JP2002190320A - Solid electrolyte and battery using the same - Google Patents
Solid electrolyte and battery using the sameInfo
- Publication number
- JP2002190320A JP2002190320A JP2000386090A JP2000386090A JP2002190320A JP 2002190320 A JP2002190320 A JP 2002190320A JP 2000386090 A JP2000386090 A JP 2000386090A JP 2000386090 A JP2000386090 A JP 2000386090A JP 2002190320 A JP2002190320 A JP 2002190320A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- electrolyte
- battery
- polymer
- electrolytic solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電池性能に優れ、放電容量維持性の高い非水
二次電池とそれに用いるのに好適な固体状電解質とそれ
を用いた非水二次電池を提供する。
【解決手段】 電解液および高分子架橋体からなる固体
状電解質において、固体状電解質中の電解液比率と高分
子成分の架橋密度とが、図2中の領域1、領域2又は領
域3に示した範囲内にある固体状電解質。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-aqueous secondary battery having excellent battery performance and high discharge capacity retention, a solid electrolyte suitable for use therein, and a non-aqueous secondary battery using the same. SOLUTION: In a solid electrolyte composed of an electrolyte solution and a crosslinked polymer, the ratio of the electrolyte solution in the solid electrolyte and the crosslink density of the polymer component are shown in region 1, region 2 or region 3 in FIG. Solid electrolyte within the specified range.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】イオン伝導を発現する塩化合
物を含む電解液を高分子架橋体内に包含した固体状電解
質およびその固体状電解質を使用した電気化学デバイ
ス。とりわけリチウム塩を溶解した非水電解液高分子架
橋体内に包含した固体状電解質およびそれを用いたリチ
ウム二次電池。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte comprising an electrolyte solution containing a salt compound exhibiting ionic conduction in a crosslinked polymer, and an electrochemical device using the solid electrolyte. In particular, a solid electrolyte contained in a crosslinked polymer of a nonaqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved, and a lithium secondary battery using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、携帯電話機、ビデオカメラ、ノー
ト型パソコン等の小型化および携帯化、あるいは電気自
動車等の実用化に向けて、より高エネルギー密度の蓄電
池が要望されているが、その中でも有機溶剤に塩を溶解
させた電解液を用いることにより3V以上の出力が可能
な非水系電解液電池は期待されている。その代表例とし
ては現在既に上市されているリチウムイオン二次電池が
挙げられる。これらの非水系電解液電池の正極には、L
iMn2O4等のスピネル構造化合物や、一般的にLi
MO2で表せられるα−NaFeO2構造を有するリチ
ウム含有遷移金属複合酸化物等が利用できる。ここでM
はCo,Ni,Al,Mn,Ti,Fe等から選ばれる
単独もしくは2種類以上の金属元素である。さらにはリ
チウムの挿入可能なMnO2やV2O5等の金属酸化物
やTiS2やZnS2等の金属硫化物、電気化学的酸化
還元活性を有するポリアニリンやポリピロール等のπ共
役系高分子、分子内に硫黄−硫黄結合の形成−開裂を利
用するジスルフィド化合物等を用いることも可能であ
る。一方負極としては、金属リチウムもしくは各種リチ
ウム合金、SnO2等各種金属酸化物、あるいはリチウ
ムを吸蔵放出可能な炭素材料を用いることができる。炭
素材料としては天然に産出される黒鉛もしくは有機原料
を2000℃以上の高温で焼成し、グラファイト構造が
発達した平坦な電位特性を有する黒鉛系炭素材料、ある
いは有機原料を1000℃以下の比較的低温で焼成し、
黒鉛系材料よりも大きな充放電容量が期待できるコーク
ス系炭素材料等が用いられる。2. Description of the Related Art In recent years, storage batteries with higher energy density have been demanded for miniaturization and portability of portable telephones, video cameras, notebook personal computers and the like, or practical use of electric vehicles and the like. A non-aqueous electrolyte battery capable of outputting 3 V or more by using an electrolyte in which a salt is dissolved in an organic solvent is expected. A typical example is a lithium-ion secondary battery that is already on the market. The positive electrode of these non-aqueous electrolyte batteries is L
a spinel structure compound such as iMn 2 O 4 or generally Li
A lithium-containing transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure represented by MO 2 can be used. Where M
Is a single or two or more metal elements selected from Co, Ni, Al, Mn, Ti, Fe and the like. Further, metal oxides such as MnO 2 and V 2 O 5 into which lithium can be inserted, metal sulfides such as TiS 2 and ZnS 2 , π-conjugated polymers such as polyaniline and polypyrrole having electrochemical redox activity, It is also possible to use a disulfide compound utilizing the formation and cleavage of a sulfur-sulfur bond in the molecule. On the other hand, as the negative electrode, metallic lithium, various lithium alloys, various metal oxides such as SnO 2 , or a carbon material capable of inserting and extracting lithium can be used. As a carbon material, naturally produced graphite or an organic material is fired at a high temperature of 2,000 ° C. or more, and a graphite-based carbon material having a flat potential characteristic with a developed graphite structure or an organic material at a relatively low temperature of 1000 ° C. or less. Baking,
A coke-based carbon material or the like that can be expected to have a larger charge / discharge capacity than a graphite-based material is used.
