，而固體電解質層由層狀體構成，該層狀體由整體形成於正電極層的表面上且包含鋰鹽的正電極側離子導電汽相沉積聚合物膜以及由整體形成於負電極層的表面上且包含鋰鹽的負電極側離子導電汽相沉積聚合物膜組成，正電極側離子導電汽相沉積聚合物膜和負電極側離子導電汽相沉積聚合物膜彼此層壓。
[0014]在本發明的鋰離子二次電池的第一優選形式中，來源於包含在固體電解質層的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子和陰離子非均勻地分布在固體電解質層中使得正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，並且使得以上指出的分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的陰離子的含量比分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的陰離子的含量高。
[0015]在本發明的鋰離子二次電池的第二優選形式中，二次電池由第一層狀構件和第二層狀構件構成，第一層狀構件由彼此整體層壓的正電極集電體層、正電極層和固體電解質層的第一部分組成，第二層狀構件由彼此整體層壓的負電極集電體層、負電極層和固體電解質層的剩餘第二部分組成，在將電場或磁場施加到第一層狀構件和第二層狀構件以向正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在固體電解質層的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子後，第一層狀構件和第二層狀構件彼此層壓，使得鋰離子非均勻地分布在固體電解質層中使得正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量聞。
[0016]在本發明的鋰離子二次電池的第三優選形式中，固體電解質層的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分由具有官能團的聚合物形成，官能團包括具有高電負性的元素，該元素向正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在固體電解質層的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子，以用於將鋰離子非均勻地分布在固體電解質層中使得正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的鋰尚子的含量聞。
[0017]在本發明的鋰離子二次電池的第四優選形式中，分別包含正電極和負電極活性物質的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜具有離子電導性。
[0018]在本發明的鋰離子二次電池的第五優選形式中，分別包含正電極和負電極活性物質的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜具有電子電導性。
[0019]在本發明的鋰離子二次電池的第六優選形式中，電池單元進一步包括插於正電極層和固體電解質層之間且由第一聚合物和第二聚合物的混合物形成的正電極側混合物層，第一聚合物用於形成包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜，第二聚合物用於形成包含鋰鹽的正電極側汽相沉積聚合物膜，使得正電極側混合物層中的第一聚合物的含量在從正電極層向固體電解質層的方向上逐漸減少，而正電極側混合物層中的第二聚合物的含量在從正電極層向固體電解質層的方向上逐漸增加。
[0020]在本發明的鋰離子二次電池的第七優選形式中，電池單元進一步包括插於負電極層和固體電解質層之間且由第三聚合物和第四聚合物的混合物形成的負電極側混合物層，第三聚合物用於形成包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜，第四聚合物用於形成包含鋰鹽的負電極側汽相沉積聚合物膜，使得負電極側混合物層中的第三聚合物的含量在從負電極層向固體電解質層的方向上逐漸減少，而負電極側混合物層中的第四聚合物的含量在從負電極層向固體電解質層的方向上逐漸增加。
[0021]以上指出的第二目的可以根據本發明的第二方面來實現，其提供一種生產具有電池單元的鋰離子二次電池的方法，該電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，包括(a)製備正電極集電體層的步驟，(b)製備負電極集電體層的步驟，(C)在正電極集電體層的表面上整體形成作為正電極層的包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的步驟，(d)在整體形成於正電極集電體層的正電極層的表面上整體形成作為第一固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質(ion-conductivity rendering substance)的正電極側汽相沉積聚合物膜從而用於生產由彼此層壓的正電極集電體層、正電極層和第一固體電解質層部分組成的第一層狀構件的步驟，第一固體電解質層部分是固體電解質層的與正電極層相鄰的厚度部分，(e)在負電極集電體層的表面上整體形成作為負電極層的包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的步驟，(f)在整體形成於負電極集電體層的負電極層的表面上整體形成作為第二固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜從而用於生產由彼此層壓的負電極集電體層、負電極層和第二固體電解質層部分組成的第二層狀構件的步驟，第二固體電解質層部分是固體電解質層的與負電極層相鄰的剩餘厚度部分，以及(g)將第一層狀構件和第二層狀構件彼此層壓的步驟，同時保持第一固體電解質層部分和第二固體電解質層部分彼此接觸。
[0022]在本發明的方法的第一優選形式中，形成第一和第二固體電解質層部分的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在彼此層壓第一和第二層狀構件之前將來源於包含在正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子和陰離子非均勻地分布在固體電解質層中，使得第一固體電解質層部分的與正電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比第一固體電解質層部分的遠離正電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而以上指出的第一固體電解質層部分的其他厚度部分中的陰離子的含量較高，並且使得第二固體電解質層部分的與負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比第二固體電解質層部分的遠離負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而以上指出的第二固體電解質層部分的其他厚度部分中的陰離子的含量較高。
