JP2001229967A - Gel-type electrolyte lithium battery - Google Patents
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Classifications
-
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Landscapes
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル状の電解質、
およびそのゲル状電解質を使用したリチウム電池に関
し、より詳細には高いイオン伝導度と保存安定性を有す
るゲル状の電解質、およびそれを用いたリチウム電池に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gel electrolyte,
The present invention relates to a lithium battery using the gel electrolyte and, more particularly, to a gel electrolyte having high ionic conductivity and storage stability, and a lithium battery using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】非水電解液を用いた電池は、高電圧でか
つ高エネルギー密度を有しており、また貯蔵時の信頼性
などが高いので、民生用電子機器の電源として広く用い
られている。その一例が非水電解液二次電池であって、
中でもリチウムイオン二次電池が普及している。2. Description of the Related Art A battery using a non-aqueous electrolyte has a high voltage, a high energy density, and a high reliability at the time of storage. Therefore, it is widely used as a power source for consumer electronic devices. I have. One example is a non-aqueous electrolyte secondary battery,
Above all, lithium ion secondary batteries have become widespread.
【0003】その電池に用いられる電解質材料の種類に
は、電解質を非水溶媒に溶解した非水電解液、非水電解
液と高分子マトリクスとからなる高分子ゲル電解質、電
解質と高分子化合物とからなる高分子電解質、無機イオ
ン伝導性ガラスなどがある。市販されているリチウムイ
オン電池で主に使用されている電解質材料は、非水電解
液であって、LiPF6などの含フッ素リチウム塩が、
プロピレンカーボネートやエチレンカーボネートなどの
高誘電率カーボネート化合物溶媒と炭酸ジエチルなどの
低粘度溶媒との混合溶媒に溶解した溶液が用いられてい
る。The types of electrolyte materials used in the battery include a non-aqueous electrolyte in which the electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent, a polymer gel electrolyte comprising a non-aqueous electrolyte and a polymer matrix, and an electrolyte and a polymer compound. And inorganic ion conductive glass. The electrolyte material mainly used in commercially available lithium ion batteries is a non-aqueous electrolyte, and a fluorine-containing lithium salt such as LiPF 6 is
A solution is used which is dissolved in a mixed solvent of a high dielectric constant carbonate compound solvent such as propylene carbonate and ethylene carbonate and a low viscosity solvent such as diethyl carbonate.
【0004】近年リチウムイオン電池には、その用途拡
大の目的から電池の薄型化が求められており、その対応
として電池の外装材を従来の金属から金属と樹脂とのラ
ミネートフィルムへと変更する動きが現れつつある。そ
の電池に主に使用される電解質材料としては、高分子ゲ
ル電解質が挙げられ、具体的にはアクリル酸誘導体の重
合物、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体、ポリアクリロニトリルなどの高分子マトリック
ス中に前述の非水電解液を含浸させ、高分子マトリック
スを非水電解液で膨潤させたものなどが使われている。In recent years, lithium-ion batteries have been required to be thinner for the purpose of expanding their applications, and in response to this, there has been a movement to change the exterior material of the battery from a conventional metal to a laminated film of metal and resin. Is emerging. Examples of the electrolyte material mainly used for the battery include a polymer gel electrolyte, and specifically, a polymer matrix such as a polymer of an acrylic acid derivative, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and polyacrylonitrile. For example, a material obtained by impregnating the above-mentioned non-aqueous electrolyte solution and swelling a polymer matrix with the non-aqueous electrolyte solution is used.
【0005】ところで電池一般に関わる課題として、電
解液漏れの防止が挙げられる。外装缶に金属を使用した
電池でも、万が一に封口部のカシメ不良や電池内に多量
のガス発生などがあった場合には電解液が漏れ、機器の
故障に通じることが危惧されている。ラミネートフィル
ムを外装材に使用した電池では、ラミネートフィルムの
強度が低いと、電解液漏れの心配が同様にあると思われ
る。[0005] By the way, as a problem relating to batteries in general, prevention of electrolyte leakage is cited. Even in the case of a battery using a metal outer can, there is a concern that in the unlikely event that the sealing portion is defectively crimped or a large amount of gas is generated in the battery, the electrolyte leaks and may lead to equipment failure. In a battery using a laminate film as an exterior material, if the strength of the laminate film is low, there is likely to be a risk of electrolyte leakage.
【0006】そのため、外装材が万一破損しても電解液
が漏れ出さない対策として、前述した高分子ゲル電解質
の使用が行われている。しかしながら、高分子ゲル電解
質では、高分子マトリックスがリチウムイオンの伝導を
邪魔するために電解質のイオン伝導度が低下し、また電
池の負荷特性や低温での電池特性が低下することが考え
られる。そこで、高いイオン伝導度を有し、かつ、仮に
電池の封口が破損しても液漏れが生じないゲル状電解質
が求められている。For this reason, the above-mentioned polymer gel electrolyte has been used as a measure for preventing the electrolyte solution from leaking out even if the exterior material should be damaged. However, in the polymer gel electrolyte, it is conceivable that the ionic conductivity of the electrolyte is reduced because the polymer matrix obstructs the conduction of lithium ions, and the load characteristics of the battery and the battery characteristics at low temperatures are reduced. Therefore, a gel electrolyte that has high ionic conductivity and does not cause liquid leakage even if the sealing of the battery is broken is demanded.
【0007】高分子ゲル電解質に代わるゲル状電解質材
料として、Journal of PowerSources,68,387
〜391(1997)には、超微粒子状シリカを用いた
電解液のゲル化が報告されており、親水性シリカを少量
混合すると電解液をゲル化できることから、伝導度に優
れたゲル電解質が得られると記載されている。しかし、
疎水性シリカではゲル化できないとも述べられている。[0007] As a gel electrolyte material replacing the polymer gel electrolyte, Journal of Power Sources, 68 , 387
To 391 (1997) report the gelation of an electrolytic solution using ultrafine silica particles. Since a small amount of hydrophilic silica can be used to gel the electrolytic solution, a gel electrolyte having excellent conductivity can be obtained. It is stated that it will be. But,
It is also stated that hydrophobic silica cannot gel.
【0008】一方、リチウムイオン電池で主に使用され
ている電解質は、LiPF4やLiBF4などのフッ素原
子を含有するリチウム塩であって、フッ素原子を含有す
る電解質は親水性シリカと反応してフッ化水素を生成す
るために、このゲル状電解質をそのまま市販のリチウム
イオン電池に適用することは難しい。On the other hand, the electrolyte mainly used in lithium ion batteries is a lithium salt containing a fluorine atom such as LiPF 4 or LiBF 4, and the electrolyte containing a fluorine atom reacts with hydrophilic silica. In order to generate hydrogen fluoride, it is difficult to apply this gel electrolyte as it is to a commercially available lithium ion battery.
【0009】また、特開平10−294016号公報に
は、電解液中の不純物を除去する目的で超微粒子状アル
ミナを添加した電解液が記載されており、その時の問題
点として電解液の粘度上昇がおこり、イオン伝導性が低
下することを指摘している。同公報では、粘度の低い電
解液を得ることが目的であって、ゲル状電解質について
は何も言及されてない。Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-294016 describes an electrolytic solution to which ultrafine alumina particles are added for the purpose of removing impurities in the electrolytic solution. Occur, and the ionic conductivity is reduced. In this publication, the purpose is to obtain an electrolyte having a low viscosity, and there is no mention of a gel electrolyte.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、高い
イオン伝導度を有し、かつフッ素原子を含有するリチウ
ム塩電解質に対しても化学的に安定なゲル状電解質の提
供を目的とする。また、本発明は、そのゲル状電解質を
使用することによって、電解液漏れが防止され、負荷特
性や低温特性などの電池特性にも優れた性能を持つ電池
の提供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a gel electrolyte having high ionic conductivity and being chemically stable with respect to a lithium salt electrolyte containing a fluorine atom. Another object of the present invention is to provide a battery that prevents the electrolyte from leaking by using the gel electrolyte and has excellent performance in battery characteristics such as load characteristics and low-temperature characteristics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電解
質、非水系有機溶媒および微粒子状アルミナからなるゲ
ル状電解質に関し、その微粒子状アルミナの表面水酸基
数が0.003(mmol/m2)以下である。使用す
る電解質は、リチウム塩またはテトラアルキルアンモニ
ウム塩が好ましく、中でもその分子中にフッ素原子を含
有している化合物が好ましく、特にLiPF6、LiB
F4、および一般式 Li+ N-(SO2R11)(SO2R12) で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1
種のリチウム塩が望ましい。ここで、R11およびR
12は、炭素数2〜6のフルオロアルキル基を表わしてい
る。That is, the present invention relates to a gel electrolyte comprising an electrolyte, a non-aqueous organic solvent and particulate alumina, wherein the number of surface hydroxyl groups of the particulate alumina is 0.003 (mmol / m 2 ) or less. It is. The electrolyte to be used is preferably a lithium salt or a tetraalkylammonium salt, particularly preferably a compound containing a fluorine atom in its molecule, particularly LiPF 6 , LiB
At least one selected from the group consisting of F 4 and a compound represented by the general formula Li + N − (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 )
Species lithium salts are desirable. Where R 11 and R
12 represents a fluoroalkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
【0012】前記の非水系溶媒は、非プロトン性有機溶
媒が好ましく、中でも一般式(1)、(2)、および
(3)からなる群から選ばれる少なくとも一種の溶媒が
好ましい。The non-aqueous solvent is preferably an aprotic organic solvent, particularly preferably at least one solvent selected from the group consisting of the general formulas (1), (2) and (3).
【0013】[0013]
【化2】 Embedded image
【0014】ここで、R1〜R6およびR8は、水素、フ
ッ素、炭素数が1〜6の炭化水素基、またはフルオロア
ルキル基を表わし、R7は、水素、炭素数が1〜6の炭
化水素基、フルオロアルキル基、アルコキシ基、または
炭素数が1〜12のジアルキルアミノ基を表わし、X、
Y、W、Zは、O、CH2、またはN−R9を表わし、R
9は、炭素数が1〜6の炭化水素基である。Here, R 1 to R 6 and R 8 represent hydrogen, fluorine, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group, and R 7 represents hydrogen, 1 to 6 carbon atoms. A hydrocarbon group, a fluoroalkyl group, an alkoxy group, or a dialkylamino group having 1 to 12 carbon atoms;
Y, W, Z represents O, and CH 2 or N-R 9,, R
9 is a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
【0015】特に、前記の非プロトン性有機溶媒が、エ
チレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートと、
ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジ
エチルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボ
ネートからなる群から選ばれる少なくとも1種の鎖状エ
ステルとの混合溶媒であると、高いイオン伝導度と安定
したゲル状態の電解質が得られることから望ましい。In particular, the aprotic organic solvent is ethylene carbonate or propylene carbonate,
If it is a mixed solvent with at least one chain ester selected from the group consisting of dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate, an electrolyte having a high ionic conductivity and a stable gel state can be obtained. This is desirable.