【0003】現在上市されているリチウムイオン二次電
池における正極と負極の組み合わせとして、現状では正
極にはLiCoO2やLiMn2O4等のリチウム含有
遷移金属複合酸化物が、一方負極には各種炭素材料が用
いられる場合が多い。これらの電池は平均で3.6〜
3.8V程度の電圧で作動する。上記電極には、電極の
電子伝導性を向上させる目的として、粉末や繊維状の金
属もしくは炭素を加える場合がある。金属としては、
銅、銀、アルミ等が、炭素としては、黒鉛、カーボンブ
ラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等を
用いることができる。また電極の製造方法としては、結
着剤の役目をする少量の高分子材料、例えばポリフッ化
ビニリデン(PVDF)を1−メチル−2−ピロリドン
等の溶剤に溶解したものに、各種活物質および適宜炭素
や金属の微粉体からなる導電助剤を分散させてペースト
状にした電極合剤を、電極芯材となる厚さ数十μmの金
属箔の両面又は片面に塗布した後、有機溶剤を除去する
方法が広く行われている。その他の結着剤の例として
は、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EP
ゴム)、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体やフッ
化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の
各種フッ素ゴム等が挙げられる。その他では、ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)やSBR、NBR等の
高分子のラテックスやディスパージョンに、ポリメタク
リル酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロース(CM
C)等の水溶性高分子を増粘剤として加えたものを結着
剤として利用する方法もある。また電極芯材は集電体と
も呼ばれ、正極側にはアルミ箔が、一方負極側には銅箔
が一般に用いられることが多い。また塗布−乾燥直後の
電極では、乾燥過程で溶剤が抜けることにより、電極内
に空隙が生じ、充填率が低くなりすぎる場合がある。そ
れにより電極合剤中の粒子同士の接触が弱くなり、電子
伝導性が不十分となる。そのため、ロールプレス等によ
り、電極の充填率を高め、電極の電子伝導性を向上させ
ることが行われる場合が多い。At present, as a combination of a positive electrode and a negative electrode in a lithium ion secondary battery currently on the market, a lithium-containing transition metal composite oxide such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is used for the positive electrode, and various carbons are used for the negative electrode. Materials are often used. These batteries average 3.6-
It operates at a voltage of about 3.8V. In some cases, powder or fibrous metal or carbon is added to the electrode for the purpose of improving the electron conductivity of the electrode. As metal,
Copper, silver, aluminum and the like can be used, and as carbon, graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black and the like can be used. As a method for manufacturing an electrode, a small amount of a polymer material serving as a binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) dissolved in a solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone, and various active materials and After applying an electrode mixture made into a paste by dispersing a conductive auxiliary agent composed of fine powder of carbon or metal to both sides or one side of a metal foil having a thickness of several tens of μm serving as an electrode core material, an organic solvent is removed. The way to do it is widely done. Examples of other binders include ethylene-propylene-diene terpolymer (EP
Rubber), various fluororubbers such as vinylidene fluoride-propylene copolymer and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. Others include polytetrafluoroethylene (PTFE), polymer latex and dispersion such as SBR and NBR, sodium polymethacrylate and carboxymethyl cellulose (CM).
There is also a method of using a binder obtained by adding a water-soluble polymer such as C) as a thickener as a binder. The electrode core material is also called a current collector, and an aluminum foil is generally used on the positive electrode side, and a copper foil is generally used on the negative electrode side. In addition, in the electrode immediately after coating and drying, the solvent may be removed during the drying process, so that voids may be formed in the electrode and the filling rate may be too low. Thereby, the contact between the particles in the electrode mixture becomes weak, and the electron conductivity becomes insufficient. Therefore, in many cases, the filling rate of the electrode is increased by a roll press or the like to improve the electron conductivity of the electrode.
【0004】通常は上記の様な方法で作製した正極と負
極とを、両者が対向する形で、隔膜となる高分子製の微
孔質フィルムを介して、形が崩れないように何層にもし
っかり巻き取り、それを金属製の電池缶に挿入し、最終
的に電解液を入れた後、機械的な方法でカシメるか、も
しくはレーザー溶接等の方法で完全に密閉することによ
り電池が製造される。ここで隔膜としては、ポリプロピ
レンやポリエチレン製の微孔質膜が使用され、また電解
液としては、通常リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水
系電解液が用いられる。有機溶媒としてはエチレンカー
ボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、スルホラン、ジエチルカーボネート、ジメチルカー
ボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、2−
メチル−テトラヒドロフラン、各種グライム類等を単独
もしくは2種類以上混合したものが用いられる。リチウ
ム塩としては、電解液にした時のイオン伝導度が高い、
あるいは電池の利用電位範囲で電気化学的に安定である
等の理由から、主に六フッ化リン酸リチウム(LiPF
6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四フッ化ほ
う酸リチウム(LiBF4)等が使用される場合が多
い。また近年では、ビス(トリフルオロメチルスルフォ
ニル)イミドリチウム(Li(CF3SO2)2N)等
の各種イミド塩も検討されている。リチウムイオン二次
電池に代表される上記のような非水電解液系電池におい
ては、高容量化および長寿命化が望まれているが、その
一方で安全性の向上や電池形状の自由度の向上等の観点
から、固体もしくは固体状の電解質の利用が検討されて
いる。すなわち、流動性を有する電解液に代えて、高分
子化合物にリチウム塩を溶解しイオン伝導性を持たせた
電解質や、高分子架橋構造体に電解液を保持することに
より流動性を抑えたゲル状の電解質、あるいはイオン導
電性を有する無機セラミックス、ガラス等の使用が検討
されている。このような固体状の電解質からなるフィル
ムを正極と負極との間に挟み込んで電池を作製すること
により、電解液の液漏れが防止でき、また電池形状自体
をフィルム状にすることも可能となる。[0004] Usually, the positive electrode and the negative electrode produced by the above-described method are layered so as not to lose their shapes through a polymer microporous film serving as a diaphragm so that they are opposed to each other. After firmly winding it up, inserting it into a metal battery can and finally putting in the electrolyte, caulking it by a mechanical method or completely sealing it by laser welding etc. Manufactured. Here, a microporous membrane made of polypropylene or polyethylene is used as the diaphragm, and a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is usually used as the electrolyte. As the organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, 2-
Methyl-tetrahydrofuran, various glymes, etc. may be used alone or in combination of two or more. Lithium salt has high ionic conductivity when made into electrolyte,
Alternatively, lithium hexafluorophosphate (LiPF) is mainly used because it is electrochemically stable in the use potential range of the battery.
