锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置制造方法
【专利摘要】本发明的各实施方式总体上涉及锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置。具体地，涉及一种锂离子二次电池10，该锂离子二次电池10由层状构件40和层状构件42组成，层状构件40包括彼此整体层压的正电极集电体层12、由包含正电极活性物质24的汽相沉积聚合物膜26组成的正电极层16以及正电极侧汽相沉积聚合物膜36、37，层状构件42包括彼此整体层压的负电极集电体层14、由包含负电极活性物质28的汽相沉积聚合物膜30组成的负电极层18以及负电极侧汽相沉积聚合物膜38、39。层状构件40、42彼此叠加，使得汽相沉积聚合物膜36、37与汽相沉积聚合物膜38、39相接触。汽相沉积聚合物膜36、37、38、39构成固体电解质层20。
【专利说明】锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于在2012年7月26日提交的日本专利申请第2012-165442号，其内容通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明总体上涉及锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置，并且更特别地涉及全固体型锂离子二次电池的改进以及允许有利地生产如此构造的锂离子二次电池的方法和装置，该锂离子二次电池具有包括正电极层和负电极层的电池单元或电池元件，正电极层和负电极层叠加在固体电解质层的各自相对的表面上，以使得在正电极集电体层和负电极集电体层之间插入正电极层和负电极层以及固体电解质层。
【背景技术】
[0004]具有高能量密度的锂离子二次电池在便携式电子设备(诸如笔记本个人计算机和蜂窝电话或移动电话)中被广泛地用作电源。该锂离子二次电池一般被分类成两类，即，使用液体型电解质(包括液体电解质和凝胶型电解质)的锂离子二次电池，以及使用固体电解质的所谓的全固体型锂离子二次电池。在这两类锂离子二次电池中，与使用液体型电解质的锂离子二次电池不同，全固体型锂离子二次电池没有液体泄漏和起火的风险，并且具有较高的安全程度。出于对该优点的亲睐，已经在全固体型锂离子二次电池的领域中有了日渐增长的发展，期待对于全固体型锂离子二次电池的进一步增加的需求。
[0005]日本专利第3852169号(专利文献I)公开了锂离子二次电池的示例，通过形成以下项生产该锂离子二次电池:在正电极集电体(collector)层上的正电极层，其形式为包含正电极活性物质的有机聚合物涂层；在负电极集电体层上的负电极层，其形式为包含负电极活性物质的有机聚合物涂层；以及固体电解质层，其形式为包含锂盐的有机聚合物涂层，以使得正电极层和负电极层叠加在固体电解质层的各自相对的表面上。
[0006]在如上所述配置的锂离子二次电池中，正电极层、负电极层和固体电解质层均由有机聚合物膜构成。因此，这些正电极层和负电极层以及固体电解质层表现出足够的柔性或塑性，以及相应高的弯曲度或挠曲强度。
[0007]然而，在该锂离子二次电池中，正电极层和负电极层以及固体电解质层是具有不小于几十微米的厚度的涂层，以使得在试图减少锂离子二次电池的总体尺寸和提高其输出密度中在正电极层和负电极层以及固体电解质层的厚度的减少量方面存在限制。此外，锂离子二次电池的生产需要用于干燥在湿法工艺(wet process)中形成的正电极层和负电极层以及固体电解质层的附加设备，从而生产成本不期望地增加。此外，需要额外的时间用于在形成正电极层和负电极层以及固体电解质层之后干燥这些层，从而每个锂离子二次电池的所需的生产周期必然延长，导致电池的低生产率的问题。
[0008]此外，以上标识的出版物中公开的锂离子二次电池具有归因于其构造的下列缺点，其中分别从固体电解质层形成的正电极层和负电极层仅仅被层压在固体电解质层的各自相对的表面上。
[0009]S卩，上述锂离子二次电池(其中正电极层和负电极层被层叠或层压在固体电解质层上)在固体电解质层与正电极层和负电极层之间不可避免地具有间隙，造成如下问题:该间隙阻止锂离子在正电极层和固体电解质层之间以及在负电极层和固体电解质层之间的平滑移动或运输。负电极层和正电极层可以通过热键合(thermal bonding)工艺与固体电解质层一体地形成。然而，在这种情况下，固体电解质层与正电极层和负电极层之间的间隙也不能完全消除，即，阻止锂离子移动的极其微小的间隙仍然保持在固体电解质层与正电极层和负电极层之间。
[0010]因此，现有技术的锂离子二次电池(其中，彼此分开形成的正电极层和负电极层以及固体电解质层相互层压)遭受固体电解质层与正电极层和负电极层之间的高程度的界面电阻，其对于电池性能的提高是巨大障碍。
[0011]专利文献1:日本专利第3852169号。
【发明内容】
[0012]鉴于上述【背景技术】做出本发明。因此，本发明的第一目的是提供一种锂离子二次电池，其被配置为由于减小其固体电解质层与其正电极层和负电极层之间的界面电阻而允许有效提高其输出密度和有效减小其尺寸以及充分提高其性能，并且其可以以最低成本和高程度的生产率来进行生产。本发明的第二目的和第三目的分别是提供一种允许高效生产具有这些优秀特性的锂离子二次电池的方法和装置。
[0013]以上指出的第一目的可以根据本发明的第一方面来实现，其提供一种具有电池单元的锂离子二次电池，该电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，其中正电极层由整体形成于正电极集电体层的表面上且包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜构成，并且负电极层由整体形成于负电极集电体层的表面上且包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜构成，而固体电解质层由层状体构成，该层状体由整体形成于正电极层的表面上且包含锂盐的正电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜以及由整体形成于负电极层的表面上且包含锂盐的负电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜组成，正电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜和负电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜彼此层压。
[0014]在本发明的锂离子二次电池的第一优选形式中，来源于包含在固体电解质层的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子和阴离子非均匀地分布在固体电解质层中使得正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，并且使得以上指出的分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的阴离子的含量比分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的阴离子的含量高。
[0015]在本发明的锂离子二次电池的第二优选形式中，二次电池由第一层状构件和第二层状构件构成，第一层状构件由彼此整体层压的正电极集电体层、正电极层和固体电解质层的第一部分组成，第二层状构件由彼此整体层压的负电极集电体层、负电极层和固体电解质层的剩余第二部分组成，在将电场或磁场施加到第一层状构件和第二层状构件以向正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在固体电解质层的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子后，第一层状构件和第二层状构件彼此层压，使得锂离子非均匀地分布在固体电解质层中使得正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量闻。
