CN103579664A - 锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置 - Google Patents

锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

锂离子二次电池及其生产方法和用于其生产的装置
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。
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。
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。
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高。
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离子的含量高。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
即，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μm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。
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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
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
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。
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。
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。
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。
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LiCoO2。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(Ni-Mn-Co)O2(其中的Ni可以部分地被Co或Mn取代)；LiNiO2；LiMn2O4；LiFePO4；LiMnxFe1-xPO4；V2O5；V6O13；以及TiS2。
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。
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)；Li4Ti5O12；Si；SiO；Si合金；Sn；SnO；Sn合金；以及MnO2。
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-50μm的范围内选择，因为大于50μm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10nm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(auxiliary electrically conduciveagent)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。
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。
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。
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高稳定性的高耐压。
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1-200μm的范围内选择，因为小于1μm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200μm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。
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。
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。
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π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π型共轭结构并且其侧链键合到磺酸基或羧基。
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)。
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16一侧，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18一侧。
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16一侧)。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37一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。
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18一侧)。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39一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。
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合。
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。
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。
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(1)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。
化学式(1)
Figure BDA00003577718100201
在本实施例中，与正电极层16整体形成的第一外部汽相沉积聚合物膜37和与负电极层18整体形成的第二外部汽相沉积聚合物膜39由具有包括具有高电负性的吸引锂离子的元素的官能团的聚合物(即，具有带负电的官能团的聚合物)形成。例如，第一和第二外部汽相沉积聚合物膜37、39由具有作为侧链的氰基(-CN)的聚脲形成。
然而，注意到，构成固体电解质层20的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以及构成固体电解质层20的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的锂离子导电树脂材料不限于以上通过示例给出的聚脲。四个汽相沉积聚合物膜36、37、38和39可以由任何其他已知的锂离子导电树脂材料形成，其允许这些聚合物膜通过汽相沉积聚合工艺与正电极和负电极层16、18整体形成。
更具体地说，第一和第二固体电解质层部分32、34的四个汽相沉积聚合物膜36-39的树脂材料可以从以下各项中选择：具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚酰胺；具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚酰亚胺；具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚酰胺-酰亚胺；具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚酯；具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚氨酯；具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的聚甲亚胺；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚脲；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚酰胺；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚酰亚胺；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚酰胺-酰亚胺；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚酯；含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚氨酯；以及含有锂盐且其侧链键合到磺酸基的聚甲亚胺。
总之，分别构成固体电解质层20的第一和第二固体电解质层部分32、34的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可以由具有聚氧化乙烯的重复单元结构、在聚氧化乙烯中包含锂盐并且可以通过汽相沉积聚合工艺形成为膜的锂离子导电树脂材料(以下称为“树脂A”)或者包含锂盐、其侧链键合到磺酸基并且可以通过汽相沉积聚合工艺形成为膜的锂离子导电树脂材料(以下称为“树脂B”)形成。注意到，树脂A的聚氧化乙烯的重复单元结构可以键合到树脂A的分子，或者可以不键合到分子而只是混合在树脂A中。
所有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不必由相同的树脂材料形成。例如，四个汽相沉积聚合物膜36、37、38和39中的至少一个可以由以上指出的树脂材料中的一种形成，其不同于其他(多个)汽相沉积聚合物膜的(多种)树脂材料。
在本实施例中，第一和第二外部汽相沉积聚合物膜37、39由以上指出的树脂材料形成，该树脂材料是具有作为侧链的官能团的聚合物，官能团包括具有高电负性的吸引锂离子的元素。更具体地说，选择具有作为侧链的下列官能团中的任何一个的树脂材料，例如：氰基(-CN)；氟基(-F)；氯基(-Cl)；溴基(-Br)；碘基(-I)；羰基(＝O)；羧基(-COOH)；羟基(-OH)；硝基(-NO2)；以及磺酸盐基(-SO3H)。
包含在固体电解质层20的第一和第二固体电解质层部分32和34中的锂盐是包含锂的离子离解化合物，并且不被特别限制。可以使用任何一种常规用于将锂离子电导性给予期望的树脂材料的锂盐。例如，LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiBF4和LiClO4可以被用作待包含在固体电解质层20中的锂盐。