【0016】一方、前記の微粒子状アルミナは、メタノ
ール湿潤試験によって測定されるそのメタノール臨界濃
度が20重量%以上であることが好ましい。このメタノ
ール臨界濃度で表される程度の疎水性を有していると、
フッ素原子を含有する電解質との反応性が低下するかま
たは抑制され、かつゲル性が強くなるので望ましい。On the other hand, the above-mentioned particulate alumina preferably has a methanol critical concentration of 20% by weight or more as measured by a methanol wet test. Having a degree of hydrophobicity represented by this methanol critical concentration,
It is desirable because the reactivity with the electrolyte containing a fluorine atom is reduced or suppressed, and the gel property is enhanced.
【0017】そして、前記の微粒子状アルミナは、その
比表面積が30(m2/g)以上、あるいはその粒子径
が50nm以下であると、電解質は安定したゲル状態に
なるので好ましい。It is preferable that the above-mentioned fine particle alumina has a specific surface area of 30 (m 2 / g) or more or a particle diameter of 50 nm or less, since the electrolyte becomes a stable gel state.
【0018】そのような微粒子状アルミナとしては、火
炎中での気相酸化法により得られる微粒子状アルミナが
好ましく、その表面を疎水化剤または加熱処理法によっ
て処理して前記した疎水性を付与した微粒子にすること
が一層望ましい。このような微粒子状アルミナは、ゲル
状電解質全体の5〜30重量%を占めるように調整する
と良好なゲル状電解質になり望ましい。As such fine-particle alumina, fine-particle alumina obtained by a gas phase oxidation method in a flame is preferable, and the surface is treated with a hydrophobizing agent or a heat treatment method to impart the above-mentioned hydrophobicity. It is more desirable to make the particles fine. It is desirable that such fine-grained alumina be a good gel electrolyte when adjusted to account for 5 to 30% by weight of the entire gel electrolyte.
【0019】また、本発明は、負極が、リチウム、リチ
ウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素、およ
びリチウムイオンを吸蔵放出できる金属酸化物からなる
群から選ばれる少なくとも1種の材料からなり、正極
が、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移
金属の複合酸化物、導電性高分子化合物、ジスルフィド
化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料か
らなり、電解質が、前記したゲル状電解質から構成され
たリチウム電池に関する。この電池は、高いイオン伝導
度を有し、かつまた電解液漏れの心配がほとんどない。The present invention also provides the negative electrode, wherein the negative electrode is made of at least one material selected from the group consisting of lithium, a lithium alloy, carbon capable of inserting and extracting lithium ions, and a metal oxide capable of inserting and extracting lithium ions. Is composed of at least one material selected from the group consisting of a transition metal oxide, a transition metal sulfide, a composite oxide of lithium and a transition metal, a conductive polymer compound, and a disulfide compound. The present invention relates to a lithium battery composed of an electrolyte. This battery has a high ionic conductivity and is almost free from electrolyte leakage.
【0020】[0020]
【発明の具体的説明】本発明に係わるゲル状電解質は、
電解質および非水系有機溶媒からなる非水電解液に微粒
子状アルミナを添加したものであって、また本発明に係
わるリチウム電池は、そのようなゲル状電解質を用いた
電池であって、次に各構成を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The gel electrolyte according to the present invention comprises:
A non-aqueous electrolyte comprising an electrolyte and a non-aqueous organic solvent to which particulate alumina is added, and the lithium battery according to the present invention is a battery using such a gel electrolyte, and The configuration will be described in detail.
【0021】電 解 質 本発明に使用される電解質は、通常、非水電解液用電解
質として使用されている無機または有機電解質のいずれ
でもよい。エネルギー密度の高いリチウム電池を製造す
る場合には、電解質として無機電解質、特にリチウム塩
の使用が好ましい。リチウム塩の具体例として次に示す
化合物を挙げることができ、それらは単独で使用しても
よく、また2種以上を混合して使用してもよい。The electrolytic membrane electrolyte used in the present invention is generally may be either inorganic or organic electrolytes are used as the non-aqueous electrolyte for the electrolyte. When producing a lithium battery having a high energy density, it is preferable to use an inorganic electrolyte, particularly a lithium salt, as the electrolyte. Specific examples of lithium salts include the following compounds, which may be used alone or as a mixture of two or more.
【0022】(1)LiPF6、LiBF4、LiClO
4、LiAsF6、Li2SiF6、Li(C4F9)S
O3、Li(C8F17)SO3など (2)次の一般式で示されるリチウム塩 LiO(SO2R1 0) LiN(SO2R1 1)(SO2R1 2) LiC(SO2R1 3)(SO2R1 4)(SO2R1 5) LiN(SO2OR1 6)(SO2OR17) ここで、R1 0〜R17は、炭素数1〜6のパーフルオロア
ルキル基であって、互いに同一であっても異なっていて
もよい。(1) LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO
4, LiAsF 6, Li 2 SiF 6, Li (C 4 F 9) S
O 3, Li (C 8 F 17) SO 3 , etc. (2) Lithium salt LiO (SO 2 R 1 0) represented by the following general formula LiN (SO 2 R 1 1) (SO 2 R 1 2) LiC ( SO 2 R 1 3) (SO 2 R 1 4) (SO 2 R 1 5) LiN (SO 2 OR 1 6) (SO 2 OR 17) wherein, R 1 0 to R 17 are carbon atoms 1 to 6 And may be the same or different from each other.
【0023】具体的には次の化合物を挙げることができ
る。 LiO(SO2CF3) LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2 LiC(SO2CF3)3、LiC(SO2CF2CF3)3 LiN(SO2OCF3)2、LiN(SO2OCF2C
F3)2 Specific examples include the following compounds. LiO (SO 2 CF 3 ) LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 CF 2 CF 3 ) 3 LiN (SO 2 OCF) 3 ) 2 , LiN (SO 2 OCF 2 C
F 3 ) 2
【0024】これらの中でも特に、LiPF6、LiB
F4、またLiN(SO2CF3)2やLiN(SO2CF2
CF3)2で例示される一般式LiN(SO2R1 1)(S
O2R 1 2)で表される化合物が、高いイオン伝導度を示
すことから好ましい。Of these, LiPF6, LiB
FFourAnd LiN (SOTwoCFThree)TwoAnd LiN (SOTwoCFTwo
CFThree)TwoThe general formula LiN (SOTwoR1 1) (S
OTwoR 1 Two) Shows high ionic conductivity
It is preferable from the point of view.
【0025】このようなリチウム塩は、非水系有機溶媒
に対して、通常、0.1〜5(モル/リットル)、好ま
しくは0.5〜3(モル/リットル)の濃度になるよう
に添加される。Such a lithium salt is added to the non-aqueous organic solvent so as to have a concentration of usually 0.1 to 5 (mol / l), preferably 0.5 to 3 (mol / l). Is done.
【0026】また、電解液を電気二重層コンデンサやア
ルミ電解コンデンサ用に使用する場合には、電解質とし
てテトラアルキルアンモニウム塩、テトラアルキルホス
ホニウム塩やピリジニウム塩などの有機カチオンを有す
る化合物も使用することができる。その具体例として次
の化合物を挙げることができ、それらは単独で使用して
もよく、また2種以上を混合して使用してもよい。中で
も、テトラアルキルアンモニウム塩の使用が好ましい。When the electrolytic solution is used for an electric double layer capacitor or an aluminum electrolytic capacitor, a compound having an organic cation such as a tetraalkylammonium salt, a tetraalkylphosphonium salt or a pyridinium salt may be used as the electrolyte. it can. Specific examples thereof include the following compounds, which may be used alone or as a mixture of two or more. Among them, the use of a tetraalkylammonium salt is preferred.
【0027】(1)(C2H5)4NPF6、(CH3)4N
PF6、(C2H5)n(CH3)mNPF6(nおよびmは
整数、n+m=4) (2)(C2H5)4NBF4、(CH3)4NBF4、(C2
H5)n(CH3)mNBF4(nおよびmは整数、n+m
=4)(1) (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 , (CH 3 ) 4 N
PF 6 , (C 2 H 5 ) n (CH 3 ) m NPF 6 (n and m are integers, n + m = 4) (2) (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , C 2
H 5 ) n (CH 3 ) m NBF 4 (n and m are integers, n + m
= 4)
【0028】(3)(C2H5)4NN(SO2R18)(S
O2R1 9)、(CH3)4NN(SO2R18)(SO
2R1 9)、 (C2H5)n(CH3)mNN(SO2R18)
(SO2R1 9)(nおよびmは整数、n+m=4) (4)(C2H5)4NSO3CF3、(CH3)4NSO3C
F3、(C2H5)n(CH3)mNSO3CF3(nおよびm
は整数、n+m=4) (5)フタル酸テトラエチルアンモニウム塩、フタル酸
トリエチルメチルアンモニウム塩等(3) (C 2 H 5 ) 4 NN (SO 2 R 18 ) (S
O 2 R 1 9), ( CH 3) 4 NN (SO 2 R 18) (SO
2 R 1 9), (C 2 H 5) n (CH 3) m NN (SO 2 R 18)
(SO 2 R 1 9) ( n and m are integers, n + m = 4) ( 4) (C 2 H 5) 4 NSO 3 CF 3, (CH 3) 4 NSO 3 C
F 3 , (C 2 H 5 ) n (CH 3 ) m NSO 3 CF 3 (n and m
Is an integer, n + m = 4) (5) Tetraethylammonium phthalate, triethylmethylammonium phthalate, etc.
【0029】非水系有機溶媒 本発明に使用される溶媒は、電解質に対して安定で、電
解質の溶解性が高く、かつ電気化学的に安定な非プロト
ン性有機溶媒ならばいずれの溶媒でもよい。そのような
溶媒の具体例を次に挙げる。Nonaqueous Organic Solvent The solvent used in the present invention may be any aprotic organic solvent that is stable to the electrolyte, has high solubility for the electrolyte, and is electrochemically stable. The following are specific examples of such solvents.