6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and the like are often used. In recent years, various imide salts such as lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N) have been studied. In non-aqueous electrolyte batteries as described above, such as lithium ion secondary batteries, high capacity and long life are desired, but on the other hand, improvement of safety and freedom of battery shape are required. From the viewpoint of improvement and the like, utilization of a solid or solid electrolyte has been studied. In other words, instead of an electrolyte having fluidity, an electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in a polymer compound to have ionic conductivity, or a gel in which the fluidity is suppressed by holding the electrolyte in a polymer crosslinked structure The use of electrolytes in the form of an electrolyte, inorganic ceramics having ionic conductivity, glass, and the like has been studied. By sandwiching a film made of such a solid electrolyte between a positive electrode and a negative electrode to form a battery, it is possible to prevent electrolyte leakage and to make the battery shape itself into a film shape. .
【0005】このような固体もしくは固体状の電解質の
中では、室温でのイオン伝導性や成膜性などから、電解
液を含むゲル状の電解質が多く検討されている。すなわ
ち室温で電池として動作させるには、室温でのイオン伝
導度が1mS/cmオーダーもしくはそれに準ずる値で
あり、かつ薄膜化が可能である必要がある。したがっ
て、現時点においては高分子架橋構造体で電解液をゲル
状にしたゲル電解質を利用することが最も現実的であ
る。ゲル電解質としてまず考えられるのは、直鎖状の高
分子量ポリマーを電解液で可塑化した系である。すなわ
ちポリマーを電解液に高温で溶解させ、成膜した後室温
に戻してゲル化させる方法や、ポリマーと電解液の組み
合わせにさらに低沸点溶剤で希釈して流動性を持たせた
後、低沸点溶剤を揮散させて成膜することにより作製さ
れるもので、このような系ではポリマーに化学的な架橋
構造はないものの、極端に高粘性であるか、もしくは電
解液と高分子成分との部分的に相分離による物理的な架
橋により流動性がなくなり、実質的に固体として扱え
る。具体的にはポリアクリロニトリル、ポリエチレンオ
キシド、エチレングリコール−プロピレングリコール共
重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデ
ンなどの比較的分子量の大きいポリマーを電解液で可塑
化したゲル状の電解質が知られている。これらの系は、
製造上高粘性の溶液を扱う必要があることや、化学的な
架橋構造を持たないため高温下で流動化してしまう等の
欠点がある。Among such solid or solid electrolytes, gel electrolytes containing an electrolytic solution have been studied in many cases because of their ionic conductivity and film-forming properties at room temperature. That is, in order to operate as a battery at room temperature, it is necessary that the ionic conductivity at room temperature be on the order of 1 mS / cm or a value equivalent thereto, and that a thin film can be formed. Therefore, at present, it is most practical to use a gel electrolyte in which an electrolytic solution is made into a gel with a polymer crosslinked structure. The first conceivable gel electrolyte is a system in which a linear high molecular weight polymer is plasticized with an electrolytic solution. That is, a method of dissolving a polymer in an electrolytic solution at a high temperature, returning to room temperature after forming a film, and gelling, or further diluting a combination of the polymer and the electrolytic solution with a low-boiling solvent so as to have fluidity, and then having a low boiling point It is produced by evaporating a solvent to form a film.In such a system, although the polymer does not have a chemical cross-linking structure, it has extremely high viscosity, or a part of the electrolyte and the polymer component Fluidity is lost due to physical cross-linking due to phase separation, and it can be handled substantially as a solid. Specifically, a gel electrolyte in which a polymer having a relatively large molecular weight such as polyacrylonitrile, polyethylene oxide, ethylene glycol-propylene glycol copolymer, polymethyl methacrylate, or polyvinylidene fluoride is plasticized with an electrolyte is known. I have. These systems are
There are drawbacks such as the necessity of handling a highly viscous solution in production and the lack of a chemical cross-linking structure which causes fluidization at high temperatures.
【0006】次に、各種(メタ)アクリレートモノマーや
ビニルモノマーを重合する方法がある。すなわち重合可
能な二重結合を有するモノマーを電解液に溶解してお
き、熱、光、放射線、あるいはラジカル開始剤を用いて
モノマーを重合させる方法である。その際一部多官能性
のモノマーを加えておくことにより、重合反応時に架橋
構造が形成され流動性を失い、電解液を保持したまま系
全体を固化させることができる。このような例として
は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等の各種
(メタ)アクリル酸エステルモノマーや酢酸ビニル、スチ
レンおよびその誘導体等のモノマーを電解液中に溶解し
ておき、重合させるが、その際、多官能性のジメタクリ
ル酸エチレングリコールやジメタクリル酸エチレン等も
共存させ、それらを共重合させることにより、架橋構造
体が形成され系全体の流動性を失う。その他には、ポリ
エチレングリコールエチルエーテルメタクリレートやポ
リエチレングリコールジメタクリレート等のマクロモノ
マーを電解液中で重合させたものが知られている。また
これらの重合方法としては紫外線や電子線照射による光
重合、あるいは過酸化ジベンゾイルやアゾビスイソブチ
ロニトリル等のラジカル開始剤の存在下で熱重合させる
方法がある。また同様にウレタンやエポキシ反応等の重
付加型の化学反応を用いて架橋構造を形成させることに
より系全体を固化させる方法もある。重合法もしくは化
学架橋法により固体状電解質を作製する場合は必ずしも
高粘性の溶液を扱う必要は無く、最終的な形状で固化す
るため安定性及び保液性に優れ、かつ化学的な架橋構造
を有するため耐熱性も高い。またあらかじめ原液を多孔
質体や不織布等に含浸させておいて固化させることによ
り、薄くて強度の高い電解質膜を得ることも可能であ
る。Next, there is a method of polymerizing various (meth) acrylate monomers and vinyl monomers. That is, this is a method in which a monomer having a polymerizable double bond is dissolved in an electrolytic solution, and the monomer is polymerized using heat, light, radiation, or a radical initiator. At this time, by partially adding a polyfunctional monomer, a crosslinked structure is formed during the polymerization reaction, the fluidity is lost, and the entire system can be solidified while holding the electrolytic solution. Examples of such materials include methyl methacrylate and ethyl methacrylate.