[0023]在本發明的方法的第二優選形式中，形成第一和第二固體電解質層部分的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在彼此層壓之前將電場或磁場施加到第一和第二層狀構件，以向正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子，使得鋰離子非均勻地分布在固體電解質層中使得正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高。
[0024]在本發明的方法的第三優選形式中，形成第一和第二固體電解質層部分的正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括由具有官能團的聚合物形成正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分，官能團包括具有高電負性的元素，該元素向正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子，以用於將鋰離子非均勻地分布在固體電解質層中使得正電極側和負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與正電極層和負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離正電極層和負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高。
[0025]在本發明的方法的第四優選形式中，形成包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將分散在第一載氣中的正電極活性物質吹到形成於正電極集電體層的表面上的汽相沉積聚合物膜上，使得正電極活性物質被引入到汽相沉積聚合物膜中，據此在正電極集電體層上整體形成包含正電極活性物質的正電極層。
[0026]在本發明的方法的第五優選形式中，形成包含離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括僅使用鋰鹽作為離子電導性呈現物質，並且將分散在第二載氣中的鋰鹽吹到包含離子導電聚合物的汽相沉積聚合物膜上，該汽相沉積聚合物膜形成於整體形成於正電極集電體層上的正電極層的表面上，使得鋰鹽被引入到包含離子導電聚合物的汽相沉積聚合物膜中，據此在正電極層上整體形成包含鋰鹽的正電極側汽相沉積聚合物膜。
[0027]在本發明的方法的第六優選形式中，形成包含離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括使用其中溶解有鋰鹽的液體離子導電聚合物，並且將霧狀分散在第三載氣中的液體離子導電聚合物的顆粒吹到形成於整體形成於正電極集電體層上的正電極層的表面上的汽相沉積聚合物膜上，使得液體離子導電聚合物的顆粒被引入到汽相沉積聚合物膜中，據此在正電極層上整體形成包含鋰鹽的正電極側汽相沉積聚合物膜。
[0028]在本發明的方法的第七優選形式中，形成包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將分散在第四載氣中的負電極活性物質吹到形成於負電極集電體層的表面上的汽相沉積聚合物膜上，使得負電極活性物質被引入到汽相沉積聚合物膜中，據此在負電極集電體層上整體形成包含負電極活性物質的負電極層。
[0029]在本發明的方法的第八優選形式中，形成包含離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括僅使用鋰鹽作為離子電導性呈現物質，並且將分散在第五載氣中的鋰鹽吹到包含離子導電聚合物的汽相沉積聚合物膜上，該汽相沉積聚合物膜形成於整體形成於負電極集電體層上的負電極層的表面上，使得鋰鹽被引入到包含離子導電聚合物的汽相沉積聚合物膜中，據此在負電極層上整體形成包含鋰鹽的負電極側汽相沉積聚合物膜。
[0030]在本發明的方法的第九優選形式中，形成包含離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括使用其中溶解有鋰鹽的液體離子導電聚合物，並且將霧狀分散在第六載氣中的液體離子導電聚合物的顆粒吹到形成於整體形成於負電極集電體層上的負電極層的表面上的汽相沉積聚合物膜上，使得液體離子導電聚合物的顆粒被引入到汽相沉積聚合物膜中，據此在負電極層上整體形成包含鋰鹽的負電極側汽相沉積聚合物膜。
[0031]在本發明的方法的第十優選形式中，形成包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將用於形成正電極層的多種材料的蒸汽引入其中容納有正電極集電體層、處於真空狀態的反應室中，使得引入的蒸汽被聚合以在正電極集電體層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將正電極活性物質引入反應室中，使得正電極活性物質被引入汽相沉積聚合物膜中，據此在正電極集電體層上整體形成包含正電極活性物質的正電極層，並且形成第一固體電解質層部分的正電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在開始形成正電極汽相沉積聚合物膜的步驟後已經過去預定的時間長度之後將用於形成第一固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入反應室中，使得引入的蒸汽被聚合以在正電極層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將離子電導性呈現物質引入反應室中，使得離子電導性呈現物質被引入汽相沉積聚合物膜中，據此在正電極層上整體形成包含離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜。在本發明的該形式中，將用於形成正電極層的多種材料的蒸汽引入反應室中以形成正電極層的數量在開始將用於形成第一固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入反應室中後逐漸減少到零，使得用於形成正電極層的多種材料的聚合與用於形成第一固體電解質層部分的多種材料的聚合彼此同時發生，以在以上指出的正電極層的表面上形成正電極側混合物層，該混合物層由混合物形成，該混合物由通過用於形成正電極層的多種材料的聚合獲得的產物和通過用於形成第一固體電解質層部分的多種材料的聚合獲得的產物組成。