锂盐在由离子导电树脂材料(在本实施例中，具有聚氧化乙烯的重复单元结构的聚脲)形成的第一固体电解质层部分32(第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37)和第二固体电解质层部分34(第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39)中被部分解离(电离)，使得包含在固体电解质层20中的一部分锂盐以锂离子和阴离子的形式存在于第一和第二固体电解质层部分32、34。
在根据本实施例的锂离子二次电池10中，用于与正电极层16整体形成第一固体电解质层部分32的第一外部汽相沉积聚合物膜37以及用于与负电极层18整体形成第二固体电解质层部分34的第二外部汽相沉积聚合物膜39的聚合物具有带负电的官能团，该官能团包括如上所述具有高电负性的元素。因此，来源于存在于第一和第二固体电解质层部分32、34内的锂盐的锂离子被第一和第二外部汽相沉积聚合物膜37、39的聚合物的带负电的官能团吸引，据此锂离子比在第一内部汽相沉积聚合物膜36中更密集地存在于第一外部汽相沉积聚合物膜37中，以及比在第二内部汽相沉积聚合物膜38中更密集地存在于第二外部汽相沉积聚合物膜39中。
即，相比在第一固体电解质层部分32的中间部分和其更靠近于负电极层18的厚度部分(其与第二固体电解质层部分34相邻的厚度部分)中，锂离子更密集地存在于第一固体电解质层部分32的与正电极层16相邻的厚度部分中，并且相比在第二固体电解质层部分34的中间部分和其更靠近于正电极层16的厚度部分(其与第一固体电解质层部分32相邻的厚度部分)中，锂离子更密集地存在于第二固体电解质层部分34的与负电极层18相邻的厚度部分中。也就是说，锂离子非均匀地分布在第一和第二固体电解质层部分32、34内，使得锂离子的局部密度在第一固体电解质层部分32的与正电极层16相邻的厚度部分中(在第一外部汽相沉积聚合物膜37中)以及在第二固体电解质层部分34的与负电极层18相邻的厚度部分中(在第二外部汽相沉积聚合物膜39中)较高。
在本锂离子二次电池10中，锂离子的含量在第一固体电解质层部分32的与正电极层16相邻的厚度部分中较高，使得在锂离子二次电池10的充电和放电期间，每个单位时间有较大数量的锂离子以较高速度在正电极层16中的活性物质24和第一固体电解质层部分32之间移动。同样地，锂离子的含量在第二固体电解质层部分34的与负电极层18相邻的厚度部分中较高，使得在锂离子二次电池10的充电和放电期间，每个单位时间有较大数量的锂离子以较高速度在负电极层18中的活性物质28和第二固体电解质层部分34之间移动。结果，二次电池10的性能得以显著且有效地提高。
如上所述，一般优选构成正电极层16且包含活性物质24的正电极汽相沉积聚合物膜26和构成负电极层18且包含活性物质28的负电极汽相沉积聚合物膜30由具有电子电导性的树脂材料形成，以便提高锂离子二次电池10的输出密度。在这方面，本锂离子二次电池10的性能由于锂离子在固体电解质层20的与正电极和负电极层16、18相邻的厚度部分中的较高含量而得以提高。
因此，可以预期输出密度的充分提高，甚至在正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30由离子导电树脂材料而不是电子导电树脂材料形成的情况下。在汽相沉积聚合物膜26、30由离子导电树脂材料形成的情况下，存在如下优势：锂离子更平滑且更迅速地在正电极层16中的活性物质24和第一固体电解质层部分32之间以及在负电极层18中的活性物质28和第二固体电解质层部分34之间移动。
在正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30由离子导电树脂材料形成的情况下，该离子导电树脂材料优选地选自以上指出的离子导电树脂材料，其用于形成第一固体电解质层部分32(第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37)和第二固体电解质层部分34(第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39)并且可以包含或者可以不包含锂盐。
虽然由第一和第二固体电解质层部分32、34组成的固体电解质层20的总厚度未被特别限制，但是其一般在大约50nm-100μm的范围内选择，因为小于50nm的总厚度使得难以确保正电极和负电极层16、18之间充分的电气绝缘，引起内部短路的可能性，并且因为大于100μm的总厚度不仅使得难以减少锂离子二次电池10的厚度，而且还引起输出密度由于高的内部电阻而减小的风险。
选择第一和第二固体电解质层部分32、34的厚度以使得固体电解质层20的总厚度保持在以上指出的范围内。即，第一和第二固体电解质层部分32、34不必具有基本上相同的厚度值。然而，第一和第二固体电解质层部分32、34中的每个的厚度优选地在大约25nm-50μm的范围内进行选择。
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的厚度取决于固体电解质层20的总厚度或者第一和第二固体电解质层部分32、34的厚度而进行适当选择。
从前述描述将认识到，根据本实施例的锂离子二次电池10具有第一层状构件40和第二层状构件42，第一层状构件40由正电极集电体层12、构成正电极层16的正电极汽相沉积聚合物膜26以及构成第一固体电解质层部分32(固体电解质层20的基本上一半的厚度部分)的第一外部和内部汽相沉积聚合物膜37、36组成，这些汽相沉积聚合物膜26、37、36以该描述顺序层压在正电极集电体层12的相对表面之一上，使得汽相沉积聚合物膜26、37、36彼此以及与正电极集电体层12是一体的，第二层状构件42由负电极集电体层14、构成负电极层18的汽相沉积聚合物膜30以及构成第二固体电解质层部分34(固体电解质层20的另一半的厚度部分)的第二外部和内部汽相沉积聚合物膜39、38组成，这些聚合物膜30、39、38以该描述顺序层压在负电极集电体层14的相对表面之一上，使得聚合物膜30、39、38彼此以及与负电极集电体层14是一体的。这些第一和第二层状构件40和42彼此层压在第一内部汽相沉积聚合物膜36的相对表面的远离第一外部汽相沉积聚合物膜37的表面处以及在第二内部汽相沉积聚合物膜38的相对表面的远离第二外部汽相沉积聚合物膜39的表面处。
因此，本锂离子二次电池10具有由彼此层压而没有彼此键合的第一和第二层状构件40和42组成的层状结构。锂离子二次电池10在固体电解质层20的如在其厚度方向上看到的中间位置处具有第一和第二层状构件40、42之间的层压界面44。当锂离子二次电池10在使用中时，正端子和负端子(未示出)通常被连接到各自的正电极和负电极集电体层12、14，并且二次电池10被已知的层状结构的保护膜覆盖。
例如，如此构造的锂离子二次电池10由根据本发明的如图2中所示构造的生产装置46来进行生产。
从图2明显看出，生产装置46具有作为反应室的真空室48。该真空室48具有穿过其壁之一而形成的出口，并且排气管50连接到出口。排气管50提供有真空泵52，真空泵52被操作用于通过将空气通过排气管50排出内部空间来排空真空室48的内部空间。要认识到，排气管50和真空泵52在本实施例中构成排空装置。
在真空室48内，布置有第一供应辊54、第二供应辊56、第一层状构件生产单元58、第二层状构件生产单元60和电池单元生产单元62。
更具体地说，第一和第二供应辊54、56被配置为接收各自的卷并且自动旋转以旋转该卷。将由第一供应辊54旋转的卷是一卷铝箔条或铝箔带64，其提供正电极集电体层12，而将由第二供应辊56旋转的卷是一卷铜箔条或铜箔带66，其提供负电极集电体层14。
第一层状构件生产单元58被配置为连续形成第一层状构件40，并且具有布置在真空室48内的第一进料辊68，以及具有正电极层形成单元70的形式的正电极层形成装置，以及具有第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的形式的第一固体电解质层部分形成装置，以及第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74，这些形成单元70、72、74布置在真空室48外。
在第一层状构件生产单元58中提供的第一进料辊68接收从正在旋转的第一供应辊54馈送的铝箔条64，并且被旋转以在其相反的圆周方向之一上(即，在由图2中的箭头A所指出的顺时针方向上)进一步馈送铝箔条64。注意到，图2中的附图标记76表示两个张力辊。
另一方面，正电极层形成单元70包括具有汽相沉积聚合物膜形成设备78的形式的第一汽相沉积聚合物膜形成装置、具有正电极活性物质引入设备80的形式的正电极活性物质引入装置和紫外线照射设备81。汽相沉积聚合物膜形成设备78被配置为通过真空汽相沉积聚合工艺形成正电极汽相沉积聚合物膜26(更准确地说，汽相沉积聚合物膜26除正电极活性物质24以外的部分)，并且具有第一蒸汽源82和第二蒸汽源84。这些第一和第二蒸汽源82和84具有各自的材料储存器86a和86b以及各自的加热器88a和88b。
第一和第二蒸汽源82、84的材料储存器86a、86b容纳各自的两种不同的材料90a、90b以用于形成正电极汽相沉积聚合物膜26。在其中汽相沉积聚合物膜26由聚苯胺形成的本实施例中，材料储存器86a容纳芳香族二胺(诸如1，4-苯二胺-2-磺酸(1，4-phenylenediamine-2-sulfonic acid))作为液相的材料90a，而材料储存器86b容纳芳香族二异氰酸酯(诸如1，4-苯二异氰酸酯(1，4-phenylene diisocyanate))作为液相的材料90b。那些芳香族二胺和芳香族二异氰酸酯是用于在使用紫外线辐射进行照射前获得聚脲的单体。容纳在第一和第二蒸汽源82、84的各自的材料储存器86a、86b中的两种材料90a、90b通过各自的加热器88a、88b进行加热并且蒸发。
蒸汽供应管92被提供以用于将第一和第二蒸汽源82、84的材料储存器86a、86b连接到真空室48。该蒸汽供应管92在其真空室48内的一端是朝向第一进料辊68的外圆周表面开放的，并且通过各自的关断阀门94a、94b在至材料储存器86a、86b的另一端是开放的。
正电极活性物质引入设备80具有充有诸如氩气、氮气或任何其他惰性气体之类的载气(第一载气)的气瓶96，以及容纳粉末状正电极活性物质24(在该实施例中为LiCoO2)的粉末储存器98。气体供应管100被提供以用于将气瓶96连接到粉末储存器98，而粉末供应管102被提供用于将粉末储存器98连接到真空室48。粉末供应管102部分插入上述汽相沉积聚合物膜形成设备78的蒸汽供应管92内，使得位于蒸汽供应管92内的粉末供应管102的出口端部分通过蒸汽供应管92的相应出口端部分是朝向第一进料辊68的外圆周表面开放的。即，在真空室48一侧的蒸汽供应管92和粉末供应管102的相应出口端部分彼此配合以形成双管结构。
