薄膜固态二次电池的制作方法

本实用新型涉及一种二次电池，特别涉及一种薄膜固态二次电池。

背景技术：

二次锂电池(Lithium-ion secondary batteries)或锂电池(lithium-ion batteries)渐受重视，且已被广泛应用于各种电子产品，如笔记本电脑和移动电话。在二次电池(secondary batteries)中，产生电子和消耗电子的反应多为可逆反应，因此，此种电池可以在充电状态和放电状态之间进行电化学循环。

可携式电子装置已朝向微型化及轻型化发展，且性能也大幅改善。因此，需要开发具有成本效益，并具有高能量密度和高输出的可充电式锂电池或二次锂电池。另外，特别是在高温环境下，在经过一定次数的储存及循环后，一些锂电池可能会产生气体，其会降低锂电池的寿命。因此，有必要提供一种能延长其使用寿命的坚固电芯，以应用于薄膜锂电池领域。

全固态薄膜锂电池在与传统锂离子电池的主要不同点在于传统锂离子电池使用液态电解质，全固态薄膜锂电池则使用固态/胶态电解质，使用固态/胶态电解质可改善液态电解质的许多缺点。全固态薄膜锂电池主要的优点为轻薄、高安全、可高温充放电、寿命长、高充电及放电电流容忍度及具弹性等等，故全固态薄膜锂电池可被制作于各种不同的基板上，且能有简易且良好的电路设计。

然而，由于工艺技术上的限制，使用全固态薄膜锂电池的体积能量密度无法有效地提高，因此，如此克服全固态薄膜锂电池工艺技术上的瓶颈已成为了一个重要的课题。目前业界已针对全固态薄膜锂电池进行相关技术研究，但欲仍然无法解决全固态薄膜锂电池工艺技术上的瓶颈，使其体积能量密度有效地提高。因此，如何提出一种全固态薄膜锂电池及其制作方法，能够有效改善现有技术的固态薄膜锂电池的体积能量密度无法有效提升的情况已成为一个刻不容缓的问题。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的问题，本实用新型的目的即在提供一种薄膜固态二次电池，以解决现有技术的固态薄膜锂电池的体积能量密度无法有效提升的问题。

本实用新型另一目的，在于提供一种改善电容量、使用寿命、安全性能、耐高温性能的薄膜固态二次电池。

本实用新型再一目的，在于提供电离子很好的迁移率，使整体的导电性、蓄电性大幅地提升的薄膜固态二次电池。

根据上述各目的，本实用新型提出一种薄膜固态二次电池，其组成包括：一正极集电体层；一第一复合离子氧化物层，覆合在该正极集电体层的表面上；一第一石墨烯层，覆合在该第一复合离子氧化物层的表面上；一正极离子层，覆合在该第一石墨烯层的表面上；一固态电解质电离子穿透层，覆合在该正极离子层的表面上；一负极电离子层，覆合在该固态电解质电离子穿透层的表面上；一第二石墨烯层，覆合在该负极电离子层的表面上；一第二复合离子氧化物层，覆合在该第二石墨烯层的表面上；一负极集电体层，覆合在该第二复合离子氧化物层的表面上。

上述该正极集电体层表面上的该第一复合离子氧化物层与该第二石墨烯层表面上的该第二复合离子氧化物层的厚度介于0.5～3nm。

上述该正极集电体层是以铝箔为主的导体，其厚度介于15～300nm。

上述该第一石墨烯层与第二石墨烯层为一由碳原子构成的极薄网状结构，具有很好的迁移率，使整体的导电性、蓄电性大幅地提升，其厚度介于0.5～3nm。

上述该正极离子层与该正极集电体层表面上的该第一复合离子氧化物层为具有充放电性能的正极复合材料，其选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂中任一种，通过本身具有超长的循环寿命、极好的安全性能、较好的高温性能和相对低廉的价格，以改善或提高锂电池整体的性能。

上述该固态电解质电离子穿透层为一种聚合物，具有为电离子提供快速迁移的通道，并具有较高的导电率，且因为固态型式而不在形状及厚度上均不受到任何限制为陶瓷聚合物，其厚度介于50～300nm。

上述该负极电离子层与该正极离子层的厚度介于10～30nm。

上述该负极电离子层与该第二石墨烯层表面上的该第二复合离子氧化物层为具有充放电性能的负极复合材料，其选自碳、硅或钛中任一种，以改善电容量及使用寿命，并提高锂电池的整体性能。

上述该负极集电体层是以铜箔为主的导体，其厚度介于8～300nm。

本实用新型薄膜固态二次电池在制作上，可利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)的制备包覆技术、或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)制备镀膜技术，甚至是以等离子增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）方式形成的涂层或镀层，所有结构层皆为涂层或镀层形式。

该薄膜固态二次电池中每一层在实施上均在通过层叠规定厚度下依序完成，借以构成一安全、质轻、能量密度高且循环性强的创新二次电池。通过上述层叠的规定，可选用该正极集电体层为基层，或选用该负极集电体层为基层，以逐层涂覆或镀层完成层叠的工序，组成一完整的该薄膜固态二次电池。