[0032]在本發明的方法的第十一優選形式中，形成包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將用於形成負電極層的多種材料的蒸汽引入其中容納有負電極集電體層、處於真空狀態的反應室中，使得引入的蒸汽被聚合以在負電極集電體層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將負電極活性物質引入反應室中，使得負電極活性物質被引入汽相沉積聚合物膜中，據此在負電極集電體層上整體形成包含負電極活性物質的負電極層，並且形成第二固體電解質層部分的負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在開始形成負電極汽相沉積聚合物膜的步驟後已經過去預定的時間長度之後將用於形成第二固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入反應室中，使得引入的蒸汽被聚合以在負電極層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將離子電導性呈現物質引入反應室中，使得離子電導性呈現物質被引入汽相沉積聚合物膜中，據此在負電極層上整體形成包含離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜。在本發明的該形式中，將用於形成負電極層的多種材料的蒸汽引入反應室中以形成負電極層的數量在開始將用於形成第二固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入反應室中後逐漸減少到零，使得用於形成負電極層的多種材料的聚合與用於形成第二固體電解質層部分的多種材料的聚合彼此同時發生，以在以上描述的負電極層的表面上形成負電極側混合物層，該混合物層由混合物形成，該混合物由通過用於形成負電極層的多種材料的聚合獲得的產物和通過用於形成第二固體電解質層部分的多種材料的聚合獲得的產物組成。
[0033]在本發明的方法的第十二優選形式中，通過在容納於處於真空狀態的反應室內的襯底表面上通過真空汽相沉積工藝形成汽相沉積金屬膜來製備正電極集電體層。
[0034]在本發明的方法的第十三優選形式中，通過在容納於處於真空狀態的反應室內的襯底表面上通過真空汽相沉積工藝形成汽相沉積金屬膜來製備負電極集電體層。
[0035]以上指出的第三目的可以根據本發明的第三方面來實現，其提供一種用於生產具有電池單元的鋰離子二次電池的裝置，該電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，包括(a)第一層狀構件生產單元，被配置為生產由彼此整體層壓的正電極集電體層、正電極層和第一固體電解質層部分組成的第一層狀構件，第一固體電解質層部分是固體電解質層的與正電極層相鄰的厚度部分，(b)第二層狀構件生產單元，被配置為生產由彼此整體層壓的負電極集電體層、負電極層和第二固體電解質層部分組成的第二層狀構件，第二固體電解質層部分是固體電解質層的與負電極層相鄰的厚度部分，以及(C)電池單元生產單元，被配置為將第一和第二層狀構件彼此層壓，同時保持第一和第二固體電解質層部分彼此接觸，並且其中第一層狀構件生產單元包括用於在正電極集電體層的表面上整體形成作為正電極層的包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的正電極層形成裝置，和用於在由正電極層形成裝置形成的正電極層的表面上整體形成作為第一固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜的第一固體電解質層部分形成裝置，並且其中第二層狀構件生產單元包括用於在負電極集電體層的表面上整體形成作為負電極層的包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的負電極層形成裝置，和用於在由負電極層形成裝置形成的負電極層的表面上整體形成作為第二固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜的第二固體電解質層部分形成裝置。
[0036]在本發明的裝置的第一優選形式中，正電極層形成裝置包括用於在正電極集電體層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第一汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將正電極活性物質引入由第一汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的汽相沉積聚合物膜中的正電極活性物質引入裝置，第一汽相沉積聚合物膜形成裝置和正電極活性物質引入裝置協作以在正電極集電體層的表面上整體形成包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜，第一固體電解質層部分形成裝置包括用於在整體形成於正電極集電體層上的正電極層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第二汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將包括鋰鹽的離子電導性呈現物質引入由第二汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的汽相沉積聚合物膜中的第一鋰鹽引入裝置，第二汽相沉積聚合物膜形成裝置和第一鋰鹽引入裝置協作以在正電極層的表面上整體形成包含鋰鹽的正電極側汽相沉積聚合物膜，負電極層形成裝置包括用於在負電極集電體層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第三汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將負電極活性物質引入由第三汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的汽相沉積聚合物膜中的負電極活性物質引入裝置，第三汽相沉積聚合物膜形成裝置和負電極活性物質引入裝置協作以在負電極集電體層的表面上整體形成包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜，並且第二固體電解質層部分形成裝置包括用於在整體形成於負電極集電體層上的負電極層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第四汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將包括鋰鹽的離子電導性呈現物質引入由第四汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的汽相沉積聚合物膜中的第二鋰鹽引入裝置，第四汽相沉積聚合物膜形成裝置和第二鋰鹽引入裝置協作以在負電極層的表面上整體形成包含鋰鹽的負電極側汽相沉積聚合物膜。