在如此构造的正电极活性物质引入设备80中，当所提供的与气瓶96相邻的关断阀门104打开的时候，从气瓶96供应的载气通过气体供应管100引入到粉末储存器98中，使得容纳在粉末储存器98内的正电极活性物质24被引入到粉末储存器98中的载气分散，据此分散的活性物质24连同载气一起通过部分插入蒸汽供应管92内的粉末供应管102引入到真空室48中。因为粉末供应管102部分插入蒸汽供应管92内，所以活性物质24在蒸汽供应管92的出口端部分内与两种材料90a、90b的蒸汽混合，并且将两种材料90a、90b的蒸汽、活性物质24和载气的混合物从蒸汽供应管92的出口开放端吹到正以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式移动的铝箔条64的相对表面之一上，使得在第一进料辊68的预定圆周位置吹混合物。
气体供应管100提供有已知的质量流量控制器106，而粉末供应管102提供有已知的粉磨设备108。质量流量控制器106控制载气的流速，用于调节将活性物质24引入真空室48中的速率，而粉磨设备108碾磨或粉碎连同载气一起流经粉末供应管102的活性物质24，用于在将活性物质24吹到以上指出的铝箔条64的表面上之前减小活性物质24的微粒尺寸。
出于使用紫外线辐射对铝箔条64进行照射的目的，在真空室48内，紫外线照射设备81被布置在蒸汽供应管92的出口开放端的在通过第一进料辊68馈送铝箔条64的方向上的下游的位置。
第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72包括汽相沉积聚合物膜形成设备110，以及锂盐引入设备112。汽相沉积聚合物膜形成设备110被提供以用于通过真空汽相沉积聚合工艺形成第一外部汽相沉积聚合物膜37(更准确地说，第一外部汽相沉积聚合物膜37除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)，并且具有第一蒸汽源114、第二蒸汽源116和第三蒸汽源118。这些第一、第二和第三蒸汽源114、116和118具有各自的材料储存器120a、120b和120c，以及各自的加热器122a、122b和122c。
第一、第二和第三蒸汽源114、116和118的材料储存器120a、120b和120c容纳各自的用于固体电解质层20的第一固体电解质层部分32的第一外部汽相沉积聚合物膜37的三种材料124a、124b和124c，该聚合物膜37层压在正电极层16上。在其中第一外部汽相沉积聚合物膜37由具有聚氧化乙烯的重复单元结构和包括具有高电负性的元素的官能团(氰基)的聚脲形成的本实施例中，第一和第二蒸汽源114和116的材料储存器120a和120b分别以液相的形式容纳作为各自的两种材料124a和124b的乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚(diethylene glycol bis(3-aminopropyl)ether))和具有诸如1-氰基-3，5苯二甲基二异氰酸酯(1-cyano-3，5-xylylene diisocyanate)之类的氰基的芳香族二异氰酸酯，而第三蒸汽源118的材料储存器120c以液相或固相的形式容纳作为材料124c的低聚氧化乙烯(具有200-2000的分子量的低分子聚氧化乙烯)。容纳在第一、第二和第三蒸汽源114、116和118的各自的材料储存器120a、120b和120c中的三种材料124a、124b和124c由各自的加热器122a、122b和122c进行加热并且蒸发。
用于形成具有聚氧化乙烯的重复单元结构和包括具有高电负性的元素的官能团的聚脲的两个单体材料例如可以是以上指出的单体的组合、二乙二醇双(3-氨丙基)醚和1-氟-3，5苯二甲基二异氰酸酯的组合或者5-溴联苯-2，4′-二胺(5-bromobiphenyl-2，4′-diamine)和[氧代双(环丙烷)双氧双(环丙烷)]二异氰酸酯([oxobis(trimethylene)dioxobis(trimethylene)]diisocyanate)的组合。
蒸汽供应管126被提供以用于将第一、第二和第三蒸汽源114、116、118的材料储存器120a、120b、120c连接到真空室48。该蒸汽供应管126在其在真空室48内的出口端朝向第一进料辊68的外圆周表面在同轴布置的正电极层形成单元70的蒸汽供应管92和粉末供应管102的出口开放端在通过第一进料辊68馈送铝箔条64的方向上的下游的位置是开放的，并且通过各自的关断阀门128a、128b、128c在其到材料储存器120a、120b、120c的固定端是开放的。
在如上所述构造的汽相沉积聚合物膜形成设备110中，容纳在第一、第二和第三蒸汽源114、116、118的各自的材料储存器120a、120b、120c中的三种材料124a、124b、124c由各自的加热器122a、122b、122c进行加热并且蒸发，并且三种材料124a、124b、124c的蒸汽通过蒸汽供应管126和各自的置于开放状态的关断阀门128a、128b、128c引入真空室48中，使得蒸汽吹到正以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式移动的铝箔条64上。
锂盐引入设备112具有提供有关断阀门130的气瓶132、粉末储存器134、气体供应管136、质量流量控制器138、粉末供应管140和粉磨设备142。因此，锂盐引入设备112在构造上与正电极层形成单元70的正电极活性物质引入设备80基本上是相同的。气瓶132充以诸如惰性气体之类的载气(第二载气)，而粉末储存器134容纳以上指出的粉状锂离子电导性呈现物质144(在该实施例中是LiN(SO2CF3)2。锂盐引入设备112的粉末供应管140部分插入汽相沉积聚合物膜形成设备110的蒸汽供应管126的出口端部分内，使得位于蒸汽供应管126的出口端部分的粉末供应管140的出口端部分通过蒸汽供应管126的相应出口端部分是朝向第一进料辊68的外圆周表面开放的。
在如此构造的锂盐引入设备112中，当关断阀门130是开放的时，从气瓶132供应的载气通过气体供应管136引入粉末储存器134中，使得容纳在粉末储存器134内的锂离子电导性呈现物质144分散在引入粉末储存器134中的载气中，据此分散的锂离子电导性呈现物质144通过粉末供应管140连同载气一起被提供给蒸汽供应管126的出口端部分。锂离子电导性呈现物质144在蒸汽供应管126的出口端部分内与三种材料124a、124b、124c的蒸汽混合，并且将三种材料124a、124b、124c的蒸汽、锂离子电导性呈现物质144和载气的混合物从蒸汽供应管126的出口开放端吹到正移动的铝箔条64的相对表面的与第一进料辊68的外圆周表面接触的表面上。因此，锂盐引入设备112被配置为将锂离子电导性呈现物质144引入形成于铝箔条64的表面上的第一外部汽相沉积聚合物膜37中。
第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74包括汽相沉积聚合物膜形成设备146，以及锂盐引入设备148。汽相沉积聚合物膜形成设备146被提供以用于通过真空汽相沉积聚合工艺形成第一内部汽相沉积聚合物膜36(更准确地说，第一内部汽相沉积聚合物膜36除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)。锂盐引入设备148被提供以用于将锂离子电导性呈现物质144引入由汽相沉积聚合物膜形成设备146形成的第一内部汽相沉积聚合物膜36中。汽相沉积聚合物膜形成设备146具有与第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110相同的构造，并且锂盐引入设备148具有与第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的锂盐引入设备112相同的构造。
在图2中，用来表示第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110和锂盐引入设备112的构件和部分的附图标记用于表示第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146和锂盐引入设备148的相应构件和部分，对其将不进行重复描述。从前述描述中将认识到，第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110和第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146彼此配合以构成第二汽相沉积聚合物膜形成装置，而第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的锂盐引入设备112和第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的锂盐引入设备148彼此配合以构成第一锂盐引入装置。
第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146的材料储存器120a、120b和120c容纳用于固体电解质层20的第一固体电解质层部分32的第一内部汽相沉积聚合物膜36的各自的三种材料124a、124b和124c，该聚合物膜36远离正电极层16。在其中第一内部汽相沉积聚合物膜36由具有聚氧化乙烯的重复单元结构的聚脲形成的本实施例中，第一和第二蒸汽源114和116的材料储存器120a和120b分别以液相的形式容纳作为各自的两种材料124a和124b的乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚)和芳香族二异氰酸酯(诸如m-苯二甲基二异氰酸酯(m-xyfylenediisocyanate))，而第三蒸汽源118的材料储存器120c以液相或固相的形式容纳作为材料124c的低聚氧化乙烯(具有200-2000的分子量的低分子聚氧化乙烯)。锂盐引入设备148的粉末储存器134容纳粉状的锂离子电导性呈现物质144(在本实施例中是LiN(SO2CF3)2)。
另一方面，第二层状构件生产单元60被配置为连续形成第二层状构件42，并且具有布置在真空室48内的第二进料辊150，以及负电极层形成单元152，以及具有第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的形式的第二固体电解质层部分形成装置，以及第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156，这些形成单元152、154、156布置在真空室48外。
在第二层状构件生产单元60中提供的第二进料辊150接收从正在旋转的第二供应辊56馈送的铜箔条66，并且被旋转以在其相反的圆周方向之一上(即，在由图2中的箭头B所指出的逆时针方向上)进一步馈送铜箔条66。
负电极层形成单元152包括具有汽相沉积聚合物膜形成设备158的形式的第三汽相沉积聚合物膜形成装置、具有负电极活性物质引入设备160的形式的负电极活性物质引入装置和紫外线照射设备161。汽相沉积聚合物膜形成设备158被配置为通过真空汽相沉积聚合工艺形成汽相沉积聚合物膜30(更准确地说，汽相沉积聚合物膜30除负电极活性物质28以外的部分)。负电极活性物质引入设备160被配置为将负电极活性物质28引入由汽相沉积聚合物膜形成设备158形成的汽相沉积聚合物膜30。紫外线照射设备161被提供以用于使用紫外线辐射对包含负电极活性物质28的汽相沉积聚合物膜30进行照射。汽相沉积聚合物膜形成设备158具有与正电极层形成单元70的汽相沉积聚合物膜形成设备78相同的构造，并且负电极活性物质引入设备160具有与正电极层形成单元70的正电极活性物质引入设备80相同的构造，而紫外线照射设备161具有与正电极层形成单元70的紫外线照射设备81相同的构造。