【0030】(1)ジメチルカーボネート、メチルエチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルアリル
カーボネート、メチルビニルカーボネート、ジビニルカ
ーボネート、ジアリルカーボネート、蟻酸メチル、蟻酸
エチル、蟻酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸
プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、
酪酸メチル、吉草酸メチル、アクリル酸メチル、メタク
リル酸メチル、酢酸ビニル、ピヴァリン酸ビニルなどの
鎖状エステル類(1) Dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl allyl carbonate, methyl vinyl carbonate, divinyl carbonate, diallyl carbonate, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, propionic acid Methyl, ethyl propionate,
Chain esters such as methyl butyrate, methyl valerate, methyl acrylate, methyl methacrylate, vinyl acetate and vinyl pivalate
【0031】(2)リン酸トリメチル、リン酸トリエチ
ルなどのリン酸エステル類 (3)1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシ
エタン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、メチル
エチルエーテル、ジプロピルエーテルなどの鎖状エーテ
ル類 (4)1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、テ
トラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3
−メチル−1,3−ジオキソラン、2−メチル−1,3
−ジオキソランなどの環状エーテル類(2) Phosphates such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate (3) 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethyl ether, dimethyl ether, methyl ethyl ether, dipropyl ether, etc. (4) 1,4-dioxane, 1,3-dioxolan, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3
-Methyl-1,3-dioxolane, 2-methyl-1,3
-Cyclic ethers such as dioxolane
【0032】(5)ジメチルホルムアミドなどのアミド
類 (6)メチル−N,N−ジメチルカーバメートなどの鎖
状カーバメート類 (7)ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジビニル
スルホン、ジアリルスルホンなどの鎖状スルホン (8)γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、3−
メチル−γ−ブチロラクトン、2−メチル−γ−ブチロ
ラクトンなどの環状エステル類(5) Amides such as dimethylformamide (6) Chain carbamates such as methyl-N, N-dimethyl carbamate (7) Chain sulfones such as dimethyl sulfone, diethyl sulfone, divinyl sulfone, diallyl sulfone (8) ) Γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 3-
Cyclic esters such as methyl-γ-butyrolactone and 2-methyl-γ-butyrolactone
【0033】(9)スルホラン、スルホレンなどの環状
スルホン類 (10)N−メチルオキサゾリジノンなどの環状カーバ
メート類 (11)N−メチルピロリドンなどの環状アミド類 (12)N,N−ジメチルイミダゾリジノンなどの環状
ウレア類 (13)エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、4,4−ジメチル−5−メチレンエチレンカーボネ
ート、4−メチル−4−エチル−5−メチレンエチレン
カーボネート、4−メチル−4−プロピル−5−メチレ
ンエチレンカーボネート、4−メチル−4−ブチル−5
−メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジエチル−
5−メチレンエチレンカーボネート、4−エチル−4−
プロピル−5−メチレンエチレンカーボネート、4−エ
チル−4−ブチル−5−メチレンエチレンカーボネー
ト、4,4−ジプロピル−5−メチレンエチレンカーボ
ネート、4−プロピル−4−ブチル−5−メチレンエチ
レンカーボネート、4,4−ジブチル−5−メチレンエ
チレンカーボネート、(9) Cyclic sulfones such as sulfolane and sulfolene (10) Cyclic carbamates such as N-methyloxazolidinone (11) Cyclic amides such as N-methylpyrrolidone (12) N, N-dimethylimidazolidinone (13) Ethylene carbonate, propylene carbonate, 4,4-dimethyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl-4-ethyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl-4-propyl-5-methylene Ethylene carbonate, 4-methyl-4-butyl-5
-Methylene ethylene carbonate, 4,4-diethyl-
5-methylene ethylene carbonate, 4-ethyl-4-
Propyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-ethyl-4-butyl-5-methyleneethylene carbonate, 4,4-dipropyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-propyl-4-butyl-5-methyleneethylene carbonate, 4, 4-dibutyl-5-methyleneethylene carbonate,
【0034】4,4−ジメチル−5−エチリデンエチレ
ンカーボネート、4−メチル−4−エチル−5−エチリ
デンエチレンカーボネート、4−メチル−4−プロピル
−5−エチリデンエチレンカーボネート、4−メチル−
4−ブチル−5−エチリデンエチレンカーボネート、
4,4−ジエチル−5−エチリデンエチレンカーボネー
ト、4−エチル−4−プロピル−5−エチリデンエチレ
ンカーボネート、4−エチル−4−ブチル−5−エチリ
デンエチレンカーボネート、4,4−ジプロピル−5−
エチリデンエチレンカーボネート、4−プロピル−4−
ブチル−5−エチリデンエチレンカーボネート、4,4
−ジブチル−5−エチリデンエチレンカーボネート、4,4-dimethyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4-methyl-4-ethyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4-methyl-4-propyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4-methyl-
4-butyl-5-ethylidene ethylene carbonate,
4,4-diethyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4-ethyl-4-propyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4-ethyl-4-butyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4,4-dipropyl-5-
Ethylidene ethylene carbonate, 4-propyl-4-
Butyl-5-ethylidene ethylene carbonate, 4,4
-Dibutyl-5-ethylidene ethylene carbonate,
【0035】4−メチル−4−ビニル−5−メチレンエ
チレンカーボネート、4−メチル−4−アリル−5−メ
チレンエチレンカーボネート、4−メチル−4−メトキ
シメチル−5−メチレンエチレンカーボネート、4−メ
チル−4−アクリルオキシメチル−5−メチレンエチレ
ンカーボネート、4−メチル−4−アリルオキシメチル
−5−メチレンエチレンカーボネートなどの環状炭酸エ
ステル4-methyl-4-vinyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl-4-allyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl-4-methoxymethyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl- Cyclic carbonates such as 4-acryloxymethyl-5-methyleneethylene carbonate, 4-methyl-4-allyloxymethyl-5-methyleneethylene carbonate
【0036】(14)ビニレンカーボネート、メチルビ
ニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネートな
どのビニレンカーボネート誘導体類 (15)4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジ
ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレ
ンカーボネートなどのビニルエチレンカーボネート誘導
体類 (16)4−ビニル−4−メチルエチレンカーボネー
ト、4−ビニル−5−メチルエチレンカーボネート、4
−ビニル−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4
−ビニル−5,5−ジメチルエチレンカーボネート、4
−ビニル−4,5,5−トリメチルエチレンカーボネー
トなどのアルキル置換ビニルエチレンカーボネート誘導
体類(14) Vinylene carbonate derivatives such as vinylene carbonate, methylvinylene carbonate and dimethylvinylene carbonate (15) Vinyl ethylene such as 4-vinylethylene carbonate, 4,4-divinylethylene carbonate and 4,5-divinylethylene carbonate Carbonate derivatives (16) 4-vinyl-4-methylethylene carbonate, 4-vinyl-5-methylethylene carbonate,
-Vinyl-4,5-dimethylethylene carbonate, 4
-Vinyl-5,5-dimethylethylene carbonate, 4
-Alkyl-substituted vinyl ethylene carbonate derivatives such as -vinyl-4,5,5-trimethyl ethylene carbonate
【0037】(17)4−アリルオキシメチルエチレン
カーボネート、4,5−ジアリルオキシメチルエチレン
カーボネートなどのアリルオキシメチルエチレンカーボ
ネート誘導体類 (18)4−メチル−4−アリルオキシメチルエチレン
カーボネート、4−メチル−5−アリルオキシメチルエ
チレンカーボネートなどのアルキル置換アリルオキシメ
チルエチレンカーボネート誘導体類 (19)4−アクリルオキシメチルエチレンカーボネー
ト、4,5−アクリルオキシメチルエチレンカーボネー
トなどのアクリルオキシメチルエチレンカーボネート誘
導体類 (20)4−メチル−4−アクリルオキシメチルエチレ
ンカーボネート、4−メチル−5−アクリルオキシメチ
ルエチレンカーボネートなどのアルキル置換アクリルオ
キシメチルエチレンカーボネート誘導体類(17) Allyloxymethylethylene carbonate derivatives such as 4-allyloxymethylethylene carbonate and 4,5-diallyloxymethylethylene carbonate (18) 4-methyl-4-allyloxymethylethylene carbonate, 4-methyl Alkyl-substituted allyloxymethylethylene carbonate derivatives such as -5-allyloxymethylethylene carbonate (19) acryloxymethylethylene carbonate derivatives such as 4-acryloxymethylethylene carbonate and 4,5-acryloxymethylethylene carbonate (20 ) Alkyl-substituted acryloxymethyl ethers such as 4-methyl-4-acryloxymethylethylene carbonate and 4-methyl-5-acryloxymethylethylene carbonate Ren carbonate derivatives
【0038】(21)エチレングリコール、ジエチレン
グリコール、トリエチレングリコール、および下記一般
式で表わされる化合物など HO(CH2CH2O)aH、HO{CH2CH(CH3)
O}bH、CH3O(CH2CH2O)cH、CH3O{CH
2CH(CH3)O}dH、CH3O(CH2CH2O)eC
H3、CH3O{CH2CH(CH3)O}fCH3、C9H
19PhO(CH2CH2O)g{CH(CH3)O}hCH3
(Phはフェニル基)、CH3O{CH2CH(CH3)
O}iCO{O(CH3)CHCH2}jOCH3(前記の
式中、a〜fは4〜250の整数、g〜jは2〜249
の整数、5≦g+h≦250、5≦i+j≦250であ
る。)(21) Ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, and compounds represented by the following general formulas: HO (CH 2 CH 2 O) a H, HO {CH 2 CH (CH 3 )
O} b H, CH 3 O (CH 2 CH 2 O) c H, CH 3 O {CH
2 CH (CH 3 ) O} d H, CH 3 O (CH 2 CH 2 O) e C
H 3 , CH 3 O {CH 2 CH (CH 3 ) O} f CH 3 , C 9 H
19 PhO (CH 2 CH 2 O) g {CH (CH 3 ) O} h CH 3
(Ph is a phenyl group), CH 3 O {CH 2 CH (CH 3 )
O} i CO {O (CH 3 ) CHCH 2 } j OCH 3 (In the above formula, a to f are integers of 4 to 250, and g to j are 2 to 249.
5 ≦ g + h ≦ 250 and 5 ≦ i + j ≦ 250. )
【0039】このゲル状電解質をリチウム電池に適用す
る場合には、特に、次に示す一般式(1)または(2)
で表される環状化合物、および一般式(3)で表わされ
る鎖状エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種
の非水系有機溶媒を用いると、溶媒の電気化学的な安定
性が高いことから良好な電池を得ることができる。When this gel electrolyte is applied to a lithium battery, the following general formula (1) or (2)
When at least one non-aqueous organic solvent selected from the group consisting of the cyclic compound represented by the general formula (3) and the chain ester represented by the general formula (3) is used, it is preferable because the electrochemical stability of the solvent is high. Battery can be obtained.
【0040】[0040]
【化3】 Embedded image
【0041】式中、R1〜R6およびR8は、水素、フッ
素、炭素数が1〜6の炭化水素基、またはフルオロアル
キル基を表わし、R7は、水素、炭素数が1〜6の炭化
水素基、フルオロアルキル基、またはアルコキシ基、ま
たは炭素数が1〜12のジアルキルアミノ基を表わす。
X、Y、W、Zは、OまたはCH2、またはN−R9を表
わす。R9は、炭素数が1〜6の炭化水素基である。In the formula, R 1 to R 6 and R 8 represent hydrogen, fluorine, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group, and R 7 represents hydrogen, 1 to 6 carbon atoms. Represents a hydrocarbon group, a fluoroalkyl group, or an alkoxy group, or a dialkylamino group having 1 to 12 carbon atoms.
