CN104466253A - 锂离子二次电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种可以以高度产率的成本制造并且具有高度输出密度和单元性能的小尺寸锂离子二次电池。锂离子二次电池包括相互层叠的多个层状薄片16。每个层状薄片16包括由整体地层叠在正电极集电极箔片18的相对表面的每一个上的正电极活性物质层20和第一固体电解质层24构成的正电极薄片12，以及由整体地层叠在负电极集电极箔片26的相对表面的每一个上的负电极活性物质层28和第二固体电解质层32构成的负电极薄片14。

Description

锂离子二次电池及其制造方法
技术领域
本发明通常涉及一种锂离子二次电池及其制造方法，并且更具体地涉及对一种完全固体型锂离子二次电池的改进，以及允许锂离子二次电池的有利生产的方法。
背景技术
具有高能量密度的锂离子二次电池在诸如个人笔记本电脑和蜂窝或者移动电话之类的便携式电子装置中广泛用作电能电源。该锂离子二次电池通常分类为两种，也即使用液体型电解质(包括液体电解质和胶体型电解质)的锂离子二次电池，以及使用固体电解质的所谓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并不具有液体泄漏和着火的风险，并且具有更高的安全程度，不同于使用液体型电解质的锂离子二次电池。对该优点有利的是，在全固体型锂离子二次电池的领域中已经增长了研发，期望对于全固体型锂离子二次电池的进一步增强需求。
日本专利案号3852169(专利文献1)公开了一种锂离子二次电池的示例，其通过形成以下项制造：在正电极集电极箔片上，形式为包含正电极活性物质的有机聚合物涂覆层的正电极活性物质层；在负电极集电极箔片上，形式为包含负电极活性物质的有机聚合物涂覆层的负电极活性物质层；以及形式为包含锂盐的有机聚合物涂覆层的固体电解质层，使得正电极和负电极活性物质层叠置在固体电解质层的相应相对表面上。
在如上所述配置的锂离子二次电池中，正电极活性物质层、负电极活性物质层以及固体电解质层均由有机聚合物膜构成。因此，这些正电极和负电极活性物质层以及固体电解质层呈现了适当程度的柔性或可塑性，以及因此呈现了高度弯曲或曲折强度。
然而，在该锂离子二次电池中，正电极和负电极活性物质层和固体电解质层是涂覆层，其具有不小于数十μm的厚度，使得在致力于减小锂离子二次电池的总尺寸以及改进其输出密度的工作中存在对正电极和负电极活性物质层和固体电解质层的厚度减小量的限制。此外，锂离子二次电池的制造需要额外的装置以用于干燥在湿法工艺中形成的正电极和负电极活性物质层以及固体电解质层，使得制造成本不期望地增加。此外，需要额外的时间以用于在形成正电极和负电极活性物质层以及固体电解质层之后干燥这些层，使得必需延长制造每个锂离子二次电池的所需的循环周期时间，这导致电池的低生产力的问题。
此外，在上述标识出的公开文本中所公开的锂离子二次电池由于其结构而具有以下缺点，其中与固体电解质层分立形成的正电极和负电极活性物质层仅仅层叠在固体电解质层的相应相对表面上。
也即，其中正电极活性物质层和负电极活性物质层叠置或者层叠在固体电解质层上的上述锂离子二次电池不可避免地在固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间具有间隙，这导致间隙阻止锂离子在正电极活性物质层与固体电解质层之间、以及在负电极活性物质层与固体电解质层之间平滑移动或输运的问题。负电极和正电极活性物质层可以由热接合工艺与固体电解质层一体形成。然而在该情形下，固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间的间隙也无法完全消除，也即，防止了锂离子移动的极其微小的间隙仍然保留在固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间。
因此，其中已经相互分立形成的正电极和负电极活性物质层以及固体电解质层相互层叠的现有技术的锂离子二次电池遭受了在固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间高度界面电阻，这对于电池性能改进是重大阻碍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利号3852169
发明内容
技术问题
本发明参考如上所述的背景技术。因此本发明的第一目的在于提供一种锂离子二次电池，其被配置成允许输出密度和有效减小其尺寸的有效改进、以及由于在其固体电解质层与其正电极和负电极活性物质层之间的界面电阻的减小所致的其性能的充分改进，并且可以以最小成本和高度生产力制造。本发明的第二目的在于提供一种方法，该方法允许具有这种优异特性的锂离子二次电池的有效制造。
问题的解决方案
如上所述的第一目的可以根据本发明的第一方面而实现，第一方面提供了包括多个层状薄片的锂离子二次电池，每个层状薄片包括相互层叠的正电极薄片和负电极薄片，其中正电极薄片具有正电极，其中形式为包含正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层整体地层叠在形式为金属箔片的正电极集电极箔片的相对表面中的每一个上，而形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层布置在正电极的相对侧中的每一个上，使得第一固体电解质层整体地层叠在对应的正电极活性物质层上，并且其中负电极薄片具有负电极，其中形式为包含负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层整体地层叠在形式为金属箔片的负电极集电极箔片的相对表面中的每一个上，而形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层布置在负电极的相对侧中的每一个上，使得第二固体电解质层整体地层叠在对应的负电极活性物质层上。
第一目的也可以根据本发明的第二方面而实现，其提供了一种包括多个层状薄片的锂离子二次电池，每一个层状薄片包括相互层叠的两个电极薄片并且每一个电极薄片具有双极型电极，其中形式为包含正电极活性物质的气相沉积膜的正电极活性物质层整体地层叠在形式为金属箔片的集电极箔片的相对表面中的一个上，而形式为包含负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层整体地层叠在集电极箔片的相对表面中的另一个上，以及其中形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层和第二固体电解质层被布置在双极型电极的相应相对侧上，使得第一固体电解质层整体地层叠在正电极活性物质层上，而第二固体电解质层整体地层叠在负电极活性物质层上。
在本发明的锂离子二次电池的优选形式中，构成了正电极活性物质层的气相沉积聚合物膜以及构成负电极活性物质层的气相沉积聚合物膜中的每一个具有离子导电性。
在本发明的锂离子二次电池的另一优选形式中，构成正电极活性物质层的气相沉积聚合物膜以及构成负电极活性物质层的气相沉积聚合物膜中的每一个具有电子导电性。
在本发明的锂离子二次电池的又一优选形式中，正电极侧混合层形成在正电极活性物质层与第一固体电解质层之间。正电极侧混合层由第一聚合物以及用于形成第一固体电解质层的第二聚合物的混合物形成，第一聚合物用于形成构成了正电极活性物质层的气相沉积聚合物膜。正电极侧混合层中第一聚合物的含量在从正电极活性物质层朝向第一固体电解质层的方向上逐渐减小，而正电极侧混合层中第二聚合物的含量在从正电极活性物质层朝向第一固体电解质层的方向上逐渐增大。
在本发明的锂离子二次电池的又一优选形式中，负电极侧混合层形成在负电极活性物质层与第二固体电解质层之间。负电极侧混合层由第三聚合物与用于形成第二固体电解质层的第四聚合物的混合物形成，第三聚合物用于形成构成负电极活性物质层的气相沉积聚合物膜。负电极侧混合层中第三聚合物的含量在从负电极活性物质层朝向第二固体电解质层的方向上逐渐减小，而负电极侧混合层中第四聚合物的含量在从负电极活性物质层朝向第二固体电解质层的方向上逐渐增大。
在本发明的锂离子二次电池的又一优选形式中，第一固体电解质层和第二固体电解质层的每一个由包含锂盐并且具有离子导电性的气相沉积聚合物膜而构成。
在第一固体电解质层和第二固体电解质层中的每一个由包含锂盐并且具有离子导电性的气相沉积聚合物构成时，以如下方式调整存在于第一和第二固体电解质层内由锂盐得到的锂离子和阴离子的含量。
也即，锂离子的含量在与正电极活性物质层相邻的第一固体电解质层的厚度部分中比远离正电极活性物质层的第一固体电解质层的其他厚度部分中更高，并且在与负电极活性物质层相邻的第二固体电解质层的厚度部分中比远离负电极活性物质层的第二固体电解质层的其他厚度部分中更高，而阴离子的含量在第一固体电解质层的上述其他厚度部分中、以及在第二固体电解质层的上述其他厚度部分中更高。
此外，仅仅与正电极活性物质层相邻的第一固体电解质层的厚度部分、以及仅仅与负电极活性物质层相邻的第二固体电解质层的厚度部分由具有官能团的聚合物形成，其包括高度负电性的元素，对于第一和第二固体电解质层中锂离子的不均匀分布，吸引了包含在第一和第二固体电解质层中锂盐衍生得到的锂离子，朝向分别与正电极和负电极活性物质层相邻的第一和第二固体电解质层的厚度部分。
如上所述第二目的可以根据本发明的第二方面而实现，第二方面提供了一种制造锂离子二次电池的方法，包括如下步骤：(a)准备形式为金属箔片的正电极集电极箔片，并且将形式为均包含正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层整体地层叠在正电极集电极箔片的相应相对表面上；(b)将形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层层叠在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上；(c)准备形式为金属箔片的负电极集电极箔片，并且将形式为均包含负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层整体地层叠在负电极集电极箔片的相应相对表面上；(d)将形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层层叠在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上，以由此形成正电极薄片，其中正电极活性物质层整体地层叠在正电极集电极箔片的相应相对表面上，以及第一固体电解质层整体地层叠在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上，并且由此形成负电极薄片，其中负电极活性物质层整体地层叠在负电极集电极箔片的相应相对表面上，并且第二固体电解质层整体地层叠在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上；以及(e)将多个层状薄片相互层叠，每一个层状薄片包括相互叠置的正电极薄片和负电极薄片。
在本发明的方法的优选形式中，正电极活性物质层中的每一个的多个区段整体地层叠在正电极集电极箔片的条带的相对表面中的每一个上，使得多个区段沿条带的长度方向以预定间隔距离而相互间隔开，以形成正电极薄片，其中正电极集电极箔片的相对表面中的每一个具有不含活性物质的部分，每一个不含活性物质的部分形成在正电极活性物质层的相邻区段之间，并且负电极活性物质层的每一个的多个区段整体地层叠在负电极集电极箔片的条带的相对表面中的每一个上，使得多个区段在负电极集电极箔片的条带的长度方向上以预定间隔距离相互间隔开，以形成负电极薄片，其中负电极集电极箔片的相对表面中的每一个具有不含活性物质的区段，每一个不含活性物质的区段形成在负电极活性物质层的相邻区段之间，并且其中正电极薄片和负电极薄片相互叠置，使得正电极和负电极薄片的不含活性物质的部分相互对准，以形成层状本体，层状本体在正电极和负电极集电极箔片的条带的对应于相应不含活性物质部分的部分处切割为多个层状薄片。
在本发明的方法的另一优选形式中，当在正电极集电极箔片的相对表面中的每一个上由气相沉积聚合工艺形成第一气相沉积聚合物膜时，通过将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中，由含有正电极活性物质的第一气相沉积聚合物膜构成的正电极活性物质层整体地形成在正电极集电极箔片的相对表面中的每一个上。
在本发明的方法的另一优选形式中，当在负电极集电极箔片的相对表面中的每一个上由气相沉积聚合工艺形成第二气相沉积聚合物膜时，通过将负电极活性物质引入第二气相沉积聚合物膜，由含有负电极活性物质的第二气相沉积聚合物膜构成的负电极活性物质层整体地形成在负电极集电极箔片的相对表面中的每一个上。
在本发明的方法的另一优选形式中，当在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上由气相沉积聚合工艺形成第三气相聚合物膜时，通过将包含锂盐的致使离子导电物质引入第三气相沉积聚合物膜中，由包含致使离子导电物质(ion conductivity renderingsubstance)的第三气相沉积聚合物膜构成的第一固体电解质层整体地形成在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上。
在本发明的方法的又一优选方式中，当在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上由气相沉积聚合工艺形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将含有锂盐的致使离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜中，由含有致使离子导电物质的第四气相沉积聚合物膜构成的第二固体电解质层整体地形成在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上。
如上所述的第二目的也可以根据本发明的第四方面而实现，其提供了一种制造锂离子二次电池的方法，包括如下步骤：(a)准备形式为金属箔片的集电极箔片，(b)在集电极箔片的相对表面中的一个上整体地形成形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层，(c)在集电极箔片的相对表面中的另一个上整体地形成形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层，(d)在远离集电极箔片的正电极活性物质层的表面上整体地形成形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层，(e)在远离集电极箔片的负电极活性物质层的表面上整体地形成形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层，以由此形成电极薄片，其中正电极活性物质层和第一固体电解质层整体地层叠在集电极箔片的相对表面中的如上所述一个上，而负电极活性物质层和第二固体电解质层整体地层叠在集电极箔片的相对表面中的如上所述另一个上，以及(f)相互层叠多个层状薄片，每一个层状薄片包括相互叠置的两个电极薄片、并且两个电极薄片中的每一个由如上所述电极薄片构成。
在根据本发明的第四方面的方法的优选形式中，正电极活性物质层的多个区段整体地层叠在集电极箔片的条带的相对表面的如上所述一个上，使得多个区段在条带的长度方向上以预定间隔距离相互间隔开，而负电极活性物质层的多个区段整体地层叠在集电极箔片的条带的相对表面的如上所述另一个上，使得多个区段在条带的长度方向上以预定间隔距离相互间隔开，以形成如上所述的电极薄片，其中集电极箔片的相对表面的如上所述一个具有不含活性物质的部分，每一个不含活性物质的部分形成在正电极活性物质层的相邻区段之间，而集电极箔片的相对表面的如上所述另一个具有不含活性物质的部分，每一个不含活性物质的部分形成在负电极活性物质层的相邻区段之间，并且其中如上所述两个电极薄片相互叠置，使得在正电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分、以及在负电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分相互对准，以形成层状本体，在集电极箔片的条带的对应于相应不含活性物质部分的位置处层状本体分割为多个层状薄片。
在根据本发明第四方面的方法的另一优选形式中，当在集电极箔片的相对表面中的如上所述一个上由气相沉积聚合工艺形成第一气相沉积聚合物膜时，通过将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中，由含有正电极活性物质的第一气相沉积聚合物膜构成的正电极活性物质层整体地形成在集电极箔片的相对表面中的如上所述一个上。
在根据本发明第四方面的方法的另一优选形式中，当在集电极箔片的相对表面中的如上所述另一个上由气相沉积聚合工艺形成第二气相沉积聚合物膜时，通过将负电极活性物质引入第二气相沉积聚合物膜中，由含有负电极活性物质的第二气相沉积聚合物膜构成的负电极活性物质层整体地形成在集电极箔片的相对表面中的如上所述另一个上。
在根据本发明第四方面的方法的又一优选形式中，当在远离集电极箔片的正电极活性物质层的表面上由气相沉积聚合工艺形成第三气相沉积聚合物膜时，通过将含有锂盐的致使离子导电物质引入第三气相沉积聚合物膜，由含有致使离子导电物质的第三气相沉积聚合物膜构成的第一固体电解质层整体地形成在远离集电极箔片的正电极活性物质层的表面上。
