[发明专利]锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置

说明书

相关申请的交叉引用

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

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

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。

日本专利第3852169号(专利文献1)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。

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。

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。

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。

即，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。

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。

专利文献1：日本专利第3852169号。

发明内容

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。