[发明专利]制造多层结构的全固态电池的方法

说明书

本发明涉及一种用于制造全固态电池的方法，所述电池包括至少一个含有阳极材料的层(“阳极层”)、至少一个含有固态电解液材料的层(“电解液层”)、以及至少一个含有阴极材料的层(“阴极层”)，通过电泳来沉积所述三个层中的每一层，该方法中将通过电泳而获得的两个层面对面地堆叠以获得多层的、全固态电池，该全固态电池由多个彼此并联的基本电池单元的组合构成，所述方法的特征在于，在将通过电泳而获得的层面对面地堆叠之前，将粘接材料M的层沉积在通过电泳而获得的、将面对面地堆叠的所述两个层中的至少一个层的表面上。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及锂离子电池。更具体地，涉及全固态锂离子电池，以及用于制造这种电池的新方法。

背景技术

在很多文献和专利中提出了制造锂离子电池(“锂电池”)的方式，而2002年(Kluever Academic/Plenum出版社)出版的“Advances in Lithium-Ion batteries”(编者：W.van Schalkwijk和B.Scrosati)著作对它们进行了较好的评估。可以通过打印技术(尤其是：辊式涂布(roll coating)、刮刀法(doctor blade)、流延成型(tape casting))来制作锂电池的电极。这些技术使得能够制作厚度为50至400μm的沉积物。根据沉积物的厚度、其多孔率以及活性微粒的大小，可以调节电池的功率和能量。为形成电极而沉积的油墨(或糊剂)不但含有活性材料微粒，还含有粘合剂(有机的)、能够确保微粒之间的电接触的碳粉、以及在干燥步骤中蒸发的溶剂。为了提高微粒之间的电接触的质量并使沉积物紧密结合，对电极执行压延步骤(calendering step),在执行该步骤后电极的活性微粒大约占沉积物的体积的60％，这意味着在微粒之间存在着大约40％的多孔部分。随后在这些多孔部分内充入可含有固态离子和/或导电微粒的液体或胶化电解质。

然而，已经开发了用于电能微型存储应用的其他的锂离子电池构造。这就是薄膜微型电池。为了满足小型化以及温度稳定性的要求，这些微型电池是全固态的，不具有粘合剂或基于锂盐的电解质，并配备有非常薄的大约2到5微米量级的电极。这种薄膜电池单元具有极好的质量与体积能量密度。而且，其电极是全固态的，不具有多孔部分，从而非常紧凑。沉积在电极上的电解质层由绝缘性非常高的陶瓷或玻璃陶瓷材料构成，能够以非常薄的厚度沉积而不会产生短路或过度自放电的风险。

这种不具有粘合剂或不具有基于锂盐的电解质的电池单元构造是全固态的并不具有多孔部分，使得能够最大化每单位体积活性材料的量，表现为在质量与体积能量密度上有提升。

为了防止这些电池单元阻抗过高，必须保持较薄的电极，且电极厚度最好小于5微米，或者这些电极必须含有锂离子的导电相和/或与活性材料相共同沉积(co-deposit)的电子。为了制作这些薄膜电极，已经描述了大量的技术。

在电子学领域中，普遍使用化学气相沉积技术来制作薄层。该技术及其衍生技术使得能够获得高质量的无多孔部分的电极薄膜。同样，可以使用物理沉积技术。

“热喷涂工艺”技术更适合于制作相对较厚的沉积物，而物理沉积技术更适合于制作厚度低于5微米的薄膜。根据喷涂方式，物理沉积技术包括很多衍生技术。可以通过射频(RF)激励或离子束辅助沉积(IBAD)来对要沉积的化合物进行汽化。物理沉积技术能够获得质量非常高的、几乎无偶然缺陷的沉积物，并能够在相对较低的温度下生成沉积物。

其他当前可用的制作薄膜的技术包括基于对微粒沉积物致密化的实施例。在这些技术中，可以使用溶胶凝胶沉积。该技术包括将聚合物网络沉积在基底的表面上，该聚合物网络是在水解步骤、聚合步骤以及浓缩步骤之后获得的。溶胶凝胶转化出现在溶剂的蒸发过程中，这加速了表面上的反应过程。该技术使得能够制作紧密的非常薄的沉积物。另一种能够执行以制作全固态薄膜沉积物的技术包括以生胚陶瓷片(green ceramic sheet)的形式将形成电极的材料粉末进行沉积并通过合适的形变热处理方式使该沉积物致密化。