在图2中，用来表示正电极层形成单元70的汽相沉积聚合物膜形成设备78和正电极活性物质引入设备80的构件和部分的附图标记用于表示负电极层形成单元152的汽相沉积聚合物膜形成设备158和负电极活性物质引入设备160的相应构件和部分，对其将不进行重复描述。
在其中包含负电极活性物质28的汽相沉积聚合物膜30由聚苯胺形成的本实施例中，汽相沉积聚合物膜形成设备158的材料储存器86a和86b容纳作为各自的两种材料90a和90b的与容纳于汽相沉积聚合物膜形成设备78的材料储存器86a和86b中的材料相同的材料。负电极活性物质引入设备160的粉末储存器98容纳粉状的负电极活性物质28(天然石墨，在该实施例中)。
第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154包括汽相沉积聚合物膜形成设备162，以及锂盐引入设备164。汽相沉积聚合物膜形成设备162被提供以用于通过真空汽相沉积聚合工艺形成第二外部汽相沉积聚合物膜39(更准确地说，第二外部汽相沉积聚合物膜39除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)。锂盐引入设备164被提供以用于将锂离子电导性呈现物质144引入由汽相沉积聚合物膜形成设备162形成的第二外部汽相沉积聚合物膜39中。汽相沉积聚合物膜形成设备162具有与第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110相同的构造，而锂盐引入设备164具有与第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的锂盐引入设备112相同的构造。
在图2中，用来表示第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110和锂盐引入设备112的构件和部分的附图标记用于表示第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的汽相沉积聚合物膜形成设备162和锂盐引入设备164的相应构件和部分，对其将不进行重复描述。
第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156包括汽相沉积聚合物膜形成设备166和锂盐引入设备168。汽相沉积聚合物膜形成设备166被提供以用于通过真空汽相沉积聚合工艺形成第二内部汽相沉积聚合物膜38(更准确地说，第二内部汽相沉积聚合物膜38除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)。锂盐引入设备168被提供以用于将锂离子电导性呈现物质144引入由汽相沉积聚合物膜形成设备166形成的第二内部汽相沉积聚合物膜38中。汽相沉积聚合物膜形成设备166和锂盐引入设备168具有与第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146和锂盐引入设备148相同的构造。
在图2中，用来表示第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146和锂盐引入设备148的构件和部分的附图标记用于表示第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156的汽相沉积聚合物膜形成设备166和锂盐引入设备168的相应构件和部分，对其将不进行重复描述。从前述描述中将认识到，第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的汽相沉积聚合物膜形成设备162和第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156的汽相沉积聚合物膜形成设备166彼此配合以构成第四汽相沉积聚合物膜形成装置，而第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的锂盐引入设备164和第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156的锂盐引入设备168彼此配合以构成第二锂盐引入装置。
第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的汽相沉积聚合物膜形成设备162的材料储存器120a、120b和120c容纳与容纳于第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110的材料储存器120a、120b、120c中的材料相同的三种材料124a、124b和124c，而第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元156的汽相沉积聚合物膜形成设备166的材料储存器120a、120b和120c容纳与容纳于第一内部汽相沉积聚合物膜形成单元74的汽相沉积聚合物膜形成设备146的材料储存器120a、120b、120c中的材料相同的三种材料124a、124b和124c。第二外部和内部汽相沉积聚合物膜形成单元154、156容纳与容纳于第一外部和内部汽相沉积聚合物膜形成单元72、74的锂盐引入设备112、148的粉末储存器134中的锂离子电导性呈现物质144相同的锂离子电导性呈现物质144。
电池单元生产单元62具有一对层压辊170和卷取辊172。两个层压辊170在其外圆周表面处保持彼此滚动接触，使得层压辊170在各自相反的方向上是可旋转的。由第一层状构件生产单元58形成且从第一进料辊68馈送的第一层状构件40和由第二层状构件生产单元60形成且从第二进料辊150馈送的第二层状构件42通过在两个层压辊170之间一夹(nip)而馈送，使得第一和第二层状构件40、42彼此叠加或层压。这些彼此叠加的第一和第二层状构件40、42缠绕在卷取辊172上。
期望的锂离子二次电池10由如此构造的生产装置46以下列方式进行生产。
首先，将铝箔条64的卷安装在第一供应辊54上，同时将铜箔条66的卷安装在第二供应辊56上。然后，从各自的第一和第二供应辊54、56延伸的铝箔条64和铜箔条66的前端部分被部分地缠绕在各自的第一和第二进料辊68、150上，并且通过两个层压辊170之间的一夹而传递，使得这些前端部分彼此叠加。然后，铝箔条和铜箔条64、66在其前端被固定到卷取辊172，使得彼此叠加的铝箔条和铜箔条64、66缠绕在卷取辊172上。这些步骤被实现为用于生产锂离子二次电池10的预备操作。
在预备操作之后，真空泵52被操作以用于将真空室48排空到大约10-4-100Pa的压强。
随后，第一进料辊68、第二进料辊150和卷取辊172被旋转以用于连续且同时地将各自的铝箔条64和铜箔条66从各自的第一和第二供应辊54、56向卷取辊172馈送，使得铝箔条和铜箔条64、66与正在旋转的各自的第一和第二进料辊68、150的外圆周表面保持接触。
在由各自的第一和第二进料辊68、150发起铝箔条和铜箔条64、66的馈送运动后，第一和第二层状构件生产单元58、60被操作以用于发起第一和第二层状构件40、42的同时生产。如上所述，在基本上相同的工艺中生产第一和第二层状构件40、42。以下描述通过示例涉及生产第一层状构件40的方法，并且将省略对生产第二层状构件42的方法的详细描述。
即，在由第一进料辊68发起铝箔条64的馈送运动之后，在正电极层形成单元70的汽相沉积聚合物膜形成设备78的第一和第二蒸汽源82、84中生成的两种材料90a、90b的蒸汽以及连同载气从正电极活性物质引入设备80馈送到蒸汽供应管92中的正电极活性物质24的混合物在第一进料辊68的预定圆周位置从蒸汽供应管92的出口开放端被吹到铝箔条64上。因此，两种材料(单体)90a、90b在由铝箔条64形成的正电极集电体层12上被聚合成由聚脲形成的正电极汽相沉积聚合物膜26(更准确地说，汽相沉积聚合物膜26除正电极活性物质24以外的部分)，而同时正电极活性物质24被引入汽相沉积聚合物膜26中。
然后，使用从紫外线照射设备81生成的紫外线辐射对正电极汽相沉积聚合物膜26进行照射，使得构成汽相沉积聚合物膜26的聚脲转化为聚苯胺。因此，由聚苯胺的包含正电极活性物质24的汽相沉积聚合物膜26形成的正电极层16被整体层压在由铝箔条64形成的正电极集电体层12上。
随后，将在第一、第二和第三蒸汽源114、116、118中生成的三种材料124a、124b、124c的蒸汽与连同载气从锂盐引入设备112馈送到蒸汽供应管126中的锂离子电导性呈现物质144的混合物从蒸汽供应管126的出口开放端吹到形成于以与第一进料辊68接触的方式移动的铝箔条64上的正电极层16上。
结果，三种材料(单体)124a、124b、124c在形成于铝箔条64上的正电极层16上被聚合成由具有聚氧化乙烯的重复单元结构和包含具有高电负性的元素的官能团的聚脲形成的第一外部汽相沉积聚合物膜37(更准确地说，聚合物膜37除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)，而同时锂离子电导性呈现物质144被引入第一外部汽相沉积聚合物膜37中。因此，由具有锂离子电导性和包含具有高电负性的元素的官能团的聚脲形成的第一外部汽相沉积聚合物膜37被整体层压在正电极层16上，该正电极层16被层压在由铝箔条64形成的正电极集电体层12上。
然后，将在第一、第二和第三蒸汽源114、116、118中生成的三种材料124a、124b、124c的蒸汽与连同载气从锂盐引入设备148馈送到蒸汽供应管126中的锂离子电导性呈现物质144的混合物从蒸汽供应管126的出口开放端吹到形成于正电极层16上的第一外部汽相沉积聚合物膜37上，该正电极层16形成于以与第一进料辊68接触的方式移动的铝箔条64上。
结果，三种材料(单体)124a、124b、124c在第一外部汽相沉积聚合物膜37上被聚合成由具有聚氧化乙烯的重复单元结构的聚脲形成的第一内部汽相沉积聚合物膜36(更准确地说，聚合物膜36除锂离子电导性呈现物质144以外的部分)，而同时锂离子电导性呈现物质144被引入第一内部汽相沉积聚合物膜36中。因此，由具有锂离子电导性的聚脲形成的第一内部汽相沉积聚合物膜36被整体层压在形成于正电极层16上的第一外部汽相沉积聚合物膜37上，该正电极层16形成于铝箔条64上。
如上所述，正电极层16以及构成第一固体电解质层部分32的第一外部和内部汽相沉积聚合物膜37、36在由铝箔条64形成的正电极集电体层12上以该描述的顺序彼此连续层压，以形成第一层状构件40。将如此形成的第一层状构件40从第一进料辊68向电池单元生产单元62连续馈送。
虽然第一层状构件40由第一层状构件生产单元58以如上所述的方式进行连续生产，但是第二层状构件42由第二层状构件生产单元60以基本上相同的方式进行连续生产。将生产的第二层状构件42从第二进料辊150向电池单元生产单元62连续馈送。
随后，向电池单元生产单元62馈送的第一和第二层状构件40、42通过该对层压辊170之间的一夹(nip)而传递，使得两个层状构件40、42彼此叠加或层压，同时第一和第二内部汽相沉积聚合物膜36、38保持彼此接触。
因此，电池单元22形成为层状体，该层状体由正电极集电体层12、正电极层16、包括第一和第二固体电解质层部分32、34的固体电解质层20、负电极层18和负电极集电体层14组成，其以该描述的顺序彼此层压，如图1中所示。该电池单元22构成期望的带状锂离子二次电池10，其中第一和第二固体电解质层部分32、34如在厚度方向上看到的在固体电解质层20的中间定义其间的层压界面44。锂离子二次电池10的带被缠绕为卷取辊172上的卷。