在根据本发明第四方面的方法的又一优选形式中，当在远离集电极箔片的负电极活性物质层的表面上由气相聚合工艺形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将含有锂盐的致使离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜，由含有致使离子导电物质的第四气相沉积聚合物膜构成的第二固体电解质层整体地层叠在远离集电极箔片的负电极活性物质层的表面上。
在根据本发明第四方面的方法的另一优选形式中，当形成第一气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第一载气中的正电极活性物质吹扫在第一气相沉积聚合物膜上，将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中。
在根据本发明第四方面的方法的另一优选形式中，当形成第二气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第二载气中的负电极活性物质吹扫在第二气相沉积聚合物膜上，将负电极活性物质引入第二气相沉积聚合物膜中。
在根据本发明第四方面的方法的又一优选形式中，第一气相沉积聚合物膜和第二气相沉积聚合物膜中的每一个具有离子导电性。
在根据本发明第四方面的方法的又一优选形式中，第一气相沉积聚合物膜和第二气相沉积聚合物膜中的每一个具有电子导电性。
在第一固体电解质层和第二固体电解质层中的每一个由含有锂盐并且具有离子导电性的气相沉积聚合物膜构成时，以如下方式调整由存在于第一固体电解质层和第二固体电解质层内锂盐得到的锂离子和阴离子的含量。
也即，在如上所述正电极和负电极薄片或者如上所述两个电极薄片的层叠之前，执行工艺处理操作以不均匀地分布由在第一固体电解质中包含的锂盐得到的锂离子，使得锂离子的含量在与正电极活性物质层相邻的第一固体电解质层的厚度部分中比在远离正电极活性物质层的第一固体电解质层的其他厚度部分中更高，而阴离子的含量在第一固体电解质层中的如上所述其他厚度部分中更高，并且执行工艺处理操作以不均匀的分布由在第二固体电解质层中包含的锂盐得到的锂离子，使得锂离子的含量在与负电极活性物质层相邻的第二固体电解质层的厚度部分中比远离负电极活性物质层的第二固体电解质层的其他厚度部分中更高，而阴离子的含量在第二固体电解质层的如上所述其他厚度部分中更高。
此外，第一固体电解质层的第三气相沉积聚合物膜的仅与正电极活性物质层相邻的厚度部分、以及第二固体电解质层的第四气相沉积聚合物膜的仅与负电极活性物质层相邻的厚度部分由具有官能团的聚合物形成，其包括高度负电性的元素，其针对第一和第二固体电解质层中锂离子的不均匀分布朝向分别与正电极和负电极活性物质层相邻的第一和第二固体电解质层的厚度部分吸引由在第一和第二固体电解质层中包含的锂盐得到的锂离子。
此外，待引入第一固体电解质层的第三气相沉积聚合物膜中的致使锂离子导电物质仅由锂盐构成，并且第三气相沉积聚合物膜包含离子导电性聚合物。当形成第三气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第三载气中的锂盐吹扫在第三气相沉积聚合物膜上，将锂盐引入含有离子导电性聚合物的第三气相沉积聚合物膜中。
备选地，待引入第一固体电解质层的第三气相沉积聚合物膜中的致使锂离子导电物质由其中溶解了锂盐的处于液态的离子导电聚合物构成。当形成第三气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第四载气中的颗粒薄雾吹扫至第三气相沉积聚合物膜上，将其中溶解了锂盐的处于液态的离子导电聚合物的颗粒引入第三气相沉积聚合物膜中。
此外，待引入第二固体电解质层的第四气相沉积聚合物膜中的致使锂离子导电物质仅由锂盐构成，并且第四气相沉积聚合物膜包含离子导电聚合物。当形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第五载气中的锂盐吹扫至第四气相沉积聚合物膜上，将锂盐引入包含了离子导电聚合物的第四气相沉积聚合物膜中。
备选地，待引入第二固体电解质层的第四气相沉积聚合物膜中的致使锂离子导电物质由其中溶解了锂盐的处于液态的离子导电聚合物构成。当形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将分散在第六载气中的颗粒薄雾吹扫至第四气相沉积聚合物膜上，将其中溶解了锂盐的处于液态的离子导电聚合物的颗粒引入第四气相沉积聚合物膜中。
此外，制造锂离子二次电池的方法包括：当通过将用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气引入容纳正电极集电极箔片的真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在正电极集电极箔片的相对表面中的如上所述一个上形成第一气相沉积聚合物膜时，通过将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜，在正电极集电极箔片的相对表面的一个上整体地形成正电极活性物质层的步骤；以及，在形成正电极活性物质层的步骤开始时刻之后预定时间长度之后，当通过将用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气引入真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在正电极活性物质层上形成第三气相沉积聚合物膜时，通过将锂致使离子导电物质引入第三气相沉积聚合物膜中，在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上整体地形成第一固体电解质层的步骤，并且其中在将用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气引入反应腔室开始时刻之后，将用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气引入反应腔室的量逐渐减小至零，使得用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合、以及用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合同时发生，由此在形成第一固体电解质层之前，在正电极活性物质层上，形成由用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品、与由用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品的混合物所构成的正电极侧混合层。
制造锂离子二次电池的方法进一步包括：当通过将用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气引入也容纳了负电极集电极箔片的真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在负电极集电极箔片的相对表面中的如上所述一个上形成第二气相沉积聚合物膜时，通过将负电极活性物质引入第二气相沉积聚合物膜，在负电极集电极箔片的相对表面中的一个上整体地形成负电极活性物质层的步骤；以及，在形成负电极活性物质层的步骤开始时刻之后已经过去预定时间长度之后，当通过将用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气引入真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在负电极活性物质层上形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将锂致使离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜中，在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上整体地形成第二固体电解质层的步骤，并且其中在将用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气引入反应腔室的开始时刻之后，用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气引入反应腔室中的量逐渐减少至零，使得用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合、与用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合同时发生，由此在形成第二固体电解质层之前，在负电极活性物质层上形成了由用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品、与由用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品的混合物所构成的负电极侧混合层。
此外，制造锂离子二次电池的方法包括：当通过将用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气引入容纳了集电极箔片的真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在集电极箔片的相对表面的如上所述一个上形成第一气相沉积聚合物膜时，通过将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中，在集电极箔片的相对表面中的一个上整体地形成正电极活性物质层的步骤；以及，在形成正电极活性物质层的步骤开始时刻之后已经过去预定时间长度之后，当通过将用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气引入真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在正电极活性物质层上形成第三气相沉积聚合物膜时，通过将致使锂离子导电物质引入第三气相沉积聚合物膜中，在远离集电极箔片的正电极活性物质层的表面上整体地形成第一固体电解质层的步骤，并且其中在将用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气引入反应腔室的开始时刻之后，用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气引入反应腔室中的量逐渐减小至零，使得用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合、与用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合同时发生，由此在形成第一固体电解质层之前，在正电极活性物质层上形成了由用于正电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品、与由用于第一固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品的混合物所构成的正电极侧混合层。
制造锂离子二次电池的方法进一步包括：当通过将用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气引入容纳了集电极箔片的真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在集电极箔片的相对表面中的如上所述另一个上形成了第二气相沉积聚合物时，通过将负电极活性物质引入第二气相沉积聚合物中，在集电极箔片的相对表面中的另一个上整体地形成了负电极活性物质层的步骤；以及，在形成负电极活性物质层的步骤开始时刻之后已经过去预定时间长度之后，当通过将用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气引入真空反应腔室中并且将蒸气聚合而在负电极活性物质层上形成第四气相沉积聚合物膜时，通过将致使锂离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜中，在远离集电极箔片的负电极活性物质层的表面上整体地形成第二固体电解质层的步骤，并且其中在用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气引入反应腔室的开始时刻之后，用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气引入反应腔室中的量逐渐减小至零，使得用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合、与用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合同时发生，由此在形成第二固体电解质层之前，在负电极活性物质层上形成了由用于负电极活性物质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品、与由用于第二固体电解质层的多种材料的蒸气的聚合所产生的产品的混合物所构成的负电极侧混合层。
根据本发明的锂离子二次电池优选地由包括以下的制造设备所制造：(a)真空腔室，(b)用于从真空腔室排出空气以由此对真空腔室排气的排气装置，(c)在真空腔室内，用于连续地提供形式为金属箔片的正电极集电极箔片的条带的正电极集电极箔片供应装置，(d)在真空腔室内，用于连续地提供形式为金属箔片的负电极集电极箔片的负电极集电极箔片供应装置，(e)正电极薄片形成单元，被配置成通过在真空腔室内以如下描述的顺序在从正电极集电极箔片供应装置所提供的正电极集电极箔片的条带的相对表面中的每个上整体地层叠形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层、以及形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层而形成正电极薄片，(f)负电极薄片形成单元，被配置成通过在真空腔室内以如下描述的顺序在从负电极集电极箔片供应装置所提供的负电极集电极箔片的条带的相对表面中的每个上整体地层叠形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层、以及形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层而形成负电极薄片，(g)层状薄片形成单元，被配置成在真空腔室内将由正电极薄片形成单元所形成的正电极薄片、与由负电极薄片形成单元所形成的负电极薄片相互层叠，使得第一固体电解质层和第二固体电解质层相互层叠，以及(h)层叠装置，用于将由层状薄片形成单元所形成的多个层状薄片中的每一个相互层叠。
在如上所述的制造设备的一个优选形式中，正电极薄片形成单元包括：用于通过气相沉积聚合工艺将第一气相沉积聚合物膜整体地层叠在从正电极集电极箔片供应装置所提供的正电极集电极箔片的条带的相对表面中的每一个上的第一气相沉积聚合物形成装置，以及用于当由第一气相沉积聚合物形成装置形成第一气相沉积聚合物膜时将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中的正电极活性物质引入装置，第一气相沉积聚合物膜形成装置与正电极活性物质引入装置协作以形成含有正电极活性物质的、构成了正电极活性物质层的第一气相沉积聚合物膜，正电极薄片形成单元进一步包括用于通过气相沉积聚合工艺将第二气相沉积聚合物膜整体地层叠在远离正电极集电极箔片的正电极活性物质层的表面上的第二气相沉积聚合物膜形成装置，以及用于当由第二气相沉积聚合物膜形成装置形成第二气相聚合物膜时将包含锂盐的致使锂离子导电物质引入第二气相沉积聚合物膜中的锂盐引入装置，第二气相沉积聚合物膜形成装置与锂盐引入装置协作以形成含有致使锂离子导电物质的、构成了第一固体电解质层的第二气相沉积聚合物膜。
在制造设备的另一优选形式中，负电极薄片形成单元包括：用于通过气相沉积聚合工艺在从负电极集电极箔片供应装置所提供的负电极集电极箔片的条带的相对表面中的每一个上整体地层叠第三气相沉积聚合物膜的第三气相沉积聚合物膜形成装置，以及用于当由第三气相沉积聚合物膜形成装置形成第三气相沉积聚合物膜时将负电极活性物质引入第三气相沉积聚合物膜中的负电极活性物质引入装置，第三气相沉积聚合物膜形成装置与负电极活性物质引入装置协作以形成含有负电极活性物质的、构成了负电极活性物质层的第三气相沉积聚合物膜，负电极薄片形成单元进一步包括用于通过气相沉积聚合工艺在远离负电极集电极箔片的负电极活性物质层的表面上整体地层叠第四气相沉积聚合物膜的第四气相沉积聚合物膜装置，以及用于当由第四气相沉积聚合物膜形成装置形成第四气相沉积聚合物膜时将包含锂盐的致使锂离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜中的锂盐引入装置，第四气相沉积聚合物膜形成装置与锂盐引入装置协作以形成含有致使锂离子导电物质的、构成了第二固体电解质层的第四气相沉积聚合物膜。
根据本发明的锂离子二次电池也优选地由包括以下的制造设备所制造：(a)真空腔室，(b)用于从真空腔室排出空气以由此对真空腔室排气的排气装置，(c)在真空腔室内，用于连续地提供集电极箔片的条带的集电极箔片供应装置，(d)电极薄片形成单元，被配置成在真空腔室内以以下描述的顺序在从集电极箔片供应装置所提供的集电极箔片的条带的相对表面中的一个上整体地层叠形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层、以及形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层，并且在真空腔室内以以下描述的顺序在集电极箔片的条带的相对表面中的另一个上整体地层叠形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层、与形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层，(e)层状薄片形成单元，被配置成形成由两个电极薄片构成的层状薄片，每个电极薄片由电极薄片形成单元所形成并且在真空腔室内相互层叠，使得第一固体电解质层和第二固体电解质层相互层叠，以及(f)用于将由层状薄片形成单元所制造的多个层状薄片中的每一个相互层叠的层叠装置。