X, Y, W, Z represents O or CH 2 or N-R 9,. R 9 is a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.
【0042】前記の一般式(1)、(2)、および
(3)において、R1〜R6の好ましい例として水素、メ
チル基、エチル基、ビニル基、プロピル基、イソプロピ
ル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフ
ルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が挙げられ
る。R8の好ましい例としてメチル基、エチル基、ビニ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、トリフルオロエチ
ル基、ペンタフルオロプロピル基が挙げられる。また、
R7の好ましい例として水素、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、イソプロピル基、メトキシ基、エトキシ基、
プロピロキシ基、イソプロピロキシ基、ジメチルアミノ
基、メチルエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロ
ピルアミノ基が挙げられる。In the above general formulas (1), (2) and (3), preferred examples of R 1 to R 6 include hydrogen, methyl, ethyl, vinyl, propyl, isopropyl and fluoromethyl. , A difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, and a pentafluoroethyl group. Preferred examples of R 8 include a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, a propyl group, an isopropyl group, a trifluoroethyl group, and a pentafluoropropyl group. Also,
Preferred examples of R 7 include hydrogen, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, methoxy, ethoxy,
Examples include a propoxy group, an isopropyloxy group, a dimethylamino group, a methylethylamino group, a diethylamino group, and a dipropylamino group.
【0043】前記の一般式(1)および(2)で表され
る環状化合物の内、X、Y、W、およびZがいずれも酸
素である環状炭酸エステルが最も望ましい。その具体例
として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレン
カーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,
3−ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、
ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボ
ネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フ
ルオロエチレンカーボネートなどが挙げられる。特に、
誘電率が高くかつ分子サイズの小さいエチレンカーボネ
ートとプロピレンカーボネートを用いると、高いイオン
伝導度が得られるので好適である。Of the cyclic compounds represented by the above general formulas (1) and (2), a cyclic carbonate in which X, Y, W and Z are all oxygen is most desirable. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate,
3-pentylene carbonate, vinylene carbonate,
Examples thereof include vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, trifluoromethyl ethylene carbonate, and fluoroethylene carbonate. In particular,
It is preferable to use ethylene carbonate and propylene carbonate having a high dielectric constant and a small molecular size because a high ionic conductivity can be obtained.
【0044】また、ゲル状電解質を使用する電池の負極
活物質として、特にX線解析で測定した(002)面の
面間隔(d002)が0.340nm以下の炭素材料を
使用した場合には、エチレンカーボネートの使用が好ま
しく、エチレンカーボネートとそれ以外の環状炭酸エス
テルとを2種以上混合して使用してもよい。When a carbon material having a (002) plane spacing (d002) of 0.340 nm or less measured by X-ray analysis is used as a negative electrode active material of a battery using a gel electrolyte, Use of ethylene carbonate is preferred, and ethylene carbonate and other cyclic carbonates may be used as a mixture of two or more.
【0045】一般式(3)で表される鎖状エステルの具
体例としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカ
ーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチル
プロピルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカー
ボネート、プロピオン酸メチル、ピバリン酸メチル、ぎ
酸メチル、酢酸メチルなどが挙げられる。これらの中で
も電気化学的安定性が高く、粘度が低く、かつ高いイオ
ン伝導性が得られるジメチルカーボネート、メチルエチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルトリフ
ルオロエチルカーボネートが好適に使用される。これら
鎖状エステルは2種以上混合して使用してもよい。Specific examples of the chain ester represented by the general formula (3) include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl trifluoroethyl carbonate, and propion. Examples thereof include methyl acid, methyl pivalate, methyl formate, and methyl acetate. Among them, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate, which have high electrochemical stability, low viscosity and high ion conductivity, are preferably used. These chain esters may be used as a mixture of two or more.
【0046】一般式(1)または(2)で表される環状
エステルが使用されると、その誘電率が高いので電解質
の解離が促進され、また一般式(3)で表される鎖状エ
ステルが使用されると、その粘度が低いのでイオン移動
度を高めることができる。環状エステルおよび鎖状エス
テルとを組み合わせて非水溶媒を構成すると、その粘度
は低くなり、かつ高いイオン伝導度が得られるので電解
質用の非水溶媒として好適であって、その結果、常温ま
たは低温での電気伝導性に優れたゲル状電解質が得ら
れ、負荷特性および低温特性に優れた電池が得られる。When the cyclic ester represented by the general formula (1) or (2) is used, the dissociation of the electrolyte is promoted due to its high dielectric constant, and the chain ester represented by the general formula (3) is used. When is used, its viscosity is low, so that the ion mobility can be increased. When a non-aqueous solvent is formed by combining a cyclic ester and a chain ester, the viscosity is low, and a high ionic conductivity is obtained, so that the non-aqueous solvent is suitable as a non-aqueous solvent for an electrolyte. Thus, a gel electrolyte having excellent electric conductivity can be obtained, and a battery having excellent load characteristics and low-temperature characteristics can be obtained.
【0047】非水系有機溶媒は、前記一般式(1)また
は(2)で表される環状エステル、または前記一般式
(3)で表わされる鎖状エステルの単独で構成すること
もできるし、あるいは両者を組み合わせて混合溶媒とし
て用いることもできる。後者の混合溶媒にする場合に
は、その混合割合(重量比)を環状エステル:鎖状エス
テルで表すと、1:99〜99:1、好ましくは5:9
5〜80:20、さらに好ましくは10:90〜70:
30、特に好ましくは15:85〜55:45である。
このような混合範囲内にあると、溶媒の粘度上昇を抑制
し、電解質の解離度を高めることができるので、高いイ
オン伝導度が得られ、また電池の負荷特性や低温特性を
向上させることができる。The non-aqueous organic solvent may be composed of a cyclic ester represented by the general formula (1) or (2) or a chain ester represented by the general formula (3) alone, or Both can be combined and used as a mixed solvent. In the case of using the latter mixed solvent, the mixing ratio (weight ratio) is expressed as cyclic ester: chain ester, 1:99 to 99: 1, preferably 5: 9.
5 to 80:20, more preferably 10:90 to 70:
30, particularly preferably 15:85 to 55:45.
When the content is within such a mixing range, the increase in the viscosity of the solvent can be suppressed and the degree of dissociation of the electrolyte can be increased, so that high ionic conductivity can be obtained, and the load characteristics and low-temperature characteristics of the battery can be improved. it can.
【0048】微粒子状アルミナ 本発明に使用される微粒子状アルミナは、電解液のゲル
化を促す目的で添加されるが、同時に電解液との反応を
抑制するために、その単位表面積あたりの表面水酸基数
が0.003(mmol/m2)以下、好ましくは0.
002(mmol/m2)以下、さらに好ましくは0.
001(mmol/m2)以下の微粒子状アルミナであ
ることが望ましい。表面水酸基数が前記の範囲にある
と、無機電解質との反応が実際上低下ないし抑制されて
フッ化水素の発生をほとんど防止することができる。こ
のような表面水酸基数を有する微粒子状アルミナは、通
常の微粒子状アルミナに例えば後述するような表面処理
を施すことによって、表面水酸基の少なくとも一部、好
ましくは大部分を除去することによって得ることができ
る。Fine- grained alumina Fine- grained alumina used in the present invention is added for the purpose of promoting the gelation of the electrolytic solution. At the same time, in order to suppress the reaction with the electrolytic solution, the surface hydroxyl group per unit surface area is reduced. The number is 0.003 (mmol / m 2 ) or less, preferably 0.
002 (mmol / m 2 ) or less, more preferably 0.
It is desirable that the particulate alumina is 001 (mmol / m 2 ) or less. When the number of surface hydroxyl groups is within the above range, the reaction with the inorganic electrolyte is actually reduced or suppressed, and the generation of hydrogen fluoride can be almost prevented. Fine-particle alumina having such a number of surface hydroxyl groups can be obtained by subjecting ordinary fine-particle alumina to a surface treatment as described below, for example, to remove at least part, preferably most of the surface hydroxyl groups. it can.
【0049】一般に使用されている微粒子状のシリカや
チタニアは、表面水酸基を多く保持しているいわゆる親
水性シリカやチタニアであるので、フッ素原子を含有す
る電解質との反応が起こりやすく、フッ化水素が発生し
てくる。ところが、前記した微粒子状アルミナを用いる
と、フッ素原子を含有する電解質との反応が抑制される
ので、LiPF6やLiBF4などそれ自身が高いイオン
伝導度を有する電解質を使用できることになり、その結
果ゲル状電解質のイオン伝導度を高めることができる。The commonly used finely divided silica or titania is a so-called hydrophilic silica or titania having a large number of surface hydroxyl groups, so that it easily reacts with an electrolyte containing a fluorine atom, and hydrogen fluoride is used. Comes out. However, when the above-mentioned particulate alumina is used, the reaction with the electrolyte containing a fluorine atom is suppressed, so that an electrolyte having a high ionic conductivity itself such as LiPF 6 or LiBF 4 can be used. The ionic conductivity of the gel electrolyte can be increased.
【0050】表面水酸基数の定量法としては、一般的に
用いられる赤外分光法よりも精度が高いリチウムアルミ
ニウムハイドライド法 (Journal of Colloid andI
nterface Science, 125,61〜68,(198
8)によることが望ましい。この方法は、乾燥させた粉
体サンプルをリチウムアルミニウムハイドライド(Li
AlH4)と反応させ、次式によって生成してくる水素
を測定することにより表面水酸基数の定量を行う方法で
ある。なお、この式では水酸基を有する化合物を(−O
H)で表している。 4(−OH) + LiAlH4→ (−O)Li +
(−O)3Al + 4H2 As a method for quantifying the number of surface hydroxyl groups, a lithium aluminum hydride method (Journal of Colloid and I
nterface Science, 125 , 61-68, (198
8) is desirable. This method uses a lithium aluminum hydride (Li
AlH 4 ), and the number of surface hydroxyl groups is determined by measuring hydrogen generated by the following formula. In this formula, the compound having a hydroxyl group is represented by (-O
H). 4 (−OH) + LiAlH 4 → (−O) Li +
(-O) 3 Al + 4H 2
【0051】微粒子状アルミナは、電解質のゲル化剤と
して添加されるが、これまでに述べてきた表面水酸基数
の小さな微粒子状アルミナを、その水酸基数調整方法と
して疎水化剤との反応による方法を採用した時には、そ
のアルミナは実質的に疎水性を示してくるので、同重量
の親水性微粒子アルミナを使用した場合に比べて電解質
のゲル化効果が高い。従って、少ない量で電解質のゲル
化を促すことができ、また使用量が少なくなった分だけ
イオン伝導の妨害を抑制させることができ、その結果イ
オン伝導度を高めることができる。このような理由か
ら、表面水酸基数の小さな微粒子状アルミナは、同時に
疎水性を示すことがより望ましい。The fine-particle alumina is added as a gelling agent for the electrolyte. The fine-particle alumina having a small number of surface hydroxyl groups, which has been described above, is prepared by a method of adjusting the number of hydroxyl groups by reaction with a hydrophobizing agent. When employed, the alumina substantially exhibits hydrophobicity, so that the electrolyte has a higher gelling effect than when the same weight of hydrophilic fine-particle alumina is used. Therefore, gelation of the electrolyte can be promoted with a small amount, and interference of ionic conduction can be suppressed by the reduced amount, so that ionic conductivity can be increased. For this reason, it is more desirable that the particulate alumina having a small number of surface hydroxyl groups simultaneously exhibit hydrophobicity.