[0037]根據本發明的第二優選形式的裝置進一步包括第一非均勻分布裝置，用於將電場或磁場施加到由第一層狀構件生產單元生產的第一層狀構件以向正電極側汽相沉積聚合物膜的與正電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在正電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子使得鋰離子非均勻地分布在正電極側汽相沉積聚合物膜中而使得與正電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比遠離正電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高而遠離正電極層的其他厚度部分中的來源於鋰鹽的陰離子的含量比與正電極層相鄰的厚度部分中的來源於鋰鹽的陰離子的含量高，以及第二非均勻分布裝置，用於將電場或磁場施加到由第二層狀構件生產單元生產的第二層狀構件以向負電極側汽相沉積聚合物膜的與負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在負電極側汽相沉積聚合物膜中的鋰鹽的鋰離子使得鋰離子非均勻地分布在負電極側汽相沉積聚合物膜中而使得與負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比遠離負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高而遠離負電極層的其他厚度部分中的來源於鋰鹽的陰離子的含量比與負電極層相鄰的厚度部分中的來源於鋰鹽的陰離子的含量高。
[0038]S卩，本發明的鋰離子二次電池中提供的正電極層和負電極層與固體電解質層都由通過汽相沉積聚合工藝形成的汽相沉積聚合物膜構成，汽相沉積聚合工藝是一種真空薄膜形成工藝，具有幾十nm到幾十μ m的極小厚度和高形成率。因此，其中正電極層和負電極層與固體電解質層中的每一個都由汽相沉積聚合物膜構成的本鋰離子二次電池解決了在其中正電極層和負電極層與固體電解質層由塗層構成的鋰離子二次電池中遇到的所有弊端。
[0039]此外，根據本發明的鋰離子二次電池中提供的固體電解質層由兩個汽相沉積聚合物膜構成，並且這兩個汽相沉積聚合物膜中的一個與正電極層整體形成在一起而另一個汽相沉積聚合物膜與負電極層整體形成在一起。因此，在本鋰離子二次電池中，不再留有阻止鋰離子在正電極層和固體電解質層之間以及在負電極層和固體電解質層之間的移動或運輸的間隙，使得可以有效地最小化固體電解質層與正電極層和負電極層之間的界面電阻。結果是，可以顯著地和有效地提高二次電池的性能。
[0040]進一步地，本鋰離子二次電池中提供的構成固體電解質層的兩個汽相沉積聚合物膜彼此疊加或層壓，導致在固體電解質層的厚度方向上在其中間部分中形成易於阻止鋰離子的移動的間隙。然而，在鋰離子二次電池的充放電期間，鋰離子的移動不必在固體電解質層的厚度方向上在其中間部分中發生，只要鋰離子在固體電解質層的厚度方向上在正電極層和固體電解質層的相應一端之間以及在負電極層和固體電解質層的另一端之間活躍地移動。因此，在固體電解質層的中間部分中形成易於阻止鋰離子的移動的間隙將不會對鋰離子二次電池的性能產生不利影響。
[0041]因此，根據本發明的鋰離子二次電池被配置為允許有效提高輸出密度、有效減小尺寸以及充分提高其性能，並且其可以以最低成本和高程度的生產率來進行生產。
[0042]根據本發明的生產鋰離子二次電池的方法允許以最低成本和高程度的生產率來生產二次電池，使得二次電池由於減少其固體電解質層與其正電極層和負電極層之間的界面電阻而具有提高的輸出密度、減小的尺寸以及充分提高的性能。
[0043]根據本發明的用於生產鋰離子二次電池的裝置還允許以最低成本和高程度的生產率來生產二次電池，使得二次電池由於減少其固體電解質層與其正電極層和負電極層之間的界面電阻而具有提高的輸出密度、減小的尺寸以及充分提高的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1是具有根據本發明的第一實施例的結構的鋰離子二次電池的放大的不完全截面圖；
[0045]圖2是根據第一實施例的用於生產圖1的鋰離子二次電池的生產裝置的示意圖；
[0046]圖3是對應於圖1的視圖的示出根據本發明的第二實施例的鋰離子二次電池的視圖；
[0047]圖4是根據第二實施例的用於生產圖3的鋰離子二次電池的生產裝置的示意圖；
[0048]圖5是根據本發明的第三實施例的用於生產圖3的鋰離子二次電池的生產裝置的示意圖；
[0049]圖6是根據本發明的第四實施例的用於生產圖3的鋰離子二次電池的生產裝置的示意圖；
[0050]圖7是對應於圖1的視圖的示出根據本發明的第五實施例的鋰離子二次電池的視圖；以及
[0051]圖8是根據第五實施例的用於生產圖7的鋰離子二次電池的生產裝置的示意圖。【具體實施方式】
[0052]為了進一步闡明本發明，將通過參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
[0053]首先參考圖1的不完全縱向截面圖，示出了根據本發明的第一實施例構造的鋰離子二次電池10。如圖1中所示，本實施例的鋰離子二次電池10由一個電池單元或單元元件22以層狀結構的形式構成，該層狀結構由以如下描述順序彼此層壓的正電極集電體層12、正電極層16、固體電解質層20、負電極層18和負電極集電體層14組成。
[0054]在本鋰離子二次電池10中，正電極集電體層12由鋁箔形成，而負電極集電體層14由銅箔形成。在這方面，應當注意到正電極集電體層12和負電極集電體層14可以由除鋁和銅之外的任何材料(諸如鈦、鎳、鐵和其他金屬材料，以及這些金屬材料的合金)形成。還應當注意到，正電極和負電極集電體層12、14可以是金屬材料的汽相沉積膜。
[0055]正電極層16由正電極汽相沉積聚合物膜26構成,正電極汽相沉積聚合物膜26包含正電極活性物質24並且形成在正電極集電體層12的相對表面之一的整個區域之上，使得聚合物膜26與正電極集電體層12是一體的。該正電極汽相沉積聚合物膜26主要由樹脂材料和通過樹脂材料鍵合在一起的大量正電極活性物質24的微粒或顆粒形成。
[0056]在本實施例中，包含在正電極汽相沉積聚合物膜26中的正電極活性物質24是LiCoO20然而，正電極活性物質24不限於LiCoO2,而可以是在現有技術的鋰離子二次電池中使用的任何活性物質。例如，正電極活性物質24可以是以下各項之一或其任何組合:Li (N1-Mn-Co) O2 (其中的 Ni 可以部分地被 Co 或 Mn 取代)；LiNi02 ；LiMn2O4 ；LiFeP04 ；LiMnxFe1^xPO4 ；V205 ；V6013 ;以及 TiS2。
[0057]負電極層18由汽相沉積聚合物膜30構成，汽相沉積聚合物膜30包含負電極活性物質28並且形成在負電極集電體層14的相對表面之一的整個區域上，使得聚合物膜30與負電極集電體層14是一體的。該汽相沉積聚合物膜30主要由樹脂材料和通過樹脂材料鍵合在一起的大量負電極活性物質28的微粒或顆粒形成。
[0058]在本實施例中，包含在汽相沉積聚合物膜30中的負電極活性物質28是天然石墨。然而，負電極活性物質28不限於天然石墨，而可以是在現有技術的鋰離子二次電池中使用的任何活性物質。例如，負電極活性物質28可以是以下各項之一或其任何組合:硬碳；碳納米管；碳納米壁；中間相碳微珠；中間相碳纖維；金屬鋰；鋰鋁合金；插入型鋰化合物(其中將鋰插入石墨或碳中);Li4Ti5012 ；Si ；SiO ；Si合金；Sn ；SnO ；Sn合金；以及MnO20