在如上所述的制造设备的一个优选方式中，电极薄片形成单元包括：用于通过气相沉积聚合工艺在从集电极箔片供应装置所提供的集电极箔片的条带的相对表面中的一个上整体地层叠第一气相沉积聚合物膜的第一气相沉积聚合物膜形成装置，以及用于当由第一气相沉积聚合物膜形成装置形成第一气相沉积聚合物膜时将正电极活性物质引入第一气相沉积聚合物膜中的正电极活性物质引入装置，第一气相沉积聚合物膜形成装置与正电极活性物质引入装置协作以形成含有正电极活性物质的、构成了正电极活性物质层的第一气相沉积聚合物膜。电极薄片形成单元进一步包括：用于通过气相沉积聚合工艺在远离集电极箔片的正电极活性物质层的相对表面中的一个上整体地层叠第二气相沉积聚合物膜的第二气相沉积聚合物膜形成装置，以及用于当由第二气相沉积聚合膜形成装置形成第二气相沉积聚合物膜时将含有锂盐的致使锂离子导电物质引入第二气相沉积聚合物膜中的锂盐引入装置，第二气相沉积聚合物膜形成装置与锂盐引入装置协作以形成含有致使锂盐导电物质的、构成了第一固体电解质层的第二气相沉积聚合物膜，电极薄片形成单元进一步包括，用于通过气相沉积聚合工艺在集电极箔片的相对表面中的另一个上整体地层叠第三气相沉积聚合物膜的第三气相沉积聚合物膜形成装置，以及用于当由第三气相沉积聚合物膜形成装置形成第三气相沉积聚合物膜时将负电极活性物质引入第三气相沉积聚合物膜中的负电极活性物质引入装置，第三气相沉积聚合物膜形成装置与负电极活性物质引入装置协作以形成含有负电极活性物质的、构成了负电极活性物质层的第三气相沉积聚合物膜，电极薄片形成单元进一步包括：用于通过气相沉积聚合工艺在远离集电极箔片的负电极活性物质层的相对表面中的一个上整体地层叠第四气相沉积聚合物膜的第四气相沉积聚合物膜形成装置，以及当由第四气相沉积聚合膜形成装置形成第四气相沉积聚合物膜时将含有锂盐的致使锂离子导电物质引入第四气相沉积聚合物膜中的锂盐引入装置，第四气相沉积聚合物膜形成装置与锂盐引入装置协作以形成含有致使锂离子导电物质的、构成了第二固体电解质层的第四气相沉积聚合物膜。
本发明的有益效果
配置根据本发明第一方面的锂离子二次电池，使得正电极活性物质层、负电极活性物质层、第一固体电解质层和第二固体电解质层中的每一个由气相沉积聚合物膜构成。该气相沉积聚合物膜通过作为一种真空中膜形成工艺的气相沉积聚合工艺以高速形成为具有从数十纳米至约数十微米的极小厚度。因此，其中正电极和负电极活性物质层以及第一和第二固体电解质层中的每一个由气相沉积聚合物膜构成的本发明的锂离子二次电池不具有现有技术锂离子二次电池中所经受的所有缺点，其中第一和第二固体电解质层由相应涂覆层所构成。
进一步配置本发明的锂离子二次电池，使得由气相沉积聚合物膜构成的第一固体电解质层整体地层叠在正电极活性物质层上，而由气相沉积聚合物膜构成的第二固体电解质层整体地层叠在负电极活性物质层上，使得在正电极活性物质层与第一固体电解质层之间、以及在负电极活性物质层与第二固体电解质层之间不存在将干扰锂离子移动的间隙，由此可以有效的减小在第一固体电解质层与正电极活性物质层、以及在第二固体电解质层与负电极活性物质层之间的界面电阻。因此，本发明的锂离子二次电池有利的具有显著改进的电池单元性能。
应该注意，正电极薄片的第一固体电解质层与负电极薄片的第二固体电解质层相互叠置，其中正电极和负电极薄片相互层叠，使得在第一和第二固体电解质层之间形成了可以干扰锂离子移动的间隙。然而，在锂离子二次电池的充电和放电期间，在第一和第二固体电解质层之间基本上实际没有发生锂离子的移动，尽管锂离子在正电极活性物质层与第一固体电解质层之间、以及在负电极活性物质层与第二固体电解质层之间移动。因此，在第一和第二固体电解质层之间可以干扰锂离子移动的间隙实际上并不对于锂离子二次电池的性能产生任何不利影响。
此外，根据本发明的第一方面的锂离子二次电池包括互相层叠的多个层状薄片，每个层状薄片包括含有整体地层叠在正电极集电极箔片的相对表面中的每一个上的正电极活性物质层和第一固体电解质层的正电极薄片，以及含有整体地层叠在负电极集电极箔片的相对表面中的每一个上的负电极活性物质层和第二固体电解质层的负电极薄片。因此，在本发明的锂离子二次电池中，与其中正电极活性物质层和第一固体电解质层整体地层叠在正电极集电极箔片的相对表面中的仅一个上、而负电极活性物质层和第二固体电解质层整体地层叠在负电极集电极箔片的相对表面中的仅一个上的锂离子二次电池中正电极集电极箔片相互叠置和负电极集电极箔片相互叠置相反，正电极薄片的正电极集电极箔片、负电极薄片的负电极集电极箔片均不相互叠置，其中层状薄片相互层叠。也即，本发明的锂离子二次电池不具有相互叠置的两个正电极集电极箔片，也不具有相互叠置的两个负电极集电极箔片。因此，可以有利的减小正电极和负电极集电极箔片的所需数量，并且可以有效的减少本发明锂离子二次电池的材料成本。
如上所述根据本发明第一方面的锂离子二次电池具有有效改进的输出密度和有效减小的尺寸，以及由于减小了在固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间的界面电阻而充分改进了电池单元性能。此外，本发明的锂离子二次电池可以以高度生产率以最低成本而高效制造。
根据本发明第二方面的锂离子二次电池具有与根据如上所述本发明第一方面的锂离子二次电池基本上相同的操作和物理优点。
如上所述根据本发明第三和第四方面的制造锂离子二次电池的方法允许以高度生产率和最小成本高效制造锂离子二次电池，以便于确保有效改进的输出密度、有效减小的尺寸、以及由于减小了在固体电解质层与正电极和负电极活性物质层之间界面电阻而充分改进了电池单元性能。
附图说明
图1是具有根据本发明第一实施例的结构的锂离子二次电池的放大局部剖视图；
图2是通过使用图1所示锂离子二次电池所形成的电池单元的剖视图；
图3是用于制造图1所示锂离子二次电池的制造设备的一个示例的示意图；
图4是图3所示部分A的放大示意图；
图5是对应于图1的示意图，示出了具有根据本发明第二实施例的结构的锂离子二次电池；
图6是根据本发明第二实施例的、用于制造图5所示锂离子二次电池的制造设备的一个示例的示意图；
图7是根据本发明第三实施例的、用于制造图5所示锂离子二次电池的制造设备的另一示例的示意图；
图8是对应于图1的示意图，示出了具有根据本发明第四实施例的结构的锂离子二次电池；
图9是根据本发明第四实施例的、用于制造图8所示锂离子二次电池的制造设备的一个示例的示意图；以及
图10是对应于图2的示意图，示出了通过使用具有根据本发明第五实施例的结构的锂离子二次电池形成的电池单元的另一示例。
具体实施方式
为了进一步阐明本发明，将参照附图详细描述本发明的一些优选实施例。
首先参照图1的局部纵向剖视图，示出了根据本发明第一实施例而构造的锂离子二次电池10。如图1所示，本实施例的锂离子二次电池10由多个层状薄片16构成(在该具体实施例中为两个层状薄片16)，每个层状薄片由相互层叠的正电极薄片12和负电极薄片14构成。
更具体地描述，正电极薄片12具有正电极22，正电极22由正电极集电极箔片18和整体地层叠在正电极集电极箔片18的相应相对表面上的两个正电极活性物质层20构成。第一固体电解质层24整体地层叠在正电极22的正电极活性物质层20的每一个的相对表面中的一个表面上，该一个表面远离正电极集电极箔片18。负电极薄片14具有负电极30，负电极30由负电极集电极箔片26以及整体地层叠在负电极集电极箔片26的相应相对表面上的两个负电极活性物质层28构成。第二固体电解质层32整体地层叠在负电极30的负电极活性物质层28的每一个的相对表面中的一个表面上，该一个表面远离负电极集电极箔片26。
正电极薄片12的正电极集电极箔片18以及负电极薄片14的负电极集电极箔片26是金属箔片。在本实施例中，正电极集电极箔片18是铝箔片，而负电极集电极箔片26是铜箔片。就此而言，应该注意，正电极集电极箔片18和负电极集电极箔片26可以由除了铝和铜之外的任何材料形成，诸如钛、镍、铁和其他金属材料，以及那些金属材料的合金。
在根据本实施例的锂离子二次电池10中，正电极集电极箔片18的每一个的相对横向端部(如图2所示的右端部)中的一个端部从对应的正电极薄片12的相对的横向端面(如图2所示右端面)的对应的一个延伸，如图2所示。另一方面，负电极集电极箔片26的每一个的相对横向端部(如图2所示左端部)的一个从对应的负电极薄片14的相对横向端面(如图2所示左端面)的对应一个延伸，也如图2所示。
如图1可见，正电极活性物质层20中的每一个由形式为含有正电极活性物质34的多重颗粒或微粒的正电极气相沉积聚合物膜36的第一气相沉积聚合物膜构成，而负电极活性物质层28中的每一个由形式为含有负电极活性物质38的多重颗粒或微粒的负电极气相沉积聚合物膜40的第二气相沉积聚合物膜构成。
在正电极活性物质层20(正电极气相沉积聚合物膜36)中包含的正电极活性物质34是LiCoO2。然而，正电极活性物质34不限于LiCoO2，而是可以为现有技术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34可以是以下项中的一种或任意组合：Li(Ni-Mn-Co)O2(其中Ni可以部分替换为Co或Mn)；LiNiO2；LiMn2O4；LiFePO4；LiMnxFe1-xPO4；V2O5；V6O13；以及TiS2。
在负电极活性物质层28(负电极气相沉积聚合物膜40)中包含的负电极活性物质38是天然石墨。然而，负电极活性物质38不限于天然石墨，而是可以为现有技术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38可以是以下项中的一种或任意组合：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；其中锂插入在石墨或碳中的插入的锂化合物；Li4Ti5O12；Si；SiO；Si的合金；Sn；SnO；Sn的合金；以及MnO2。
正电极活性物质34和负电极活性物质38以多个颗粒或微粒的形式包含在正电极活性物质层20和负电极活性物质层28中。在正电极活性物质层20和负电极活性物质层28中包含的那些正电极活性物质34和负电极活性物质38的颗粒或微粒并不具体限定它们的尺寸，而是可以为通过扫描电子显微镜测得的主要颗粒的平均尺寸，或者是通常在约10nm－50nm范围内选择的作为主要颗粒的聚团的次级颗粒的平均尺寸，因为大于50μm的主要或次级颗粒的平均尺寸不仅使其难以减小锂离子二次电池10的厚度，而且当电流密度相对较高时也引起了放电容量减小的问题，并且因为小于10nm的主要或次级颗粒的平均尺寸导致正电极和负电极活性物质34、38的每个单位重量的表面面积的急剧增大以及辅助导电剂使用所需量的增大，这引起了锂离子二次电池10能量密度减小的风险。
正电极活性物质34的多重颗粒或微粒被包含在正电极气相聚合物膜36中，使得颗粒或微粒通过正电极气相沉积聚合物膜36的树脂材料而接合在一起，由此正电极活性物质层20形成为薄膜。类似地，负电极活性物质38的多重颗粒或微粒包含在负电极气相沉积聚合物膜40中，使得颗粒或微粒通过负电极气相沉积聚合物膜40的树脂材料而接合在一起，由此负电极活性物质层28形成为薄膜。
如上所述，正电极活性物质层20和负电极活性物质层28分别由正电极气相沉积聚合物膜36和负电极气相沉积聚合物膜40构成，其由作为一种真空干法工艺的气相沉积聚合工艺所形成。因此，正电极和负电极活性物质层20、28的厚度可以控制在数十纳米的量级，并且因此可以控制为极小并且均匀。此外，大大减小了包含在正电极和负电极活性物质层20、28中的杂质的量。
在本实施例中，通过在由已知的真空中气相沉积聚合工艺形成了聚脲之后采用紫外辐射照射聚脲，正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40中的每一个由聚苯胺形成。因此，气相沉积聚合物膜36、40具有充分高的电子导电性并且展现出足够程度的柔性或可塑性。
如现有技术中已知的那样，为了获得聚脲的聚合工艺并不需要对用作材料单体的胺(包括二元胺、三元胺和四元胺)和异氰酸酯(isocyanate)(包括二异氰酸酯、三异氰酸酯、四异氰酸酯)进行热处理，并且采用不包括移除任何量的水和乙醇的加成聚合反应而执行。因此，可以减小通过采用紫外辐射照射得到的聚苯胺的正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40的形成成本，而无需使用用于材料单体的聚合工艺的热处理装置、以及用于从其中发生了聚合反应的反应腔室中排出作为聚合工艺结果的水和乙醇的设备。此外，聚脲具有高度的抗湿性，并且有利的确保了具有更高稳定性的高耐受电压。
由正电极气相沉积聚合物膜36构成的正电极活性物质层20以及由负电极气相沉积聚合物膜40构成的负电极活性物质层28的厚度通常选择在约1－200μm的范围内，因为小于1μm的正电极和负电极活性物质层20、28的厚度导致在正电极活性物质层20中正电极活性物质34以及在负电极活性物质层28中负电极活性物质38的含量不足，这导致能量密度减少的可能性，并且因为大于200μm的厚度不仅使其难以减小锂离子二次电池10的厚度和尺寸，也导致由于内部电阻(离子转移电阻)的增大而难以获得所需电流量的风险。
用于形成正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40的树脂材料不限于如上借由示例方式给定的聚苯胺。也即，气相沉积聚合物膜36、40可以由任何其他已知树脂材料形成，该任何其他已知树脂材料允许气相沉积聚合物膜36、40与相应正电极和负电极集电极箔片18、26整体地形成、并且用作用于将正电极和负电极校友物质34、38的颗粒接合在一起的粘合剂。例如，除了由采用紫外辐射照射聚脲获得的聚苯胺之外，气相沉积聚合物膜36、40可以由聚脲、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺(polyamideimide)、聚酯、聚亚安酯、聚甲亚胺、丙烯酸树脂、聚对亚二甲苯、和二萘嵌苯形成。
在如上所述的树脂材料中，具有电子导电性的树脂材料可以适用于形成正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40，因为具有电子导电性的树脂材料允许正电极活性物质层20和负电极活性物质层28的电子导电率的充分增大以及膜电阻有效减小，这导致对于锂离子二次电池10的输出密度的有利改进。
特别地，正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40优选地由所谓的电子导电性聚合物形成，其在存在辅助导电剂时具有高电子导电性，并且可以由气相沉积聚合工艺形成。使用这些电子导电聚合物增大了锂离子二次电池10的产率，由于消除了向聚合物添加辅助导电剂的步骤。例如，电子导电聚合物包括：聚脲，其具有л-共轭结构，并且其侧链键合至磺酸基团或者羧基基团；以及聚苯胺，其通过采用紫外辐射照射聚脲获得，具有л-共轭结构，并且其侧链键合至磺酸基团或者羧基基团。
具有电子导电性的正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40可以由除了上述电子导电聚合物之外的其他树脂材料形成，只要那些其他树脂材料在存在辅助导电剂时具有电子导电性，并且可以通过气相沉积聚合工艺形成为膜。例如，可以在树脂材料中包含的辅助导电剂包括：诸如碳黑之类的导电碳粉末；以及诸如碳纳米纤维和碳纳米管之类的导电碳纤维。
另一方面，与远离正电极集电极箔片18的正电极活性物质层20的表面整体形成的第一固体电解质层24以及与远离负电极集电极箔片26的负电极活性物质层28的表面整体形成的第二固体电解质层32中的每一个由具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜构成。也即，类似于正电极活性物质层20和负电极活性物质层28，第一固体电解质层24和第二固体电解质层32通过作为一种真空干法工艺的气相沉积聚合工艺而形成。因此，第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的厚度可以控制在数十纳米的量级，并且因此可以控制为极小的和均匀的。此外，包含在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中的杂质的含量显著减小。
在本实施例中，第一固体电解质层24具有双层结构，该双层结构由第一内部气相沉积聚合物膜42以及整体地层叠在第一内部气相沉积聚合物膜42上的第一外部气相沉积聚合物膜44构成。第一内部气相沉积聚合物膜42构成了在正电极活性物质层20的外部上第一固体电解质层24的内部部分，并且整体地层叠在正电极活性物质层20上。第一外部气相沉积聚合物膜44构成了远离正电极活性物质层20的第一固体电解质层24的外部部分。类似地，第二固体电解质层32具有双层结构，该双层结构由第二内部气相沉积聚合物膜46以及整体地层叠在第二内部气相沉积聚合物膜46上的第二外部气相沉积聚合物膜48构成。第二外部气相沉积聚合物膜48构成了远离负电极活性物质层28的第二固体电解质层32的外部部分。