[0016]在本发明的锂离子二次电池的第三优选形式中，固体电解质层的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分由具有官能团的聚合物形成，官能团包括具有高电负性的元素，该元素向正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在固体电解质层的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子，以用于将锂离子非均匀地分布在固体电解质层中使得正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的锂尚子的含量闻。
[0017]在本发明的锂离子二次电池的第四优选形式中，分别包含正电极和负电极活性物质的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜具有离子电导性。
[0018]在本发明的锂离子二次电池的第五优选形式中，分别包含正电极和负电极活性物质的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜具有电子电导性。
[0019]在本发明的锂离子二次电池的第六优选形式中，电池单元进一步包括插于正电极层和固体电解质层之间且由第一聚合物和第二聚合物的混合物形成的正电极侧混合物层，第一聚合物用于形成包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜，第二聚合物用于形成包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜，使得正电极侧混合物层中的第一聚合物的含量在从正电极层向固体电解质层的方向上逐渐减少，而正电极侧混合物层中的第二聚合物的含量在从正电极层向固体电解质层的方向上逐渐增加。
[0020]在本发明的锂离子二次电池的第七优选形式中，电池单元进一步包括插于负电极层和固体电解质层之间且由第三聚合物和第四聚合物的混合物形成的负电极侧混合物层，第三聚合物用于形成包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜，第四聚合物用于形成包含锂盐的负电极侧汽相沉积聚合物膜，使得负电极侧混合物层中的第三聚合物的含量在从负电极层向固体电解质层的方向上逐渐减少，而负电极侧混合物层中的第四聚合物的含量在从负电极层向固体电解质层的方向上逐渐增加。
[0021]以上指出的第二目的可以根据本发明的第二方面来实现，其提供一种生产具有电池单元的锂离子二次电池的方法，该电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，包括(a)制备正电极集电体层的步骤，(b)制备负电极集电体层的步骤，(C)在正电极集电体层的表面上整体形成作为正电极层的包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的步骤，(d)在整体形成于正电极集电体层的正电极层的表面上整体形成作为第一固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质(ion-conductivity rendering substance)的正电极侧汽相沉积聚合物膜从而用于生产由彼此层压的正电极集电体层、正电极层和第一固体电解质层部分组成的第一层状构件的步骤，第一固体电解质层部分是固体电解质层的与正电极层相邻的厚度部分，(e)在负电极集电体层的表面上整体形成作为负电极层的包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的步骤，(f)在整体形成于负电极集电体层的负电极层的表面上整体形成作为第二固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜从而用于生产由彼此层压的负电极集电体层、负电极层和第二固体电解质层部分组成的第二层状构件的步骤，第二固体电解质层部分是固体电解质层的与负电极层相邻的剩余厚度部分，以及(g)将第一层状构件和第二层状构件彼此层压的步骤，同时保持第一固体电解质层部分和第二固体电解质层部分彼此接触。
[0022]在本发明的方法的第一优选形式中，形成第一和第二固体电解质层部分的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在彼此层压第一和第二层状构件之前将来源于包含在正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子和阴离子非均匀地分布在固体电解质层中，使得第一固体电解质层部分的与正电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比第一固体电解质层部分的远离正电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而以上指出的第一固体电解质层部分的其他厚度部分中的阴离子的含量较高，并且使得第二固体电解质层部分的与负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比第二固体电解质层部分的远离负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而以上指出的第二固体电解质层部分的其他厚度部分中的阴离子的含量较高。
[0023]在本发明的方法的第二优选形式中，形成第一和第二固体电解质层部分的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在彼此层压之前将电场或磁场施加到第一和第二层状构件，以向正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子，使得锂离子非均匀地分布在固体电解质层中使得正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高。
[0024]在本发明的方法的第三优选形式中，形成第一和第二固体电解质层部分的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括由具有官能团的聚合物形成正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分，官能团包括具有高电负性的元素，该元素向正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子，以用于将锂离子非均匀地分布在固体电解质层中使得正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与正电极层和负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离正电极层和负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高。
[0025]在本发明的方法的第四优选形式中，形成包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将分散在第一载气中的正电极活性物质吹到形成于正电极集电体层的表面上的汽相沉积聚合物膜上，使得正电极活性物质被引入到汽相沉积聚合物膜中，据此在正电极集电体层上整体形成包含正电极活性物质的正电极层。
[0026]在本发明的方法的第五优选形式中，形成包含离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括仅使用锂盐作为离子电导性呈现物质，并且将分散在第二载气中的锂盐吹到包含离子导电聚合物的汽相沉积聚合物膜上，该汽相沉积聚合物膜形成于整体形成于正电极集电体层上的正电极层的表面上，使得锂盐被引入到包含离子导电聚合物的汽相沉积聚合物膜中，据此在正电极层上整体形成包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜。