如此生产的锂离子二次电池10从卷取辊172上的卷馈送并且被切成片，每一片必要时提供有连接到正电极和负电极集电体层12、14的端子并且在使用每片锂离子二次电池之前被合适的保护膜完全覆盖。
从本实施例的前述描述将要认识到，生产第一和第二层状构件40、42的步骤和层压该第一和第二层状构件40、42以生产电池单元22的步骤在真空室48内作为一系列的操作而被连续执行，以用于以滚动传输(roll-to-roll transferring)的方式连续生产期望的锂离子二次电池10，使得锂离子二次电池10的生产率可以显著且有效地提高。
本实施例进一步被配置为使得正电极和负电极层16、18与固体电解质层20由分别包含活性物质24、28的正电极和负电极汽相沉积聚合物膜26、30、第一内部和外部汽相沉积聚合物膜36、37以及第二内部和外部汽相沉积聚合物膜38、39构成，上述聚合物膜由具有高度的柔性和塑性的聚苯胺或聚脲形成，使得锂离子二次电池10作为整体展示出足够程度的柔性或塑性以及相应高程度的弯曲度或挠曲强度。因此，锂离子二次电池10具有有效提高的处理的容易性。
本实施例还被配置为使得正电极和负电极层16、18与固体电解质层20由汽相沉积聚合工艺形成，使得正电极层16、第一固体电解质层部分32、负电极层18和第二固体电解质层部分34中的每一个可以形成为在正电极和负电极集电体层12、14的整个表面区域上具有具有高度均匀性的足够小的厚度，即使在这些集电体层12、14的表面由于例如形成在其中或其上的局部凹进和凸出的部分而不够平坦的情况下。因此，无论正电极和负电极集电体层12、14(其上形成有正电极和负电极层16、18)，锂离子二次电池10可以持续且稳定地生产以确保其电池性能的高度稳定性，同时有效减小其尺寸并且显著改善其输出密度和其形状的自由度。
此外，用于形成正电极和负电极层16、18与固体电解质层20的汽相沉积聚合工艺消除了用于在形成正电极和负电极层16、18与固体电解质层20之后对这些层进行干燥的设备的使用，并且使得相应地简化所需生产装置和减小其尺寸是可能的，导致有利降低生产装置的运行成本。此外，干燥步骤的消除和允许足够高的膜形成率的汽相沉积聚合工艺使得非常有效地减少所需的锂离子二次电池10的生产的循环时间是可能的，使得根据本实施例可以以充分降低的成本有效地生产期望的锂离子二次电池10。
在根据该实施例的锂离子二次电池10中，正电极层16和第一固体电解质层部分32通过汽相沉积聚合工艺被整体层压在正电极集电体层12的表面上，而负电极层18和第二固体电解质层部分34通过汽相沉积聚合工艺被整体层压在负电极集电体层14的表面上。然后，只有第一和第二固体电解质层部分32、34彼此叠加以便在其间定义层压界面44。
因此，本锂离子二次电池10不具有阻止锂离子在其充电和放电期间在正电极集电体层12和正电极层16之间、在正电极层16和第一固体电解质层部分32之间、在负电极集电体层14和负电极层18之间以及在负电极层18和第二固体电解质层部分34之间的移动的间隙。因此，有效地降低了在固体电解质层20与正电极和负电极层16、18之间的边界处的界面电阻，使得电池性能可以非常有效地得以提高。
注意到，在锂离子二次电池10的充电和放电期间，如在其厚度方向上所看到的，在固体电解质层20的中间部分基本上不发生锂离子的移动，使得阻止锂离子在固体电解质层20的中间部分中的移动的层压界面44不导致电池性能的降低。
进一步地，本锂离子二次电池10被配置为使得构成第一固体电解质层部分32在正电极层16一侧的部分的第一外部汽相沉积聚合物膜37，以及构成第二固体电解质层部分34在负电极层18一侧的部分的第二外部汽相沉积聚合物膜39由具有包括具有高电负性的元素的官能团的聚脲形成，使得锂离子非均匀地分布在固体电解质层20内，使得锂离子以较高的浓度存在于固体电解质层20在正电极和负电极层16、18一侧的外部部分中，据此进一步提高电池性能。
接下来参考图3，示出了根据本发明的第二实施例的锂离子二次电池177，其中固体电解质层20的第一固体电解质层部分32由通过汽相沉积聚合工艺形成于正电极层16上的具有单层结构的正电极侧汽相沉积聚合物膜174组成，而固体电解质层20的第二固体电解质层部分34由通过汽相沉积聚合工艺形成于负电极层18上的具有单层结构的负电极侧汽相沉积聚合物膜176组成。
在其中第一和第二固体电解质层部分32、34中的每一个都具有单层结构的该第二实施例中，优选锂离子以较高的密度非均匀地存在于正电极侧汽相沉积聚合物膜174在正电极层16一侧的部分，而阴离子以较高的密度非均匀地存在于汽相沉积聚合物膜174远离正电极层16的另一部分，并且锂离子以较高的密度非均匀地存在于负电极侧汽相沉积聚合物膜176在负电极层18一侧的部分，而阴离子以较高的密度非均匀地存在于汽相沉积聚合物膜176远离负电极层18的另一部分。
例如，具有如上所述构造的固体电解质层20的锂离子二次电池177由如图4中所示构造的生产装置178以下列方式来进行生产。注意到，图1和图2中用来表示第一实施例中的构件和部分的附图标记在示出第二和其他实施例的图3-图8中用来表示相应的构件和部分，对此将不赘述。
在根据本第二实施例构造的生产装置178中，第一层状构件生产单元58具有第一进料辊68、正电极层形成单元70和正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180，而第二层状构件生产单元60具有第二进料辊150、负电极层形成单元152和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182。第一和第二层状构件生产单元58、60的第一和第二进料辊68、150以及正电极和负电极层形成单元70、152在结构上与根据上述第一实施例的生产装置46中所提供的那些相同。
正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182在结构上与第一实施例的生产装置46中所提供的第一和第二层状构件生产单元58、60的第一和第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元72、154相同。即，本生产装置178中所提供的第一和第二层状构件生产单元58、60未提供第一实施例的生产装置46中所提供的第一和第二内部汽相沉积聚合物膜形成单元74、156。
更具体地说，正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180具有汽相沉积聚合物膜形成设备184和锂盐引入设备186，而负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182具有汽相沉积聚合物膜形成设备188和锂盐引入设备190。正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的汽相沉积聚合物膜形成设备184和锂盐引入设备186在构造上与第一外部汽相沉积聚合物膜形成单元72的汽相沉积聚合物膜形成设备110和锂盐引入设备112相同，而负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182的汽相沉积聚合物膜形成设备188和锂盐引入设备190在构造上与第二外部汽相沉积聚合物膜形成单元154的汽相沉积聚合物膜形成设备162和锂盐引入设备164相同。
在该生产装置178中，电源设备192、192通过各自的电源线194、194连接到各自的第一和第二进料辊68、150，以用于向进料辊68、150施加负电压。
由如此构造的生产装置178以下列方式来生产期望的锂离子二次电池177。注意到，在该第二实施例中执行的与由第一实施例生产装置46执行以生产锂离子二次电池10的那些步骤相同的步骤将不赘述。
首先，执行用于生产锂离子二次电池177的预备操作。即，从各自的第一和第二供应辊54、56延伸的铝箔条64和铜箔条66的前端部分部分地缠绕在各自的第一和第二进料辊68、150上，并且在其前端固定到卷取辊172，使得相互叠加的铝箔条64和铜箔条66缠绕在卷取辊172上。然后，使真空室48进入真空状态。
然后，负电压从各自的电源设备192、192被施加到第一和第二进料辊68、150。在这种情况下，卷取辊172和第一和第二进料辊68、150被旋转以用于馈送与进料辊68、150的外圆周表面接触的铝箔和铜箔条64、66。
结果，正电极和负电极层形成单元70、152被操作以用于在被馈送与各自的第一和第二进料辊68、150的外圆周表面接触的各自的铝箔和铜箔条64、66上整体层压各自的正电极和负电极层16、18。
然后，正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182被操作以用于以与在通过第一实施例的生产装置46形成第一和第二外部汽相沉积聚合物膜37、39中相同的方式在各自的正电极和负电极层16、18上整体层压各自的正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜174、176。因此，连续生产第一和第二层状构件40、42。
在其中负电压在生产各自的第一和第二层状构件40、42期间从电源设备192、192被施加到各自的第一和第二进料辊68、150的该第二实施例中，被馈送与第一和第二进料辊68、150接触的铝箔和铜箔条64、66在接触那些进料辊68、150的相对侧面的一侧带正电，而在另一侧带负电。结果，形成于各自的铝箔和铜箔条64、66上的正电极和负电极层16、18同样地在接触箔条64、66的相对侧面的一侧带正电，而在另一侧带负电。即，正电极和负电极层16、18在接触正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜174、176的一侧带负电。
结果，来源于锂盐的锂离子通过汽相沉积聚合物膜174向正电极层16移动，该锂盐作为锂离子电导性呈现物质144而被包含在形成于正电极层16上的正电极侧汽相沉积聚合物膜174内，使得锂离子非均匀地分布在汽相沉积聚合物膜174内，使得锂离子更密集地存在于汽相沉积聚合物膜174的与正电极层16相邻的厚度部分中。进一步地，来源于包含在正电极侧汽相沉积聚合物膜174内的锂盐的阴离子从正电极层16被移开使得阴离子非均匀地分布在汽相沉积聚合物膜174内，使得阴离子更密集地存在于汽相沉积聚合物膜174的远离正电极层16的厚度部分中。即，阴离子在汽相沉积聚合物膜174的与正电极层16相邻的厚度部分中的局部含量被充分减小。
另一方面，来源于锂盐的锂离子通过汽相沉积聚合物膜176向负电极层18移动，该锂盐作为锂离子电导性呈现物质144而被包含在形成于负电极层18上的负电极侧汽相沉积聚合物膜176内，使得锂离子非均匀地分布在汽相沉积聚合物膜176内，使得锂离子更密集地存在于汽相沉积聚合物膜176的与负电极层18相邻的厚度部分中。进一步地，来源于包含在负电极侧汽相沉积聚合物膜176内的锂盐的阴离子从负电极层18被移开使得阴离子非均匀地分布在汽相沉积聚合物膜176内，使得阴离子更密集地存在于汽相沉积聚合物膜176的远离负电极层18的厚度部分中。即，阴离子在汽相沉积聚合物膜176的与负电极层18相邻的厚度部分中的局部含量被充分减小。从该第二实施例的前述描述将认识到，用于向第一进料辊68施加负电压的电源设备192和电源线194彼此协作以构成用于将锂离子和阴离子非均匀地分布在正电极侧汽相沉积聚合物膜174内的第一非均匀分布装置，而用于向第二进料辊150施加负电压的电源设备192和电源线194彼此协作以构成用于将锂离子和阴离子非均匀地分布在负电极侧汽相沉积聚合物膜176内的第二非均匀分布装置。