[0059]正電極活性物質24和負電極活性物質28在微粒尺寸方面不進行特別限制，但是由掃描電子顯微鏡測量的初級微粒的平均尺寸，或者作為初級微粒的團聚體的次級微粒的平均尺寸一般在大約10nm-50 μ m的範圍內選擇，因為大於50 μ m的初級或次級微粒的平均尺寸不僅使得難以減小鋰離子二次電池10的厚度，而且還引起當電流密度相對高時放電容量減小的問題，並且還因為小於IOnm的初級或次級微粒的平均尺寸導致每單位重量的正電極和負電極活性物質24、28的表面面積的極度增加以及輔助導電劑(auxiliaryelectrically conducive agent)的所需使用量的增加，從而引起鋰離子二次電池10的能量密度減小的風險。
[0060]如上所述，正電極層16和負電極層18分別由通過汽相沉積聚合工藝(其是一種真空乾燥工藝)形成的正電極汽相沉積聚合物膜26和負電極汽相沉積聚合物膜30構成。因此，正電極和負電極層16、18的厚度可以控制在幾十納米的量級上，並且可以因此被控制為極小的和均勻的。進一步地，包含在正電極和負電極層16、18中的雜質的量被充分地減少。
[0061]在本實施例中，分別包含正電極和負電極活性物質24、28的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30中的每個汽相沉積聚合物膜由聚苯胺(polyaniline)通過在通過已知的汽相沉積聚合工藝在真空中形成聚脲(polyurea)之後使用紫外線輻射對聚脲進行照射來形成。因此，汽相沉積聚合物膜26、30具有足夠高程度的電子電導性並且展示出足夠程度的柔性和塑性。
[0062]如本領域所公知的，用於獲得聚脲的聚合不需要用作起始單體材料的胺(包括二胺、三胺和四胺)和異氰酸酯(包括二異氰酸酯、三異氰酸酯和四異氰酸酯)的熱處理，並且使用加聚聚合反應來實現用於獲得聚脲的聚合，該加聚聚合反應不涉及任何數量的水和酒精的移除。因此，通過使用紫外線輻射對聚脲進行照射而獲得的聚苯胺的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30的形成成本在不需要使用用於在起始單體材料的聚合工藝中的熱處理的設備以及用於從其中發生聚合反應的反應室排出作為聚合反應的結果而被移除的水和酒精的設施的情況下可以降低。進一步地，聚脲具有高耐溼性，並且有利地保證了具有較聞穩定性的聞耐壓。
[0063]由正電極汽相沉積聚合物膜26構成的正電極層16和由負電極汽相沉積聚合物膜30構成的負電極層18的厚度一般在大約1-200 μ m的範圍內選擇，因為小於Iym的正電極和負電極層16、18的厚度導致不足量的正電極層16中的正電極活性物質24和負電極層18中的負電極活性物質28，從而導致能量密度減小的可能性，並且還因為大於200 μ m的厚度不僅使得難以減小鋰離子二次電池10的厚度和尺寸，而且還引起內部電阻(離子轉移電阻)增加的風險。
[0064]用於形成包含正電極和負電極活性物質24、28的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30的樹脂材料不限於以上通過示例給出的聚苯胺。即，汽相沉積聚合物膜26、30可以由任何其他已知的樹脂材料來形成，這些樹脂材料允許汽相沉積聚合物膜26、30與各自的正電極和負電極集電體層12、14整體形成在一起並且起到用於將正電極和負電極活性物質24、28的微粒鍵合在一起的鍵合劑的作用。例如，汽相沉積聚合物膜26、30可以由除通過使用紫外線輻射對聚脲進行照射而得到的聚苯胺之外的聚脲、聚醯胺、聚醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺(polyamideimide)、聚酯、聚氨酯(polyurethane)、聚甲亞胺、丙烯酸、聚對二甲苯和二萘嵌苯(perylene)形成。
[0065]在以上指出的樹脂材料中，由於其中含有的輔助導電劑或者在沒有該助劑的情況下具有電子電導性的樹脂材料可以適當地用於形成正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30，因為具有電子電導性的樹脂材料允許正電極層16和負電極層18的電子電導性的充分增大和膜電阻的有效減小，導致有利地提高鋰離子二次電池10的輸出密度。
[0066]尤其，包含正電極和負電極活性物質24、28的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30優選地由所謂的電子導電聚合物形成，該電子導電聚合物在沒有輔助導電劑的情況下具有高的電子電導性並且可以通過汽相沉積聚合來形成。這些電子導電聚合物的使用提高了鋰離子二次電池10的生產率，因為消除了將輔助導電劑添加到聚合物的步驟。例如，電子導電聚合物包括:具有η型共軛結構並且其側鏈鍵合到磺酸基或羧基的聚脲；通過使用紫外線輻射對聚脲進行照射而獲得的聚苯胺，該聚脲具有η型共軛結構並且其側鏈鍵合到磺酸基或羧基。
[0067]例如，可以用於增加正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30的電子電導性的輔助導電劑包括:導電碳粉(諸如炭黑)；以及導電碳纖維(諸如碳納米纖維和碳納米管)。
[0068]在本鋰離子二次電池10中，固體電解質層20由第一固體電解質層部分32和第二固體電解質層部分34組成，第一固體電解質層部分32形成於如在厚度方向上所見的正電極層16 —側，第二固體電解質層部分34形成於如在厚度方向上所見的負電極層18 —側。
[0069]第一固體電解質層部分32具有由第一內部汽相沉積聚合物膜36和第一外部汽相沉積聚合物膜37組成的兩層結構，第一內部汽相沉積聚合物膜36構成固體電解質層20的內部部分(如在厚度方向上所見的固體電解質層20的中間部分)，第一外部汽相沉積聚合物膜37構成固體電解質層20的外部部分(如在厚度方向上所見的正電極層16—側)。這些第一內部和外部汽相沉積聚合物膜36、37中的每個具有鋰離子電導性。第一外部汽相沉積聚合物膜37形成於正電極層16的相對表面中的遠離正電極集電體層12的表面的整個區域上，使得聚合物膜37與正電極層16是一體的。與第一外部汽相沉積聚合物膜37 —起整體形成第一內部汽相沉積聚合物膜36。將要認識到，含有鋰鹽且構成第一固體電解質層部分32的正電極側汽相沉積聚合物膜具有由第一內部和外部汽相沉積聚合物膜36、37組成的兩層結構。
[0070]另一方面，第二固體電解質層部分34具有由第二內部汽相沉積聚合物膜38和第二外部汽相沉積聚合物膜39組成的兩層結構，第二內部汽相沉積聚合物膜38構成固體電解質層20的另一內部部分(如在厚度方向上所見的固體電解質層20的另一中間部分)，第二外部汽相沉積聚合物膜39構成固體電解質層20的另一外部部分(如在厚度方向上所見的負電極層18 —側)。這些第二內部和外部汽相沉積聚合物膜38、39中的每個具有鋰離子電導性。第二外部汽相沉積聚合物膜39形成於負電極層18的相對表面中的遠離負電極集電體層14的表面的整個區域上，使得聚合物膜39與負電極層18是一體的。與第二外部汽相沉積聚合物膜39 —起整體形成第二內部汽相沉積聚合物膜38。將要認識到，含有鋰鹽且構成第二固體電解質層部分34的負電極側汽相沉積聚合物膜具有由第二內部和外部汽相沉積聚合物膜38、39組成的兩層結構。