Monomers such as (meth) acrylate monomers, vinyl acetate, styrene and derivatives thereof are dissolved in an electrolytic solution and polymerized. In this case, polyfunctional ethylene glycol dimethacrylate or ethylene dimethacrylate is used. And co-polymerize them to form a crosslinked structure and lose the fluidity of the entire system. In addition, those obtained by polymerizing a macromonomer such as polyethylene glycol ethyl ether methacrylate or polyethylene glycol dimethacrylate in an electrolytic solution are known. Examples of such polymerization methods include photopolymerization by irradiation with ultraviolet rays or electron beams, or thermal polymerization in the presence of a radical initiator such as dibenzoyl peroxide or azobisisobutyronitrile. Similarly, there is a method of solidifying the entire system by forming a crosslinked structure using a polyaddition type chemical reaction such as urethane or epoxy reaction. When preparing a solid electrolyte by polymerization or chemical crosslinking, it is not necessary to use a highly viscous solution, and it is excellent in stability and liquid retention because it solidifies in the final shape and has a chemical crosslinked structure. Also has high heat resistance. By impregnating the undiluted solution in advance into a porous body, a nonwoven fabric, or the like and solidifying it, it is also possible to obtain a thin and strong electrolyte membrane.
【0007】その他、電解液との親和性の高いポリマー
であらかじめフィルムを作製しておき、それに電解液を
膨潤させることにより、イオン導電性を付与させる方法
がある。具体的にはポリフッ化ビニリデン系共重合体、
アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどの系で検討され
ている。これらの系では、強度の増強あるいは膨潤後の
体積変化を考慮して、あらかじめポリマー膜を多孔質化
あるいは架橋させておく場合もある。これらの系は、後
から電解液を含浸しているため保液性に劣り、経時的な
電解液のしみだしの問題がある。In addition, there is a method in which a film is prepared in advance from a polymer having a high affinity for an electrolytic solution, and the electrolytic solution is swelled to impart ionic conductivity. Specifically, a polyvinylidene fluoride copolymer,
It has been studied in systems such as acrylonitrile-butadiene rubber. In these systems, the polymer film may be made porous or crosslinked in advance in consideration of an increase in strength or a change in volume after swelling. These systems are inferior in liquid retention because they are later impregnated with an electrolytic solution, and have a problem of seepage of the electrolytic solution over time.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記のようにして製造
されるゲル電解質等の固体状電解質に関しては、一般に
イオン伝導度が高いものほど良いとされている。しかし
ながら実際に重要なのは、単なる電解質自体の性能では
なく、その固体状電解質を組み込んだ際の電池の性能で
ある。本発明においては、電解質単体としてのみではな
く、実際に電池に組み込んだ際に、高性能な電池が得ら
れる電解質を得ることを目的とする。As for a solid electrolyte such as a gel electrolyte produced as described above, it is generally considered that the higher the ionic conductivity, the better. However, what really matters is not the performance of the electrolyte itself, but the performance of the battery when the solid electrolyte is incorporated. An object of the present invention is to obtain an electrolyte that can obtain a high-performance battery when actually incorporated into a battery, not only as an electrolyte alone.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明においては、本明
細書中で詳細に示すように実際に固体状電解質を電池に
組んだ際の電池としての性能に関しては、単なる固体状
電解質自体のイオン伝導度等の値のみならず、固体状電
解質内に含まれる電解液/高分子成分比および高分子架
橋体の架橋密度とのバランスが重要であることを見いだ
した。すなわち、固体状電解質を用いた電池において
は、その電池性能は単なる電解質自体の見かけのイオン
伝導度のみでは決まらず、高分子架橋構造体の架橋密度
に依存することが分かった。例えば、後記の表1および
表2に示すように同じ電解液/高分子成分の比率でほぼ
同じイオン伝導度を示すものを実際の電池に組み込んで
用いた場合、高分子架橋構造体の架橋密度がある一定以
上に達すると電池性能が向上する。さらに言うと、固体
状電解質中の電解液成分の比率が高くイオン伝導度の高
いものは、比較的低い架橋密度でも高性能な電池が得ら
れるが、電解液成分の比率が低くイオン伝導度の比較的
低いものでも、高分子架橋構造体により高度の架橋構造
を導入することにより、高性能な電池が得られる。本発
明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、
(1)電解液および高分子架橋体からなる固体状電解質
において、固体状電解質中の電解液比率と高分子成分の
架橋密度とが、図2中の領域1、領域2又は領域3に示
した範囲内にあることを特徴とする固体状電解質、
(2)熱、光、放射線、重合開始剤等により重合可能な
低分子化合物をあかじめ電解液に溶解させておき、それ
を重合反応させ高分子架橋体を形成することにより作製
されることを特徴とする(1)項記載の固体状電解質、
(3)(1)又は(2)項において、単一の反応点を持
つ低分子化合物と、2個もしくはそれ以上の反応点を持
つ低分子化合物の組み合わせにより、高分子架橋体の架
橋密度をコントロールすることを特徴とする固体状電解
質の製造方法、(4)重合可能な低分子化合物が、(メ
タ)アクリレートモノマーあるいは複数種の(メタ) アク
リレートモノマーの組み合わせであることを特徴とする
(2)項記載の固体状電解質の製造方法、(5)(4)
項の(メタ)アクリレートモノマー中にジメタクリル酸エ
チレンが含まれることを特徴とする固体状電解質の製造
方法、(6)(1)又は(2)項の固体状電解質を用い
たことを特徴とする非水二次電池、及び(7)正極、負
極および隔膜を最終的な電池形態に加工した後に、
(3)〜(5)項のいずれか1項に記載の固体状電解質
の製造方法を行うことを特徴とする非水二次電池の製造