如此生产的第一和第二层状构件40、42通过电池单元生产单元62的一对层压辊170、170而彼此叠加或层压，并且作为期望的锂离子二次电池177的卷而被缠绕在卷取辊172上。
本第二实施例具有与上述第一实施例基本上相同的操作和物理优势。
尤其，不仅使锂离子在具有正电极侧汽相沉积聚合物膜174的形式的第一固体电解质层部分32中的局部含量在其与正电极层16相邻的厚度部分中较高，而且使阴离子的局部含量在该厚度部分中充分低。进一步地，不仅使锂离子在具有负电极侧汽相沉积聚合物膜176的形式的第二固体电解质层部分34中的局部含量在其与负电极层18相邻的厚度部分中较高，而且使阴离子的局部含量在该厚度部分中充分低。因此，有效地防止阴离子干扰锂离子在正电极层16中的正电极活性物质24与第一固体电解质层部分32之间以及在负电极层18中的负电极活性物质28与第二固体电解质层部分34之间的移动是可能的，据此电池性能可以以有效的方式进一步提高。
本实施例进一步在如下方面是有利的：锂离子以较高的密度非均匀地存在于第一固体电解质层部分32的与正电极层16相邻的厚度部分中以及第二固体电解质层部分34的与负电极层18相邻的厚度部分中，即使这些第一和第二固体电解质层部分32、34中的每一个具有单层结构。因此，使用每个具有单层结构的第一和第二固体电解质层部分32、34的简单构造，可以有效提高电池性能。此外，固体电解质层部分32、34的单层结构允许生产装置178的有效结构简化。
如前所述，第一和第二固体电解质层部分32、34由“树脂A”或“树脂B”形成。“树脂A”具有聚氧化乙烯的重复单元结构，其在聚氧化乙烯中包含锂盐，并且其可以通过汽相沉积聚合工艺形成为膜，“树脂B”包含锂盐，其侧链键合到磺酸基，并且其可以通过汽相沉积聚合工艺形成为膜。因此，可以通过生产装置178以下列方式来形成第一和第二固体电解质层部分32、34。可以通过构造上彼此相同的第一和第二层状构件生产单元58、60在相同工艺中形成这些第一和第二固体电解质层部分32、34。因此，将仅对第一固体电解质层部分32的形成进行描述。
在形成具有例如以树脂A的形式的聚脲的第一固体电解质层部分32的情况下，正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的汽相沉积聚合物膜形成设备184的第一和第二蒸汽源114、116的材料储存器120a和120b分别容纳由乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚)组成的材料124a和由芳香族二异氰酸酯(诸如m-苯二甲基二异氰酸酯)组成的材料124b，至少其中之一具有键合到聚氧化乙烯的重复单元结构的侧链。在这种情况下，不使用第三蒸汽源118。
在各自的第一和第二蒸汽源114、116内生成的材料124a和124b的蒸汽在形成于铝箔条64上的正电极层16上被聚合以用于形成正电极侧汽相沉积聚合物膜174，该铝箔条64在真空室48内以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式移动，而同时由锂盐组成的粉状锂离子电导性呈现物质144通过锂盐引入设备186引入汽相沉积聚合物膜174中。因此，具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜174形成于正电极层16上，该正电极层16形成于铝箔条64上，据此第一固体电解质层部分32整体层压于正电极层16上。
在形成具有例如以树脂B的形式的聚脲的第一固体电解质层部分32的情况下，正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的汽相沉积聚合物膜形成设备184的第一和第二蒸汽源114、116的材料储存器120a和120b分别容纳由乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚)组成的材料124a和由芳香族二异氰酸酯(诸如m-苯二甲基二异氰酸酯)组成的材料124b，至少其中之一具有键合到磺酸基的侧链。在这种情况下，也不使用第三蒸汽源118。
在各自的第一和第二蒸汽源114、116内生成的材料124a和124b的蒸汽在形成于铝箔条64上的正电极层16上被聚合以用于形成正电极侧汽相沉积聚合物膜174，该铝箔条64在真空室48内以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式移动，而同时由锂盐组成的粉状锂离子电导性呈现物质144通过锂盐引入设备186引入汽相沉积聚合物膜174中。因此，包含锂盐且具有键合到磺酸基的侧链的正电极侧汽相沉积聚合物膜174形成于正电极层16上，据此第一固体电解质层部分32整体层压于正电极层16上。
顺便提一下，当锂离子电导性呈现物质144包含在第一和第二固体电解质层部分32、34中时，未特别限制该物质144的种类，只要该物质144确实可以呈现到这些固体电解质层部分32、34(固体电解质层20)的锂离子电导性。因此，使用其中溶解了锂盐的离子导电聚合物作为锂离子电导性呈现物质144是可能的。在使用该离子导电聚合物的情况下，可以由例如根据本发明的第三实施例如图5中所示构造的生产装置195生产期望的锂离子二次电池177。
如图5中所示，除了在正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182的构造上以外，生产装置195在构造上与图4中所示的第二实施例的生产装置178相同。因为这些汽相沉积聚合物膜形成单元180、182在构造上彼此相同，所以将结合生产装置195仅对正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180进行描述。
即，生产装置195的正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180具有不提供有第三蒸汽源(118)的汽相沉积聚合物膜形成设备196。汽相沉积聚合物膜形成设备196的第一和第二蒸汽源114、116的材料储存器120a、120b分别以液态的形式容纳作为材料124a、124b的用于正电极侧汽相沉积聚合物膜174的例如以乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚)和芳香族二异氰酸酯(诸如m-苯二甲基二异氰酸酯)的形式的聚脲单体。
生产装置195具有包括提供有关断阀门130的气瓶132、气体供应管136、质量流量控制器138、贮液器200和液体供应管202的锂盐引入设备198。锂盐引入设备198的贮液器200容纳其中溶解了锂盐的由常温下液态的离子导电聚合物组成的锂离子电导性呈现物质144。在第三实施例中，其中溶解了锂盐[例如LiN(SO2CF3)2]并且其具有大约不大于700的低分子量的低聚氧化乙烯(olygo-ethyleneoxide)被用作锂离子电导性呈现物质144。
液体供应管202具有插入气体供应管136中的出口端部分，该气体供应管136具有插入和位于汽相沉积聚合物膜形成设备196的蒸汽供应管126内的出口端部分，使得气体供应管136的出口端部分通过蒸汽供应管126的出口端部分朝向第一进料辊68的外圆周表面是开放的。
在如此构造的锂盐引入设备198中，载气在关断阀门130的开放状态中通过气体供应管136从气瓶132馈送，而以液态形式容纳于贮液器200中的锂离子电导性呈现物质144在生成于气体供应管136内的减小的压强下通过液体供应管202被吸入气体供应管136中。进一步地，锂离子电导性呈现物质144以雾状形式分散在气体供应管136内的载气中，并且随载气一起被馈送到蒸汽供应管126的出口端部分中。雾状的锂离子电导性呈现物质144的微小颗粒在蒸汽供应管126的出口端部分中与两种材料124a、124b的蒸汽混合，并且将物质144的颗粒、两种材料124a、124b的蒸汽和载气的混合物从蒸汽供应管126的出口开放端吹到铝箔条64上，该铝箔条64正以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式移动。
负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182还具有汽相沉积聚合物膜形成设备204和锂盐引入设备206，其在构造上与正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的汽相沉积聚合物膜形成设备196和锂盐引入设备198相同。
由如此构造的生产装置195以下列方式来生产期望的锂离子二次电池177。
在用于生产锂离子二次电池177的预备操作之后，以与由第二实施例的生产装置178生产锂离子二次电池177中相同的方式执行在铝箔和铜箔条64、66上形成正电极和负电极层16、18的步骤，该铝箔和铜箔条64、66正以与第一和第二进料辊68、150的外圆周表面接触的方式移动。
然后，生成于第一和第二蒸汽源114、116中的两种材料124a、124b的蒸汽以及随载气一起从锂盐引入设备198吹到蒸汽供应管126中的锂离子电导性呈现物质144的混合物从蒸汽供应管126的出口开放端吹到正电极层16上，以便在正电极层16上聚合两种材料(单体)124a、124b，用于因此形成具有聚脲的正电极侧汽相沉积聚合物膜174，而同时锂离子电导性呈现物质144被引入汽相沉积聚合物膜174中，据此来生产第一层状构件40。
同时，负电极侧汽相沉积聚合物膜176由聚脲形成于负电极层18上，而同时锂离子电导性呈现物质144被引入汽相沉积聚合物膜176中。以与形成正电极侧汽相沉积聚合物膜174的步骤和将锂离子电导性呈现物质144引入汽相沉积聚合物膜174中的步骤相同的方式执行形成负电极侧汽相沉积聚合物膜176的步骤和将锂离子电导性呈现物质144引入汽相沉积聚合物膜176中的步骤。因此，生产第二层状构件42。
如此生产的第一和第二层状构件40、42通过电池单元生产单元62的层压辊对170、170彼此叠加或层压，并且作为期望的锂离子二次电池177的卷缠绕在卷取辊172上。
本第三实施例具有与上述第一和第二实施例基本上相同的操作和物理优势。
顺便提一下，正电极集电体层12和负电极集电体层14可以由汽相沉积金属层构成。由根据图6中所示的本发明的第四实施例构造的生产装置208以下列方式来生产具有由汽相沉积金属层构成的正电极和负电极集电体层12、14的锂离子二次电池177。
即，生产装置208提供有正电极集电体层形成单元210和负电极集电体层形成单元212，其布置在真空室48外，如图6中所示。在其他方面，生产装置208在构造上与图4中所示的第二实施例的生产装置178相同。
更具体地说，正电极和负电极集电体层形成单元210和212具有相同的已知基本布置，各自被配置为通过真空汽相沉积工艺来形成汽相沉积金属膜，并且具有用于加热和蒸发适合的金属汽相沉积材料214的加热器216，以及通过其将由加热器216通过加热生成的金属汽相沉积材料214的蒸汽吹到外面的喷嘴218。在该实施例中，由正电极集电体层形成单元210使用的金属汽相沉积材料214是铝或铝合金材料(以下简称为“铝”)而由负电极集电体层形成单元212使用的金属汽相沉积材料214是铜或铜合金材料(以下简称为“铜”)。