[0071]第一和第二固體電解質層部分32和34在分別遠離正電極和負電極層16、18並且分別遠離第一和第二外部汽相沉積聚合物膜37、39的第一和第二內部汽相沉積聚合物膜36,38的表面彼此疊加或層壓，使得固體電解質層20形成為由第一和第二固體電解質層部分32、34組成的層狀體。雖然在本實施例中第一和第二固體電解質層部分32、34彼此層壓而沒有鍵合在一起，但是這些固體電解質層部分32、34可以例如通過熱鍵合工藝彼此鍵
八
口 ο
[0072]如同正電極和負電極層16、18，固體電解質層20通過汽相沉積聚合工藝來形成，該汽相沉積聚合工藝是一種真空乾燥工藝。因此，固體電解質層20的厚度也可以控制在幾十納米的量級上，並且可以因此被控制為極小的和均勻的。進一步地，包含在固體電解質層20中的雜質的量被充分地減少。
[0073]進一步地，在本實施例中，提供第一固體電解質層部分32的第一內部和外部汽相沉積聚合物膜36、37，以及提供第二固體電解質層部分34的第二內部和外部汽相沉積聚合物膜38、39都由聚脲形成，使得如同通過由聚苯胺形成的正電極和負電極汽相沉積聚合物膜26、30構成的正電極和負電極層16、18，固體電解質層20可以以減少的成本來形成，並且具有較高穩定性的高耐壓，並且展示出足夠程度的柔性或塑性。
[0074]用來形成第一內部和外部汽相沉積聚合物膜36、37和第二內部和外部汽相沉積聚合物膜38、39的聚脲具有由下列化學式(I)表示的聚氧化乙烯(polyethylene oxide)的重複單元結構。進一步地，該聚氧化乙烯包含鋰鹽，使得以上指出的所有四個汽相沉積聚合物膜36、37、38和39展示出鋰離子電導性。
[0075]化學式(I)
[0076]
【權利要求】
1.一種具有電池單元的鋰離子二次電池，所述電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，包括: 所述正電極層由整體形成於所述正電極集電體層的表面上且包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜構成； 所述負電極層由整體形成於所述負電極集電體層的表面上且包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜構成；以及 所述固體電解質層由層狀體構成，所述層狀體由整體形成於所述正電極層的表面上且包含鋰鹽的離子導電正電極側汽相沉積聚合物膜以及由整體形成於所述負電極層的表面上且包含鋰鹽的離子導電負電極側汽相沉積聚合物膜組成，所述正電極側離子導電汽相沉積聚合物膜和所述負電極側離子導電汽相沉積聚合物膜彼此層壓。
2.根據權利要求1所 述的鋰離子二次電池，其中來源於包含在所述固體電解質層的所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子和陰離子非均勻地分布在所述固體電解質層中，使得所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離所述正電極層和所述負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，並且使得分別遠離所述正電極層和所述負電極層的所述其他厚度部分中的陰離子的含量比分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的所述厚度部分中的陰離子的含量高。
3.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中所述固體電解質層的所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的厚度部分由具有官能團的聚合物形成，所述官能團包括具有高電負性的元素，所述元素向所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的所述厚度部分吸引來源於包含在所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子，以將所述鋰離子非均勻地分布在所述固體電解質層中，使得所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的所述厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離所述正電極層和所述負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高。
4.根據權利要求2所述的鋰離子二次電池，其中分別包含所述正電極活性物質和所述負電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜和所述負電極汽相沉積聚合物膜具有離子電導性。
5.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中分別包含所述正電極活性物質和所述負電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜和所述負電極汽相沉積聚合物膜具有電子電導性。
6.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中所述電池單元進一步包括插於所述正電極層和所述固體電解質層之間且由第一聚合物和第二聚合物的混合物形成的正電極側混合物層，所述第一聚合物用於形成包含所述正電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜，所述第二聚合物用於形成包含所述鋰鹽的所述正電極側汽相沉積聚合物膜，使得所述正電極側混合物層中的所述第一聚合物的含量在從所述正電極層向所述固體電解質層的方向上逐漸減少，而所述正電極側混合物層中的所述第二聚合物的含量在從所述正電極層向所述固體電解質層的方向上逐漸增加。
7.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池，其中所述電池單元進一步包括插於所述負電極層和所述固體電解質層之間且由第三聚合物和第四聚合物的混合物形成的負電極側混合物層，所述第三聚合物用於形成包含所述負電極活性物質的所述負電極汽相沉積聚合物膜，所述第四聚合物用於形成包含所述鋰鹽的所述負電極側汽相沉積聚合物膜，使得所述負電極側混合物層中的所述第三聚合物的含量在從所述負電極層向所述固體電解質層的方向上逐漸減少，而所述負電極側混合物層中的所述第四聚合物的含量在從所述負電極層向所述固體電解質層的方向上逐漸增加。