【0052】微粒子状アルミナの疎水性の程度は、メタ
ノール臨界濃度によって評価できる。すなわち、本発明
で用いられる微粒子状アルミナは、メタノール湿潤試験
によるメタノール臨界濃度が、20重量%以上であるこ
とが好ましく、さらに好適には30重量%以上であるこ
とが望ましい。メタノール臨界濃度が前記の範囲にある
と、実質的に疎水性であって、少ない添加量でゲル化を
促すことができる。アルミナの添加量が少ない分だけ、
電解質のイオン伝導度を高く保つことができる。The degree of hydrophobicity of the particulate alumina can be evaluated by the critical concentration of methanol. That is, the particulate alumina used in the present invention preferably has a critical concentration of methanol of 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, in a methanol wet test. When the methanol critical concentration is in the above range, it is substantially hydrophobic, and can promote gelation with a small amount of addition. As the amount of added alumina is small,
The ionic conductivity of the electrolyte can be kept high.
【0053】メタノール湿潤試験は、水とメタノールの
混合液に対する粉体の濡れ性を測定する試験方法であっ
て、具体的な試験方法は次の通りである。まず、密閉が
可能な200ml容量の容器に所定濃度のメタノールと
水との混合液100gを入れ、その後に粉体1gを投入
して容器を密閉する。これを1分間激しく混合し、20
分間静置する。混合液と粉体とが均一な一相を形成した
場合または粉体が液相に沈殿した場合には、粉体が混合
液に濡れたことを示し、二相以上になった場合には、粉
体は混合液に濡れていないことを示す。粉体が混合液に
濡れるに必要な最少限の混合液中のメタノール量(重量
%)をメタノール臨界濃度と言う。メタノール臨界濃度
が高いほど、疎水性が高いことを意味している。The methanol wetness test is a test method for measuring the wettability of a powder with respect to a mixed solution of water and methanol. The specific test method is as follows. First, 100 g of a mixture of methanol and water having a predetermined concentration is put in a 200 ml capacity container that can be hermetically sealed, and then 1 g of powder is charged to seal the container. Mix vigorously for 1 minute,
Let stand for minutes. When the mixed liquid and the powder form a uniform single phase or when the powder precipitates in the liquid phase, it indicates that the powder is wet with the mixed liquid, and when the powder becomes two or more phases, The powder indicates that the mixture is not wet. The minimum amount (% by weight) of methanol in the mixture that is necessary for the powder to wet the mixture is referred to as the methanol critical concentration. The higher the critical concentration of methanol, the higher the hydrophobicity.
【0054】さらに本発明に用いる微粒子状アルミナ
は、超微粒子とでも表現できるほど小さな粒子で構成さ
れており、その粒子径は、50nm以下、好ましくは2
0nm以下、さらに好ましくは10nm未満であること
が望ましい。粒子径が小さいほど、電解質のゲル性を高
める効果が高い。Further, the particulate alumina used in the present invention is composed of particles small enough to be expressed as ultrafine particles, and has a particle diameter of 50 nm or less, preferably 2 nm or less.
It is desirable that the thickness be 0 nm or less, more preferably less than 10 nm. The smaller the particle size, the higher the effect of enhancing the gel properties of the electrolyte.
【0055】また、微粒子状アルミナは、一般的な窒素
吸着法などを用いて測定されるその比表面積が30(m
2/g)以上、より好ましくは80(m2/g)以上であ
ることが好ましい。比表面積が前記の範囲にあると、電
解質のゲル化を十分に進めることができる。Further, the particulate alumina has a specific surface area of 30 (m) measured by a general nitrogen adsorption method or the like.
2 / g) or more, and more preferably 80 (m 2 / g) or more. When the specific surface area is in the above range, gelation of the electrolyte can be sufficiently promoted.
【0056】このような物性を有する本発明に用いられ
る微粒子状アルミナは、微粒子状アルミナを熱処理した
り、疎水化剤と反応させる方法で表面処理することによ
って得ることができる。熱処理による方法は、熱処理に
よってアルミナ表面に存在する水酸基間で脱水反応を起
こすものであるから、高温での熱処理程脱水効果が高い
が、この時同時に粒子の凝集や焼結が起こり易く、粒子
径が増大することがあるので、電解質をゲル化する効果
が低下する。従って、熱処理温度は、150〜1000
℃、好ましくは250〜600℃、より好ましくは30
0〜500℃が望ましい。The fine-particle alumina having such physical properties used in the present invention can be obtained by heat-treating the fine-particle alumina or subjecting the fine-particle alumina to a surface treatment by a reaction with a hydrophobizing agent. In the method by heat treatment, a dehydration reaction is caused between hydroxyl groups present on the alumina surface by heat treatment, so the higher the heat treatment at a higher temperature, the higher the dehydration effect. In some cases, the effect of gelling the electrolyte is reduced. Therefore, the heat treatment temperature is 150 to 1000
° C, preferably 250-600 ° C, more preferably 30 ° C.
0-500 degreeC is desirable.
【0057】疎水化剤による表面処理は、アルキル化
剤、シリル化剤、エステル化剤等とアルミナ表面の水酸
基との反応によって進行する。アルキル化剤としては、
硫酸アルキル、スルホン酸アルキル、ホウ酸アルキル、
リン酸アルキル、炭酸アルキルなどを挙げることができ
る。シリル化剤としては、クロロトリアルキルシラン、
アルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキ
シシラン、トリアルキルアルコキシシランなどを挙げる
ことができる。エステル化剤としては各種アルコールを
使用することができる。その他トリアルコキシアルミニ
ウムやテトラアルコキシチタン等の金属アルコキシドと
の反応によってもよい。The surface treatment with the hydrophobizing agent proceeds by a reaction between an alkylating agent, a silylating agent, an esterifying agent and the like and a hydroxyl group on the alumina surface. As the alkylating agent,
Alkyl sulfate, alkyl sulfonate, alkyl borate,
Examples thereof include alkyl phosphate and alkyl carbonate. As a silylating agent, chlorotrialkylsilane,
Examples thereof include alkyl trialkoxy silane, dialkyl dialkoxy silane, and trialkyl alkoxy silane. Various alcohols can be used as the esterifying agent. Alternatively, a reaction with a metal alkoxide such as trialkoxy aluminum or tetraalkoxy titanium may be used.
【0058】表面処理方法は、前記したいずれの方法に
よっても構わないが、アルキル化剤またはシリル化剤に
よる処理方法を選択すると、表面に付与されるアルキル
基の種類を適宜選ぶことができるので、それによって疎
水性の程度を制御することもでき、電解質のゲル状態を
適度に調整することができる。The surface treatment method may be any of the above-mentioned methods. However, when a treatment method using an alkylating agent or a silylating agent is selected, the type of the alkyl group provided to the surface can be appropriately selected. Thereby, the degree of hydrophobicity can be controlled, and the gel state of the electrolyte can be appropriately adjusted.
【0059】疎水化剤による表面処理方法としては、気
相法および液相法のいずれをも採用することができる
が、液相法で行うと粒子の凝集が起こりやすいので、気
相法で表面処理された微粒子状アルミナの使用が望まし
い。処理方法は、特公昭41−17049号公報、特公
昭61−50882号公報等に記載されている流動層方
式などを用いることができる。As a surface treatment method using a hydrophobizing agent, any of a gas phase method and a liquid phase method can be adopted. However, when the liquid phase method is used, particles are easily aggregated. The use of treated particulate alumina is preferred. As the treatment method, a fluidized bed system described in JP-B-41-17049, JP-B-61-50882 and the like can be used.
【0060】疎水化剤は、本発明の効果が十分に得られ
るものであれば特に限定されるものではなく、次に例示
する具体的な化合物の中から適宜選択することができ
る。それらの疎水化剤は、1種類を用いてもよく、また
2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、異なる
疎水化剤で表面処理した疎水性微粒子状アルミナを2種
類以上混合して用いてもよい。The hydrophobizing agent is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be sufficiently obtained, and can be appropriately selected from the following specific compounds. One of those hydrophobizing agents may be used, or two or more thereof may be used in combination. Further, two or more kinds of hydrophobic fine-particle aluminas surface-treated with different hydrophobizing agents may be mixed and used.
【0061】(1)ハロゲン化アルキル、硫酸ジアルキ
ル、スルホン酸アルキル等のアルキル化剤(ここで、ア
ルキル基としては、エチル、プロピル、ブチル、ペンチ
ル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ドデシル等、ハロ
ゲンとしては、塩素、臭素等を例示することができ
る。) (2)メチルクロロシラン、エチルクロロシラン、プロ
ピルクロロシラン、ビニルクロロシラン、フェニルクロ
ロシラン等のクロロシラン類 (3)ジメチルポリシロキサン、シリコーンオイル等の
重合ケイ素化合物類 (4)メチルメトキシシラン、メチルエトキシシラン、
エチルメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、フェニ
ルメトキシシラン等のアルコキシシラン類 (5)ジエチルアミノトリメチルシラン、カルボニルフ
ルオリド、フッ化水素等のフッ素化剤類(1) Alkylating agents such as alkyl halides, dialkyl sulfates, and alkyl sulfonates (where the alkyl group is ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, dodecyl, etc .; , Chlorine, bromine, etc.) (2) Chlorosilanes such as methylchlorosilane, ethylchlorosilane, propylchlorosilane, vinylchlorosilane and phenylchlorosilane (3) Polymerized silicon compounds such as dimethylpolysiloxane and silicone oil ( 4) methylmethoxysilane, methylethoxysilane,
Alkoxysilanes such as ethylmethoxysilane, vinylmethoxysilane, and phenylmethoxysilane (5) Fluorinating agents such as diethylaminotrimethylsilane, carbonyl fluoride, and hydrogen fluoride
【0062】本発明では、特に、火炎中での気相酸化法
により得られる微粒子状アルミナを、疎水化剤によりそ
の表面を疎水化処理した疎水性微粒子状アルミナを用い
ることが好ましい。In the present invention, it is particularly preferable to use fine-particle alumina obtained by a gas-phase oxidation method in a flame and hydrophobic fine-particle alumina whose surface is subjected to a hydrophobic treatment with a hydrophobizing agent.