附图说明

图1 本实用新型的一较佳实施例结构示意图。

图2 本实用新型的另一较佳实施例结构示意图。

附图标记说明

薄膜固态二次电池1

正极层10

正极离子层11

第一石墨烯层12

第一复合离子氧化物层13

正极集电体层14

负极层20

负极电离子层21

第二石墨烯层22

第二复合离子氧化物层23

负极集电体层24

固态电解质电离子穿透层30。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，薄膜固态二次电池实施例示意图。如图所示，该薄膜固态二次电池1的组成包括：一正极层10、一负极层20及一固态电解质电离子穿透层30；该正极层10设置于该固态电解质电离子穿透层30的一表面，且依序层叠包括：一正极离子层11、一第一石墨烯层12、一第一复合离子氧化物层13及一正极集电体层14；该负极层20设置于该固态电解质电离子穿透层30的另一表面，且依序层叠包括：一负极电离子层21、一第二石墨烯层22、一第二复合离子氧化物层23、一负极集电体层24。

该正极集电体层14与该负极集电体层24本身作用即为提供电池在充放电时的电子的导体，故在材料的选用上，该正极集电体层14以铝箔为主，而该负极集电体层24则以铜箔为主。

该正极层10中的该正极离子层11与该第一复合离子氧化物层13为具有充放电性能正极复合材料，实施在锂电池中可选自钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂中任一种，通过本身具有超长的循环寿命、极好的安全性能、较好的高温性能和相对低廉的价格，以改善或提高锂电池整体的性能。

该第一石墨烯层12和第二石墨烯层22为一由碳原子构成的极薄网状结构，所以电离子的迁移所受限制很小，正因此而具有很好的迁移率，使电离子在该第一石墨烯层12和第二石墨烯层22中达到光速运动，而使整体的导电性、蓄电性大幅地提升。

该固态电解质电离子穿透层30为一种聚合物，在本实施例中采用陶瓷固态电解质，以取代电解液，作为该正极层10与该负极层20之间的中间隔离层作用；该固态电解质电离子穿透层30具有为电离子提供快速迁移的通道，并具有较高的导电率，且因为固态型式而不在形状及厚度上均不受到任何限制。

该负极层20中的该负极电离子层21与该第二复合离子氧化物层23为具有充放电性能负极复合材料，实施在锂电池中可选自碳、硅或钛中任一种，以改善电容量及使用寿命，并提高锂电池的整体性能。

关于本实用新型的薄膜固态二次电池1在制作上，可利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)的制备包覆技术、或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)制备镀膜技术，甚至是以等离子增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）方式形成的涂层或镀层。

本实用新型提供的薄膜固态二次电池1，在一较佳的实施例中，各层的厚度范围如下：该固态电解质电离子穿透层30的厚度介于50～300nm；该正极层10与该负极层20中的该第一复合离子氧化物层13和第二复合离子氧化物层23的厚度介于0.5～3nm；在该正极层10与该负极层20中的该第一石墨烯层12和第二石墨烯层22的厚度介于0.5～3nm；该负极电离子层21与该正极离子层11的厚度介于10～30nm；该正极集电体层14的厚度介于15～300nm；该负极集电体层24的厚度介于8～300nm。

上述薄膜固态二次电池1中每一层在实施上均在通过层叠规定厚度下依序完成，借以构成一安全、质轻、能量密度高且循环性强的创新二次电池。通过上述层叠的规定，可选用该正极集电体层14为基层，或选用该负极集电体层24为基层，以逐层涂覆或镀层完成层叠的工序，组成一完整的该薄膜固态二次电池1。兹举例如下。

实施例一，由该正极集电体层作为基层，可选用涂层或镀层的工序实施，而覆合各层结构顺序如下：该正极集电体层14作为基层；该第一复合离子氧化物层13，覆合在该正极集电体层14的表面上；该第一石墨烯层12，覆合在第一该复合离子氧化物层13的表面上；该正极离子层11，覆合在该第一石墨烯层12的表面上；该固态电解质电离子穿透层30，覆合在该正极离子层11的表面上；该负极电离子层21，覆合在该固态电解质电离子穿透层30的表面上；该第二石墨烯层22，覆合在该负极电离子层21的表面上；该第二复合离子氧化物层23，覆合在该第二石墨烯层22的表面上；该负极集电体层24，覆合在该第二复合离子氧化物层23的表面上。

请参阅图2，实施例二，由该负极集电体层24做为基层，同样的可选用涂层或镀层的工序实施，而覆合各层结构顺序如下：该负极集电体层24为基层；该第二复合离子氧化物23覆合在该负极集电体层24的表面上；该第二石墨烯层22覆合在该第二复合离子氧化物23的表面上；该负极电离子层21覆合在该第二石墨烯层22的表面上；该固态电解质电离子穿透层30覆合在该负极电离子层21的表面上；该正极离子层11覆合在该固态电解质电离子穿透层30的表面上；该第一石墨烯层12覆合在该正极离子层11的表面上；该第一复合离子氧化物层13覆合在该第一石墨烯层12的表面上；该正极集电体层14覆合在该第一复合离子氧化物层13的表面上。

本实用新型的薄膜固态二次电池是以固态电解质电离子穿透层为中间层，其两侧分别包括一个正极层与负极层所构成的完整的薄膜固态电池结构，由以上说明可知，本实用新型可提升电池整体电容量、使用寿命、安全性能、耐高温性能，特别是该石墨烯层提供电离子很好的迁移率，使电子在石墨烯层中能达到光速的运动速度，更加能使整体的导电性、蓄电性大幅地提升。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。