8.—種生產具有電池單元的鋰離子二次電池的方法，所述電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，包括: 製備所述正電極集電體層的步驟； 製備所述負電極集電體層的步驟； 在所述正電極集電體層的表面上整體形成作為所述正電極層的包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的步驟； 在整體形成於所述正電極集電體層上的所述正電極層的表面上整體形成作為第一固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜從而用於生產由彼此層壓的所述正電極集電體層、所述正電極層和所述第一固體電解質層部分組成的第一層狀構件的步驟，所述第一固體電解質層部分是所述固體電解質層的與所述正電極層相鄰的厚度部分； 在所述負電極集電體層的表面上整體形成作為所述負電極層的包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的步驟； 在整體形成於所述負電極集電體層的所述負電極層的表面上整體形成作為第二固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜從而用於生產由彼此層壓的所述負電極集電體層、所述負電極層和所述第二固體電解質層部分組成的第二層狀構件的步驟，所述第二固體電解質層部分是所述固體電解質層的與所述負電極層相鄰的剩餘厚度部分；以及 將所述第一層狀構件和所述第二層狀構件彼此層壓同時保持所述第一固體電解質層部分和所述第二固體電解質層部分彼此接觸的步驟。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述形成所述第一固體電解質層部分和所述第二固體電解質層部分的所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在彼此層壓所述第一層狀構件和所述第二層狀構件之前，將來源於包含在所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子和陰離子非均勻地分布在所述固體電解質層中，使得所述第一固體電解質層部分的與所述正電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比所述第一固體電解質層部分遠離所述正電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而所述第一固體電解質層部分的所述其他厚度部分中的陰離子的含量較高，並且使得所述第二固體電解質層部分的與所述負電極層相鄰的厚度部分中的鋰離子的含量比所述第二固體電解質層部分的遠離所述負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而所述第二固體電解質層部分的所述其他厚度部分中的陰離子的含量較高。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述形成所述第一固體電解質層部分和所述第二固體電解質層部分的所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括由具有官能團的聚合物形成所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的厚度部分，所述官能團包括具有高電負性的元素，所述元素向所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的所述厚度部分吸引來源於包含在所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子，以將所述鋰離子非均勻地分布在所述固體電解質層中，使得所述正電極側汽相沉積聚合物膜和所述負電極側汽相沉積聚合物膜的分別與所述正電極層和所述負電極層相鄰的所述厚度部分中的鋰離子的含量比分別遠離所述正電極層和所述負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述形成包含所述正電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將用於形成所述正電極層的多種材料的蒸汽引入其中容納有所述正電極集電體層、處於真空狀態的反應室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述正電極集電體層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將所述正電極活性物質引入所述反應室中，使得所述正電極活性物質被引入所述汽相沉積聚合物膜中，據此在所述正電極集電體層上整體形成作為所述正電極層的包含所述正電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜， 所述形成所述第一固體電解質層部分的所述正電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在開始所述形成所述正電極汽相沉積聚合物膜的步驟後已經過去預定的時間長度之後，將用於形成所述第一固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入所述反應室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述正電極層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將所述離子電導性呈現物質引入所述反應室中，使得所述離子電導性呈現物質被引入所述汽相沉積聚合物膜中，據此在所述正電極層上整體形成作為所述第一固體電解質層部分的包含所述離子電導性呈現物質的所述正電極側汽相沉積聚合物膜， 其中將用於形成所述正電極層的所述多種材料的所述蒸汽引入所述反應室中的數量在開始將用於形成所述第一固體電解質層部分的所述多種材料的所述蒸汽引入所述反應室中後逐漸減少到零，使得用於形成所述正電極層的所述多種材料的聚合與用於形成所述第一固體電解質層部分的所述多種材料的聚合彼此同時發生，以在所述正電極層的所述表面上形成正電極側混合物層，所述混合物層由混合物形成，所述混合物由通過用於形成所述正電極層的所述多種材料的所述聚合獲得的產物和通過用於形成所述第一固體電解質層部分的所述多種材料的所述聚合獲得的產物組成。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述形成包含所述負電極活性物質的所述負電極汽相沉積聚合物膜的步驟包括將用於形成所述負電極層的多種材料的蒸汽引入其中容納有所述負電極集電體層、處於真空狀態的反應室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述負電極集電體層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將所述負電極活性物質引入所述反應室中，使得所述負電極活性物質被引入所述汽相沉積聚合物膜中，據此在所述負電極集電體層上整體形成作為所述負電極層的包含所述負電極活性物質的所述負電極汽相沉積聚合物膜，所述形成所述第二固體電解質層部分的所述負電極側汽相沉積聚合物膜的步驟包括在開始所述形成所述負電極汽相沉積聚合物膜的步驟後已經過去預定的時間長度之後，將用於形成所述第二固體電解質層部分的多種材料的蒸汽引入所述反應室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述負電極層的表面上形成汽相沉積聚合物膜，並且同時將所述離子電導性呈現物質引入所述反應室中，使得所述離子電導性呈現物質被引入所述汽相沉積聚合物膜中，據此在所述負電極層上整體形成作為所述第二固體電解質層部分的包含所述離子電導性呈現物質的所述負電極側汽相沉積聚合物膜， 其中將用於形成所述負電極層的所述多種材料的所述蒸汽引入所述反應室中的數量在開始將用於形成所述第二固體電解質層部分的所述多種材料的所述蒸汽引入所述反應室中後逐漸減少到零，使得用於形成所述負電極層的所述多種材料的聚合與用於形成所述第二固體電解質層部分的所述多種材料的聚合彼此同時發生，以在所述負電極層的所述表面上形成負電極側混合物層，所述混合物層由混合物形成，所述混合物由通過用於形成所述負電極層的所述多種材料的所述聚合獲得的產物和通過用於形成所述第二固體電解質層部分的所述多種材料的所述聚合獲得的產物組成。