方法を提供するものである。According to the present invention, as will be described in detail in the present specification, the performance of a battery when a solid electrolyte is actually assembled into a battery is simply the ion of the solid electrolyte itself. It has been found that not only the value of conductivity and the like but also the balance between the electrolyte solution / polymer component ratio contained in the solid electrolyte and the crosslink density of the crosslinked polymer is important. That is, in the battery using the solid electrolyte, it was found that the battery performance was determined not only by the apparent ionic conductivity of the electrolyte itself but by the crosslinking density of the polymer crosslinked structure. For example, as shown in Tables 1 and 2 below, when the same electrolyte solution / polymer component and almost the same ionic conductivity are used in an actual battery, the crosslink density of the polymer crosslinked structure is When it exceeds a certain level, the battery performance is improved. More specifically, a high-concentration electrolyte component in the solid electrolyte and a high ion conductivity can provide a high-performance battery with a relatively low cross-linking density, but a low electrolyte component ratio and a low ionic conductivity. Even if the battery is relatively low, a high-performance battery can be obtained by introducing a highly crosslinked structure into the polymer crosslinked structure. The present invention has been made based on these findings,
(1) In the solid electrolyte composed of the electrolyte solution and the crosslinked polymer, the ratio of the electrolyte solution in the solid electrolyte and the crosslink density of the polymer component are shown in region 1, region 2 or region 3 in FIG. Solid electrolyte characterized by being in the range,
(2) A polymer prepared by dissolving a low-molecular compound that can be polymerized by heat, light, radiation, a polymerization initiator, or the like in an electrolytic solution in advance, and then performing a polymerization reaction to form a crosslinked polymer. The solid electrolyte according to item (1),
(3) In the item (1) or (2), the cross-link density of the cross-linked polymer is reduced by a combination of a low-molecular compound having a single reaction point and a low-molecular compound having two or more reaction points. (4) The polymerizable low molecular compound is a (meth) acrylate monomer or a combination of a plurality of (meth) acrylate monomers. (5) The method for producing a solid electrolyte as described in (5), (5) and (4).
(6) A method for producing a solid electrolyte, characterized in that ethylene dimethacrylate is contained in the (meth) acrylate monomer according to (6), wherein the solid electrolyte according to (1) or (2) is used. (7) After processing the positive electrode, the negative electrode, and the membrane into the final battery form,
(3) A method for producing a non-aqueous secondary battery, characterized by performing the method for producing a solid electrolyte according to any one of (5) to (5).
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明に於ては、電解質中に含ま
れる架橋構造体の架橋密度は、式1により定義される。
すなわち式1において、Fiはモノマーの分子量、siは
モノマー1分子中に含まれる重合可能な二重結合の数で
あり、またpiは電解質中に含まれるモノマーの質量あ
たりの配合比である。ただしp1+p2+p3+・・・+pi=1で
ある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the crosslink density of a crosslinked structure contained in an electrolyte is defined by Formula 1.
That is, in Equation 1, the molecular weight of F i monomers, s i is the number of polymerizable double bonds contained in the monomer molecule, also p i in mixing ratio per weight of the monomers contained in the electrolyte is there. However, p 1 + p 2 + p 3 +... + P i = 1.
【0011】[0011]
【数1】 (Equation 1)
【0012】式1中の(si−1)はモノマーから生じる
架橋点の数をあらわしている。例えばメタクリル酸メチ
ルやメタクリル酸エチルのようなsi=1のモノマーか
らは直鎖ポリマーが得られるだけで架橋点は生じず、ジ
メタクリル酸エチレンのようなsi=2のモノマーから
は架橋点が1個生じる。またsi=3であるトリアクリ
レート体モノマー1分子からは2個の架橋点が生じる。
よって式1は、電解質中に含まれる架橋構造体の化学式
量中に何個の架橋点が存在しているのかをあらわしてい
る。換言すれば、架橋構造体の単位質量(g)当たり何
molの架橋点が存在しているのかをあらわしている。
すなわち式1によって高分子の化学構造に依らずmol
/gの次元を持つ値として架橋密度の定量が可能であ
る。なお本発明においては、式1で高分子架橋構造体の
架橋密度を質量あたりの架橋点の数で規定しているが、
高分子架橋構造体の密度を使うことにより、体積あたり
の架橋点の数に変換することは容易である。すなわち、
高分子化合物の密度は、一般に0.7〜2.4g/cm
3程度であり、物質系が類似していれば、架橋密度によ
り密度が大幅に変化することは少なく、質量あたりもし
くは体積あたりの架橋点の数による架橋密度の規定には
本質的に差はない。(S i -1) in the formula (1) represents the number of crosslinking points generated from the monomer. For example, a monomer having s i = 1 such as methyl methacrylate or ethyl methacrylate can only give a linear polymer and does not cause a crosslinking point, and a monomer having s i = 2 such as ethylene dimethacrylate has a crosslinking point. Is generated. Two crosslink points are generated from one molecule of the triacrylate monomer in which s i = 3.