此外，给出了第一固体电解质层24的第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44，以及给出了第二固体电解质层32的第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48在本实施例中均由聚脲形成，使得类似于由聚苯胺形成的正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40所构成的正电极和负电极活性物质层20、28，可以以减小的成本形成第一固体电解质层24和第二固体电解质层32，并且具有更高稳定性的高耐受电压，并且展现出足够程度的柔性或可塑性。
用于形成第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44以及第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48的聚脲具有由以下化学式(1)所表示的聚环氧乙烯的重复单元结构。此外，聚环氧乙烯包含锂盐，因此上述全部四个气相沉积聚合物膜42、44、46和48、以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32均展现出高程度的锂离子导电性。
化学式(1)
在本实施例中，与正电极活性物质层20整体形成的第一内部气相沉积聚合物膜42以及与负电极活性物质层28整体形成的第二内部气相沉积聚合物膜46由具有包括高负电性的元素的官能团的聚合物形成，也即具有负电荷官能团的聚合物。例如，第一和第二内部气相沉积聚合物膜42、46由具有氰基(-CN)作为侧链的聚脲形成。
然而，应该注意，构成第一固体电解质层24的第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44以及构成第二固体电解质层32的第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48的锂离子导电性树脂材料不限于上述借由示例方式给出的聚脲。四个气相沉积聚合物膜42、44、46和48可以由允许那些聚合物膜待通过气相沉积聚合工艺与正电极和负电极活性物质层20、28整体形成的任何其他已知锂离子导电树脂材料形成。
更具体地描述，第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的四个气相沉积聚合物膜42－48的树脂材料可以选自以下项：具有聚环氧乙烷(polyethylene oxide)的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚酰胺；具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚酰亚胺；具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚酰胺酰亚胺；具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚酯；具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚亚安酯；具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚甲亚胺；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚脲；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚酰胺；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚酰亚胺；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚酰胺酰亚胺；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚酯；包含锂盐并且其侧链键合至磺酸基团的聚亚胺酯；以及包含锂盐并且其侧链键合酯磺酸基团的聚甲亚胺。
概括而言，分别构成第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44以及第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48可以由具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中含有锂盐、并且其可以通过气相沉积聚合工艺形成为膜的锂离子导电树脂材料(下文中称作“树脂A”)形成，或者可以由含有锂盐、其侧链键合酯磺酸基团、并且可以通过气相沉积聚合工艺形成为膜的锂离子导电树脂材料(下文中称作“树脂B”)形成。应该注意，树脂A的聚环氧乙烷的重复单元结构可以键合至树脂A的分子，或者可以不键合至分子而仅仅混合在树脂A中。
第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44以及第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48均无需由相同树脂材料形成。例如，四个气相沉积聚合物膜42、44、46、48的至少一个可以由不同于其他气相沉积聚合物膜的树脂材料的、如上所述的一种树脂材料形成。
在本实施例中，第一和第二内部气相沉积聚合物膜42、46由上述树脂材料形成，上述树脂材料是具有作为侧链的包括高负电性元素的官能团聚合物。更具体地描述，例如选择具有以下官能团中任意一个作为侧链的树脂材料：氰基团(-CN)；氟基团(-F)；氯基团(-Cl)；溴基团(-Br)；碘基团(-I)；羰基基团(＝O)；羧基基团(-COOH)；羟基基团(-OH)；硝基基团(-NO2)；以及磺酸基团(-SO3H)。
在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中包含的锂盐是含有锂的离子电离化合物，并且并非特别限定。可以使用传统上用于使得所需树脂材料具有锂离子导电性的任何种类的锂盐。例如，LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiBF4和LiClO4可以用作待包含在固体电解质层24、32中的锂盐。
锂盐部分地溶解(电离)在由离子导电树脂材料(在本实施例中为具有聚环氧乙烷的重复单元结构的聚脲)形成的第一固体电解质层24(第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44)和第二固体电解质层32(第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48)中，使得在固体电解质层24、32中包含的一部分锂盐以锂离子和阴离子的形式而存在其中。
在根据本实施例的锂离子二次电池10中，用于与正电极活性物质层20整体地形成第一固体电解质层24的第一内部气相沉积聚合物膜42以及用于与负电极活性物质层28整体地形成第二固体电解质层32的第二内部气相沉积聚合物膜46的聚合物是如上所述包括高负电性元素的负电荷官能团。因此，从存在于第一固体电解质层24和第二固体电解质层32内的锂盐得到的锂离子受到第一和第二内部气相沉积聚合物膜42、46的聚合物的负电荷官能团的吸引，由此锂离子在第一内部气相沉积聚合物膜42中比在第一外部气相沉积聚合物膜44中更密集存在，并且在第二内部气相沉积聚合物膜46中比在第二外部气相沉积聚合物膜48中更密集存在。
也即，锂离子在第一固体电解质层24的与正电极活性物质层20相邻的厚度部分中比在其中间厚度部分、以及远离正电极活性物质层20的厚度部分(与第二固体电解质层32相邻的厚度部分)中存在得更加密集，并且在第二固体电解质层32的与负电极活性物质层28相邻的厚度部分中比在其中部厚度部分中、以及在远离负电极活性物质层28的其厚度部分(与第一固体电解质层24相邻得厚度部分)中存在得更加密集。也即，锂离子在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中分布不均匀，使得锂离子的局部密度在第一固体电解质层24的与正电极活性物质层20相邻的厚度部分(第一内部气相沉积聚合物膜42)中更高，以及在第二固体电解质层32的与负电极活性物质层28相邻的厚度部分(第二内部气相沉积聚合物膜46)中更高。
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24的与正电极活性物质层20相邻的厚度部分中更高，使得在锂离子二次电池10的充电和放电期间，单位时间内更大量的锂离子以更高速率在正电极活性物质层20中的正电极活性物质34和第一固体电解质层24之间移动。类似地，锂离子的含量在第二固体电解质层32的与负电极活性物质层28相邻的厚度部分中更高，因此在锂离子二次电池10的充电和放电期间，单位时间内更大量的锂离子以更高速率在负电极活性物质层28中的负电极活性物质38与第二固体电解质层32之间移动。结果，显著并且有效改进了锂离子二次电池10的性能。
如上所述，通常优选地是，构成正电极活性物质层20的正电极气相沉积聚合物膜36以及构成负电极活性物质层28的负电极气相沉积聚合物膜40由具有高度电子导电性的树脂材料形成，以便改进锂离子二次电池10的输出密度。就此而言，由于在第一固体电解质层24的与正电极活性物质层20相邻的厚度部分中、以及在第二固体电解质层32的与负电极活性物质层28相邻的厚度部分中锂离子的含量更高，改进了本发明锂离子二次电池10的性能。
因此，即便在正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40由离子导电树脂材料而不是电子导电树脂材料形成的情形下，也可以期望充分改进输出密度。在气相沉积聚合物膜36、40由离子导电树脂材料形成的情形下，具有优点在于，锂离子在正电极活性物质层20中的活性物质34和第一固体电解质层24中之间以及在负电极活性物质层28中的活性物质38和第二固体电解质层32之间更平滑和更快速移动。
在正电极和负电极气相沉积聚合物膜36、40由离子导电树脂材料形成的情形下，离子导电树脂材料优选地选自用于形成第一固体电解质层24(第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44)和第二固体电解质层32(第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48)的上述离子导电树脂材料，并且其可以包含锂盐或者不包含锂盐。
尽管第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中的每一个的厚度并非特别限定，其通常在约25nm－50μm的范围内选择，因为小于25nm的厚度使其难以确保在正电极和负电极活性物质层20、28之间足够的电绝缘，这导致内部短路的可能性，而大于50μm的厚度不仅使其难以减小锂离子二次电池10的厚度，而且还由于高内部电阻而导致输出密度减小的风险。
第一固体电解质层24的第一内部和外部气相沉积聚合物膜42、44的厚度以及第二固体电解质层32的第二内部和外部气相沉积聚合物膜46、48的厚度取决于第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的厚度而合适地选择。
在根据本实施例的锂离子二次电池10中，每一个由如上所述构造的正电极和负电极薄片12和14构成的两个层状薄片16相互层叠但不键合在一起，使得正电极和负电极薄片12、14相互层叠但不键合在一起。
具有如上所述结构的锂离子二次电池10具有三个单元元件，每一个的形式为正电极22、负电极30和第一固体电解质层24和第二固体电解质层32构成的层状本体，其相互整体地层叠，使得正电极和负电极22和30定位成与相应的第一固体电解质层24和第二固体电解质层32相邻，并且使得正电极22的两个正电极活性物质层20整体地层叠在正电极集电极箔片18的相应相对表面上，而负电极30的两个负电极物质层28整体地层叠在负电极集电极箔片26的相应相对表面上。位于正电极22和负电极30之间的第一固体电解质层24和第二固体电解质层32仅仅相互层叠而不键合在一起，其具有形成在之间的层叠边界。就此而言，应该注意，在正电极和负电极22、30之间的第一固体电解质层24和第二固体电解质层32可以通过热键合工艺而键合在一起。
例如，具有如上所述结构的锂离子二次电池10用作由两个覆盖膜52覆盖的电池单元装置54，如图2所示。
也即，电池单元装置54具有两个保护膜56，层叠在锂离子电池单元10的在两个层状薄片16层叠的方向上相互相对的相应相对端面上。此外，从对应的层状薄片16的横向相对端面之一在锂离子二次电池10的宽度方向(如图2所示右侧和左侧方向)上延伸的两个正电极集电极箔片18中的每一个的端部被焊接或者以其它方式键合并且连接至在其宽度方向上从锂离子二次电池10延伸的正极端子58的一个端部。另一方面，从对应的层状薄片16的横向相对端面中的另一个在锂离子二次电池10的宽度方向上延伸的两个负电极集电极箔片26中的每一个的端部被焊接或者以其它方式键合并且连接至在其宽度方向上从锂离子二次电池10延伸的负极端子60的一个端部。因此，锂离子二次电池10的三个单元元件相互并联连接。
由锂离子二次电池10和两个保护膜56构成的层状本体由两个覆盖膜52所覆盖，使得层状本体由两个覆盖膜52所夹设并且夹在两者之间。在这种状态下，远离正电极集电极箔片18的正极端子58的端部、以及远离负电极集电极箔片26的负极端子60的端部从两个覆盖膜52的相互连接端部向外延伸。因此，形成了电池单元装置54，其中由覆盖膜52覆盖了锂离子二次电池10。在图2中，示出了电池单元装置54以易于理解其内部结构，使得在覆盖膜52和锂离子二次电池10之间存在空间。然而，应该理解，锂离子二次电池10和覆盖膜52实际上相互紧密接触，在电池单元装置54内不存在这种空间。
具有如上所述结构的电池单元装置54单独使用，或者多个电池单元装置54相互并联或串联连接以便于构成电池组。
例如，根据本实施例由如图3所示构造的制造设备62制造具有如上所述结构的锂离子二次电池10。
如从图3明显可见，制造设备62具有作为反应腔室的真空腔室64。该真空腔室64的内部空间通过真空泵68连接至与内部空间联通的排气管66的操作而排气。应该理解，排气管66和真空泵68构成了本实施例中的排气装置。
制造设备62进一步具有第一供应辊轴70，第二供应辊轴72，正电极薄片形成单元74，负电极薄片形成单元76，以及层状薄片形成单元78。在图3中，附图标记79表示张力辊轴。
更具体地描述，例如，第一供应辊轴70和第二供应辊轴72中的每一个部分都被布置在真空腔室64内，使得供应辊轴70、72由电动机(未示出)自动的旋转。配置第一供应辊轴70以接收提供了正电极集电极箔片18的铝箔带或条带80的滚卷，使得铝箔带80连续从滚卷被馈送至正电极薄片形成单元74。类似地，配置第二供应辊轴72以接收提供了负电极集电极箔片26的铜箔带或条带82的滚卷，使得铜箔带82连续地从滚卷被馈送至负电极薄片形成单元76。从以上说明可以理解，第一供应辊轴70用作正电极集电极箔片供应装置，而第二供应辊轴72用作负电极集电极箔片供应装置。
配置正电极薄片形成单元74以连续地形成正电极薄片12，并且具有布置在真空腔室64内的第一馈送辊轴84和第二馈送辊轴86。正电极薄片形成单元74进一步具有正电极活性物质层形成单元88，第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90，以及第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92，对应于第一馈送辊轴84并且布置在真空腔室64外部。正电极薄片形成单元74进一步具有另一正电极活性物质层形成单元88，另一第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90，以及另一第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92，其对应于第二馈送辊轴86并且也布置在真空腔室64的外部。
在正电极薄片形成单元74中提供的第一馈送辊轴84和第二馈送辊轴86中的每一个例如由电动机(未示出)自动旋转。第一馈送辊轴84接收从正在旋转的第一供应辊轴70馈送的铝箔带80，并且旋转以进一步将铝箔带在其相对的圆周方向中的一个方向(也即如图3箭头所示的顺时针方向)上馈送。类似地，第二馈送辊轴86接收从正在旋转的第一馈送辊轴84馈送的铝箔带80，并且旋转以在其相对圆周方向中的一个方向(也即沿如图3箭头所示逆时针方向)上进一步对铝箔带80馈送。就此而言，应该注意，馈送铝箔带80，使得其相对表面中的一个与第一馈送辊轴84的外部圆周表面旋转接触，而相对表面中的另一个与第二馈送辊轴86的外部圆周表面旋转接触。
两个正电极活性物质层形成单元88中的每一个包括形式为正电极气相沉积聚合物膜形成装置104的第一气相沉积聚合物膜形成装置、形式为正电极活性物质引入装置106的正电极活性物质引入装置、以及紫外照射装置108。
两个正电极活性物质层形成单元88、88结构相互等同，并且两个第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90、90结构相互等同。因此，将仅描述对应于第一馈送辊轴84的第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92、第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90以及正电极活性物质层形成单元88的设置，并且将不再赘述对应于第二馈送辊轴86的那些单元88、90和92的设置。