在本生产装置208中，以其上形成有正电极层16的正电极侧保护膜220的形式的衬底卷被安装在第一供应辊54上，而以其上形成有负电极层18的负电极侧保护膜222的形式的衬底卷被安装在第二供应辊56上。从第一供应辊54延伸的正电极侧保护膜220部分地缠绕在第一进料辊68上，保护膜220从第一进料辊68朝向卷取辊172馈送。同样，从第二供应辊56延伸的负电极侧保护膜222部分地缠绕在第二进料辊150上，保护膜222从第二进料辊150朝向卷取辊172馈送。
保护锂离子二次电池177的正电极侧和负电极侧保护膜220、222是常用的常规保护膜。例如，这些保护膜220、222中的每一个是由聚酯树脂层、聚酰胺树脂层、铝层和聚丙烯树脂层组成的层状膜，上述各层彼此叠加并且使用例如由低分子量的聚乙烯组成的键合层键合在一起。
正电极集电体层形成单元210被定位以使得喷嘴218在第一供应辊54和第一进料辊68之间的位置朝向从第一供应辊54延伸的正电极侧保护膜220的一个表面是开放的。同样，负电极集电体层形成单元212被定位以使得喷嘴218在第二供应辊56和第二进料辊150之间的位置朝向从第二供应辊56延伸的负电极侧保护膜222的一个表面是开放的。
在上述布置中，正电极集电体层形成单元210在第一进料辊68的下游位置将铝蒸汽吹到以上指出的正电极侧保护膜220的一个表面上，而负电极集电体层形成单元212在第二进料辊150的下游位置将铜蒸汽吹到以上指出的负电极侧保护膜222的一个表面上。
由如此构造的生产装置208以下列方式来生产期望的锂离子二次电池177。
首先，通过从安装在各自的第一和第二供应辊54、56上的这些保护膜220、222的卷延伸正电极侧和负电极侧保护膜220、222的前端部分来执行用于生产锂离子二次电池177的预备操作。同时，通过真空泵52的操作来排空真空室48。
然后，第一进料辊68与卷取辊172被旋转以用于从正电极侧保护膜220的卷以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式朝向卷取辊172连续馈送正电极侧保护膜220，第一进料辊68在由箭头A在图6中所指出的顺时针方向上旋转。
随后，从喷嘴218将铝蒸汽吹入真空室48中使得汽相沉积在以上指出的正电极侧保护膜220的一个表面的部分，该部分与喷嘴218相对。以上指出的保护膜220的一个表面与与第一进料辊68的外圆周表面接触的表面相对。结果，由汽相沉积铝层组成的正电极集电体层12连续地形成于以上指出的保护膜220的一个表面，而保护膜220从第一供应辊54进行馈送。
与形成正电极集电体层12同时地，由汽相沉积铜层组成的负电极集电体层14连续地形成于以上指出的负电极侧保护膜222的一个表面上，该一个表面与与第二进料辊150的外圆周表面接触的表面相对。由负电极集电体层形成单元212形成负电极集电体层14的方式与由正电极集电体层形成单元210形成正电极集电体层12的方式相同。
然后，正电极层16和第一固体电解质层部分32以该描述的顺序整体层压于形成于正电极侧保护膜220上的正电极集电体层12上。同时，负电极层18和第二固体电解质层部分34以该描述的顺序整体层压于形成于负电极侧保护膜222上的负电极集电体层14上。因此，同时生产第一层状构件40和第二层状构件42。由正电极和负电极层形成单元70、152以及正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182以与其中由生产装置178生产锂离子二次电池177的第二实施例中相同的方式来实现在正电极集电体层12上形成正电极层16和第一固体电解质层部分32以及在负电极集电体层14上形成负电极层18和第二固体电解质层部分34。
随后，第一和第二层状构件40、42通过层压辊对170、170彼此叠加或层压，并且缠绕在卷取辊172上以获得锂离子二次电池177的卷。如此生产的锂离子二次电池177从卷取辊172上的卷进行馈送，并且被切成片，每一片必要时提供有连接到正电极和负电极集电体层12、14的端子并且在使用每片锂离子二次电池之前通过热键合工艺将第一和第二电解质层部分32、34键合在一起。
本第四实施例具有与上述第一至第三实施例基本上相同的操作和物理优势。
尤其，本第四实施例的优势在于正电极和负电极集电体层12、14由通过真空汽相沉积工艺形成的汽相沉积金属层构成。通过真空汽相沉积工艺形成的正电极和负电极集电体层12、14的厚度根据需要可以通过调整生成于正电极和负电极集电体层形成单元210、212中的铝和铜蒸汽的压力容易地进行调整，这与由金属箔形成的集电体层12、14的恒定厚度相反。
本实施例的优势进一步在于在一个真空室48中以滚动传输的方式连续执行由包括正电极集电体层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的电池单元22组成的锂离子二次电池177的生产，以及为了覆盖锂离子二次电池177的正电极侧和负电极侧保护膜220、222的形成，使得可以容易地以较高程度的生产率生产被保护膜220、222覆盖的锂离子二次电池177。
接下来参考图7的不完全纵向截面图，示出了根据本发明的第五实施例的锂离子二次电池224。如图7中所示，根据本实施例的锂离子二次电池224具有整体形成于正电极侧保护膜220上的正电极集电体层12，以及整体形成于负电极侧保护膜222上的负电极集电体层14。锂离子二次电池224进一步具有插入正电极集电体层12和正电极层16之间的第一混合物层226，以及插入负电极集电体层14和负电极层18之间的第二混合物层228。通过已知的真空汽相沉积工艺形成正电极和负电极集电体层12和14。正电极集电体层12由汽相沉积铝膜构成，而负电极集电体层14由汽相沉积铜膜构成。正电极层16由包含正电极活性物质24的聚氨酯的正电极汽相沉积聚合物膜26构成，而负电极层18由包含负电极活性物质28的聚氨酯的汽相沉积聚合物膜30构成。
第一混合物层226由用于形成正电极集电体层12的铝和用于形成正电极层16的聚氨酯的混合物形成。第一混合物层226根据需要包含正电极活性物质24。第二混合物层228由用于形成负电极集电体层14的铜和用于形成负电极层18的聚氨酯的混合物形成。第二混合物层228根据需要包含负电极活性物质28。第一和第二混合物层226、228是导电的。
在第一混合物层226中，铝的含量在从正电极集电体层12朝向正电极层16的方向上逐渐减小，而聚氨酯的含量在从正电极集电体层12朝向正电极层16的方向上逐渐增大。在第二混合物层228中，铜的含量在从负电极集电体层14朝向负电极层18的方向上逐渐减小，而聚氨酯的含量在从负电极集电体层14朝向负电极层18的方向上逐渐增大。即，第一混合物层226中铝和聚氨酯的含量以及第二混合物层228中铜和聚氨酯的含量在从正电极和负电极集电体层12、14朝向正电极和负电极层16、18的方向上线性变化。
锂离子二次电池224进一步具有插入正电极层16和第一固体电解质层部分32之间的第三混合物层230，以及插入负电极层18和第二固体电解质层部分34之间的第四混合物层232。第一固体电解质层部分32由具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中含有锂盐的聚脲的正电极侧汽相沉积聚合物膜174构成，而第二固体电解质层部分34由具有聚氧化乙烯的重复单元结构且在聚氧化乙烯中含有锂盐的聚脲的负电极侧汽相沉积聚合物膜176构成。
第三混合物层230由聚氨酯形式的第一聚合物和聚脲形式的第二聚合物的混合物形成，第一聚合物形成正电极层16(包含正电极活性物质24的正电极汽相沉积聚合物膜26)，以及第二聚合物形成第一固体电解质层部分32(正电极侧汽相沉积聚合物膜174)。第四混合物层232由聚氨酯形式的第三聚合物和聚脲形式的第四聚合物的混合物形成，第三聚合物形成负电极层18(包含负电极活性物质28的汽相沉积聚合物膜30)，以及第四聚合物形成第二固体电解质层部分34(负电极侧汽相沉积聚合物膜176)。第三和第四混合物层230、232根据需要包含锂离子导电性呈现物质144，并且是导电的。
在第三混合物层230中，聚氨酯的含量在从正电极层16朝向第一固体电解质层部分32的方向上逐渐减小，而聚脲的含量在从正电极层16朝向第一固体电解质层部分32的方向上逐渐增加。在第四混合物层232中，聚氨酯的含量在从负电极层18朝向第二固体电解质层部分32的方向上逐渐减小，而聚脲的含量在从负电极层18朝向第二固体电解质层部分34的方向上逐渐增加。即，第三混合物层230和第四混合物层232中的聚氨酯和聚脲的含量在从正电极和负电极层16、18朝向固体电解质层20的方向上线性变化。
例如，图8中所示的生产装置234适合地用于生产如此构造的锂离子二次电池224。
在根据本第五实施例的生产装置234中，正电极和负电极集电体层形成单元210、212的喷嘴218提供有各自的关断阀门233，如图8中所示。正电极集电体层形成单元210的喷嘴218是朝向第一进料辊68的外圆周表面开放的，而负电极集电体层形成单元212的喷嘴218是朝向第二进料辊150的外圆周表面开放的。
在真空室48中，在第一和第二进料辊68、150之间布置隔断236。隔断236将真空室48分成其中布置第一进料辊68的第一真空室238，以及其中布置第二进料辊150的第二真空室240。在第一真空室238中，设置正电极集电体层形成单元210的喷嘴218的出口端部分、正电极层形成单元70的蒸汽供应管92的出口端部分和正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的蒸汽供应管126的出口端部分，使得那些出口端部分是朝向第一进料辊68的外圆周表面开放的。在第二真空室240中，设置负电极集电体层形成单元212的喷嘴218的出口端部分、负电极层形成单元152的蒸汽供应管92的出口端部分和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182的蒸汽供应管126的出口端部分，使得那些出口端部分是朝向第二进料辊150的外圆周表面开放的。在其他方面，本生产装置234在构造上与图6中所示的第四实施例的生产装置208相同。
由如此构造的生产装置234以下列方式来生产期望的锂离子二次电池224。
首先，正电极侧保护膜220的卷和负电极侧保护膜222的卷安装在各自的第一和第二供应辊54、56上，并且以上述方式执行用于生产锂离子二次电池224的预备操作。然后，真空泵52被操作以用于排空第一和第二真空室238、240。此时，第一和第二真空室238、240内的压强被调整到如上所述关于在真空室48中生产锂离子二次电池10的水平。
另一方面，容纳于正电极和负电极集电体层形成单元210、212、正电极和负电极层形成单元70、152以及正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182中的汽相沉积材料214和材料90a、90b、124a、124b、124c由在那些形成单元210、212、70、152、180、182中提供的加热器216、88a、88b、122a、122b、122c通过加热而被蒸发。