[0027]在本发明的方法的第六优选形式中，形成包含离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括使用其中溶解有锂盐的液体离子导电聚合物，并且将雾状分散在第三载气中的液体离子导电聚合物的颗粒吹到形成于整体形成于正电极集电体层上的正电极层的表面上的汽相沉积聚合物膜上，使得液体离子导电聚合物的颗粒被引入到汽相沉积聚合物膜中，据此在正电极层上整体形成包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜。
[0028]在本发明的方法的第七优选形式中，形成包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将分散在第四载气中的负电极活性物质吹到形成于负电极集电体层的表面上的汽相沉积聚合物膜上，使得负电极活性物质被引入到汽相沉积聚合物膜中，据此在负电极集电体层上整体形成包含负电极活性物质的负电极层。
[0029]在本发明的方法的第八优选形式中，形成包含离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括仅使用锂盐作为离子电导性呈现物质，并且将分散在第五载气中的锂盐吹到包含离子导电聚合物的汽相沉积聚合物膜上，该汽相沉积聚合物膜形成于整体形成于负电极集电体层上的负电极层的表面上，使得锂盐被引入到包含离子导电聚合物的汽相沉积聚合物膜中，据此在负电极层上整体形成包含锂盐的负电极侧汽相沉积聚合物膜。
[0030]在本发明的方法的第九优选形式中，形成包含离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括使用其中溶解有锂盐的液体离子导电聚合物，并且将雾状分散在第六载气中的液体离子导电聚合物的颗粒吹到形成于整体形成于负电极集电体层上的负电极层的表面上的汽相沉积聚合物膜上，使得液体离子导电聚合物的颗粒被引入到汽相沉积聚合物膜中，据此在负电极层上整体形成包含锂盐的负电极侧汽相沉积聚合物膜。
[0031]在本发明的方法的第十优选形式中，形成包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将用于形成正电极层的多种材料的蒸汽引入其中容纳有正电极集电体层、处于真空状态的反应室中，使得引入的蒸汽被聚合以在正电极集电体层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将正电极活性物质引入反应室中，使得正电极活性物质被引入汽相沉积聚合物膜中，据此在正电极集电体层上整体形成包含正电极活性物质的正电极层，并且形成第一固体电解质层部分的正电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在开始形成正电极汽相沉积聚合物膜的步骤后已经过去预定的时间长度之后将用于形成第一固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入反应室中，使得引入的蒸汽被聚合以在正电极层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将离子电导性呈现物质引入反应室中，使得离子电导性呈现物质被引入汽相沉积聚合物膜中，据此在正电极层上整体形成包含离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜。在本发明的该形式中，将用于形成正电极层的多种材料的蒸汽引入反应室中以形成正电极层的数量在开始将用于形成第一固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入反应室中后逐渐减少到零，使得用于形成正电极层的多种材料的聚合与用于形成第一固体电解质层部分的多种材料的聚合彼此同时发生，以在以上指出的正电极层的表面上形成正电极侧混合物层，该混合物层由混合物形成，该混合物由通过用于形成正电极层的多种材料的聚合获得的产物和通过用于形成第一固体电解质层部分的多种材料的聚合获得的产物组成。
[0032]在本发明的方法的第十一优选形式中，形成包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将用于形成负电极层的多种材料的蒸汽引入其中容纳有负电极集电体层、处于真空状态的反应室中，使得引入的蒸汽被聚合以在负电极集电体层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将负电极活性物质引入反应室中，使得负电极活性物质被引入汽相沉积聚合物膜中，据此在负电极集电体层上整体形成包含负电极活性物质的负电极层，并且形成第二固体电解质层部分的负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在开始形成负电极汽相沉积聚合物膜的步骤后已经过去预定的时间长度之后将用于形成第二固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入反应室中，使得引入的蒸汽被聚合以在负电极层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将离子电导性呈现物质引入反应室中，使得离子电导性呈现物质被引入汽相沉积聚合物膜中，据此在负电极层上整体形成包含离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜。在本发明的该形式中，将用于形成负电极层的多种材料的蒸汽引入反应室中以形成负电极层的数量在开始将用于形成第二固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入反应室中后逐渐减少到零，使得用于形成负电极层的多种材料的聚合与用于形成第二固体电解质层部分的多种材料的聚合彼此同时发生，以在以上描述的负电极层的表面上形成负电极侧混合物层，该混合物层由混合物形成，该混合物由通过用于形成负电极层的多种材料的聚合获得的产物和通过用于形成第二固体电解质层部分的多种材料的聚合获得的产物组成。
[0033]在本发明的方法的第十二优选形式中，通过在容纳于处于真空状态的反应室内的衬底表面上通过真空汽相沉积工艺形成汽相沉积金属膜来制备正电极集电体层。
[0034]在本发明的方法的第十三优选形式中，通过在容纳于处于真空状态的反应室内的衬底表面上通过真空汽相沉积工艺形成汽相沉积金属膜来制备负电极集电体层。
[0035]以上指出的第三目的可以根据本发明的第三方面来实现，其提供一种用于生产具有电池单元的锂离子二次电池的装置，该电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，包括(a)第一层状构件生产单元，被配置为生产由彼此整体层压的正电极集电体层、正电极层和第一固体电解质层部分组成的第一层状构件，第一固体电解质层部分是固体电解质层的与正电极层相邻的厚度部分，(b)第二层状构件生产单元，被配置为生产由彼此整体层压的负电极集电体层、负电极层和第二固体电解质层部分组成的第二层状构件，第二固体电解质层部分是固体电解质层的与负电极层相邻的厚度部分，以及(C)电池单元生产单元，被配置为将第一和第二层状构件彼此层压，同时保持第一和第二固体电解质层部分彼此接触，并且其中第一层状构件生产单元包括用于在正电极集电体层的表面上整体形成作为正电极层的包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的正电极层形成装置，和用于在由正电极层形成装置形成的正电极层的表面上整体形成作为第一固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜的第一固体电解质层部分形成装置，并且其中第二层状构件生产单元包括用于在负电极集电体层的表面上整体形成作为负电极层的包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的负电极层形成装置，和用于在由负电极层形成装置形成的负电极层的表面上整体形成作为第二固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜的第二固体电解质层部分形成装置。