配置正电极气相沉积聚合物膜形成装置104以通过真空气相沉积聚合工艺形成正电极气相沉积聚合物膜36，并且具有第一蒸气源110和第二蒸气源112。这些第一蒸气源110和第二蒸气源112具有相应的单体容器以及相应的加热器。第一蒸气源110和第二蒸气源112的单体容器容纳了用于形成正电极气相聚合物膜36的相应两种不同材料单体。在其中正电极气相沉积聚合物膜36由聚苯胺形成的本实施例中，第一蒸气源110的单体容器容纳了液态的诸如1,4-苯二胺-2-磺酸之类的芳香二元胺，而第二蒸气源112的单体容器容纳了液态的诸如1,4-亚苯基二异氰酸酯之类的芳香二异氰酸酯。那些芳香二元胺和芳香二异氰酸酯是在采用紫外辐射照射之前用于获得聚脲的单体。由如上所述相应加热器对在第一蒸气源110和第二蒸气源112的相应单体容器中容纳的两种材料单体加热并且蒸发。
提供供气管114以将第一蒸气源110和第二蒸气源112连接至真空腔室64。该供气管114在真空腔室64内在其端部处朝向第一馈送辊轴84的外部圆周表面而开口，并且在另一端处通过相应的关断阀而向单体容器开口，关断阀打开和关闭以允许和禁止材料单体的气流进入供气管114。
因此，配置正电极气相沉积聚合物膜形成装置104，使得在第一蒸气源110和第二蒸气源112中产生的两种材料单体的蒸气通过供气管114引入真空腔室64中，并且吹扫至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80上。
正电极活性物质引入装置106具有充填有诸如氩气、氮气或任何其他惰性气体之类的载气(第一载气)的气缸116，以及容纳了粉末形式的正电极活性物质34(在该实施例中为LiCoO2)的粉末容器118。提供供气管120以将气缸116连接至粉末容器118，而提供粉末供应管122以将粉末容器118连接至真空腔室64。粉末供应管122部分地插入在上述正电极气相沉积聚合物膜形成装置104的供气管114内，使得位于供气管114内的粉末供应管122的出口端部分通过供气管114的外部端部而朝向第一馈送辊轴84的外部圆周表面开口。也即，在真空腔室64的侧上的供气管114和粉末供应管122的对应出口端部分相互协作以形成双管结构。
在如此构造的正电极活性物质引入装置106中，从气缸116供应的载气通过供气管120而引入粉末容器118中，使得在粉末容器118内容纳的正电极活性物质34由引入至粉末容器118中的载气而分散，由此分散的活性物质34与载气一起通过部分插入在供气管114内的粉末供应管122而被引入真空腔室64内。因为粉末供应管122部分地插入在供气管114内，正电极活性物质34在供气管114的出口端部分内与两种材料单体的蒸气混合，并且两种材料单体的蒸气、正电极活性物质34以及载气的混合物从供气管114的出口开口端吹扫至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80的相对表面中的一个上，使得混合物被吹扫至第一馈送辊轴84的预定圆周位置处。
供气管120具有已知的质流(mass flow)控制器124，其控制了载气的流速，以用于调节正电极活性物质34引入真空腔室64中的速率。粉末供应管122具有已知的粉末研磨装置126，其具有已知结构，该已知结构被配置成研磨或者粉碎与载气一起流过粉末供应管122的正电极活性物质34，以用于在活性物质34吹扫至铝箔带80的上述表面上之前减小正电极活性物质34的颗粒尺寸。
协作以形成双管结构的供气管114和粉末供应管122的对应出口端部分具有关断阀123，关断阀123被配置成同时开启或关闭供气管114和粉末供应管122。例如，该关断阀123是电磁阀，其在未示出的控制器的控制之下以预定时间间隔交替开启和关闭，因此当关断阀123交替开启和关闭时，两种材料单体与正电极活性物质34的混合物被间歇地吹扫至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地馈送的铝箔带80的上述表面上。
紫外照射装置108布置在真空腔室64内，在与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80的馈送方向上位于供气管114的出口开口端的下游位置处。配置紫外照射装置108以采用紫外辐射照射铝箔带80的上述表面，更具体地，采用紫外辐射照射聚脲的正电极气相沉积聚合物膜36，其由如下所述正电极活性物质层形成单元88而形成在铝箔带80的表面上。
第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90包括形式为第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128的第二气相沉积聚合物膜形成装置，以及形式为锂盐引入装置130的锂盐引入装置。配置第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128以通过真空气相沉积聚合工艺形成第一内部气相沉积聚合物膜42，并且具有第一蒸气源132、第二蒸气源134以及第三蒸气源136。这些第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136具有相应的单体容器和相应的加热器。第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的单体容器容纳了用于形成第一内部气相沉积聚合物膜42的相应三种不同材料单体。由相应的加热器加热并且蒸发在第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的相应单体容器中容纳的三种材料单体。
在其中第一内部气相沉积聚合物膜42由具有聚环氧乙烷以及包括高负电性元素的官能团(氰基团)的重复单元结构的聚脲形成的本实施例中，第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器分别容纳了液态的诸如二甘醇双(3-氨丙基)醚(diethylene glycol bis(3-aminopropyl)ether)之类的乙烯乙二醇二元胺，以及诸如1-氰基-3,5-亚二甲苯基二异氰酸酯(1-cyano-3,5-xylylene diisocyanate)之类的具有氰基基团的芳香二异氰酸酯，而第三蒸气源136的单体容器容纳了液态或固态的低聚-环氧乙烷(具有200－2000分子量的低分子聚环氧乙烷)。由如上所述相应的加热器加热并且蒸发在第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的相应单体容器中容纳的三种材料单体。
用于形成具有包括高负电性元素的官能团以及聚环氧乙烷的重复单元结构的聚脲的两种材料单体可以是上述材料单体的组合，例如二甘醇双(3-丙氨基醚)与1-氟-3,5-亚二甲苯基二异氰酸酯的组合，或者5-溴联苯-2,4’-二元胺与[一氧二(环丙烷)双氧二(环丙烷)]二异氰酸酯([oxobis(trimethylene)dioxobis(trimethylene)]diisocyanate)的组合。
提供供气管138以将第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的单体容器连接至真空腔室64。该供气管138在真空腔室64内在其出口端部处朝向第一馈送辊轴84的外部圆周表面开口，在与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80的馈送方向上位于正电极活性物质层形成单元88的供气管114的出口开口端的下游位置处，并且通过相应关断阀而在其固定端部处向单体容器开口，开启和关闭该关断阀以允许和禁止材料单体的蒸气流进入供气管138中。
在第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128中，在第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的相应单体容器中产生的三种材料单体的蒸气通过供气管138引入真空腔室64中，并且被吹扫至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触而移动的铝箔带80上。
锂盐引入装置130具有气缸140、粉末容器142、供气管144、质流控制器146、粉末供应管148以及粉末研磨装置150。因此，锂盐引入装置130基本上与正电极活性物质层形成单元88的正电极活性物质引入装置106结构等同。锂盐引入装置130的气缸140填充具有诸如惰性气体之类的载气(第二载气)，而粉末容器142容纳了粉末形式的致使锂离子导电物质152，在该实施例中为LiN(SO2CF3)2。锂盐引入装置130的粉末供应管148部分地插入在第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128的供气管138的出口端部分内，使得位于供气管138的出口端部分内的粉末供应管148的出口端部分通过供气管138的对应的出口端部分而朝向第一馈送辊轴84的外部圆周表面开放。
在如此构造的锂盐引入装置130中，从气缸140提供的载气通过供气管144引入粉末容器142中，使得在粉末容器142内容纳的致使锂离子导电物质152被分散在引入粉末容器142中的载气中，由此分散的致使锂离子导电物质152与载气一起通过粉末供应管148而提供至供气管138的出口端部分。致使锂离子导电物质152在供气管138的出口端部分内与三种材料单体的蒸气混合，并且三种材料单体的蒸气、致使锂离子导电物质152以及载气的混合物从供气管138的出口开口端被吹扫至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80的相对表面中的一个表面上。
第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92包括形式为第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154的第二气相沉积聚合物膜形成装置，以及形式为锂盐引入装置156的锂盐引入装置。配置第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154以通过真空气相沉积聚合工艺形成第一外部气相沉积聚合物膜44。配置锂盐引入装置156以将致使锂离子导电物质引入由第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154形成的第一外部气相沉积聚合物膜44中。第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154在结构上等同于第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128，并且锂盐引入装置156在结构上等同于第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的锂盐引入装置130。
在图3中，用于表示第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128和锂盐引入装置130的组件和部分的附图标记用于表示第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92的第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154和锂盐引入装置156的对应的组件和部分，这些不再赘述。
第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154的第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136的单体容器容纳了用于第一外部气相沉积聚合物膜44的相应三种材料单体，其中聚合物膜44远离正电极活性物质层20。在其中第一外部气相沉积聚合物膜44由具有聚环氧乙烷的重复单元结构形成的本实施例中，第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器分别容纳了作为相应两种材料单体的液态的诸如二甘醇双(3-丙氨基)醚(diethylene glycol bis(3-aminopropyl))之类的乙烯乙二醇二元胺、以及诸如m-亚二甲苯基二异氰酸酯(m-xylylene diiscocyanate)之类的芳香二异氰酸酯，而第三蒸气源136的单体容器容纳了液态或固态的低聚-环氧乙烷(具有200－2000分子量的低分子聚环氧乙烷)。锂盐引入装置156的粉末容器142容纳了粉末形式的致使锂离子导电物质152，在该实施例中为LiN(SO2CF3)2。
另一方面，配置负电极薄片形成单元76以连续地形成负电极薄片14，并且负电极薄片形成单元76在结构上等同于正电极薄片形成单元74并且具有布置在真空腔室64内的第一馈送辊轴94和第二馈送辊轴96。负电极薄片形成单元76进一步具有负电极活性物质层形成单元98、第二内部气相沉积聚合物膜形成单元100以及第二外部气相沉积聚合物膜形成单元102，这些单元对应于第一馈送辊轴94并且布置在真空腔室64外部。负电极薄片形成单元76进一步具有另一个负电极活性物质层形成单元98，另一第二内部气相沉积聚合物膜形成单元100，以及另一第二外部气相沉积聚合物膜形成单元102，这些单元对应于第二馈送辊轴96并且也布置在真空腔室64外部。
在负电极薄片形成单元76中提供的第一馈送辊轴94和第二馈送辊轴96旋转以在图3中箭头所示的方向上对从在第二馈送顾周72上安装的滚卷馈送的铜箔带82进行馈送，使得铜箔带82的相对表面保持与相应第一和第二馈送辊轴94和96的外部圆周表面的滚动接触。第一和第二馈送辊轴94和96在构造上与正电极薄片形成单元74中的第一和第二馈送辊轴84和86基本上相同。
两个负电极活性物质层形成单元98中的每一个包括形式为负电极气相沉积聚合物膜形成装置158的第三气相沉积聚合物膜形成装置、形式为负电极活性物质引入装置160的负电极活性物质引入装置以及紫外照射装置161。负电极气相沉积聚合物膜形成装置158被配置成通过真空气相沉积聚合工艺形成负电极气相沉积聚合物膜40。负电极活性物质引入装置160被配置成将负电极活性物质38引入由负电极气相沉积聚合物膜形成装置158形成的负电极气相沉积聚合物膜40中，而紫外照射装置161被配置成采用紫外辐射照射含有负电极活性物质38的负电极气相沉积聚合物膜40。那些负电极气相沉积聚合物膜形成装置158、负电极活性物质引入装置160以及紫外照射装置161在构造上等同于正电极薄片形成单元74的正电极活性物质层形成单元88的正电极气相沉积聚合物膜形成装置104、正电极活性物质引入装置106以及紫外照射装置108。
两个第二内部气相沉积聚合物膜形成单元100中的每一个包括形式为第二气相沉积聚合物膜形成装置162的第四气相沉积聚合物膜形成装置以及形式为锂盐引入装置164的锂盐引入装置。第二内部气相沉积聚合物膜形成装置162被配置成通过真空气相沉积聚合工艺形成第二内部气相沉积聚合物膜46，并且锂盐引入装置164被配置成将锂致使离子导电物质152引入由第二内部气相沉积聚合物膜形成装置162所形成的第二内部气相沉积聚合物膜46。那些第二内部气相沉积聚合物膜形成装置162和锂盐引入装置164在构造上等同于正电极薄片形成单元74的第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128和锂盐引入装置130。
第二外部气相沉积聚合物膜形成单元102中的每一个包括形式为第二外部气相沉积聚合物膜形成装置166的第四气相沉积聚合物膜形成装置以及形式为锂盐引入装置168的锂盐引入装置。第二外部气相沉积聚合物膜形成装置166被配置成通过真空气相沉积聚合工艺形成第二外部气相沉积聚合物膜48。锂盐引入装置168被配置成将致使锂离子导电物质152引入由第二外部气相沉积聚合物膜形成装置166所形成的第二外部气相沉积聚合物膜48中。这些第二外部气相沉积聚合物膜形成装置166和锂盐引入装置168在构造上等同于正电极薄片形成单元74的第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92的第一外部气相沉积聚合物膜形成装置154和锂盐引入装置156。
在图3中，用于标记正电极薄片形成单元74的组件和部分的附图标记用于标记负电极薄片形成单元76的对应组件和部分，在此不再赘述。
层状薄片形成单元78具有层叠辊轴170的配对，以及卷收(take-up)辊轴172。两个层叠辊轴170保持在它们外部圆周表面处相互滚动接触，使得由例如未示出的电动机使得层叠辊轴170沿相应相对方向旋转。
以如下方式，通过使用如此构造的制造设备，制造所需要的锂离子二次电池10。
开始，从安装在第一供应辊轴70上的滚卷延伸的铝箔带80的前沿部分以以下描述的顺序部分地卷绕在正电极薄片形成单元74的第一和第二馈送辊轴84和86上，使得铝箔带80的相对表面保持与第一和第二馈送辊轴84和86的外部圆周表面接触。
类似地，从安装在第二供应辊轴72上的滚卷延伸的铜箔带82的前沿部分以以下描述的顺序部分地卷绕在负电极薄片形成单元76的第一和第二馈送辊轴94和96上，使得铜箔带82的相对表面保持与相应第一和第二馈送辊轴94和96的外部圆周表面接触。
随后，部分地卷绕在两个第二馈送辊轴86和96上的铝箔带80和铜箔带82的前端部分穿过层状薄片形成单元78的两个层叠辊轴170之间的钳口(nip)，使得这些前端部分相互层叠。接着，铝箔带80和铜箔带82在它们前端部分固定至卷收辊轴172，使得相互层叠的铝箔带80和铜箔带82卷绕在卷收辊轴172上。这些步骤被实现为用于制造锂离子二次电池10的准备操作。
在准备操作之后，操作真空泵68对真空腔室64排气至约10-4－100Pa的压力。
