[發明專利]薄膜固態鋰離子二次電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201080005767.3
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN102301520A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 猿飛裕一;日隈弘一郎;高原克典;守岡宏之;古谷龍也
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M10/0585
• 分類號: H01M10/0585;H01M2/02;H01M4/13;H01M4/485;H01M4/66;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 肖善強

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池，具體地涉及一種薄膜固態鋰離子二次電池，其中，形成在基板上并且構成電池的所有層能夠通過干法工藝形成，并且涉及其制造方法。

背景技術

鋰離子二次電池較之其它二次電池具有更高的能量密度和更優異的充放電循環特性，因此鋰離子二次電池被廣泛用作移動電子設備的電源。在使用電解質溶液作為電解質的鋰離子二次電池中，其尺寸和厚度的減小受到限制。因此，業已開發了使用凝膠電解質的聚合物電池和使用固體電解質的薄膜固態電池。

在使用凝膠電解質的聚合物電池中，其尺寸和厚度的減小較之使用電解質溶液的電池更容易實現。但是，為了可靠地密封凝膠電解質，其尺寸和厚度的減小受到限制。

使用固體電解質的薄膜固態電池由形成在基板上的多個層構成，即，由負極集電體膜、負極活性材料膜、固體電解質膜、正極活性材料膜以及正極集電體膜構成。在使用固體電解質的薄膜固態電池中，通過使用薄的基板或薄的固體電解質膜作為基板，能夠進一步減小其厚度和尺寸。此外，在薄膜固態電池中，能夠使用固體非水性電解質作為電解質，并且構成電池的所有各層都可以是固體。因此，不存在由泄露導致劣化的可能性，并且與使用凝膠電解質的聚合物電池不同的是，不必使用用于防止泄露和腐蝕的構件。因此，在薄膜固態電池中，制造工藝能夠被簡化，并且其安全性可以較高。

在其中實現了尺寸和厚度的減小的情況下，薄膜固態電池能夠以片上方式構建到電路板上。此外，在聚合物基板被用作電路板并且薄膜固態電池被形成在其上的情況下，能夠形成柔性電池。這樣的柔性電池能夠被構建在電子貨幣卡、RF標簽等中。

對于其中構成電池的所有層由固體形成的上述薄膜固態鋰離子二次電池，已經有許多介紹。

首先，在后面將提到的題為″半導體基板搭載型二次電池″的專利文件1中，提供了如下描述。

在專利文件1的實施方式中，絕緣膜被形成在硅基板上，引線電極被形成在其上，并且正極和負極被排成直線地布置在引線電極上。也就是說，正極和負極不是層疊的。因為采用這樣的布置，所以電池本身的厚度能夠被進一步減小。此外，在這樣的實施方式的情況下，基板能夠被改變為絕緣體。

此外，在后面將提到的題為″薄膜固態二次電池以及包括其的復合型器件″的專利文件2中，提供了如下描述。

專利文件2的鋰離子薄膜固態二次電池通過如下來形成：在基板上順序地層疊正極側集電體層(正極集電體層)、正極活性材料層、固體電解質層、負極活性材料層、負極側集電體層(負極集電體層)以及濕氣阻擋膜。要注意的是，在基板上的層疊可以以如下次序進行：負極側集電體、負極活性材料層、固體電解質層、正極活性材料層、正極側集電體層以及濕氣阻擋膜。

作為基板，可以使用玻璃、半導體硅、陶瓷、不銹鋼、樹脂基板等。作為樹脂基板，可以使用聚酰亞胺、PET(對苯二甲酸乙二醇酯)等等。此外，只要能夠進行處置而不變形，可以使用柔性薄膜作為基板。前述的基板優選具有額外的特性，諸如提高透明度的特性、防止堿元素諸如鈉的擴散的特性、提高耐熱性的特性以及氣體阻擋特性。為此，可以使用其中諸如SiO₂和TiO₂的薄膜通過濺射法等被形成在基板上的基板。

此外，在后面將提到的題為″全固態鋰離子二次電池制造方法以及全固態鋰離子二次電池″的專利文件3中，提供了對于全固態鋰二次電池描述，所述全固態鋰二次電池能夠避免電池邊緣部分正極膜和負極膜之間的短路。

此外，在后面將提到的非專利文件1中，提供了對于制造由通過濺射法形成的薄膜組成的Li電池的描述。

作為現有的批量Li電池的負極，碳被廣泛使用。此外，雖然業已考慮使用其它材料，但是就耐久性而言，實際使用可能是困難的。例如，在鋰離子二次電池的實驗中，Li金屬常常被用作用于構成負極的高容量材料，由此獲得高的電位。由于下面的原因，Li金屬還沒有被實際用作負極的組成材料。也就是，在Li被沉淀在負極側金屬表面上的情況下，Li以針狀形式生長，活性降低，電池特性迅速劣化，并且耐久性存在問題。

在后面將提到的非專利文件2中，提供了對于無鋰薄膜電池的描述。

現有技術文獻

專利文件

專利文件1：日本專利申請公開特開平10-284130(第0032段，圖4)

專利文件2：日本專利申請公開特開2008-226728(第0024段至第0025段，圖1)

專利文件3：日本專利申請公開特開2008-282687(第0017段至0027段)

非專利文件