[发明专利]锂离子二次电池的制造方法及制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池的制造方法和制造装置，尤其是涉及具有由正电极层和负电极层隔着固体电解质层层叠而成的层叠体(发电元件)的全固体型锂离子二次电池的制造方法的改进、和所述锂离子二次电池的制造装置的新构造。

背景技术

一般来说，在笔记本个人计算机、移动电话等便携式电子设备中，具有高能量密度的锂离子二次电池被广泛用作电源。在该锂离子二次电池中大体有两类，即：对电解质使用液体类电解质(包括液体电解质和凝胶型电解质)的锂离子二次电池、和对电解质使用固体电解质的所谓的全固体型锂离子二次电池。在这两种锂离子二次电池中，全固体型锂离子二次电池与使用液体类电解质的锂离子二次电池不同，没有发生漏液或起火等的隐患，能够确保高安全性。因此，近年来，为满足对于全固体型锂离子二次电池的进一步需求的增加的开发正在进行，有各种构造的全固体型锂离子二次电池的制造方法被提出。

例如，日本专利第3852169号公报(专利文献1)公开了一种制造锂离子二次电池的方法，即：由含有活性物质的有机高分子膜构成的正电极层和负电极层通过膜涂层形成，另一方面，由含有电解质盐化合物的有机高分子膜构成的固体电解质层也由膜涂层形成，然后，将正电极层和负电极层以其间夹着所述固体电解质层的方式分别层叠，由此制造出锂离子二次电池。另外，日本特开2010-251075号公报(专利文献2)公开了一种制造锂离子二次电池的方法，即：在规定的基板上通过溅射而形成无机正电极层，然后在该正电极层上通过溅射而形成固体电解质层，之后在该固体电解质层上通过汽相沉积而形成无机负电极层，由此制造出锂离子二次电池。前者和后者两公报公开的锂离子二次电池的制造方法都发挥着优良的特征，但另一方面也具有应改善的几个问题。

即，根据前者的公报公开的锂离子二次电池的制造方法，正电极层、负电极层和固体电解质层都由有机高分子膜构成，因此在这些正电极及负电极层和固体电解质层中，能够发挥适度的挠性乃至柔软性。由此，在这样的锂离子二次电池中，能够确保适度的挠性乃至柔软性，能够发挥基于所述挠性乃至柔软性产生的高的弯曲强度。

但是，在所述锂离子二次电池的制造方法中，正电极及负电极层和固体电解质层是膜涂层，因此，这些正电极及负电极层和固体电解质层的厚度为数十μm，由此，通过正电极及负电极层和固体电解质层的薄壁化来实现的锂离子二次电池整体的小型化或输出密度的提高自身存在极限。另外，例如，由于锂离子二次电池整体所在的设置部和集电体自身存在凹凸等，所以在集电体的表面(层叠面)不是平坦面，例如是具有凹部或凸部的面的情况下，在这样的集电体表面上，难以针对整个面遍布地以均匀的厚度形成正电极层和固体电解质层。由此，根据集电体中的正电极层和负电极层的层叠面的形状，存在难以得到稳定的电池性能的可能，因此，锂离子电池整体的形状限于平板状，存在缺乏形状自由度的倾向。而且，正电极及负电极层和固体电解质层通过湿法工艺形成，因此为形成这些正电极及负电极层和固体电解质层而需要干燥设施等额外的设备。由此，不仅正电极及负电极层和固体电解质层的形成设备、进而锂离子二次电池整体的制造设备会大型化，而且这些设备的运营成本变大也是不可避免的。而且，在正电极及负电极层和固体电解质层的形成之后，还需要用于使其干燥的额外的时间，由此，还存在1个锂离子二次电池的制造所需的周期时间必然变长的问题。

另一方面，在后者的公报公开的锂离子二次电池的制造方法中，正电极层和固体电解质层由溅射膜层构成，另外，负电极层由汽相沉积膜层构成。由此，正电极层、负电极层和固体电解质层与由膜涂层构成的情况相比能够以足够薄的纳米量级的厚度形成，由此，能够有效地实现锂离子二次电池的小型化和输出密度的提高。而且，由于通过干法工艺形成正电极层、负电极层和固体电解质层，所以不需要干燥设备，其结果，能够有利地实现锂离子二次电池的制造设备的简化乃至小型化。

但是另一方面，在所述锂离子二次电池的制造方法中，由于正电极层、负电极层和固体电解质层全部由无机物质构成，所以这些层的挠性乃至柔软性欠缺，而且，作为供由溅射膜层构成的正电极层和固体电解质层层叠形成的衬底(集电体等)，选择了硬的材质，从而存在锂离子二次电池整体成为弯曲强度低的结构的问题。另外，正电极层和构成固体电解质层的溅射膜层的成膜率(单位时间的成膜量)显著地低，因此还存在1个锂离子二次电池的制造所需的周期时间必然变长的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第3852169号公报

专利文献2:日本特开2010-251075号公报