随后，正电极和负电极薄片形成单元74和76的第一馈送辊轴84和94以及第二馈送辊轴86和96、以及卷收辊轴172旋转以连续并且同时分别将铝箔带80和铜箔带82从相应第一和第二供应辊轴70和72朝向卷收辊轴172馈送，使得铝箔带80和铜箔带82保持与正在旋转的第一馈送辊轴84和94以及第二馈送辊轴86和96的外部圆周表面滚动接触，而此时铝箔带80和铜箔带82相互叠置，使得由卷收辊轴172连续卷收箔带80和82。
在以如上所述方式对铝箔带80和铜箔带82的连续馈送期间，操作正电极薄片形成单元74和负电极薄片形成单元76以同时分别形成正电极薄片12和负电极薄片14。如上所述，基本上在相同工艺中形成正电极和负电极薄片12和14。以下说明借由示例的方式涉及制造正电极薄片12的方法，并且将省略对形成负电极薄片14的方法的详细说明。
也即，在由第一馈送辊轴84对铝箔带80馈送期间，在正电极活性物质层形成单元88的正电极气相沉积聚合物膜形成装置104的第一蒸气源110和第二蒸气源112中产生的两种材料单体的蒸气、与由正电极活性物质引入装置106与载气一起送入供气管114中的正电极活性物质34的混合物从供气管114的出口开口端吹出并且在第一馈送辊轴84的预定圆周位置处沉积至与第一馈送辊轴84滚动接触的铝箔带80上。结果，两种材料单体被聚合为连续形成在由铝箔带80形成正电极集电极箔片18上的聚脲的正电极气相沉积聚合物膜36，而同时正电极活性物质34被引入正电极气相沉积聚合物膜36中。
随后，采用由紫外照射装置108所产生的紫外辐射对含有正电极活性物质34的正电极气相沉积聚合物膜36进行照射，使得构成了气相沉积聚合物膜36的聚脲转换为聚苯胺。因此，由含有正电极活性物质34的聚脲的正电极气相沉积聚合物膜36形成的正电极活性物质层20整体地层叠在由铝箔带80形成的正电极集电极箔片18上。
应该注意，两种材料单体的蒸气与正电极有效物质34的混合物通过以预定时间间隔自动交替开启和关闭上述关断阀123而间歇地吹扫至铝箔带80的相对表面中的一个表面上。也应该注意，上述混合物通过如下所述交替地开启和关闭关断阀123而间歇地吹扫至铝箔带80的另一个表面之上。
因此，正电极活性物质层20的区段被层叠在铝箔带80的相对表面上，使得区段在铝箔带80的长度方向(馈送方向)上以预定间隔距离而相互间隔开，如图4所示，使得铝箔带80的相对表面上的对应区段位于沿纵向方向的相同位置处，并且使得铝箔带80具有均形成在层叠于铝箔带80的相对表面中的每一个上的正电极活性物质层20的相邻区段之间的不含活性物质的部分61。也即，在不含活性物质的部分61中缺乏正电极活性物质层20。在本实施例中，两种材料单体与正电极活性物质34的混合物仅吹扫至铝箔带80中的每一个相对表面的横向中心或中间部分上，使得正电极气相沉积聚合物膜36不形成在铝箔带80的相对表面的横向端部中，而是仅形成在横向中心部分中。
接着，在第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136中产生的三种材料单体、与从锂盐引入装置130与载气一起送入供气管138中的致使锂离子导电物质152的混合物连续地从供气管138的出口开口端吹出并且沉积在活性物质层20上，活性物质层20形成于与第一馈送辊轴84滚动接触的铝箔带80的相对表面中的一个上。
结果，在形成于铝箔带80上的正电极活性物质层20上，三种材料单体被聚合为由具有高负电性元素的官能团以及具有聚环氧乙烷的重复单元结构的聚脲所形成的第一内部气相沉积聚合物膜42，而同时致使锂离子导电物质152被引入第一内部气相沉积聚合物膜42中。因此，由具有锂离子导电性和包括高负电性元素的官能团的聚脲所形成的第一内部气相沉积聚合物膜42整体地层叠在正电极活性物质层20上，正电极活性物质层20层叠于由铝箔带80形成的正电极集电极箔片18的相对表面中的一个上。
在本工艺中，三种材料单体不仅吹送在正电极活性物质层20上，而且还吹送至并未由正电极活性物质层20覆盖的不含活性物质的部分61上，以及在正电极活性物质层20的相应相对侧上的铝箔带80的两个宽度部分上，该两个宽度部分在铝箔带80的宽度方向上相互间隔开并且不包括铝箔带80的一个横向端部。因此，第一内部气相沉积聚合物膜42除了上述一个横向端部之外整体地层叠在铝箔带80的相对表面中的一个表面的全部区域上。
随后，在第一外部气相沉积聚合物膜形成单元92的第一蒸气源132、第二蒸气源134和第三蒸气源136中产生的三种材料单体的蒸气、以及从锂盐引入装置156与载气一起馈送进入供气管138中的致使锂离子导电物质152的混合物从供气管138的出口开口端吹出，并且沉积在形成于正电极活性物质层20上的第一内部气相沉积聚合物膜42上，正电极活性物质层20形成在与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80上。
结果，通过对三种材料单体进行聚合，在第一内部气相沉积聚合物膜42上形成由具有聚环氧乙烷的重复单元结构的聚脲构成的第一外部气相沉积聚合物膜44，而同时锂盐导电绘制物质152引入第一外部气相沉积聚合物膜44中。因此，由具有锂盐导电性的聚脲形成的第一外部气相沉积聚合物膜44整体地层叠在形成于正电极活性物质层20上的第一内部气相沉积聚合物膜42上，正电极活性物质层20形成在由铝箔带80形成的正电极集电极箔片18上。在本工艺中，第一外部气相沉积聚合物膜44整体地层叠在第一内部气相沉积聚合物膜42的远离正电极活性物质层20的表面的整个区域上。
如上所述，正电极活性物质层20的区段以及构成第一固体电解质层24的第一内部和外部气相沉积聚合物膜42和44以所描述的顺序整体地层叠在由铝箔带80形成的正电极集电极箔片18的相对表面中的一个上。其上已经形成了正电极活性物质层20以及第一内部和外部气相沉积聚合物膜42和44的正电极集电极箔片18从第一馈送辊轴84朝向第二馈送辊轴86馈送。正电极活性物质层20的区段在铝箔带80的纵向方向上以预定间隔距离形成在正电极集电极箔片18的上述一个表面的横向中心部分中，而第一固体电解质层24连续地形成在正电极集电极箔片18的上述表面的除了上述一个横向端部之外的整个区域上。
随后，正电极活性物质层20和第一固体电解质层24以如上所述相同方式整体地层叠在正电极集电极箔片18的远离第二馈送辊轴86的外部圆周表面的另一表面上，而此时由第二馈送辊轴86对正电极集电极箔片18馈送，使得其上已经形成了正电极活性物质层20和第一固体电解质层24的集电极箔片18的上述一个表面保持与第二馈送辊轴86的外部圆周表面滚动接触。
如上所述，通过以以下描述的顺序将正电极活性物质层20以及由第一内部和外部气相沉积聚合物膜42和44构成的第一固体电解质层24整体地层叠在由铝箔带80形成的正电极集电极箔片18的每一个相对表面上，连续地形成正电极薄片12。如此形成的正电极薄片12从第二馈送辊轴86朝向层状薄片形成单元78连续馈送。就此而言，应该注意，形成在正电极薄片12的相对表面中的一个表面上的正电极活性物质层20和第一固体电解质层24的区段在正电极薄片12的宽度方向上与那些形成在正电极薄片12的另一表面上的区段位于相同的位置处，使得正电极集电极箔片18的横向相对端部的一个从正电极薄片12的对应横向端面延伸，而由第一固体电解质层24覆盖正电极活性物质层20的每一个区段的四个端面，如图2和图4所示。
当如上所述由正电极薄片形成单元74连续形成正电极薄片12时，由负电极薄片形成单元76以与形成正电极薄片12基本上相同的方式连续形成负电极薄片14。也即，负电极活性物质层28和第二固体电解质层32的区段整体地层叠在由铜箔带82形成的负电极集电极箔片26的每一个相对表面上，以与正电极薄片12的正电极活性物质层20和第一固体电解质层24的层叠基本上相同的方式，由此形成了负电极薄片14。如此形成的负电极薄片14连续地从第二馈送辊轴96朝向层状薄片形成单元78馈送。
随后，馈送至层状薄片形成单元78的正电极和负电极薄片12和14穿过在层叠辊轴170配对之间的钳口，使得正电极和负电极薄片12和14相互叠置或层叠，其中第一固体电解质层24和第二固体电解质层32相互接触，使得正电极集电极箔片18的不含活性物质部分61与负电极集电极箔片26的不含活性物质部分61相互对准(使得正电极活性物质层20的区段、与负电极活性物质层28的区段相互对准)。因此，获得了形式为条带的层状薄片16，并且卷绕在卷收辊轴172上作为滚卷。应该注意，正电极薄片12和负电极薄片14优选地相互叠置，使得这些薄片12和14在宽度方向上相对相互偏移。
如此制造的层状薄片16的条带从卷收辊轴172上的滚卷馈送，并且在条带80和82的对应于正电极和负电极集电极箔片18和26的不含活性物质部分61的部分处切割为块片。每个如此获得的块片是形式为具有图1所示结构的层状薄片16构成的层状本体的锂离子二次电池10。锂离子二次电池10借由示例的方式通常用作具有如图2所示结构的电池组。
从本实施例的前述说明应该理解，在真空腔室64内作为一系列操作而连续地执行形成正电极薄片12和负电极薄片14的步骤、以及层叠这些正电极和负电极薄片12和14以制造层状薄片16的步骤，以用于以滚卷对滚卷转移方式连续制造所需锂离子二次电池10，使得可以显著并且有效改进锂离子二次电池10的产率。
此外，其中多个层状薄片16相互层叠的本发明的锂离子二次电池10并不具有其中两个正电极集电极箔片18相互层叠的部分，也不具有其中两个负电极集电极箔片26相互层叠的部分，这不同于由其中正电极活性物质层和第一固体电解质层整体地层叠在正电极集电极箔片的仅一个相对表面上的正电极薄片以及其中负电极活性物质层和第二固体电解质层整体地层叠在负电极集电极箔片的仅一个相对表面上的负电极薄片所构成的多个层状薄片构成的锂离子二次电池。因此，可以有效地减少本发明锂离子二次电池10所需的正电极集电极箔片18和负电极集电极箔片26的量，使得可以有效地减少所需的材料成本。
进一步配置本发明锂离子二次电池10，使得正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32由正电极气相沉积聚合物膜36、负电极气相沉积聚合物膜40、第一内部和外部气相沉积聚合物膜42和44以及第二内部和外部气相沉积聚合物膜46和48构成，这些膜由具有高度柔性或可塑性的聚苯胺或聚脲形成。因此，锂离子二次电池10在其充电和放电期间在正电极集电极箔片18与正电极活性物质层20之间、在正电极活性物质层20与第一固体电解质层24之间、在负电极集电极箔片26与负电极活性物质层28之间、以及在负电极活性物质层28与第二固体电解质层32之间不具有防止锂离子移动的任何间隙。因此，可以有效的减小在第一固体电解质层24与正电极活性物质层20之间、以及在第二固体电解质层32与负电极活性物质层28之间的界面电阻，导致对于锂离子二次电池10的电池单元性能的极其有利改进。此外，锂离子二次电池10作为一个整体展现出足够程度的柔性或可塑性，以及相应的高度弯曲或挠曲强度。因此，锂离子二次电池10已经有效的改进了处理简易性。
在本发明锂离子二次电池10中，层叠边界50形成在相互层叠的第一固体电解质层24和第二固体电解质层32之间。然而，在锂离子二次电池10的充电和放电期间，在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32之间基本上没有发生锂离子的移动，因此存在层叠边界50时并未降低电池单元性能。
也配置本实施例，使得通过气相沉积聚合工艺形成正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32，使得可以在正电极集电极箔片18和负电极集电极箔片26的相对表面上以高度均匀性形成具有充分小厚度的正电极活性物质层20、第一固体电解质层24、负电极活性物质层28以及第二固体电解质层32中的每一个，即使例如在其中或其上存在局部凹陷和凸起部分时这些集电极箔片18和26的表面不够平整。因此，与正电极和负电极集电极箔片18和26的表面条件无关，本发明的锂离子二次电池10具有高度稳定性的其电池单元性能，有效地减小了其尺寸并且显著改进了其输出密度，并且不受其几何约束的限制。
此外，用于形成正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的气相沉积聚合工艺是真空干法工艺，使得无需使用用于在形成了正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32之后对这些层干燥所用的装置，并且能够相应地简化所需制造设备并且减小其尺寸，这导致有利的减少了制造设备的运营成本。此外，消除了干燥步骤和允许充分高速形成膜的气相沉积聚合工艺确保了极其有效减少了制造锂离子二次电池10所需的周期时间，使得根据本实施例可以以充分减少的成本有效地制造所需的锂离子二次电池10。
此外，配置本发明锂离子二次电池10，使得在正电极活性物质层20的侧上构成第一固体电解质层24的一部分的第一内部气相沉积聚合物膜42以及在负电极活性物质层28的侧上构成第二固体电解质层32的一部分的第二内部气相沉积聚合物膜46由具有包括高负电性元素的官能团的聚脲形成，使得锂离子以更高的密度存在于正电极和负电极活性物质层20和28的侧上的第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的内部部分中，由此进一步改进了电池单元性能。
在沿条带纵向方向相互对准的正电极集电极箔片18的不含活性物质部分61以及负电极集电极箔片26的不含活性物质部分61处，通过将层状薄片16的条带切割为块件而制造本发明锂离子二次电池10。因此，可以在切割层状薄片16的条带期间有效地防止正电极22和负电极30之间的短路，使得锂离子二次电池10具有高度稳定性的电池单元性能。
尽管本发明锂离子二次电池10被配置成使得锂离子在正电极和负电极活性物质层20和28的侧上第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的内部部分中具有更高密度，但是锂离子二次电池10可以进一步配置成使得阴离子在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的那些内部部分中具有充分低的密度，以便于有效地防止阴离子干扰锂离子在正电极活性物质层20中的正电极活性物质34与第一固体电解质层24、以及在负电极活性物质层28中的负电极活性物质38与第二固体电解质层32之间的移动，以用于由此进一步改进电池单元性能。
在本发明实施例中，第一固体电解质层24具有由第一内部气相沉积聚合物膜42和第一外部气相沉积聚合物膜44构成的双层结构，而第二固体电解质层32具有由第二内部气相沉积聚合物膜46和第二外部气相沉积聚合物膜48构成的双层结构。然而，锂离子二次电池10可以替换为如图5所示的锂离子二次电池171，其中第一固体电解质层24是仅由真空气相沉积聚合工艺在正电极活性物质层20上整体形成的正电极气相沉积聚合物膜172构成的单层结构，而第二固体电解质层32具有仅由真空气相沉积聚合工艺在负电极活性物质层28上整体形成的负电极气相沉积聚合物膜174构成的单层结构。在本发明的该修改实施例中，锂离子和阴离子均匀的分布在第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中，使得那些离子以基本上相同的密度存在于第一固体电解质层24的与正电极活性物质层20相对相邻以及远离的厚度部分中，以及在第二固体电解质层32的与负电极活性物质层28相对相邻以及远离的厚度部分中。
通过使用如图6所示构造的制造设备176，以上面关于根据第一实施例的制造锂离子二次电池10所述的基本上相同的方式，制造如下的锂离子二次电池171，其中第一固体电解质层24仅由正电极气相沉积聚合物膜172构成，而第二固体电解质层32仅由负电极气相沉积聚合物膜174构成。
用于制造本发明锂离子二次电池171的制造设备176包括正电极气相沉积聚合物膜形成单元180以及负电极气相沉积聚合物膜形成单元184。正电极气相沉积聚合物膜形成单元180由正电极气相沉积聚合物膜形成装置178与锂盐引入装置130构成，而负电极气相沉积聚合物膜形成单元184由负电极气相沉积聚合物膜形成装置182与锂盐引入装置164构成。正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的正电极气相沉积聚合物膜形成装置178和锂盐引入装置130具有与在用于制造根据第一实施例的锂离子二次电池10的制造设备62中第一内部气相沉积聚合物膜形成单元90的第一内部气相沉积聚合物膜形成装置128和锂盐引入装置130相同的结构，并且负电极气相沉积聚合物膜形成单元184的负电极气相沉积聚合物膜形成装置182和锂盐引入装置164与制造设备62中第二内部气相沉积聚合物膜形成单元100的第二内部气相沉积聚合物膜形成装置162和锂盐引入装置164具有相同结构。除了正电极和负电极气相沉积聚合物膜形成单元180和184之外，本制造设备176的部件在构造上等同于制造设备62的那些部件，并且在图6中以图3所使用相同附图标记来标识。将不再赘述那些部件。
如前所述，第一固体电解质层24和第二固体电解质层32由具有聚环氧乙烷的重复单元结构、在聚环氧乙烷中包含锂盐、并且可以由气相沉积聚合工艺形成为膜的树脂“A”形成，或者由包含锂盐、其侧链键合至磺酸基团、并且可以由气相沉积聚合工艺形成为膜的树脂“B”形成。因此，可以以如下方式由制造设备176形成第一固体电解质层24和第二固体电解质层32。这些第一固体电解质层24和第二固体电解质层32可以由在构造上相互等同的正电极薄片形成单元74与负电极薄片形成单元76在相同工艺中形成。因此，将仅描述第一固体电解质层24的形成。