【0063】火炎中での気相酸化法により得られる微粒
子状アルミナは、一般にヒュームドアルミナの名前で知
られており、日本アエロジル社製の商標名アエロジルと
して一般に入手が可能である。それらの製造方法は、特
公昭47−46274号公報、特開昭58−91031
号公報などに記載されている。原料としては、揮発性を
有しかつ加水分解可能な化合物であればよく、トリクロ
ロアルミニウム等のハロゲン化アルミニウム、トリメト
キシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイ
ソプロポキシアルミニウム、ジエトキシアルミニウムハ
イドライト等のアルコキシアルミニウム類、トリエチル
アルミニウム等のアルキルアルミニウムを挙げることが
できるThe particulate alumina obtained by the gas phase oxidation method in a flame is generally known by the name of fumed alumina, and is generally available under the trade name Aerosil manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. The production method thereof is described in JP-B-47-46274 and JP-A-58-91031.
No., etc. The raw material may be any compound having volatility and being hydrolyzable, such as aluminum halides such as trichloroaluminum, and alkoxyaluminums such as trimethoxyaluminum, triethoxyaluminum, triisopropoxyaluminum, and diethoxyaluminum hydride. , Aluminum alkyl such as triethyl aluminum
【0064】ゲル状電解質 本発明に係わるゲル状電解質は、電解質と非水系有機溶
媒(以降、その溶液を電解液と呼ぶことがある)に微粒
子状アルミナを添加し、全体としてゲル状を呈した電解
質が形成される。この際の微粒子状アルミナの添加量
は、ゲル化された電解質の性状とイオン伝導度とを勘案
して決められるが、微粒子状アルミナ:電解液の比率
(重量比)で表すと、5:95〜30:70、より好ま
しくは、7:93〜25:75、さらに好ましくは、1
0:90から20:80の範囲にあることが望ましい。
この範囲内にあると、電解質は十分なチキソ性を示し、
良好なゲル状態が保たれ、かつ高いイオン伝導度を示
す。 Gel Electrolyte The gel electrolyte according to the present invention was obtained by adding particulate alumina to an electrolyte and a non-aqueous organic solvent (hereinafter, the solution may be referred to as an electrolyte), and as a whole a gel was formed. An electrolyte is formed. The addition amount of the particulate alumina at this time is determined in consideration of the properties of the gelled electrolyte and the ionic conductivity, and is expressed as a ratio (weight ratio) of the particulate alumina to the electrolytic solution of 5:95. ~ 30: 70, more preferably 7: 93 ~ 25: 75, even more preferably 1
Desirably, it is in the range of 0:90 to 20:80.
Within this range, the electrolyte exhibits sufficient thixotropic properties,
Good gel state is maintained and high ionic conductivity is exhibited.
【0065】このように本発明に係わるゲル状電解質
は、電解質と非水系有機溶媒とからなる電解液の持つイ
オン伝導度に匹敵する高いイオン伝導度等の性能を有し
ており、電池の電解質として利用すれば液漏れのほとん
どない電池を得ることができ、また電気二重層コンデン
サやアルミ電解コンデンサ等各種電気化学デバイスの電
解質として利用することができる。As described above, the gel electrolyte according to the present invention has performance such as high ionic conductivity comparable to the ionic conductivity of the electrolyte comprising the electrolyte and the non-aqueous organic solvent. When used as a battery, a battery with almost no liquid leakage can be obtained, and it can be used as an electrolyte for various electrochemical devices such as an electric double layer capacitor and an aluminum electrolytic capacitor.
【0066】リチウム電池 本発明に係るリチウム電池は、負極、正極、および前記
したゲル状電解質とから構成されており、この構造体は
特にリチウム二次電池に適している。 Lithium Battery The lithium battery according to the present invention comprises a negative electrode, a positive electrode and the above-mentioned gel electrolyte, and this structure is particularly suitable for a lithium secondary battery.
【0067】負極を構成する負極活物質としては、金属
リチウム、リチウム合金、およびリチウムイオンをドー
ブ、脱ドーブすることが可能な材料を用いることができ
る。そのようなリチウムイオンのドープ、脱ドープ可能
な材料としては、炭素材料、酸化チタン、遷移金属窒素
化物、酸化スズ、シリコン等の中から適宜選択すること
ができる。それらの中でも、金属リチウム、リチウム合
金、またはリチウムイオンをドーブ、脱ドーブすること
が可能な炭素材料が好ましい。特に、リチウムイオンを
ドーブ、脱ドーブすることが可能な炭素材料が好まし
く、そのような炭素材料はグラファイトであってもある
いは非晶質炭素であってもよく、活性炭、炭素繊維、カ
ーボンブラック、メソカーボンマイクロビーズ、天然黒
鉛などを用いることができる。As the negative electrode active material constituting the negative electrode, lithium metal, a lithium alloy, and a material capable of doping and dedoping lithium ions can be used. Such a material that can be doped or dedoped with lithium ions can be appropriately selected from carbon materials, titanium oxide, transition metal nitrides, tin oxide, silicon, and the like. Among them, a carbon material capable of doping and de-doping lithium metal, a lithium alloy, or lithium ion is preferable. In particular, a carbon material capable of doping and de-doping lithium ions is preferable, and such a carbon material may be graphite or amorphous carbon, and may be activated carbon, carbon fiber, carbon black, meso carbon. Carbon microbeads, natural graphite and the like can be used.
【0068】正極を構成する正極活物質としては、Mo
S2、TiS2、MnO2、V2O5などの遷移金属酸化物
または遷移金属硫化物、LiCoO2、LiMnO2、L
iMn2O4、LiNiO2、LiNiXCo(1-X)O2など
のリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物、ポリアニ
リン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレ
ン、ポリアセン、ジメルカプトチアジアゾール/ポリア
ニリン複合体などの導電性高分子化合物、ジスルフィド
化合物等が挙げられる。これらの中でも、特にリチウム
と遷移金属とからなる複合酸化物が好ましい。As the positive electrode active material constituting the positive electrode, Mo is used.
Transition metal oxide or transition metal sulfide such as S 2 , TiS 2 , MnO 2 , V 2 O 5 , LiCoO 2 , LiMnO 2 , L
Composite oxides composed of lithium and a transition metal such as iMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiNi X Co (1-X) O 2 , polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, polyacene, dimercaptothiadiazole / polyaniline composite, etc. Examples include a conductive polymer compound and a disulfide compound. Among these, a composite oxide composed of lithium and a transition metal is particularly preferable.
【0069】ゲル状電解質は、負極と正極の対向したそ
の間隙、および負極と正極の細孔中に充填されて使用さ
れる。負極と正極の間には、負極と正極の電気的な接触
を防ぐためにセパレーターを介在させてもよく、微多孔
性ポリオレフィンフィルムや、ポリオレフィンやセラミ
ックス繊維製の不織布などがセパレーターとして通常使
用されている。The gel electrolyte is used by filling the gap between the negative electrode and the positive electrode facing each other and the pores of the negative electrode and the positive electrode. Between the negative electrode and the positive electrode, a separator may be interposed to prevent electrical contact between the negative electrode and the positive electrode, and a microporous polyolefin film or a nonwoven fabric made of polyolefin or ceramic fiber is usually used as the separator. .
【0070】このようなゲル状電解質を使用したリチウ
ム電池は、フィルム状、円筒型、コイン型、角型、その
他任意の形状に形成することができる。しかし、電池の
基本構造は前述したように形状によらず同じであり、目
的に応じて設計変更を施すことができる。そのような電
池は、電解液の液漏れの心配はほとんどない。A lithium battery using such a gel electrolyte can be formed into a film shape, a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape. However, the basic structure of the battery is the same regardless of the shape as described above, and the design can be changed according to the purpose. In such a battery, there is almost no fear of electrolyte leakage.
【0071】例えば、フィルム状リチウム二次電池の製
造方法を説明すると、銅箔や銅メッシュなどの負極集電
体に負極活物質を塗布して負極とし、またアルミ箔やア
ルミメッシュなどの正極集電体に正極活物質を塗布して
正極とし、次いでゲル状電解質を保持させたポリオレフ
ィン製不織布を介して負極と正極とを積層し、一方アル
ミ箔にポリオレフィンやポリエステル等のフィルムをラ
ミネートした多層フィルムをあらかじめ用意し、この多
層フィルム製外装袋に前記した積層体を収納することに
よって行われる。また、負極および正極上にドクターブ
レード等でゲル状電解質を塗布した後、セパレーターを
介して積層し、その後多層フィルム製外装袋に前記した
積層体を収納することによって製造することもできる。For example, a method of manufacturing a film-shaped lithium secondary battery will be described. A negative electrode active material is applied to a negative electrode current collector such as a copper foil or a copper mesh to form a negative electrode, and a positive electrode current collector such as an aluminum foil or an aluminum mesh is formed. A multi-layer film in which a positive electrode active material is applied to a conductor to form a positive electrode, and then a negative electrode and a positive electrode are laminated via a polyolefin nonwoven fabric holding a gel electrolyte, while a film of polyolefin or polyester is laminated on an aluminum foil. Is prepared in advance, and the above-mentioned laminated body is stored in this multilayer film-made outer bag. Alternatively, it can also be manufactured by applying a gel electrolyte on the negative electrode and the positive electrode with a doctor blade or the like, stacking them via a separator, and then storing the above-mentioned laminate in an outer bag made of a multilayer film.
【0072】電極中へのゲル状電解質の充填は、ゲル状
電解質がチキソ性から流動性を示す以上の圧力で電池を
加圧することによってなされる。この時、電極中のガス
を除きやすくするために、多層フィルム製の袋の内を減
圧にしてもよい。多層フィルム製の袋の封止は、袋の端
部をヒートシールすることによって行なうことができ
る。The filling of the gel electrolyte into the electrode is performed by applying pressure to the battery at a pressure higher than the gel electrolyte shows thixotropic to fluidity. At this time, the inside of the multi-layer film bag may be decompressed so that the gas in the electrode can be easily removed. The sealing of the bag made of the multilayer film can be performed by heat sealing the end of the bag.
【0073】別の電池の製造方法として、正極と負極の
間にあらかじめ微粒子状アルミナを介在させて電池を組
み立てた後、電解液を電池中に注入することによって、
結果的に電解液と疎水性微粒子状アルミナとからなるゲ
ル状電解質を形成させる方法を採用してもよい。As another method for manufacturing a battery, a battery is assembled by interposing fine-particle alumina between a positive electrode and a negative electrode in advance, and then an electrolyte is injected into the battery.
As a result, a method of forming a gel electrolyte composed of an electrolytic solution and hydrophobic fine-particle alumina may be employed.
【0074】[0074]
【実施例】次に実施例を通して本発明をさらに具体的に
説明するが、その要旨を越えない限り、実施例によって
本発明が限定されるものではない。Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the examples unless it exceeds the gist.