在本实施例中，每个正电极和负电极层形成单元70、152的材料储存器86a例如以液态形式容纳作为材料90a的芳香族二醇(诸如1，3-二羟基苯(1，3-dihydroxyl benzene))，而材料储存器86b例如以液态形式容纳作为材料90b的芳香族二异氰酸酯(诸如1，4-苯二异氰酸酯)。正电极侧和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180、182的材料储存器120a、120b、120c例如以液态或固态形式分别容纳乙二醇二胺(诸如二乙二醇双(3-氨丙基)醚)、芳香族二异氰酸酯(诸如m-苯二甲基二异氰酸酯)以及低聚氧化乙烯。
在第一真空室238内的压强已经被调整到预定水平之后，仅正电极集电体层形成单元210的喷嘴218的关断阀门233被打开以使得作为汽相沉积材料214容纳在正电极集电体层形成单元210中的铝蒸汽通过喷嘴218被引入第一真空室238中，据此以汽相沉积铝膜的形式的正电极集电体层12形成于正电极侧保护膜220上，所述正电极侧保护膜220以与第一进料辊68的外圆周表面接触的方式而被馈送。
在开始打开关断阀门233的时刻之后已经过去预定时间长度后，该关断阀门233的打开量逐渐减小到零，使得将铝蒸汽供应到第一真空室238中的数量逐渐减小到零。
当或者立即在开始减小关断阀门233的打开量之前或之后，正电极层形成单元70的汽相沉积聚合物膜形成设备78的蒸汽供应管92的关断阀门94a、94b被打开以使得关断阀门94a、94b的打开量逐渐增加到预定的常数值，使得将来自正电极层形成单元70的材料90a、90b供应到第一真空室238中的数量逐渐增加到预定的常数值。此时，希望调节正电极集电体层形成单元210的喷嘴218的关断阀门233的打开量减少的速率和汽相沉积聚合物膜形成设备78的蒸汽供应管92的关断阀门94a、94b的打开量增加的速率，使得第一真空室238内的压强尽可能保持恒定。
因此，随着正电极集电体层形成单元210的关断阀门233的打开量逐渐减小，在预定厚度的正电极集电体层12上进一步沉积铝蒸汽的数量逐渐减小，而随着正电极层形成单元70的关断阀门94a、94b的打开量逐渐增加，在正电极集电体层12上生产聚氨酯的数量逐渐增加。即，在从开始减小关断阀门233的打开量的时刻到关断阀门233完全关闭并且第一真空室238内的铝蒸汽的数量减小到零的时刻的时间段期间，用于形成正电极集电体层12的铝的汽相沉积以及从汽相沉积聚合物膜形成设备78供应的材料90a、90b的聚合反应同时发生以在正电极集电体层12上整体形成上述第一混合物层226。
根据将要形成的正电极集电体层12的期望厚度，适当地选择从开始打开关断阀门233的时刻到开始减小其打开量的时刻的时间段。正电极层形成单元70的正电极活性物质引入设备80的气瓶96的关断阀门104在开始打开蒸汽供应管92的关断阀门94a、94b的时刻与其打开量已经增加到预定常数值的时刻之间的时间点被打开，或者在较晚时刻被打开。
在蒸汽供应管92的关断阀门94a、94b的打开量已经增加到预定常数值的时刻之后已经过去预定时间长度后，关断阀门94a、94b的打开量逐渐减小到零，使得将来自正电极层形成单元70的材料90a、90b供应到第一真空室238中的数量在预定值保持恒定以持续预定时间长度，并且随后逐渐减小到零。正电极层形成单元70的气瓶96的关断阀门104在开始减小关断阀门94a、94b的打开量的时间点、在完全关闭关断阀门94a、94b的时间点或者在开始减小关断阀门94a、94b的打开量的时刻与关断阀门94a、94b完全关闭的时刻之间的时间点被关闭。
当或者立即在开始减小关断阀门94a、94b的打开量之前或之后，正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的汽相沉积聚合物膜形成设备184的蒸汽供应管126的关断阀门128a、128b、128c被打开以使得关断阀门128a、128b、128c的打开量逐渐增加到预定的常数值，使得将来自正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的材料124a、124b、124c供应到第一真空室238中的数量逐渐增加到预定的常数值。
此时，也希望调节关断阀门94a、94b的打开量减少的速率和关断阀门128a、128b、128c的打开量增加的速率，使得第一真空室238内的压强尽可能保持恒定。正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的锂盐引入设备186的气瓶132的关断阀门130在开始打开蒸汽供应管126的关断阀门128a、128b、128c的时刻与其打开量已经增加到预定常数值的时刻之间的时间点或者在较晚时刻被打开。
因此，当仅正电极层形成单元70的关断阀门94a、94b保持打开预定量时，在第一混合物层226上仅生产聚氨酯，使得正电极层16形成于第一混合物层226上。根据将要形成的正电极层16的期望厚度适当地选择关断阀门94a、94b保持打开预定量的时间段。
在预定厚度的正电极层16上进一步生产聚氨酯的数量在开始减小正电极层形成单元70的关断阀门94a、94b的打开量的时刻之后逐渐减小，而在正电极层16上生产聚脲的量在开始打开正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀门128a、128b、128c的时刻之后逐渐增加。即，在从开始减小关断阀门94a、94b的打开量的时刻到关断阀门94a、94b被完全关闭并且第一真空室238内的材料90a、90b的量减小到零的时刻的时间段期间，这些材料90a、90b的聚合反应和从正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180供应的材料124a、124b、124c的聚合反应同时发生以在正电极层16上整体形成上述第三混合物层230。
在正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀门128a、128b、128c的打开量已经增加到预定常数值的时刻之后已经过去预定时间长度后，这些关断阀门128a、128b、128c被完全关闭。即，材料124a、124b、124c在预定时间段内从正电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元180以预定速率被连续供应到第一真空室238，并且这些材料的供应量在预定时间长度过去之后减小到零。
因此，正电极集电体层12、第一混合物层226、正电极层16、第三混合物层230和正电极侧汽相沉积聚合物膜174(第一固体电解质层部分32)以该描述的顺序彼此整体层压在正电极侧保护膜220上，据此连续生产第一层状构件40。
当生产第一层状构件40时，在第二真空室240中，负电极集电体层14、第二混合物层228、负电极层18、第四混合物层232和负电极侧汽相沉积聚合物膜176(第二固体电解质层部分34)以该描述的顺序彼此整体层压在从第二供应辊56连续馈送的负电极侧保护膜222上，据此连续生产第二层状构件42。以与第一层状构件40基本上相同的方式通过负电极集电体层形成单元212、负电极层形成单元152和负电极侧汽相沉积聚合物膜形成单元182生产该第二层状构件42。
随后，如此构造的第一和第二层状构件40、42通过电池单元生产单元62的层压辊对170、170彼此层压，并且作为期望的锂离子二次电池224的卷缠绕在卷取辊172上。
从第五实施例的前述描述将认识到，该实施例具有与上述若干实施例基本上相同的操作和物理优势。
本实施例进一步被配置为以滚动传输的方式在真空室48中形成第一至第四混合物层226、228、230、232，使得在正电极集电体层12和正电极层16之间以及在负电极集电体层14和负电极层18之间分别形成第一和第二混合物层226、228，而在正电极层16和第一固体电解质层部分32之间以及在负电极层18和第二固体电解质层部分34之间分别形成第三和第四混合物层230、232。因此，正电极和负电极层16、18与固体电解质层20在其间没有任何明显的边界界面，并且正电极集电体层12与正电极层16，以及负电极集电体层14与负电极层18在其间没有任何明显的边界界面，使得可以以高程度的生产率有效地生产具有更有利地提高的电子电导性和离子电导性以及更有效地提高的输出密度的锂离子二次电池224。
虽然以上已经仅仅出于说明的目的详细描述了本发明的实施例，但是应当认识到，本发明不限于所图示实施例的细节。
例如，锂离子二次电池10、177、224可以由多个电池单元22构成，这些电池单元彼此层压使得两个相邻的电池单元22中的一个电池单元的正电极集电体层12与另一个相邻的电池单元22的负电极集电体层14相接触。该锂离子二次电池10、177、224可以有效地进行生产同时具有减小的尺寸和紧凑的构造，但是可以用于较高电压的应用。
进一步地，粉末供应管102、140和气体供应管136可以与蒸汽供应管92、126并行布置，只要管102、140、136允许正电极和负电极活性物质24、28以及锂离子电导性呈现物质144与材料90a、90b、124a、124b、124c一起被吹到衬底(铝箔条64、铜箔条66以及正电极侧和负电极侧保护膜220、222)上。在这种情况下，粉末供应管102、140和气体供应管136的出口开放端优选地位于如在由第一和第二进料辊68、150对铝和铜箔条64、66以及保护膜220、222进行馈送的方向上所看到的蒸汽供应管92、126的出口开放端的上游，使得正电极和负电极活性物质24、28以及锂离子电导性呈现物质144可以在完成材料90a、90b、124a、124b、124c的聚合之前稳定地混合在这些材料90a、90b、124a、124b、124c中。
进一步地，根据第四实施例的锂离子二次电池224可以被修改以使得仅形成第一至第四混合物层226、228、230、232中的一个。
在图示的实施例中，锂离子和阴离子非均匀地分布在第一和第二固体电解质层部分32、34内，使得锂离子的含量在固体电解质层部分32、34的与各自的正电极和负电极层16、18相邻的厚度部分中较高，而阴离子的含量在固体电解质层部分32、34的在层压界面44一侧的厚度部分中较高。锂离子和阴离子的该非均匀分布可以通过将由电磁铁或永磁铁生成的电场或磁场施加到例如由生产装置178、195、208、234生产的第一和第二层状构件40、42来实现。
应当认识到，本发明可以使用本领域技术人员可以想到的各种其他的改变、修改和改进来体现而不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。
元件的命名
10、177、224：锂离子二次电池
12：正电极集电体层  14：负电极集电体层
16：正电极层  18：负电极层
20：固体电解质层  22：电池单元
24：正电极活性物质
26：包含正电极活性物质的正电极汽相沉积聚合物膜
28：负电极活性物质
30：包含负电极活性物质的负电极汽相沉积聚合物膜
32：第一固体电解质层部分
34：第二固体电解质层部分
40：第一层状构件  42：第二层状构件
46、178、195、208、234：生产装置
58：第一层状构件生产单元  60：第二层状构件生产单元
62：电池单元生产单元
144：锂离子电导性呈现物质
174：包含锂盐的正电极侧汽相沉积聚合物膜
176：包含锂盐的负电极侧汽相沉积聚合物膜

Claims (15)

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。
8.一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。
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