在形成形式为树脂A的聚脲的第一固体电解质层24的情形中，例如正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的正电极气相沉积聚合物膜形成装置178的第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器分别容纳由诸如二甘醇双(3-丙氨基)醚之类的乙烯乙二醇二元胺构成的材料单体以及由诸如m-亚二甲苯基二异氰酸酯之类的芳香二异氰酸酯构成的材料单体，两者中的至少一个具有键合至聚环氧乙烷的重复单元结构的侧链。在该情形下，并未使用第三蒸气源136。
在相应的第一蒸气源132和第二蒸气源134中产生的材料单体的蒸气在真空腔室64内被聚合在正电极活性物质层20上以形成正电极气相沉积聚合物膜172，同时形式为锂盐的粉末状致使锂离子导电物质152由锂盐引入装置130而引入正电极气相沉积聚合物膜172中，正电极活性物质层20被形成在与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80上。因此，具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的正电极气相沉积聚合物膜172形成在形成于铝箔带80上的正电极活性物质层20上，由此第一固体电解质层24整体地层叠在正电极活性物质层20上。
在形成形式为树脂B的聚脲的第一固体电解质层24的情形中，例如正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的正电极气相沉积聚合物膜形成装置178的第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器分别容纳了诸如二甘醇双(3-丙氨基)醚的乙烯乙二醇二元胺构成的材料单体，以及由诸如m-亚二甲苯基二异氰酸酯的方向二异氰酸酯构成的材料单体，两者的至少一个具有键合至磺酸基团的侧链。在该情形中，也并未使用第三蒸气源136。
在相应第一蒸气源132和第二蒸气源134中产生的材料单体的蒸气在真空腔室64内被聚合在形成于正电极活性物质层20上，以形成正电极气相沉积聚合物膜172，而同时形式为锂盐的粉末状锂致使离子导电物质152由锂盐引入装置130引入正电极气相沉积聚合物膜172中，正电极活性物质层20形成在与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80上。因此，含有锂盐并且具有键合至磺酸基团的侧链的正电极气相沉积聚合物膜172形成在正电极活性物质层20上，由此第一固体电解质层24整体地层叠在正电极活性物质层20上。
顺带提及，致使锂离子导电物质152的类型并未特别限定，只要当物质152被包含在这些固体电解质层24和32中时，该物质152可以确实致使锂离子导电至第一固体电解质层24和第二固体电解质层32。因此，可以使用其中溶解了锂盐的离子导电聚合物作为致使锂离子导电物质152。当使用该离子导电聚合物时，例如可以通过使用根据本发明第三实施例的如图7所示构造的制造设备186而制造所需的锂离子二次电池171。
如图7所示，制造设备186在结构上等同于如图6所示第二实施例的制造设备176，除了正电极和负电极气相沉积聚合物膜形成单元180和184的结构之外。因为这些气相沉积聚合物膜形成单元180和184在结构上相互等同，因此将结合制造设备186仅描述正电极气相沉积聚合物膜形成单元180。
也即，制造设备186的正电极气相沉积聚合物膜形成单元180具有正电极气相沉积聚合物膜形成装置188，该装置不具有第三蒸气源(136)。正电极气相沉积聚合物膜形成单元188的第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器分别容纳了液态的例如诸如二甘醇双(3-丙氨基)醚之类的乙烯乙二醇二元胺、以及诸如m-亚二甲苯基二异氰酸酯之类的芳香二异氰酸酯，作为用于由聚脲形成的正电极气相沉积聚合物膜172的两种材料单体。
在正电极气相沉积聚合物膜形成装置188中，通过由加热器加热第一蒸气源132和第二蒸气源134的单体容器而产生两种材料单体的蒸气，并且所产生的蒸气通过供气管138提供至真空腔室64中，并且吹扫至正电极活性物质层20上，正电极活性物质层20形成于与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80上。
制造设备186具有锂盐引入装置192，锂盐引入装置192包括气缸140、供气管144、质流控制器146、液体容器194、以及液体供应管196。锂盐引入装置192的液体容器194容纳了在环境温度下处于液态的、其中溶解了锂盐的由离子导电聚合物构成的致使锂离子导电物质152。在第三实施例中，其中溶解了锂盐[例如LiN(SO2CF3)2]并且具有约为不大于700的低分子量的低聚-环氧乙烷被用作致使锂离子导电物质152。
液体供应管196具有插入在供气管144中的出口端部，其具有插入并且在正电极气相沉积聚合物膜形成装置188的供气管138内的出口端部，使得供气管144的出口端部通过供气管138的出口端部而朝向第一馈送辊轴84和第二馈送辊轴86的外部圆周表面而开放。
在具有如上所述结构的锂盐引入装置192中，在关断阀的开启状态下，载气从气缸140通过供气管144馈送，而容纳在液体容器194中的为液态的致使锂离子导电物质152在供气管144内产生的低压下通过液体供应管196吸入供气管144中。此外，液态致使锂离子导电物质152在供气管144内以薄雾状态分散在载气中，并且与载气一起馈送进入供气管138的出口端部中。薄雾状态下致使锂离子导电物质152的微细颗粒与供气管138的出口端部中两种材料单体混合，并且物质152的颗粒、两种材料单体的蒸气以及载气的混合物从供气管138的出口开口端吹出至与第一和第二馈送辊轴84和86的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80上。因此，锂盐引入装置192被配置成将致使锂离子导电物质152引入正电极气相沉积聚合物膜172中，正电极气相沉积聚合物膜172由如下所述的正电极气相沉积聚合物膜形成装置188形成。
负电极气相沉积聚合物膜形成单元184也具有负电极气相沉积聚合物膜形成单元190和锂盐引入装置192，其与正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的正电极气相沉积聚合物膜形成装置188和锂盐引入装置192在结构上等同。
以如下方式由如此构造的制造设备186制造所需的锂离子二次电池171。
在用于制造锂离子二次电池10的准备操作之后，由第二实施例的制造设备176以与锂离子二次电池171的制造相同的方式执行在与第一和第二馈送辊轴84、94和86、96的外部圆周表面滚动接触的铝箔带80和铜箔带82上形成正电极和负电极活性物质层20和28的步骤。
随后，在第一蒸气源132和第二蒸气源134中产生的两种材料单体的蒸气、从锂盐引入装置192与载气一起吹入供气管138中的致使锂离子导电物质152的混合物从供气管138的出口开口端被吹至正电极活性物质层20中的每一个上，以便于在正电极活性物质层20上聚合两种类型的材料单体，用于由此形成聚脲的正电极气相沉积聚合物膜172，而同时致使锂离子导电物质152被引入正电极气相沉积聚合物膜172中以由此产生正电极薄片12，上述正电极活性物质层20被形成在与第一和第二馈送辊轴84和86的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80的相应相对表面上。负电极薄片14以与正电极薄片12相同的方式而制造。
如此制造的正电极和负电极薄片12和14相互叠置或者层叠，并且由层状薄片形成单元78卷绕成层状薄片16的滚卷。随后，层状薄片16的滚卷沿圆周方向切割，以获得所需的锂离子二次电池171。
本发明第三实施例具有与如上所述第一和第二实施例基本上相同的操作和物理优点。
接着参照图8的局部纵向剖视图，示出了根据本发明第四实施例的锂离子二次电池198。如图8所示，锂离子二次电池198具有插入在形成于正电极集电极箔片18的相应相对表面上的每一个正电极活性物质层20和对应的第一固体电解质层24之间的正电极侧混合层200，以及插入在形成于负电极集电极箔片26的相应相对表面上的每一个负电极活性物质层28和对应的第二固体电解质层32之间的负电极侧混合层202。在本实施例中，正电极活性物质层20的正电极气相沉积聚合物膜36以及负电极活性物质层28的负电极气相沉积聚合物膜40由聚苯胺形成，而第一固体电解质层24由具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚脲所形成的正电极气相沉积聚合物膜172构成，而第二固体电解质层32由具有聚环氧乙烷的重复单元结构并且在聚环氧乙烷中包含锂盐的聚脲所形成的负电极气相沉积聚合物膜174构成。
正电极层混合层200由用于形成正电极活性物质层20的聚苯胺的第一聚合物、与用于形成第一固体电解质层24的聚脲的第二聚合物的混合物形成，而负电极侧混合层202由用于形成负电极活性物质层28的聚苯胺的第三聚合物、与用于形成第二固体电解质层32的聚脲的第四聚合物的混合物形成。如果需要，则正电极侧混合层200和负电极侧混合层202也包括致使锂离子导电物质152。那些正电极侧和负电极侧混合层200和202是导电的。
在正电极侧混合层200中，聚苯胺的含量在从正电极活性物质层20朝向第一固体电解质层24的方向上逐渐减小，而聚脲的含量在从正电极活性物质层20朝向第一固体电解质层24的方向上逐渐增大。在负电极侧混合层202中，聚苯胺的含量在从负电极活性物质层28朝向第二固体电解质层32的方向上逐渐减小，而聚脲的含量在从负电极活性物质层28朝向第二固体电解质层32的方向上逐渐增大。也即，正电极侧混合层200和负电极侧混合层202中聚苯胺和聚脲的含量在从正电极活性物质层20和负电极活性物质层28朝向第一固体电解质层24和第二固体电解质层32的方向上线性地改变。
例如，如图9所示的制造设备204适用于制造具有如上所述结构的锂离子二次电池198。
在制造设备204中，两个正电极活性物质层形成单元88的供气管144中的每一个，以及两个正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的供气管138中的每一个被定位成使得供气管114和138在它们的出口端处朝向第一和第二馈送辊轴84和86的外部圆周表面开放，如图9所示。类似地，两个负电极活性物质层形成单元98的供气管114中的每一个以及两个负电极气相沉积聚合物膜形成单元184的供气管138中的每一个被定位成使得供气管114和138在它们出口端处朝向第一和第二馈送辊轴94和96的外部圆周表面开放。每一个供气管114并未在其出口端部处具有关断阀123。在其他方面，本发明制造设备204在结构上等同于如图6所示的制造设备176。
以如下方式通过使用如此构造的制造设备204制造所需的锂离子二次电池198。
初始地，以如上所述方式执行准备操作，并且对真空腔室64排气。另一方面，对容纳在每个正电极活性物质层形成单元88、每个负电极活性物质层形成单元98、每个正电极气相沉积聚合物膜形成单元180以及每个负电极气相沉积聚合物膜形成单元184中所提供的单体容器内的材料单体进行加热，由此蒸发了材料单体。
正电极和负电极活性物质层形成单元88和98的单体容器分别容纳了作为材料单体的例如液态的诸如1,3-二羟基苯之类的芳香二醇以及例如液态的诸如1,4-亚苯基二异氰酸酯之类的芳香二异氰酸酯。正电极和负电极气相沉积聚合物膜形成单元180和184的单体容器分别容纳了例如为液态或固态的诸如二甘醇双(3-丙氨基)醚之类的乙烯乙二醇二元胺，诸如m-亚二甲苯基二异氰酸酯之类的芳香二异氰酸酯，以及低聚-环氧乙烷。
在真空腔室64内的压力已经调整至预定水平之后，以预定量开启在正电极活性物质层形成单元88中提供的与正电极薄片形成单元74的第一馈送辊轴84相邻的关断阀(也即，在单体容器去往供气管114的连接处提供的关断阀，以及在正电极活性物质引入装置106的气缸116中提供的关断阀)，使得两种材料单体的蒸气与正电极活性物质34的混合物被吹送至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80的相对表面中的一个表面上。
在已经过去预定时间长度之后，供气管114的关断阀与气缸116的关断阀的开启量逐渐减小至零。因此，两种材料单体的蒸气与正电极活性物质34的混合物以预定供应速率从正电极活性物质层形成单元88供应至真空腔室64中(也即，混合物吹送至与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动的铝箔带80上)达预定时间长度，并且供应速率逐渐减小至零。就此而言，应该注意，气缸116的关断阀在供气管114的关断阀的关闭动作开始时刻可以完全关闭。
在正电极活性物质层形成单元88的关断阀中的每一个的关闭动作开始时刻，或者紧接在该开始时刻之前或之后，在正电极气相沉积聚合物膜形成单元180中提供的与第一馈送辊轴84相邻的关断阀(也即，在单体容器去往供气管138的连接处提供的关断阀)开启，使得开启的量逐渐增大至预定水平。在已经过去预定时间长度之后，正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀关闭。因此，三种材料单体从正电极气相沉积聚合物膜形成单元180供应至真空腔室64中的供应速率逐渐增加至预定数值。随后，供应速率减小至零。就此而言，需要调整正电极活性物质层形成单元88的关断阀的关闭速度以及正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀的开启速度，使得真空腔室64内的压力尽可能保持恒定。
在正电极活性物质层形成单元88的关断阀仅保持开启如上所述的预定量的情形下，聚苯胺产生在铝箔带80的相对表面中的一个表面上，由此在正电极集电极箔片18的相对表面的一个表面上形成了聚苯胺的正电极活性物质层20。应该注意，基于待形成的正电极活性物质层20的厚度而合适地确定正电极活性物质层形成单元88的关断阀保持以预定量开启期间的时间长度。
接着，正电极活性物质层形成单元88的关断阀逐渐关闭，而同时正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀逐渐开启，因此在预定厚度的正电极活性物质层20上产生聚苯胺的速率逐渐减小，而在正电极活性物质层20上产生聚脲的速率逐渐增大。随后，正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀的开启量保持预定数值达一定时间长度，使得聚脲的产生速率保持在预定数值。
在从正电极活性物质层形成单元88的关断阀的关闭动作开始时刻至关断阀完全关闭以使得待从正电极活性物质层形成单元88供应至真空腔室64内以及留在真空腔室64内的两种材料单体的量最终减小至零的时刻之间的时间周期期间，这两种材料单体的聚合反应以及从正电极气相沉积聚合物膜形成单元180供应的三种材料单体的聚合反应同时发生，以在正电极活性物质层20上形成具有如上所述结构的正电极侧混合层200。随后，正电极气相沉积聚合物膜形成单元180的关断阀的开启量保持预定数值达预定时间长度，使得具有预定厚度的正电极气相沉积聚合物膜172(第一固体电解质层24)层叠在正电极侧混合层200上。
在正电极活性物质层20、正电极侧混合层200和第一固体电解质层24已经如上所述整体地层叠在铝箔带80的相对表面中的一个上之后，铝箔带80部分地卷绕在第二馈送辊轴96上，使得其上已经层叠了层20、200和24的铝箔带80的表面与第二馈送辊轴86的外部圆周表面滚动接触，并且使得以如上所述相同方式将正电极活性物质层20、正电极侧混合层200和第一固体电解质层24整体地层叠在铝箔带80的相对表面中的另一个上。因此，连续形成正电极薄片12。
与正电极薄片12的连续形成并行地，负电极活性物质层28、负电极侧混合层200和第二固体电解质层32以所述顺序整体地层叠在铜箔带86的相对表面中的每一个表面上，使得连续形成负电极薄片14。以上面关于正电极薄片12所述的基本上相同的方式，通过使用负电极活性物质层形成单元98和负电极气相沉积聚合物膜形成单元184形成负电极薄片14。
接着，由层状薄片形成单元78将正电极薄片12和负电极薄片14相互层叠，并且卷绕作为层状薄片16的滚卷。随后，在圆周方向上切割层状薄片16的滚卷以获得所需的锂离子二次电池198。
从第四实施例的前述说明应该理解，该实施例与若干前述实施例具有基本上相同的操作和物理优点。
本发明第四实施例被配置成以滚卷对滚卷转移方式在真空腔室64中形成在正电极活性物质层20与第一固体电解质层24之间的正电极侧混合层200以及在负电极活性物质层28与第二固体电解质层32之间的负电极侧混合层202。因此，正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32在它们之间并不具有任何清晰的边界界面，使得可以以高产率稳定并且有效的制造具有有利增大的电子导电性和离子导电性以及有利改进的输出密度的锂离子二次电池198。
顺带提及，通过并联连接在每个前述实施例中锂离子二次电池10、171或198的单元元件而形成电池单元装置54。然而在借由示例方式的图10所示第五实施例中，通过串联连接锂离子二次电池206的单元元件而形成电池单元装置207。因为该锂离子二次电池206明显具有与图5所示锂离子二次电池171相同的配置结构，将参照图5描述锂离子二次电池206。
也即，根据本发明第五实施例的锂离子二次电池206由相互层叠的两个层状薄片16构成，并且每一个层状薄片16由相互层叠的第一电极薄片12和第二电极薄片14构成，使得锂离子二次电池206具有如图5所示三个单元元件。因为第一电极薄片12和第二电极薄片14具有相同结构，因此将仅描述第一电极薄片12的结构。