Therefore, Equation 1 represents how many crosslinking points are present in the chemical formula amount of the crosslinked structure contained in the electrolyte. In other words, it indicates how many moles of crosslinking points are present per unit mass (g) of the crosslinked structure.
That is, mol is independent of the chemical structure of the polymer according to Formula 1.
The crosslink density can be quantified as a value having a dimension of / g. In the present invention, the crosslinking density of the polymer crosslinked structure is defined by the number of crosslinking points per mass in Formula 1,
By using the density of the polymer crosslinked structure, it is easy to convert to the number of crosslinked points per volume. That is,
The density of the polymer compound is generally 0.7 to 2.4 g / cm.
It is about 3 , and if the substance systems are similar, the density does not greatly change depending on the crosslinking density, and there is essentially no difference in the definition of the crosslinking density by the number of crosslinking points per mass or volume. .
【0013】本発明において、高分子架橋構造体の前駆
物質として用いられるモノマーとしては、(メタ)アク
リレートモノマーが好ましい。本発明において用いるこ
とのできるs=1のモノマーとして例えば、メタクリル
酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチ
ルなどがあげられる。s=2のモノマーとしては例え
ば、ジメタクリル酸エチレン、ジメタクリル酸プロピレ
ン、アクリル酸エチレンなどがあげられる。s=3のモ
ノマーとしては例えば、トリメタクリル酸メタンなどが
あげられる。重合開始剤は用いるモノマーの種類により
適宜選択することができ、例えばアゾビスイソブチロニ
トリル等のアゾ化合物、および過酸化ジベンゾイル等の
有機過酸化物などを用いることができる。In the present invention, the monomer used as a precursor of the polymer crosslinked structure is preferably a (meth) acrylate monomer. Examples of the s = 1 monomer that can be used in the present invention include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate,
Examples thereof include methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate. Examples of the monomer having s = 2 include ethylene dimethacrylate, propylene dimethacrylate, and ethylene acrylate. Examples of the monomer having s = 3 include methane trimethacrylate. The polymerization initiator can be appropriately selected depending on the type of the monomer to be used. For example, an azo compound such as azobisisobutyronitrile and an organic peroxide such as dibenzoyl peroxide can be used.
【0014】架橋密度のコントロールは、例えば低分子
化合物の重合することにより架橋体を形成させる場合
は、単一の反応点を有するモノマー(すなわち単独重合
により直鎖状ポリマーを与えるもの)と、架橋剤として
働く2個もしくはそれ以上の反応点を有するモノマーを
組み合わせ、第1にそれらの比率を変化させることによ
り容易に生成する高分子架橋体の架橋密度を変化させる
ことが出来る。例えば本発明の実施例で示したような、
メタクリル酸メチルとジメタクリル酸エチレンの組み合
わせにおいては、ジメタクリル酸エチレンの比率を多く
すれば高分子架橋体の架橋密度は高くなる。また、第2
の例として2個もしくはそれ以上の反応点を有するモノ
マーの分子量を変化させることにより架橋密度を変化さ
せることも可能であるが、前者の単一の反応点を有する
モノマーと架橋剤の組み合わせによる方法の方が、架橋
密度の範囲、高分子鎖の化学構造等遙かにコントロール
出来る範囲が広い。The crosslinking density is controlled, for example, when a low molecular weight compound is polymerized to form a crosslinked product, a monomer having a single reaction point (that is, a monomer which gives a linear polymer by homopolymerization) is crosslinked. By combining monomers having two or more reaction points acting as an agent and, first, changing the ratio thereof, it is possible to change the cross-link density of the polymer cross-linked product easily produced. For example, as shown in the embodiment of the present invention,
In the combination of methyl methacrylate and ethylene dimethacrylate, the higher the ratio of ethylene dimethacrylate, the higher the crosslink density of the crosslinked polymer. Also, the second
It is also possible to change the crosslink density by changing the molecular weight of a monomer having two or more reaction points as an example of the above, but the former method using a combination of a monomer having a single reaction point and a crosslinker Has a wider range in which the range of the crosslink density, the chemical structure of the polymer chain, and the like can be far controlled.
【0015】また本発明においては、請求項で限定した
範囲の組成の電解質原液を調製し、電解質膜を単独で成
膜した後、正極と負極の間に挟み込むことにより電池を
製造することが可能であるが、その一方で正極/膈膜/
負極を最終的な電池形態に組み上げたセル、例えば旋回
構造や扁平構造の電池形態にあらかじめ加工したものに
対して、通常の電解液を注入するのと同じ要領で電解質
原液を注入し、その後加熱等により電解質原液をゲル化
させることにより無漏液の電池を容易に製造することが
できる。すなわち本工程では、電解質膜の成膜や電解質
膜単独での取扱い等が一切不要であり、通常の電解液を
使用した電池の製造方法と実質変わらない。また電解質
は膈膜や電極の細孔の中で始めてゲル化されるため、電
池としての一体性に優れる。Further, in the present invention, a battery can be manufactured by preparing an electrolyte stock solution having a composition defined in the claims, forming an electrolyte membrane alone, and then sandwiching the electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode. However, on the other hand, the positive electrode
For a cell in which the negative electrode has been assembled into the final battery form, for example, a cell that has been processed in advance into a battery structure with a swirling structure or a flat structure, inject the undiluted electrolyte solution in the same way as injecting a normal electrolyte solution, and then heat. A non-leakage battery can be easily manufactured by gelling the undiluted electrolyte solution. That is, in this step, there is no need to form an electrolyte membrane or handle the electrolyte membrane alone, which is substantially the same as a battery manufacturing method using a normal electrolyte. In addition, since the electrolyte is gelled only in the pores of the membrane or the electrode, the electrolyte is excellent in integration as a battery.