[0036]在本发明的装置的第一优选形式中，正电极层形成装置包括用于在正电极集电体层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第一汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将正电极活性物质引入由第一汽相沉积聚合物膜形成装置形成的汽相沉积聚合物膜中的正电极活性物质引入装置，第一汽相沉积聚合物膜形成装置和正电极活性物质引入装置协作以在正电极集电体层的表面上整体形成包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜，第一固体电解质层部分形成装置包括用于在整体形成于正电极集电体层上的正电极层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第二汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将包括锂盐的离子电导性呈现物质引入由第二汽相沉积聚合物膜形成装置形成的汽相沉积聚合物膜中的第一锂盐引入装置，第二汽相沉积聚合物膜形成装置和第一锂盐引入装置协作以在正电极层的表面上整体形成包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜，负电极层形成装置包括用于在负电极集电体层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第三汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将负电极活性物质引入由第三汽相沉积聚合物膜形成装置形成的汽相沉积聚合物膜中的负电极活性物质引入装置，第三汽相沉积聚合物膜形成装置和负电极活性物质引入装置协作以在负电极集电体层的表面上整体形成包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜，并且第二固体电解质层部分形成装置包括用于在整体形成于负电极集电体层上的负电极层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第四汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将包括锂盐的离子电导性呈现物质引入由第四汽相沉积聚合物膜形成装置形成的汽相沉积聚合物膜中的第二锂盐引入装置，第四汽相沉积聚合物膜形成装置和第二锂盐引入装置协作以在负电极层的表面上整体形成包含锂盐的负电极侧汽相沉积聚合物膜。
[0037]根据本发明的第二优选形式的装置进一步包括第一非均匀分布装置，用于将电场或磁场施加到由第一层状构件生产单元生产的第一层状构件以向正电极侧汽相沉积聚合物膜的与正电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在正电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子使得锂离子非均匀地分布在正电极侧汽相沉积聚合物膜中而使得与正电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比远离正电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高而远离正电极层的其他厚度部分中的来源于锂盐的阴离子的含量比与正电极层相邻的厚度部分中的来源于锂盐的阴离子的含量高，以及第二非均匀分布装置，用于将电场或磁场施加到由第二层状构件生产单元生产的第二层状构件以向负电极侧汽相沉积聚合物膜的与负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在负电极侧汽相沉积聚合物膜中的锂盐的锂离子使得锂离子非均匀地分布在负电极侧汽相沉积聚合物膜中而使得与负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比远离负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高而远离负电极层的其他厚度部分中的来源于锂盐的阴离子的含量比与负电极层相邻的厚度部分中的来源于锂盐的阴离子的含量高。
[0038]S卩，本发明的锂离子二次电池中提供的正电极层和负电极层与固体电解质层都由通过汽相沉积聚合工艺形成的汽相沉积聚合物膜构成，汽相沉积聚合工艺是一种真空薄膜形成工艺，具有几十nm到几十μ m的极小厚度和高形成率。因此，其中正电极层和负电极层与固体电解质层中的每一个都由汽相沉积聚合物膜构成的本锂离子二次电池解决了在其中正电极层和负电极层与固体电解质层由涂层构成的锂离子二次电池中遇到的所有弊端。
[0039]此外，根据本发明的锂离子二次电池中提供的固体电解质层由两个汽相沉积聚合物膜构成，并且这两个汽相沉积聚合物膜中的一个与正电极层整体形成在一起而另一个汽相沉积聚合物膜与负电极层整体形成在一起。因此，在本锂离子二次电池中，不再留有阻止锂离子在正电极层和固体电解质层之间以及在负电极层和固体电解质层之间的移动或运输的间隙，使得可以有效地最小化固体电解质层与正电极层和负电极层之间的界面电阻。结果是，可以显著地和有效地提高二次电池的性能。
[0040]进一步地，本锂离子二次电池中提供的构成固体电解质层的两个汽相沉积聚合物膜彼此叠加或层压，导致在固体电解质层的厚度方向上在其中间部分中形成易于阻止锂离子的移动的间隙。然而，在锂离子二次电池的充放电期间，锂离子的移动不必在固体电解质层的厚度方向上在其中间部分中发生，只要锂离子在固体电解质层的厚度方向上在正电极层和固体电解质层的相应一端之间以及在负电极层和固体电解质层的另一端之间活跃地移动。因此，在固体电解质层的中间部分中形成易于阻止锂离子的移动的间隙将不会对锂离子二次电池的性能产生不利影响。
[0041]因此，根据本发明的锂离子二次电池被配置为允许有效提高输出密度、有效减小尺寸以及充分提高其性能，并且其可以以最低成本和高程度的生产率来进行生产。
[0042]根据本发明的生产锂离子二次电池的方法允许以最低成本和高程度的生产率来生产二次电池，使得二次电池由于减少其固体电解质层与其正电极层和负电极层之间的界面电阻而具有提高的输出密度、减小的尺寸以及充分提高的性能。
[0043]根据本发明的用于生产锂离子二次电池的装置还允许以最低成本和高程度的生产率来生产二次电池，使得二次电池由于减少其固体电解质层与其正电极层和负电极层之间的界面电阻而具有提高的输出密度、减小的尺寸以及充分提高的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是具有根据本发明的第一实施例的结构的锂离子二次电池的放大的不完全截面图；
[0045]图2是根据第一实施例的用于生产图1的锂离子二次电池的生产装置的示意图；
[0046]图3是对应于图1的视图的示出根据本发明的第二实施例的锂离子二次电池的视图；
[0047]图4是根据第二实施例的用于生产图3的锂离子二次电池的生产装置的示意图；
[0048]图5是根据本发明的第三实施例的用于生产图3的锂离子二次电池的生产装置的示意图；
[0049]图6是根据本发明的第四实施例的用于生产图3的锂离子二次电池的生产装置的示意图；
[0050]图7是对应于图1的视图的示出根据本发明的第五实施例的锂离子二次电池的视图；以及
[0051]图8是根据第五实施例的用于生产图7的锂离子二次电池的生产装置的示意图。【具体实施方式】
[0052]为了进一步阐明本发明，将通过参考附图详细描述本发明的优选实施例。