更具体地描述，第一电极薄片12具有由集电极箔片208构成的双极电极214，以及整体地层叠在集电极箔片208的相应相对表面上的正电极和负电极活性物质层210和212。此外，第一固体电解质层24整体地层叠在双极电极214的正电极活性物质层210的相对表面中的一个上，该表面远离集电极箔片208，而第二固体电解质层32整体地层叠在双极电极214的负电极活性物质层212的相对表面中的一个表面上，该表面远离集电极箔片208。
第一电极薄片12的集电极箔片208是金属箔片，在本实施例中是镍箔片。然而，集电极箔片208的金属材料并非特别限定，可以是可以用作双极电极、不由于电势差而分解的任何种类。也即，除了镍铂之外，由铜、铝、和那些金属的合金形成的金属箔可以用作集电极箔片208。此外，集电极箔片208可以由键合在一起的多个金属箔层构成以便于允许导电。集电极箔片208的金属材料取决于正电极活性物质层210中正电极活性物质34的种类、以及负电极活性物质层212中负电极活性物质层38的种类而合适地选择。例如，集电极箔片208是铜和铝的包层(clad)材料，或者诸如不锈钢箔片、铜箔片或镍箔片之类的金属箔片，其中正电极活性物质34是LiCoO2、Li(Ni-Mn-Co)O2(其中Ni可替换为Co或Mn)、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnxFe1-xPO4，或者相对于Li具有约3－5V电势的任何其他活性物质，而负电极活性物质38是天然石墨、硬碳、碳纳米管、碳纳米壁、中间相碳微珠，中间相碳纤维、锂金属、锂-铝合金、其中锂插入在石墨或碳中的插入锂化合物、Si、Si的合金、Sn、Sn的合金，或者相对于Li具有约0－1V电势的任何其他活性物质。备选地，集电极箔片208可以是除了铜和铝的包覆材料、不锈钢箔片、铜箔和镍铂之外的诸如铝箔、钛箔和铬箔之类的金属箔，其中正电极活性物质34是LiCoO2、Li(Ni-Mn-Co)O2(其中Ni可替换为Co或Mn)、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiMnxFe1-xPO4，或者相对于Li具有约3－5V电势的任何其他活性物质，而负电极活性物质38是LiTi5O12、MnO2、Si的氧化物、Sn的氧化物，或者相对于Li具有约1－2V电势的任何其他活性物质。
正电极和负电极活性物质层210和212以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32具有与之前第二实施例的锂离子二次电池171的正电极和负电极活性物质层20和28以及第一固体电解质层24和第二固体电解质层32基本上相同的结构。
具有如上所述结构的锂离子二次电池206用作由两个覆盖膜52所覆盖的电池单元装置207，如图10所示。
也即，电池单元装置207具有层叠在锂离子二次电池206的相应相对端面上的两个保护膜56，其在两个层状薄片16的层叠方向上相互相对。此外，位于锂离子二次电池206的一端处(如图10所示上端)的第一电极薄片12的集电极箔片208电连接至形式为平整薄片的正极端子58，而位于锂离子二次电池206的另一端(如图10所示下端)处的第二电极薄片14的集电极箔片208电连接至形式为平整薄片的负极端子60。因此，锂离子二次电池206的三个单元元件相互串联。
由锂离子二次电池206与保护膜56构成的层状本体由两个覆盖膜52所覆盖，使得层状本体由两个覆盖膜52夹住并且夹设在两者之间。在这种状态下，远离集电极箔片208的正极端子58的端部、以及远离集电极箔片208的负极端子60的端部从两个覆盖膜52的互连端部向外延伸。因此，形成了其中由覆盖膜52覆盖锂离子二次电池206的电池单元装置207。在图10中，示出了电池单元装置207以易于理解其内部结构，使得在覆盖膜52和锂离子二次电池206之间存在空间，如图2所示。然而，该空间实际上不存在。
具有如上所述结构的电池单元装置207单独使用，或者多个电池单元装置207相互并联或串联以便于构成电池组。
例如，通过使用如下制造设备制造具有如上所述结构的锂离子二次电池206，该制造设备在构造上在正电极活性物质层形成单元88、负电极活性物质层形成单元98、正电极气相沉积聚合物膜形成单元180以及负电极气相沉积聚合物膜形成单元184的设置方面不同于图6所示制造设备176。
更具体描述返回参照图6，配置用于制造锂离子二次电池206的制造设备176，使得布置一个正电极活性物质层形成单元88和一个正电极气相沉积聚合物膜形成单元180，使得供气管114和138中的每一个的出口端部朝向(正电极薄片形成单元74的)第一馈送辊轴84的外部圆周表面开放，而布置一个负电极活性物质层形成单元98和一个负电极气相沉积聚合物膜形成单元184，使得供气管114和138中的每一个的出口端部朝向(正电极薄片形成单元74的)第二馈送辊轴86的外部圆周表面。此外，布置另一个正电极活性物质层形成单元88和另一个正电极气相沉积聚合物膜形成单元180，使得供气管114和138中的每一个的出口端部朝向(负电极薄片形成单元76)的第一馈送辊轴94的外部圆周表面开放，而布置另一个负电极活性物质层形成单元98和另一个负电极气相沉积聚合物膜形成单元184，使得供气管114和138中的每一个的出口端部朝向(负电极薄片形成单元76)的第二馈送辊轴96开放。诸如镍箔片之类的集电极箔片208的条带的滚卷安装在第一供应辊轴70和第二供应辊轴72上。
当通过使用如此构造的制造设备176制造所需锂离子二次电池206时，正电极活性物质层210和由正电极气相沉积聚合物膜172构成的第一固体电解质层24以所述顺序由正电极活性物质层形成单元88和正电极气相沉积聚合物膜形成单元180整体地相互层叠在集电极箔片208的相对表面中的一个上，而从安装在第一供应辊轴70上的滚卷延伸出的集电极箔片208的条带与第一馈送辊轴84的外部圆周表面滚动接触地移动。
随后，负电极活性物质层212和由负电极气相沉积聚合物膜174构成的第二固体电解质层32以所述顺序由负电极活性物质层形成单元98和负电极气相沉积聚合物膜形成单元184整体地相互层叠在集电极箔片208中的另一个表面上，而此时从第一馈送辊轴84送来的集电极箔片208的条带与第二馈送辊轴86的外部圆周表面滚动接触地移动。因此，连续地形成了第一电极薄片12。
当连续形成第一电极薄片12时，正电极活性物质层210和第一固体电解质层24以所述顺序整体地相互层叠在从安装在第二供应辊轴72上的滚卷延伸出的集电极箔片208的相对表面中的一个表面上，并且负电极活性物质层212和第二固体电解质层32在集电极箔片208的另一表面上以所述顺序相互层叠，由此以与第一电极薄片12基本上相同的方式连续地形成了第二电极薄片14。
随后，第一和第二电极薄片12和14相互叠置或者层叠，并且由层状薄片形成单元78卷绕成层状薄片16的滚卷。接着，在圆周方向上切割层状薄片16的滚卷，以获得所需的锂离子二次电池206。
根据本发明第五实施例的锂离子二次电池206具有与之前数个实施例基本上相同的操作和物理优点。特别地，配置本发明锂离子二次电池206以有利的允许单元元件相互串联连接，并且有效的制造具有减小的尺寸和简易的结构，以便于确保相对较高的耐受电压。
在根据本发明第五实施例的制造锂离子二次电池206的方法中，也以预定时间间隔交替开启和关闭在正电极和负电极活性物质层形成单元88和98的供气管114和138的对应出口端部处提供的关断阀123，使得正电极活性物质层210的区段在条带的纵向方向上以预定间隔距离层叠在集电极箔片208的条带的相对表面中的一个表面上，而负电极活性物质层212的区段在条带的纵向方向上以预定间隔距离层叠在条带中的另一表面上，如图4所示。因此，可以形成电极薄片12(14)，使得在正电极活性物质层210的相邻区段之间、以及在负电极活性物质层212的相邻区段之间形成不含活性物质的部分61。因此，锂离子二次电池206具有与也具有不含活性物质的部分61的第一实施例的锂离子二次电池10基本上相同的操作和物理优点。
可以修改第五实施例的锂离子二次电池206，使得第一固体电解质层24和第二固体电解质层32中的每一个由如图1所示的两层构成。此外，可以修改锂离子二次电池206，使得正电极侧混合层200形成在正电极活性物质层210与第一固体电解质层24之间，而负电极侧混合层202形成在负电极活性物质层212与第二固体电解质层32之间，如图8所示。
尽管仅为了解释说明目的而已经如上所述详细描述了本发明的实施例，应该理解，本发明不限于所示实施例的细节。
可以合适地改变或选择构成了锂离子二次电池10、171、198、206的层状薄片16的数目。
正电极集电极箔片18、负电极集电极箔片26和集电极箔片208可以具有采用正电极活性物质34或负电极活性物质38填充的多重穿通孔。该修改确保了锂离子二次电池单元性能增强。
正电极集电极箔片18、负电极集电极箔片26以及集电极箔片208无需在它们相对表面上具有不含活性物质的部分61。也即，正电极活性物质层20、210和负电极活性物质层28、212可以整体地形成在正电极和负电极集电极箔片18和26或者集电极箔片208的相对表面上，以便于在条带的纵向方向上连续地延伸。
此外，粉末供应管122和148以及供气管120和144可以与对应的供气管114和138平行布置，只要正电极活性物质34、负电极活性物质38和致使锂离子导电物质152可以与不同种类材料单体的蒸气一起吹扫至正电极和负电极集电极箔片18和26之上。在这种情形下，粉末供应管122和148以及供气管120和144的出口端部优选地在由第一和第二馈送辊轴84、94和86、96将正电极和负电极集电极箔片18和26的条带馈送的方向上位于供气管114和138的出口端部的上游，使得在材料单体聚合结束之前，正电极活性物质34、负电极活性物质38和锂致使离子导电物质152可以与不同种类材料单体的蒸气稳定地混合。
应该理解，可以采用对于本领域技术人员而言可以发生的、不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的各种其他改变、修改和改进而实施本发明。
附图标记目录
10、171、198、206：锂离子二次电池
12：正电极薄片  14：负电极薄片
16：层状薄片    18：正电极集电极箔片
20、210：正电极活性物质层
24：第一固体电解质层
26：负电极集电极箔片
28、212：负电极活性物质层
32：第二固体电解质层  34：正电极活性物质
36：正电极气相沉积聚合物膜
38：负电极活性物质
40：负电极气相沉积聚合物膜
50：层叠边界  61：不含活性物质的部分
208：集电极箔片  214：双极电极

Claims (6)

1.一种锂离子二次电池，包括多个层状薄片，每个所述层状薄片包括相互层叠的正电极薄片和负电极薄片，其中，所述正电极薄片具有正电极，在所述正电极中形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层被整体地层叠在形式为金属箔片的正电极集电极箔片的相对表面中的每一个表面上，而形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层被布置在所述正电极的相对侧中的每一侧上，使得所述第一固体电解质层被整体地层叠在对应的所述正电极活性物质层上，以及其中所述负电极薄片具有负电极，在所述负电极中形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层被整体地层叠在形式为金属箔片的负电极集电极箔片的相对表面中的每一个表面上，而形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层被布置在所述负电极的相对侧中的每一侧上，使得所述第二固体电解质层被整体地层叠在对应的所述负电极活性物质层上。
2.一种锂离子二次电池，包括多个层状薄片，每个所述层状薄片包括相互层叠的两个电极薄片，并且所述电极薄片中的每一个电极薄片具有双极电极，在所述双极电极中形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层被整体地层叠在形式为金属箔片的集电极箔片的相对表面中的一个表面上，而形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层被整体地层叠在所述集电极箔片的所述相对表面中的另一表面上，以及其中形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层和第二固体电解质层被布置在所述双极电极的相应相对侧上，使得所述第一固体电解质层被整体地层叠在所述正电极活性物质层上，而所述第二固体电解质层被整体地层叠在所述负电极活性物质层上。
3.一种制造锂离子二次电池的方法，包括步骤：
准备形式为金属箔片的正电极集电极箔片，并且将形式为均含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层整体地层叠在所述正电极集电极箔片的相应相对表面上；
在远离所述正电极集电极箔片的所述正电极活性物质层的表面上，层叠形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层；
准备形式为金属箔片的负电极集电极箔片，并且将形式为均含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层整体地层叠在所述负电极集电极箔片的相应相对表面上；
在远离所述负电极集电极箔片的所述负电极活性物质层的表面上，层叠形式为均具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层；
以由此形成其中所述正电极活性物质层被整体地层叠在所述正电极集电极箔片的相应相对表面上并且所述第一固体电解质层被整体地层叠在远离所述正电极集电极箔片的所述正电极活性物质层的表面上的正电极薄片，以及其中所述负电极活性物质层被整体地层叠在所述负电极集电极箔片的相应相对表面上并且所述第二固体电解质层被整体地层叠在远离所述负电极集电极箔片的所述负电极活性物质层的表面上的负电极薄片；以及
将多个层状薄片相互层叠，所述层状薄片的每一个层状薄片包括相互叠置的所述正电极薄片和所述负电极薄片。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述正电极活性物质层中的每一个的多个区段被整体地层叠在所述正电极集电极箔片的条带的相对表面的每一个表面上，使得所述多个区段在所述条带的长度方向上以预定间隔距离相互间隔开，以形成所述正电极薄片，在所述正电极薄片中所述正电极集电极箔片的相对表面中的每一个表面具有形成在所述正电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分，并且所述负电极活性物质层中的每一个的多个区段被整体地层叠在所述负电极集电极箔片的条带的相对表面的每一个表面上，使得所述多个区段在所述负电极集电极箔片的所述条带的长度方向上以所述预定间隔距离相互间隔开，以形成所述负电极薄片，在所述负电极薄片中所述负电极集电极箔片的相对表面中的每一个表面具有形成在所述负电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分，以及其中所述正电极薄片和所述负电极薄片相互叠置，使得所述正电极薄片和所述负电极薄片的所述不含活性物质的部分相互对准，以在所述正电极集电极箔片和所述负电极集电极箔片的所述条带的对应于相应的所述不含活性物质的部分的位置处形成被切割为所述多个层状薄片的层状本体。
5.一种制造锂离子二次电池的方法，包括步骤：
准备形式为金属箔片的集电极箔片；
将形式为含有正电极活性物质的气相沉积聚合物膜的正电极活性物质层整体地形成在所述集电极箔片的相对表面中的一个表面上；
将形式为含有负电极活性物质的气相沉积聚合物膜的负电极活性物质层整体地形成在所述集电极箔片的相对表面中的另一表面上；
将形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第一固体电解质层整体地形成在远离所述集电极箔片的所述正电极活性物质层的表面上；
将形式为具有锂离子导电性的气相沉积聚合物膜的第二固体电解质层整体地形成在远离所述集电极箔片的所述负电极活性物质层的表面上；
以由此形成电极薄片，在所述电极薄片中，所述正电极活性物质层和所述第一固体电解质层被整体地层叠在所述集电极箔片的相对表面中的所述一个表面上，而所述负电极活性物质层和所述第二固体电解质层被整体地层叠在所述集电极箔片的相对表面中的所述另一表面上；以及
将多个层状薄片相互层叠，所述层状薄片的每一个层状薄片包括相互叠置的两个电极薄片并且所述两个电极薄片中的每一个由所述电极薄片构成。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述正电极活性物质层的多个区段被整体地层叠在所述集电极箔片的条带的相对表面中的所述一个表面上，使得所述多个区段在所述条带的长度方向上以预定间隔距离相互间隔开，而所述负电极活性物质层的多个区段被整体地层叠在所述集电极箔片的所述条带的相对表面中的所述另一表面上，使得所述多个区段在所述条带的所述长度方向上以所述预定间隔距离相互间隔开，以形成所述电极薄片，在所述电极薄片中所述集电极箔片的相对表面中的所述一个表面具有均形成在所述正电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分，而所述集电极箔片的相对表面的所述另一表面具有均形成在所述负电极活性物质层的相邻区段之间的不含活性物质的部分，以及其中所述两个电极薄片相互叠置，使得所述正电极活性物质层的相邻区段之间的所述不含活性物质的部分、以及所述负电极活性物质层的相邻区段之间的所述不含活性物质的部分相互对准，以在所述集电极箔片的所述条带的对应于相应不含活性物质的部分的位置处形成被切割为所述多个层状薄片的层状本体。
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