【0075】1.ゲル状電解質の調製およびゲル性状の
評価 ゲル状電解質は、まずエチレンカーボネートとメチルエ
チルカーボネートとの混合溶媒(体積比1:2)に電解
質のLiPF6を1(mol/l)の濃度になるように
溶解して電解液(以降、電解液(A)と呼ぶ)を調製
し、次に各種の無機酸化物微粒子を表1に示した割合で
混合し、調製した。 1. Preparation of gel electrolyte and gel properties
The evaluation gel electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 as an electrolyte to a concentration of 1 (mol / l) in a mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate (volume ratio of 1: 2) to obtain an electrolytic solution (hereinafter referred to as “electrolyte”). (Referred to as an electrolytic solution (A)), and then various inorganic oxide fine particles were mixed at the ratio shown in Table 1 to prepare.
【0076】[0076]
【表1】 [Table 1]
【0077】(註) (1)日本エアロジル社製品(ヒュームドアルミナ;商
品名AEROSIL C)を500℃で加熱処理した。 (2)日本エアロジル社製品(ヒュームドアルミナ;商
品名AEROSIL C)をオクタデシルジメチルクロ
ロシランで処理した後、200℃で加熱処理した。 (3)日本エアロジル社製品(親水性ヒュームドシリ
カ;商品名 AEROSIL 200) (4)日本エアロジル社製品(親水性ヒュームドチタニ
ア;商品名AEROSIL P25) (5)エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネー
トの体積比1:2の混合溶媒にLiPF6を1(mol
/l)の濃度で溶解した電解液(Note) (1) A product of Nippon Aerosil Co., Ltd. (fumed alumina; trade name: AEROSIL C) was heated at 500 ° C. (2) A product manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. (fumed alumina; trade name: AEROSIL C) was treated with octadecyldimethylchlorosilane and then heated at 200 ° C. (3) Nippon Aerosil products (hydrophilic fumed silica; trade name AEROSIL 200) (4) Nippon Aerosil products (hydrophilic fumed titania; trade name AEROSIL P25) (5) Volume ratio of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate 1 (mol) of LiPF 6 in a 1: 2 mixed solvent
/ L) electrolytic solution dissolved at a concentration of
【0078】前記酸化物微粒子の性状は、表2に記載し
た通りである。なお、種類の欄に記載した括弧内の番号
は、前記註釈欄に記載した番号に対応する。The properties of the oxide fine particles are as described in Table 2. The numbers in parentheses described in the type column correspond to the numbers described in the comment column.
【表2】 [Table 2]
【0079】前記の電解質について、次に記す方法でチ
キソ性の評価を行ない、その結果を表3に示した。直径
40mmで高さ70mmの容器にゲル状電解質を30m
mの深さになるように入れ、このゲル状電解質上に直径
3.3mmの棒を押し当て、棒に徐々に荷重を加えた。
この時に棒が25mm以上沈む荷重を流動荷重と命名
し、その値でチキソ性を評価した。この流動荷重が大き
いほどチキソ性が高く、液の流動性が少ないことを示し
ている。The thixotropic properties of the above-mentioned electrolytes were evaluated by the following method, and the results are shown in Table 3. Gel electrolyte 30 m in a container of 40 mm in diameter and 70 mm in height
m, and a rod having a diameter of 3.3 mm was pressed onto the gel electrolyte, and a load was gradually applied to the rod.
At this time, the load at which the rod sinks by 25 mm or more was named the flow load, and the thixotropic property was evaluated based on the value. The greater the flow load, the higher the thixotropy and the lower the fluidity of the liquid.
【0080】[0080]
【表3】 (註) 棒のみの荷重(3g)で流動した。[Table 3] (Note) It flowed under the load (3 g) of only the rod.
【0081】表3に示した結果から、実施例1〜6のゲ
ル状電解質はチキソ性を示し、電解質はほとんど流動性
がなくなっている。一方、ヒュームドアルミナを添加し
ない系(比較例1)およびヒュームドアルミナの添加量
が少ない系(比較例2)では、流動荷重が小さく、ほと
んどゲル化していないことがわかる。また、実施例2と
3の比較から、疎水化した微粒子状アルミナを使用した
方がチキソ性に優れていることがわかる。From the results shown in Table 3, the gel electrolytes of Examples 1 to 6 show thixotropic properties, and the electrolytes have almost no fluidity. On the other hand, in the system in which fumed alumina was not added (Comparative Example 1) and the system in which the amount of fumed alumina was small (Comparative Example 2), the flow load was small, and it was found that almost no gelation occurred. Further, from the comparison between Examples 2 and 3, it can be seen that the use of hydrophobized particulate alumina is more excellent in thixotropy.
【0082】2.ゲル状電解質の熱安定性の評価 前記の実施例および比較例で得られた電解質について、
熱安定性の評価を行った。評価方法は、ゲル状電解質を
80℃の恒温槽に24時間保存して、ガス発生の有無か
ら判断した。[0082] 2. Evaluation of the thermal stability of the gel electrolyte The electrolyte obtained in the above Examples and Comparative Examples,
The thermal stability was evaluated. In the evaluation method, the gel electrolyte was stored in a thermostat at 80 ° C. for 24 hours, and judgment was made based on the presence or absence of gas generation.
【0083】[0083]
【表4】 [Table 4]
【0084】表4の結果から、疎水性微粒子状アルミナ
を用いるとガス発生はなく、LiPF6との反応が抑制
されていることがわかる。一方、親水性ヒュームドシリ
カおよび親水性ヒュームドチタニアを使用すると、明ら
かにガス発生が認められた。From the results shown in Table 4, it can be seen that no gas was generated when the hydrophobic fine-particle alumina was used, and the reaction with LiPF 6 was suppressed. On the other hand, when hydrophilic fumed silica and hydrophilic fumed titania were used, gas generation was clearly observed.
【0085】3.ゲル状電解質を使用したリチウムイオ
ン電池の特性 前記の実施例および比較例で得た電解質を用いてリチウ
ムイオン電池を作製し、電池の初期負荷特性および高温
保存特性の評価を行なった。[0085] 3. Lithium ion using gel electrolyte
To prepare a lithium ion battery using the electrolyte obtained in Examples and Comparative Examples of the characteristics above down battery was evaluated for initial load characteristics and high temperature storage characteristics of the battery.
【0086】<負極の作製>天然黒鉛(中越黒鉛社製L
F−18A)87重量部と結着剤のポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)13重量部を混合し、溶剤のN−メチル
ピロリジノンに分散させ、天然黒鉛合剤スラリーを調製
した。次に、この負極合剤スラリーを厚さ18μmの帯
状銅箔製の負極集電体に塗布し乾燥させた後、圧縮成型
してから直径14mmの円盤状に打ち抜きコイン型の天
然黒鉛電極を得た。この天然黒鉛電極合剤の厚さは11
0μm、重量は20mg/Φ14mmであった。<Preparation of Negative Electrode> Natural graphite (L made by Chuetsu Graphite Co., Ltd.)
87 parts by weight of F-18A) and 13 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were mixed and dispersed in N-methylpyrrolidinone as a solvent to prepare a natural graphite mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry was applied to a 18 μm-thick negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil, dried, compression molded, and then punched into a disk shape having a diameter of 14 mm to obtain a coin-shaped natural graphite electrode. Was. The thickness of this natural graphite electrode mixture is 11
0 μm and the weight was 20 mg / Φ14 mm.
【0087】<LiCoO2電極の作製>LiCoO
2(本荘FMCエナジーシステムズ(株)製 HLC−
21)90重量部と、導電剤の黒鉛6重量部およびアセ
チレンブラック1重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリ
デン3重量部とを混合し、溶剤のN−メチルピロリドン
に分散させ、LiCoO2合剤スラリーを調製した。こ
のLiCoO2合剤スラリーを厚さ20μmのアルミ箔
に塗布してから乾燥させ、その後圧縮成型した。これを
直径13mmの円盤状に打ち抜いてLiCoO2コイン
型電極を作製した。このLiCoO2合剤の厚さは90
μm、重量は35mg/Φ13mmであった。<Preparation of LiCoO 2 Electrode>
2 (HLC- manufactured by Honjo FMC Energy Systems Co., Ltd.
21) 90 parts by weight, 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, 1 part by weight of acetylene black, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, dispersed in N-methylpyrrolidone as a solvent, and mixed with LiCoO 2. An agent slurry was prepared. This LiCoO 2 mixture slurry was applied to a 20 μm-thick aluminum foil, dried, and then compression molded. This was punched out into a 13 mm-diameter disc to produce a LiCoO 2 coin-type electrode. The thickness of this LiCoO 2 mixture is 90
μm, and the weight was 35 mg / Φ13 mm.
【0088】<コイン型電池の作製>直径14mmの天
然黒鉛電極、直径13mmのLiCoO2電極、および
厚さ25μmで両面にゲル状電解質を50mgずつ塗り
付けた直径16mmの微多孔性ポリプロピレンフィルム
からできたセパレータを準備した。なお、比較例5で
は、同形状の微多孔性ポリプロピレンフィルムに電解液
を含浸させた。次に、ステンレス製2032サイズの電
池缶内に天然黒鉛電極、セパレーター、およびLiCo
O2電極をこの順序で積層した。その後、電池缶内にア
ルミニウム製の板(厚さ1.2mm、直径16mm)を
収納し、押し付け、余分なゲル状電解質を電極上からは
みださせて除いた。最後に、バネを収納し、ポリプロピ
レン製のガスケットを介して電池缶蓋をかしめた。その
結果、直径20mm、高さ3.2mmのコイン型電池が
得られ、かつ電池内の気密性は保たれていた。<Preparation of Coin-Type Battery> A natural graphite electrode having a diameter of 14 mm, a LiCoO 2 electrode having a diameter of 13 mm, and a microporous polypropylene film having a diameter of 16 mm and a thickness of 25 μm each coated with 50 mg of a gel electrolyte on both surfaces. A separator was prepared. In Comparative Example 5, an electrolytic solution was impregnated in a microporous polypropylene film having the same shape. Next, a natural graphite electrode, a separator, and LiCo are placed in a stainless steel 2032 size battery can.
The O 2 electrode were laminated in this order. Then, an aluminum plate (thickness: 1.2 mm, diameter: 16 mm) was housed in the battery can, pressed, and excess gel electrolyte was removed by protruding from the electrode. Finally, the spring was housed, and the battery can lid was swaged via a gasket made of polypropylene. As a result, a coin-type battery having a diameter of 20 mm and a height of 3.2 mm was obtained, and the airtightness in the battery was maintained.