[0053]首先参考图1的不完全纵向截面图，示出了根据本发明的第一实施例构造的锂离子二次电池10。如图1中所示，本实施例的锂离子二次电池10由一个电池单元或单元元件22以层状结构的形式构成，该层状结构由以如下描述顺序彼此层压的正电极集电体层12、正电极层16、固体电解质层20、负电极层18和负电极集电体层14组成。
[0054]在本锂离子二次电池10中，正电极集电体层12由铝箔形成，而负电极集电体层14由铜箔形成。在这方面，应当注意到正电极集电体层12和负电极集电体层14可以由除铝和铜之外的任何材料(诸如钛、镍、铁和其他金属材料，以及这些金属材料的合金)形成。还应当注意到，正电极和负电极集电体层12、14可以是金属材料的汽相沉积膜。
[0055]正电极层16由正电极汽相沉积聚合物膜26构成,正电极汽相沉积聚合物膜26包含正电极活性物质24并且形成在正电极集电体层12的相对表面之一的整个区域之上，使得聚合物膜26与正电极集电体层12是一体的。该正电极汽相沉积聚合物膜26主要由树脂材料和通过树脂材料键合在一起的大量正电极活性物质24的微粒或颗粒形成。
[0056]在本实施例中，包含在正电极汽相沉积聚合物膜26中的正电极活性物质24是LiCoO20然而，正电极活性物质24不限于LiCoO2,而可以是在现有技术的锂离子二次电池中使用的任何活性物质。例如，正电极活性物质24可以是以下各项之一或其任何组合: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]负电极层18由汽相沉积聚合物膜30构成，汽相沉积聚合物膜30包含负电极活性物质28并且形成在负电极集电体层14的相对表面之一的整个区域上，使得聚合物膜30与负电极集电体层14是一体的。该汽相沉积聚合物膜30主要由树脂材料和通过树脂材料键合在一起的大量负电极活性物质28的微粒或颗粒形成。
[0058]在本实施例中，包含在汽相沉积聚合物膜30中的负电极活性物质28是天然石墨。然而，负电极活性物质28不限于天然石墨，而可以是在现有技术的锂离子二次电池中使用的任何活性物质。例如，负电极活性物质28可以是以下各项之一或其任何组合:硬碳；碳纳米管；碳纳米壁；中间相碳微珠；中间相碳纤维；金属锂；锂铝合金；插入型锂化合物(其中将锂插入石墨或碳中);Li4Ti5012 ；Si ；SiO ；Si合金；Sn ；SnO ；Sn合金；以及MnO20
[0059]正电极活性物质24和负电极活性物质28在微粒尺寸方面不进行特别限制，但是由扫描电子显微镜测量的初级微粒的平均尺寸，或者作为初级微粒的团聚体的次级微粒的平均尺寸一般在大约10nm-50 μ m的范围内选择，因为大于50 μ m的初级或次级微粒的平均尺寸不仅使得难以减小锂离子二次电池10的厚度，而且还引起当电流密度相对高时放电容量减小的问题，并且还因为小于IOnm的初级或次级微粒的平均尺寸导致每单位重量的正电极和负电极活性物质24、28的表面面积的极度增加以及辅助导电剂(auxiliaryelectrically conducive agent)的所需使用量的增加，从而引起锂离子二次电池10的能量密度减小的风险。
[0060]如上所述，正电极层16和负电极层18分别由通过汽相沉积聚合工艺(其是一种真空干燥工艺)形成的正电极汽相沉积聚合物膜26和负电极汽相沉积聚合物膜30构成。因此，正电极和负电极层16、18的厚度可以控制在几十纳米的量级上，并且可以因此被控制为极小的和均匀的。进一步地，包含在正电极和负电极层16、18中的杂质的量被充分地减少。
[0061]在本实施例中，分别包含正电极和负电极活性物质24、28的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30中的每个汽相沉积聚合物膜由聚苯胺(polyaniline)通过在通过已知的汽相沉积聚合工艺在真空中形成聚脲(polyurea)之后使用紫外线辐射对聚脲进行照射来形成。因此，汽相沉积聚合物膜26、30具有足够高程度的电子电导性并且展示出足够程度的柔性和塑性。
[0062]如本领域所公知的，用于获得聚脲的聚合不需要用作起始单体材料的胺(包括二胺、三胺和四胺)和异氰酸酯(包括二异氰酸酯、三异氰酸酯和四异氰酸酯)的热处理，并且使用加聚聚合反应来实现用于获得聚脲的聚合，该加聚聚合反应不涉及任何数量的水和酒精的移除。因此，通过使用紫外线辐射对聚脲进行照射而获得的聚苯胺的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30的形成成本在不需要使用用于在起始单体材料的聚合工艺中的热处理的设备以及用于从其中发生聚合反应的反应室排出作为聚合反应的结果而被移除的水和酒精的设施的情况下可以降低。进一步地，聚脲具有高耐湿性，并且有利地保证了具有较闻稳定性的闻耐压。
[0063]由正电极汽相沉积聚合物膜26构成的正电极层16和由负电极汽相沉积聚合物膜30构成的负电极层18的厚度一般在大约1-200 μ m的范围内选择，因为小于Iym的正电极和负电极层16、18的厚度导致不足量的正电极层16中的正电极活性物质24和负电极层18中的负电极活性物质28，从而导致能量密度减小的可能性，并且还因为大于200 μ m的厚度不仅使得难以减小锂离子二次电池10的厚度和尺寸，而且还引起内部电阻(离子转移电阻)增加的风险。
[0064]用于形成包含正电极和负电极活性物质24、28的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30的树脂材料不限于以上通过示例给出的聚苯胺。即，汽相沉积聚合物膜26、30可以由任何其他已知的树脂材料来形成，这些树脂材料允许汽相沉积聚合物膜26、30与各自的正电极和负电极集电体层12、14整体形成在一起并且起到用于将正电极和负电极活性物质24、28的微粒键合在一起的键合剂的作用。例如，汽相沉积聚合物膜26、30可以由除通过使用紫外线辐射对聚脲进行照射而得到的聚苯胺之外的聚脲、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺(polyamideimide)、聚酯、聚氨酯(polyurethane)、聚甲亚胺、丙烯酸、聚对二甲苯和二萘嵌苯(perylene)形成。
[0065]在以上指出的树脂材料中，由于其中含有的辅助导电剂或者在没有该助剂的情况下具有电子电导性的树脂材料可以适当地用于形成正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30，因为具有电子电导性的树脂材料允许正电极层16和负电极层18的电子电导性的充分增大和膜电阻的有效减小，导致有利地提高锂离子二次电池10的输出密度。
[0066]尤其，包含正电极和负电极活性物质24、28的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30优选地由所谓的电子导电聚合物形成，该电子导电聚合物在没有辅助导电剂的情况下具有高的电子电导性并且可以通过汽相沉积聚合来形成。这些电子导电聚合物的使用提高了锂离子二次电池10的生产率，因为消除了将辅助导电剂添加到聚合物的步骤。例如，电子导电聚合物包括:具有η型共轭结构并且其侧链键合到磺酸基或羧基的聚脲；通过使用紫外线辐射对聚脲进行照射而获得的聚苯胺，该聚脲具有η型共轭结构并且其侧链键合到磺酸基或羧基。
[0067]例如，可以用于增加正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30的电子电导性的辅助导电剂包括:导电碳粉(诸如炭黑)；以及导电碳纤维(诸如碳纳米纤维和碳纳米管)。
[0068]在本锂离子二次电池10中，固体电解质层20由第一固体电解质层部分32和第二固体电解质层部分34组成，第一固体电解质层部分32形成于如在厚度方向上所见的正电极层16 —侧，第二固体电解质层部分34形成于如在厚度方向上所见的负电极层18 —侧。