13.一種用於生產具有電池單元的鋰離子二次電池的裝置，所述電池單元包括正電極集電體層、正電極層、固體電解質層、負電極層和負電極集電體層，這些層以該描述的順序彼此層壓，包括: 第一層狀構件生產單元，被配置為生產由彼此整體層壓的所述正電極集電體層、所述正電極層和第一固體電解質層部分組成的第一層狀構件，所述第一固體電解質層部分是所述固體電解質層與所述正電極層相鄰的厚度部分； 第二層狀構件生產單元，被配置為生產由彼此整體層壓的所述負電極集電體層、所述負電極層和第二固體電解質層部分組成的第二層狀構件，所述第二固體電解質層部分是所述固體電解質層的與所述負 電極層相鄰的厚度部分；以及 電池單元生產單元，被配置為將所述第一層狀構件和所述第二層狀構件彼此層壓，同時保持所述第一固體電解質層部分和所述第二固體電解質層部分彼此接觸， 其中所述第一層狀構件生產單元包括用於在所述正電極集電體層的表面上整體形成作為所述正電極層的包含正電極活性物質的正電極汽相沉積聚合物膜的正電極層形成裝置，和用於在由所述正電極層形成裝置形成的所述正電極層的表面上整體形成作為所述第一固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的正電極側汽相沉積聚合物膜的第一固體電解質層部分形成裝置， 並且其中所述第二層狀構件生產單元包括用於在所述負電極集電體層的表面上整體形成作為所述負電極層的包含負電極活性物質的負電極汽相沉積聚合物膜的負電極層形成裝置，和用於在由所述負電極層形成裝置形成的所述負電極層的表面上整體形成作為所述第二固體電解質層部分的包含包括鋰鹽的離子電導性呈現物質的負電極側汽相沉積聚合物膜的第二固體電解質層部分形成裝置。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中所述正電極層形成裝置包括用於在所述正電極集電體層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第一汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將所述正電極活性物質引入由所述第一汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的所述汽相沉積聚合物膜中的正電極活性物質引入裝置，所述第一汽相沉積聚合物膜形成裝置和所述正電極活性物質引入裝置協作以在所述正電極集電體層的表面上整體形成包含所述正電極活性物質的所述正電極汽相沉積聚合物膜， 所述第一固體電解質層部分形成裝置包括用於在整體形成於所述正電極集電體層上的所述正電極層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第二汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將包括所述鋰鹽的所述離子電導性呈現物質引入由所述第二汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的所述汽相沉積聚合物膜中的第一鋰鹽引入裝置，所述第二汽相沉積聚合物膜形成裝置和所述第一鋰鹽引入裝置協作以在所述正電極層的表面上整體形成包含所述鋰鹽的所述正電極側汽相沉積聚合物膜， 所述負電極層形成裝置包括用於在所述負電極集電體層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第三汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將所述負電極活性物質引入由所述第三汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的所述汽相沉積聚合物膜中的負電極活性物質引入裝置，所述第三汽相沉積聚合物膜形成裝置和所述負電極活性物質引入裝置協作以在所述負電極集電體層的表面上整體形成包含所述負電極活性物質的所述負電極汽相沉積聚合物膜，並且 所述第二固體電解質層部分形成裝置包括用於在整體形成於所述負電極集電體層上的所述負電極層的表面上通過汽相沉積聚合工藝整體形成汽相沉積聚合物膜的第四汽相沉積聚合物膜形成裝置，和用於將包括所述鋰鹽的所述離子電導性呈現物質引入由所述第四汽相沉積聚合物膜形成裝置形成的所述汽相沉積聚合物膜中的第二鋰鹽引入裝置，所述第四汽相沉積聚合物膜形成裝置和所述第二鋰鹽引入裝置協作以在所述負電極層的表面上整體形成包含所述鋰鹽的所述負電極側汽相沉積聚合物膜。
15.根據權利要求13所述的裝置，進一步包括第一非均勻分布裝置，用於將電場或磁場施加到由所述第一層狀構件生產單元生產的所述第一層狀構件，以向所述正電極側汽相沉積聚合物膜的與所述正電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在所述正電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子，使得所述鋰離子非均勻地分布在所述正電極側汽相沉積聚合物膜中，使得與所述正電極層相鄰的所述厚度部分中的鋰離子的含量比遠離所述正電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而遠離所述正電極層的所述其他厚度部分中的來源於所述鋰鹽的陰離子的含量比與所述正電極層相鄰的所述厚度部分中的來源於所述鋰鹽的陰離子的含量高，以及第`二非均勻分布裝置，用於將電場或磁場施加到由所述第二層狀構件生產單元生產的所述第二層狀構件，以向所述負電極側汽相沉積聚合物膜的與所述負電極層相鄰的厚度部分吸引來源於包含在所述負電極側汽相沉積聚合物膜中的所述鋰鹽的鋰離子，使得所述鋰離子非均勻地分布在所述負電極側汽相沉積聚合物膜中，使得與所述負電極層相鄰的所述厚度部分中的鋰離子的含量比遠離所述負電極層的其他厚度部分中的鋰離子的含量高，而遠離所述負電極層的所述其他厚度部分中的來源於所述鋰鹽的陰離子的含量比與所述負電極層相鄰的所述厚度部分中的來源於所述鋰鹽的陰離子的含量高。
【文檔編號】H01M10/0525GK103579664SQ201310320026
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2012年7月26日
【發明者】野口真淑 申請人:小島衝壓工業株式會社