【0016】本発明に用いる電解質自体は、通常のもの
と同様のものであり、成分、組成は特に異なるものでは
ない。具体的には前述したように通常リチウム塩を有機
溶媒に溶解した非水系電解液が用いられる。有機溶媒と
してはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジエチルカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネ
ート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、2−メチ
ル−テトラヒドロフラン、各種グライム類等を単独もし
くは2種類以上混合したものが用いられる。リチウム塩
としては、電解液にした時のイオン伝導度が高い、ある
いは電池の利用電位範囲で電気化学的に安定である等の
理由から、主に六フッ化リン酸リチウム(LiP
F6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、四フッ化
ほう酸リチウム(LiBF4)等が使用される場合が多
い。また近年では、ビス(トリフルオロメチルスルフォ
ニル)イミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)等
の各種イミド塩も検討されている。また上記のような電
池形態に組み上げたセルに対して電解質原液を注入後、
電解質原液をゲル化させることにより電池製造する方法
においては、ポリエチレンオキシド等のポリアルキレン
オキシド構造を含むマクロモノマーを使用することはあ
まり望ましく無い。すなわち分子量の大きいマクロモノ
マーを使用すると電解質原液の粘度が上昇してしまい、
電解質原液を電極の細孔もしくは電池に注入しにくくな
る。よって電解質原液に含まれるモノマーとしては、分
子量が1000以下であることが望ましく、さらには4
00以下であることが望ましく、さらに望ましくは20
0以下である。またポリアルキレンオキシド構造はリチ
ウムイオンと強い相互作用を持つために、リチウムイオ
ンの輸率が低く、電池の充放電に必要なリチウムイオン
自体の移動性に劣る場合が多い。The electrolyte itself used in the present invention is the same as the usual one, and the components and compositions are not particularly different. Specifically, as described above, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is usually used. As an organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, 2-methyl-tetrahydrofuran, a mixture of two or more kinds of various limes, etc. Is used. As the lithium salt, lithium hexafluorophosphate (LiP) is mainly used because it has a high ionic conductivity when used as an electrolytic solution, or is electrochemically stable in a range of the use potential of a battery.
F 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and the like are often used. In recent years, various imide salts such as lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) have been studied. Also, after injecting the electrolyte undiluted solution into the cell assembled in the battery form as described above,
In a method for producing a battery by gelling an electrolyte stock solution, it is not desirable to use a macromonomer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide. In other words, when a macromonomer having a large molecular weight is used, the viscosity of the electrolyte stock solution increases,
It becomes difficult to inject the electrolyte stock solution into the pores of the electrode or the battery. Therefore, it is desirable that the monomer contained in the electrolyte stock solution has a molecular weight of 1,000 or less,
00 or less, more preferably 20 or less.
0 or less. In addition, since the polyalkylene oxide structure has a strong interaction with lithium ions, the transport number of lithium ions is low, and the mobility of lithium ions themselves required for charging and discharging the battery is often poor.
【0017】[0017]
【実施例】以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。また適宜本発明の効果をより明確にするための比較
例も合わせて示す。なお実施例および比較例において
は、主に隔膜の両面に正極、負極を張り合わせたもの、
すなわち正極/隔膜/負極が完全に一体になった一体型
電池セルを用いた。 1.LiCoO2正極の作製 活物質としてLiCoO2(日興ファインプロダクツ社
製)を90gと、導電剤として黒鉛粉末(ロンザ社製、
KS-6)を7gと、結着剤としてPVDFを3gとを1
−メチル−2−ピロリドン42gを混練することにより
電極合剤ペーストを作製した。本ペーストを厚さ30μ
mのアルミ箔の片面に乾燥後の電極合剤の質量が約20
mg/cm2になるように塗布し、100℃で加熱する
ことにより1−メチル−2−ピロリドンを散逸させた。
その後ロールプレス機を用いて圧縮成型することにより
LiCoO2電極を作製した。本方法で作製したLiC
oO2電極を、以下の実施例においては単に正極と呼
ぶ。また実際の電池セル作製に際しては、部分的に電極
合剤を剥がしてタブを取った30×30mmの大きさの
電極を用いた。 2.炭素負極の作製 活物質として黒鉛系炭素活物質(ペトカ社製、商品名M
F14)94gと、結着剤としてPVDF6gとを1−
メチル−2−ピロリドン70gを混練することにより電
極合剤ペーストを作製した。本ペーストを厚さ20μm
の銅箔の片面に乾燥後の電極合剤の質量が約10mg/
cm2になるように塗布し、100℃で加熱することに
より1−メチル−2−ピロリドンを散逸させた。その後
ロールプレス機で圧縮成型することにより炭素電極を作
製した。本方法で作製した炭素電極を、以下の実施例に
おいては単に負極と呼ぶ。また実際の電池セル作製に際
しては、部分的に電極合剤を剥がしてタブを取った31
×31mmの大きさの電極を用いた。 3.一体化電池セルの作製 ガラス瓶中で平均粒径6μmのPVDF粉末(ダイキン
工業社製、VP850)2.5gとエタノール47.5
gを混合し、超音波洗浄機内で超音波照射することによ
り、PVDF粉末を分散させた。このPVDF粉末分散
液をガラスシャーレに移し取り、親水性PTFE製微孔
質膜(日本ミリポア社製、JGWPメンブランフィルタ
ー)を35×35mmに切り抜いたものを浸して両面を
濡らしてPVDF粉末を付着させた後、取り出して、正
極と負極の間に挟み込んでガラス板で両側から固定し
た。60℃で加熱及び真空乾燥してエタノールを散逸さ
せた後、窒素気流中200℃×10分間加熱して、PV
DF粉末を溶融させることにより、親水性PTFE製微
孔質膜と正極及び負極を接着させ、正極/隔膜/負極が
完全に一体化した電池セルを作製した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. In addition, comparative examples for further clarifying the effects of the present invention are also shown. In the examples and comparative examples, mainly a positive electrode and a negative electrode attached to both surfaces of the diaphragm,
That is, an integrated battery cell in which the positive electrode / diaphragm / negative electrode was completely integrated was used. 1. Preparation of LiCoO 2 positive electrode 90 g of LiCoO 2 (manufactured by Nikko Fine Products) as an active material and graphite powder (manufactured by Lonza, Inc.) as a conductive agent
1 g of 7 g of KS-6) and 3 g of PVDF as a binder.