[0069]第一固体电解质层部分32具有由第一内部汽相沉积聚合物膜36和第一外部汽相沉积聚合物膜37组成的两层结构，第一内部汽相沉积聚合物膜36构成固体电解质层20的内部部分(如在厚度方向上所见的固体电解质层20的中间部分)，第一外部汽相沉积聚合物膜37构成固体电解质层20的外部部分(如在厚度方向上所见的正电极层16—侧)。这些第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37中的每个具有锂离子电导性。第一外部汽相沉积聚合物膜37形成于正电极层16的相对表面中的远离正电极集电体层12的表面的整个区域上，使得聚合物膜37与正电极层16是一体的。与第一外部汽相沉积聚合物膜37 —起整体形成第一内部汽相沉积聚合物膜36。将要认识到，含有锂盐且构成第一固体电解质层部分32的正电极侧汽相沉积聚合物膜具有由第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37组成的两层结构。
[0070]另一方面，第二固体电解质层部分34具有由第二内部汽相沉积聚合物膜38和第二外部汽相沉积聚合物膜39组成的两层结构，第二内部汽相沉积聚合物膜38构成固体电解质层20的另一内部部分(如在厚度方向上所见的固体电解质层20的另一中间部分)，第二外部汽相沉积聚合物膜39构成固体电解质层20的另一外部部分(如在厚度方向上所见的负电极层18 —侧)。这些第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39中的每个具有锂离子电导性。第二外部汽相沉积聚合物膜39形成于负电极层18的相对表面中的远离负电极集电体层14的表面的整个区域上，使得聚合物膜39与负电极层18是一体的。与第二外部汽相沉积聚合物膜39 —起整体形成第二内部汽相沉积聚合物膜38。将要认识到，含有锂盐且构成第二固体电解质层部分34的负电极侧汽相沉积聚合物膜具有由第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39组成的两层结构。
[0071]第一和第二固体电解质层部分32和34在分别远离正电极和负电极层16、18并且分别远离第一和第二外部汽相沉积聚合物膜37、39的第一和第二内部汽相沉积聚合物膜36,38的表面彼此叠加或层压，使得固体电解质层20形成为由第一和第二固体电解质层部分32、34组成的层状体。虽然在本实施例中第一和第二固体电解质层部分32、34彼此层压而没有键合在一起，但是这些固体电解质层部分32、34可以例如通过热键合工艺彼此键
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[0072]如同正电极和负电极层16、18，固体电解质层20通过汽相沉积聚合工艺来形成，该汽相沉积聚合工艺是一种真空干燥工艺。因此，固体电解质层20的厚度也可以控制在几十纳米的量级上，并且可以因此被控制为极小的和均匀的。进一步地，包含在固体电解质层20中的杂质的量被充分地减少。
[0073]进一步地，在本实施例中，提供第一固体电解质层部分32的第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37，以及提供第二固体电解质层部分34的第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39都由聚脲形成，使得如同通过由聚苯胺形成的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30构成的正电极和负电极层16、18，固体电解质层20可以以减少的成本来形成，并且具有较高稳定性的高耐压，并且展示出足够程度的柔性或塑性。
[0074]用来形成第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37和第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39的聚脲具有由下列化学式(I)表示的聚氧化乙烯(polyethylene oxide)的重复单元结构。进一步地，该聚氧化乙烯包含锂盐，使得以上指出的所有四个汽相沉积聚合物膜36、37、38和39展示出锂离子电导性。
[0075]化学式(I)
[0076]
【权利要求】
1.一种具有电池单元的锂离子二次电池，所述电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，包括: 所述正电极层由整体形成于所述正电极集电体层的表面上且包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜构成； 所述负电极层由整体形成于所述负电极集电体层的表面上且包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜构成；以及 所述固体电解质层由层状体构成，所述层状体由整体形成于所述正电极层的表面上且包含锂盐的离子导电正电极侧汽相沉积聚合物膜以及由整体形成于所述负电极层的表面上且包含锂盐的离子导电负电极侧汽相沉积聚合物膜组成，所述正电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧离子导电汽相沉积聚合物膜彼此层压。
2.根据权利要求1所 述的锂离子二次电池，其中来源于包含在所述固体电解质层的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子和阴离子非均匀地分布在所述固体电解质层中，使得所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比分别远离所述正电极层和所述负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，并且使得分别远离所述正电极层和所述负电极层的所述其他厚度部分中的阴离子的含量比分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的所述厚度部分中的阴离子的含量高。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述固体电解质层的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的厚度部分由具有官能团的聚合物形成，所述官能团包括具有高电负性的元素，所述元素向所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的所述厚度部分吸引来源于包含在所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子，以将所述锂离子非均匀地分布在所述固体电解质层中，使得所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的所述厚度部分中的锂离子的含量比分别远离所述正电极层和所述负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高。
4.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中分别包含所述正电极活性物质和所述负电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜和所述负电极汽相沉积聚合物膜具有离子电导性。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中分别包含所述正电极活性物质和所述负电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜和所述负电极汽相沉积聚合物膜具有电子电导性。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述电池单元进一步包括插于所述正电极层和所述固体电解质层之间且由第一聚合物和第二聚合物的混合物形成的正电极侧混合物层，所述第一聚合物用于形成包含所述正电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜，所述第二聚合物用于形成包含所述锂盐的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜，使得所述正电极侧混合物层中的所述第一聚合物的含量在从所述正电极层向所述固体电解质层的方向上逐渐减少，而所述正电极侧混合物层中的所述第二聚合物的含量在从所述正电极层向所述固体电解质层的方向上逐渐增加。