【0089】<電池の負荷特性の測定>前記したコイン
型電池を使用し、0.5mA定電流および4.2V定電
圧の条件で、この電池に4.2V定電圧の時の電流値が
0.05mAになるまで充電し、その後、1mA定電流
および3.0V定電圧の条件で、この電池から3.0V
定電圧の時の電流値が0.05mAになるまで放電し
た。次いで、この電池を3.9Vに充電して60℃で1
日間保存した後、1mAの定電流および定電圧の条件
で、終了条件を定電圧時の電流値0.05mAとして、
4.2V〜3.0Vの充放電を一回行ない放電容量を測
定した(低負荷放電容量とする)。<Measurement of Load Characteristics of Battery> Using the above-mentioned coin-type battery, the current value of the battery at a constant voltage of 4.2 V was 0 at a constant current of 0.5 mA and a constant voltage of 4.2 V. The battery was charged until the current reached 0.05 mA, and then 3.0 V from the battery under the conditions of a constant current of 1 mA and a constant voltage of 3.0 V.
It discharged until the current value at the time of a constant voltage became 0.05 mA. Next, the battery was charged to 3.9 V and charged at 60 ° C. for 1 hour.
After storage for 1 day, under the conditions of a constant current and a constant voltage of 1 mA, the termination condition was a current value of 0.05 mA at a constant voltage,
A charge / discharge of 4.2 V to 3.0 V was performed once, and a discharge capacity was measured (a low load discharge capacity).
【0090】次に、同様の条件で4.2Vに充電した
後、10mA定電流、電池電圧が3.0Vになった時点
で放電を終了する条件で、放電を行い、放電容量を測定
した(高負荷放電容量とする)。この時の低負荷放電容
量に対する高負荷放電容量の比率をもとめて初期負荷特
性指標と定め、その結果を表5に示した。Next, the battery was charged to 4.2 V under the same conditions, and then discharged at a constant current of 10 mA and terminated when the battery voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity was measured ( High load discharge capacity). The ratio of the high-load discharge capacity to the low-load discharge capacity at this time was determined as an initial load characteristic index, and the results are shown in Table 5.
【0091】次に、電池の状態での高温安定性を調べる
ために、高温保存特性を調べた。この電池を1mA定電
流および4.20V定電圧の条件で、4.2V定電圧の
時の電流値が0.05mAになるまで充電した。その
後、この電池を、60℃の恒温槽で7日間高温保存を行
なった。その後に、初期負荷特性指標の測定と同じ条件
で負荷特性を測定して保存後負荷特性指標と定め、その
結果を表5に示した。Next, in order to examine the high temperature stability in the state of the battery, the high temperature storage characteristics were examined. The battery was charged under the conditions of a constant current of 1 mA and a constant voltage of 4.20 V until the current value at a constant voltage of 4.2 V became 0.05 mA. Thereafter, the battery was stored at a high temperature for 7 days in a thermostat at 60 ° C. Thereafter, the load characteristics were measured under the same conditions as the measurement of the initial load characteristic index, and determined as the post-storage load characteristic index. The results are shown in Table 5.
【0092】[0092]
【表5】 (註) (9)充放電できなかったことを示す。[Table 5] (Note) (9) Indicates that charging / discharging could not be performed.
【0093】表5の結果から、微粒子状アルミナを含む
ゲル状電解質を用いた電池は、電解液を用いた電池と同
等かまたはそれ以上の電池特性を有していた。これに対
して、表面水酸基が存在するヒュームドシリカおよびヒ
ュームドチタニアを使用したゲル状電解質を用いた電池
は、ほとんど充放電を行なうことができなかった。From the results shown in Table 5, it was found that the battery using the gel electrolyte containing the particulate alumina had battery characteristics equal to or better than the battery using the electrolyte. On the other hand, a battery using a gel electrolyte using fumed silica having surface hydroxyl groups and fumed titania could hardly be charged or discharged.
【0094】[0094]
【発明の効果】本発明に係わるゲル状電解質は、少量の
微粒子状アルミナを添加するだけで電解液が安定したゲ
ル状態になっており、また、LiPF6のようなフッ素
原子を含有するリチウム塩を電解質に使用した場合であ
っても両者間に反応がほとんど起こらず、高いイオン伝
導度を保持しかつ安定な電解質を形成している。Gel electrolyte according to the present invention is adapted to gel state electrolyte stable only by adding a small amount of particulate alumina, also lithium salt containing fluorine atom such as LiPF 6 Even when is used as an electrolyte, almost no reaction occurs between them, and a high electrolyte is maintained and a stable electrolyte is formed.
【0095】この高いイオン伝導度を持ち、かつ安定な
ゲル状電解質を用いた電池は、電解質と非水系有機溶媒
とから構成された電解液を用いた従来の電池とほぼ同程
度の負荷特性および高温保存特性を示しており、その上
液漏れの心配がほとんどない電池であった。The battery using the gel electrolyte having a high ionic conductivity and having a stable ionic conductivity has almost the same load characteristics and load characteristics as those of a conventional battery using an electrolyte composed of an electrolyte and a non-aqueous organic solvent. The battery exhibited high-temperature storage characteristics, and furthermore, had almost no fear of liquid leakage.
Claims (16)
ルミナからなり、そのアルミナの単位表面積当たりの表
面水酸基数が0.003(mmol/m2)以下である
ことを特徴とするゲル状電解質。1. A gel electrolyte comprising an electrolyte, a non-aqueous organic solvent, and particulate alumina, wherein the number of surface hydroxyl groups per unit surface area of the alumina is 0.003 (mmol / m 2 ) or less.
アルキルアンモニウム塩であることを特徴とする請求項
1に記載のゲル状電解質。2. The gel electrolyte according to claim 1, wherein said electrolyte is a lithium salt or a tetraalkylammonium salt.
ンモニウム塩が、その分子中にフッ素原子を含有してい
ることを特徴とする請求項2に記載のゲル状電解質。3. The gel electrolyte according to claim 2, wherein said lithium salt or tetraalkylammonium salt contains a fluorine atom in its molecule.
F4、および一般式 Li+ N-(SO2R11)(SO2R12) で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1
種のリチウム塩であることを特徴とする請求項3に記載
のゲル状電解質。(ここで、R11およびR12は、炭素数
2〜6のフルオロアルキル基を表わす)4. The method according to claim 1, wherein the lithium salt is LiPF 6 , LiB
At least one selected from the group consisting of F 4 and a compound represented by the general formula Li + N − (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 )
The gel electrolyte according to claim 3, which is a kind of lithium salt. (Where R 11 and R 12 represent a fluoroalkyl group having 2 to 6 carbon atoms)
媒であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
載のゲル状電解質。5. The gel electrolyte according to claim 1, wherein said non-aqueous solvent is an aprotic organic solvent.
(1)、(2)、および(3)からなる群から選ばれる
少なくとも一種の溶媒であることを特徴とする請求項5
に記載のゲル状電解質。 【化1】 (ここで、R1〜R6およびR8は、水素、フッ素、炭素
数が1〜6の炭化水素基、またはフルオロアルキル基を
表わし、R7は、水素、炭素数が1〜6の炭化水素基、
フルオロアルキル基、アルコキシ基、または炭素数が1
〜12のジアルキルアミノ基を表わし、X、Y、W、Z
は、O、CH2、またはN−R9を表わし、R9は、炭素
数が1〜6の炭化水素基である。)6. The organic solvent according to claim 5, wherein said aprotic organic solvent is at least one solvent selected from the group consisting of formulas (1), (2) and (3).
2. The gel electrolyte according to item 1. Embedded image (Here, R 1 to R 6 and R 8 represent hydrogen, fluorine, a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluoroalkyl group, and R 7 represents hydrogen, a carbon group having 1 to 6 carbon atoms. Hydrogen group,
A fluoroalkyl group, an alkoxy group, or a group having 1 carbon atom
X, Y, W, and Z represent a dialkylamino group of
Represents O, CH 2 , or NR 9 , wherein R 9 is a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. )
カーボネートまたはプロピレンカーボネートと、ジメチ
ルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート
からなる群から選ばれる少なくとも1種の鎖状エステル
との混合溶媒であることを特徴とする請求項5に記載の
ゲル状電解質。7. The aprotic organic solvent is ethylene carbonate or propylene carbonate, and at least one chain ester selected from the group consisting of dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate. The gel electrolyte according to claim 5, which is a mixed solvent of the following.
潤試験によって測定されるそのメタノール臨界濃度が2
0重量%以上であることを特徴とする請求項1〜7のい
ずれかに記載のゲル状電解質。8. The above-mentioned particulate alumina has a methanol critical concentration of 2 as measured by a methanol wet test.
The gel electrolyte according to any one of claims 1 to 7, wherein the content is 0% by weight or more.
が30(m2/g)以上であることを特徴とする請求項
1〜8のいずれかに記載のゲル状電解質。9. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the particulate alumina has a specific surface area of 30 (m 2 / g) or more.
が50nm以下であることを特徴とする請求項1〜9の
いずれかに記載のゲル状電解質。10. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the fine particle alumina has a particle diameter of 50 nm or less.
より微粒子状アルミナの表面が疎水化処理されているこ
とを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のゲル
状電解質。11. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the surface of the particulate alumina is subjected to a hydrophobic treatment with a hydrophobizing agent.
シリル化剤であることを特徴とする請求項11に記載の
ゲル状電解質。12. The gel electrolyte according to claim 11, wherein the hydrophobizing agent is an alkylating agent or a silylating agent.
よって微粒子状アルミナの表面が疎水化処理されている
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のゲ
ル状電解質。13. The gel electrolyte according to claim 1, wherein the fine-particle alumina has a surface subjected to a hydrophobic treatment by heat treatment.
気相酸化法によって得られていることを特徴とする請求
項1〜13のいずれかに記載のゲル状電解質。14. The gel electrolyte according to claim 1, wherein said particulate alumina is obtained by a gas phase oxidation method in a flame.
質全体の5〜30重量%を占めることを特徴とする請求
項1〜14のいずれかに記載のゲル状電解質。15. The gel electrolyte according to claim 1, wherein said particulate alumina occupies 5 to 30% by weight of the entire gel electrolyte.
ウムイオンを吸蔵放出できる炭素、およびリチウムイオ
ンを吸蔵放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる
少なくとも1種の材料からなり、正極は、遷移金属酸化
物、遷移金属硫化物、リチウムと遷移金属の複合酸化
物、導電性高分子化合物、ジスルフィド化合物からなる
群から選ばれる少なくとも1種の材料からなり、電解質
は、請求項1〜15のいずれかに記載のゲル状電解質か
らなることを特徴とするリチウム電池。16. The negative electrode is made of at least one material selected from the group consisting of lithium, a lithium alloy, carbon capable of storing and releasing lithium ions, and a metal oxide capable of storing and releasing lithium ions. An oxide, a transition metal sulfide, a composite oxide of lithium and a transition metal, a conductive polymer compound, and at least one material selected from the group consisting of a disulfide compound, and the electrolyte is any one of claims 1 to 15. A lithium battery comprising the gel electrolyte according to item 1.
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