7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述电池单元进一步包括插于所述负电极层和所述固体电解质层之间且由第三聚合物和第四聚合物的混合物形成的负电极侧混合物层，所述第三聚合物用于形成包含所述负电极活性物质的所述负电极汽相沉积聚合物膜，所述第四聚合物用于形成包含所述锂盐的所述负电极侧汽相沉积聚合物膜，使得所述负电极侧混合物层中的所述第三聚合物的含量在从所述负电极层向所述固体电解质层的方向上逐渐减少，而所述负电极侧混合物层中的所述第四聚合物的含量在从所述负电极层向所述固体电解质层的方向上逐渐增加。
8.—种生产具有电池单元的锂离子二次电池的方法，所述电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，包括: 制备所述正电极集电体层的步骤； 制备所述负电极集电体层的步骤； 在所述正电极集电体层的表面上整体形成作为所述正电极层的包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的步骤； 在整体形成于所述正电极集电体层上的所述正电极层的表面上整体形成作为第一固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜从而用于生产由彼此层压的所述正电极集电体层、所述正电极层和所述第一固体电解质层部分组成的第一层状构件的步骤，所述第一固体电解质层部分是所述固体电解质层的与所述正电极层相邻的厚度部分； 在所述负电极集电体层的表面上整体形成作为所述负电极层的包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的步骤； 在整体形成于所述负电极集电体层的所述负电极层的表面上整体形成作为第二固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜从而用于生产由彼此层压的所述负电极集电体层、所述负电极层和所述第二固体电解质层部分组成的第二层状构件的步骤，所述第二固体电解质层部分是所述固体电解质层的与所述负电极层相邻的剩余厚度部分；以及 将所述第一层状构件和所述第二层状构件彼此层压同时保持所述第一固体电解质层部分和所述第二固体电解质层部分彼此接触的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成所述第一固体电解质层部分和所述第二固体电解质层部分的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在彼此层压所述第一层状构件和所述第二层状构件之前，将来源于包含在所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子和阴离子非均匀地分布在所述固体电解质层中，使得所述第一固体电解质层部分的与所述正电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比所述第一固体电解质层部分远离所述正电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而所述第一固体电解质层部分的所述其他厚度部分中的阴离子的含量较高，并且使得所述第二固体电解质层部分的与所述负电极层相邻的厚度部分中的锂离子的含量比所述第二固体电解质层部分的远离所述负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而所述第二固体电解质层部分的所述其他厚度部分中的阴离子的含量较高。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成所述第一固体电解质层部分和所述第二固体电解质层部分的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括由具有官能团的聚合物形成所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的厚度部分，所述官能团包括具有高电负性的元素，所述元素向所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的所述厚度部分吸引来源于包含在所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子，以将所述锂离子非均匀地分布在所述固体电解质层中，使得所述正电极侧汽相沉积聚合物膜和所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的分别与所述正电极层和所述负电极层相邻的所述厚度部分中的锂离子的含量比分别远离所述正电极层和所述负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成包含所述正电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将用于形成所述正电极层的多种材料的蒸汽引入其中容纳有所述正电极集电体层、处于真空状态的反应室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述正电极集电体层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将所述正电极活性物质引入所述反应室中，使得所述正电极活性物质被引入所述汽相沉积聚合物膜中，据此在所述正电极集电体层上整体形成作为所述正电极层的包含所述正电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜， 所述形成所述第一固体电解质层部分的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在开始所述形成所述正电极汽相沉积聚合物膜的步骤后已经过去预定的时间长度之后，将用于形成所述第一固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入所述反应室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述正电极层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将所述离子电导性呈现物质引入所述反应室中，使得所述离子电导性呈现物质被引入所述汽相沉积聚合物膜中，据此在所述正电极层上整体形成作为所述第一固体电解质层部分的包含所述离子电导性呈现物质的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜， 其中将用于形成所述正电极层的所述多种材料的所述蒸汽引入所述反应室中的数量在开始将用于形成所述第一固体电解质层部分的所述多种材料的所述蒸汽引入所述反应室中后逐渐减少到零，使得用于形成所述正电极层的所述多种材料的聚合与用于形成所述第一固体电解质层部分的所述多种材料的聚合彼此同时发生，以在所述正电极层的所述表面上形成正电极侧混合物层，所述混合物层由混合物形成，所述混合物由通过用于形成所述正电极层的所述多种材料的所述聚合获得的产物和通过用于形成所述第一固体电解质层部分的所述多种材料的所述聚合获得的产物组成。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述形成包含所述负电极活性物质的所述负电极汽相沉积聚合物膜的步骤包括将用于形成所述负电极层的多种材料的蒸汽引入其中容纳有所述负电极集电体层、处于真空状态的反应室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述负电极集电体层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将所述负电极活性物质引入所述反应室中，使得所述负电极活性物质被引入所述汽相沉积聚合物膜中，据此在所述负电极集电体层上整体形成作为所述负电极层的包含所述负电极活性物质的所述负电极汽相沉积聚合物膜，所述形成所述第二固体电解质层部分的所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的步骤包括在开始所述形成所述负电极汽相沉积聚合物膜的步骤后已经过去预定的时间长度之后，将用于形成所述第二固体电解质层部分的多种材料的蒸汽引入所述反应室中，使得所引入的蒸汽被聚合以在所述负电极层的表面上形成汽相沉积聚合物膜，并且同时将所述离子电导性呈现物质引入所述反应室中，使得所述离子电导性呈现物质被引入所述汽相沉积聚合物膜中，据此在所述负电极层上整体形成作为所述第二固体电解质层部分的包含所述离子电导性呈现物质的所述负电极侧汽相沉积聚合物膜， 其中将用于形成所述负电极层的所述多种材料的所述蒸汽引入所述反应室中的数量在开始将用于形成所述第二固体电解质层部分的所述多种材料的所述蒸汽引入所述反应室中后逐渐减少到零，使得用于形成所述负电极层的所述多种材料的聚合与用于形成所述第二固体电解质层部分的所述多种材料的聚合彼此同时发生，以在所述负电极层的所述表面上形成负电极侧混合物层，所述混合物层由混合物形成，所述混合物由通过用于形成所述负电极层的所述多种材料的所述聚合获得的产物和通过用于形成所述第二固体电解质层部分的所述多种材料的所述聚合获得的产物组成。
13.一种用于生产具有电池单元的锂离子二次电池的装置，所述电池单元包括正电极集电体层、正电极层、固体电解质层、负电极层和负电极集电体层，这些层以该描述的顺序彼此层压，包括: 第一层状构件生产单元，被配置为生产由彼此整体层压的所述正电极集电体层、所述正电极层和第一固体电解质层部分组成的第一层状构件，所述第一固体电解质层部分是所述固体电解质层与所述正电极层相邻的厚度部分； 第二层状构件生产单元，被配置为生产由彼此整体层压的所述负电极集电体层、所述负电极层和第二固体电解质层部分组成的第二层状构件，所述第二固体电解质层部分是所述固体电解质层的与所述负 电极层相邻的厚度部分；以及 电池单元生产单元，被配置为将所述第一层状构件和所述第二层状构件彼此层压，同时保持所述第一固体电解质层部分和所述第二固体电解质层部分彼此接触， 其中所述第一层状构件生产单元包括用于在所述正电极集电体层的表面上整体形成作为所述正电极层的包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜的正电极层形成装置，和用于在由所述正电极层形成装置形成的所述正电极层的表面上整体形成作为所述第一固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的正电极侧汽相沉积聚合物膜的第一固体电解质层部分形成装置， 并且其中所述第二层状构件生产单元包括用于在所述负电极集电体层的表面上整体形成作为所述负电极层的包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜的负电极层形成装置，和用于在由所述负电极层形成装置形成的所述负电极层的表面上整体形成作为所述第二固体电解质层部分的包含包括锂盐的离子电导性呈现物质的负电极侧汽相沉积聚合物膜的第二固体电解质层部分形成装置。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述正电极层形成装置包括用于在所述正电极集电体层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第一汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将所述正电极活性物质引入由所述第一汽相沉积聚合物膜形成装置形成的所述汽相沉积聚合物膜中的正电极活性物质引入装置，所述第一汽相沉积聚合物膜形成装置和所述正电极活性物质引入装置协作以在所述正电极集电体层的表面上整体形成包含所述正电极活性物质的所述正电极汽相沉积聚合物膜， 所述第一固体电解质层部分形成装置包括用于在整体形成于所述正电极集电体层上的所述正电极层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第二汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将包括所述锂盐的所述离子电导性呈现物质引入由所述第二汽相沉积聚合物膜形成装置形成的所述汽相沉积聚合物膜中的第一锂盐引入装置，所述第二汽相沉积聚合物膜形成装置和所述第一锂盐引入装置协作以在所述正电极层的表面上整体形成包含所述锂盐的所述正电极侧汽相沉积聚合物膜， 所述负电极层形成装置包括用于在所述负电极集电体层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第三汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将所述负电极活性物质引入由所述第三汽相沉积聚合物膜形成装置形成的所述汽相沉积聚合物膜中的负电极活性物质引入装置，所述第三汽相沉积聚合物膜形成装置和所述负电极活性物质引入装置协作以在所述负电极集电体层的表面上整体形成包含所述负电极活性物质的所述负电极汽相沉积聚合物膜，并且 所述第二固体电解质层部分形成装置包括用于在整体形成于所述负电极集电体层上的所述负电极层的表面上通过汽相沉积聚合工艺整体形成汽相沉积聚合物膜的第四汽相沉积聚合物膜形成装置，和用于将包括所述锂盐的所述离子电导性呈现物质引入由所述第四汽相沉积聚合物膜形成装置形成的所述汽相沉积聚合物膜中的第二锂盐引入装置，所述第四汽相沉积聚合物膜形成装置和所述第二锂盐引入装置协作以在所述负电极层的表面上整体形成包含所述锂盐的所述负电极侧汽相沉积聚合物膜。
15.根据权利要求13所述的装置，进一步包括第一非均匀分布装置，用于将电场或磁场施加到由所述第一层状构件生产单元生产的所述第一层状构件，以向所述正电极侧汽相沉积聚合物膜的与所述正电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在所述正电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子，使得所述锂离子非均匀地分布在所述正电极侧汽相沉积聚合物膜中，使得与所述正电极层相邻的所述厚度部分中的锂离子的含量比远离所述正电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而远离所述正电极层的所述其他厚度部分中的来源于所述锂盐的阴离子的含量比与所述正电极层相邻的所述厚度部分中的来源于所述锂盐的阴离子的含量高，以及第`二非均匀分布装置，用于将电场或磁场施加到由所述第二层状构件生产单元生产的所述第二层状构件，以向所述负电极侧汽相沉积聚合物膜的与所述负电极层相邻的厚度部分吸引来源于包含在所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中的所述锂盐的锂离子，使得所述锂离子非均匀地分布在所述负电极侧汽相沉积聚合物膜中，使得与所述负电极层相邻的所述厚度部分中的锂离子的含量比远离所述负电极层的其他厚度部分中的锂离子的含量高，而远离所述负电极层的所述其他厚度部分中的来源于所述锂盐的阴离子的含量比与所述负电极层相邻的所述厚度部分中的来源于所述锂盐的阴离子的含量高。
【文档编号】H01M10/0525GK103579664SQ201310320026
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】野口真淑 申请人:小岛冲压工业株式会社