An electrode mixture paste was prepared by kneading 42 g of -methyl-2-pyrrolidone. This paste is 30μ thick
The electrode mixture after drying on one side of
mg / cm 2, and 1-methyl-2-pyrrolidone was dissipated by heating at 100 ° C.
Thereafter, a LiCoO 2 electrode was produced by compression molding using a roll press machine. LiC prepared by this method
The oO 2 electrode is simply referred to as the positive electrode in the following examples. In the actual production of the battery cell, an electrode having a size of 30 × 30 mm, in which the electrode mixture was partially peeled off and a tab was formed, was used. 2. Manufacture of carbon negative electrode Graphite-based carbon active material (manufactured by Petka, trade name M
F14) 1-g with 94 g and 6 g of PVDF as a binder
An electrode mixture paste was prepared by kneading 70 g of methyl-2-pyrrolidone. This paste is 20μm thick
The weight of the electrode mixture after drying on one side of the copper foil of about 10 mg /
The coating is in cm 2, and dissipates 1-methyl-2-pyrrolidone by heating at 100 ° C.. Thereafter, a carbon electrode was produced by compression molding with a roll press. The carbon electrode produced by this method is simply referred to as a negative electrode in the following examples. In actual battery cell fabrication, the electrode mixture was partially peeled off and a tab was removed.
An electrode having a size of × 31 mm was used. 3. Preparation of Integrated Battery Cell In a glass bottle, 2.5 g of PVDF powder (VP850, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) having an average particle size of 6 μm and 47.5 ethanol
g were mixed and irradiated with ultrasonic waves in an ultrasonic cleaner to disperse the PVDF powder. This PVDF powder dispersion was transferred to a glass Petri dish, and a microporous membrane made of hydrophilic PTFE (JGWP membrane filter manufactured by Japan Millipore Co., Ltd.) cut into a size of 35 × 35 mm was immersed to wet both surfaces to adhere PVDF powder. After that, it was taken out, sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and fixed from both sides with a glass plate. After heating and vacuum drying at 60 ° C. to dissipate the ethanol, the mixture was heated in a nitrogen stream at 200 ° C. for 10 minutes to form PV.
By melting the DF powder, the hydrophilic PTFE microporous membrane was bonded to the positive electrode and the negative electrode, to produce a battery cell in which the positive electrode / diaphragm / negative electrode was completely integrated.
【0018】4.電解質原液の調製 メタクリル酸メチル(分子量Fi=100.12、重合可
能な二重結合の数si=1)とジメタクリル酸エチレン(F
i=198.22、si=2)とを適宜混合し、両者の質
量比が97.5:2.5〜60:40のモノマー混合体
を用意し、体積比1:1のエチレンカーボネートとジエ
チルカーボネートの混合体に1MのLiBF4を溶解さ
せた電解液とモノマー混合体と電解液が質量比で10:
90〜35:65になるように混ぜ合わせた。そして最
終的に重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを
1000ppm添加し電解質原液とした。なお電解質原
液の調製およびそれ以後の取扱いは全て露点が−60℃
以下の乾燥空気中もしくはアルゴン雰囲気下で行った。 5.電解質単独膜の作製 中心部を切り抜いた厚さ1mmのシリコンゴムをスペー
サーとして、2枚のガラス板に挟み込み周囲をクリップ
で固定し電解質膜作成用の型とした。続いてその型に注
射器を用いて上記電解質原液を流し込んだ。それを密閉
容器に入れて80℃で2時間加熱し、電解質原液を固化
させることにより厚さ1mmの電解質単独膜を得た。 6.イオン伝導度の測定 上記の電解質単独膜のイオン伝導度を測定した。具体的
には直径16mmに切り抜いた電解質単独膜を直径15
mmのステンレス製の電極で挟み、ソーラトロン社製S
I-1260電気化学測定装置を用いて複素インピーダ
ンス法で測定を行った。その結果20kHzでの抵抗値
の実数部をサンプルのイオン伝導に基づく抵抗値とし、
その値からイオン伝導度を算出した。それらの結果を表
1にまとめる。4. Preparation of methyl methacrylate electrolyte solution (molecular weight F i = 100.12, the number of polymerizable double bonds s i = 1) and dimethacrylate ethylene (F
i = 198.22, s i = 2 ) and appropriately mixing, both the mass ratio of 97.5: 2.5 to 60: providing a monomer mixture of 40, a volume ratio of 1: 1 of ethylene carbonate and An electrolyte in which 1 M of LiBF 4 was dissolved in a mixture of diethyl carbonate, a monomer mixture, and an electrolyte in a mass ratio of 10:
90-35: 65. Finally, 1000 ppm of azobisisobutyronitrile was added as a polymerization initiator to prepare an electrolyte stock solution. The dew point of the preparation of the electrolyte stock solution and subsequent handling was -60 ° C.
The test was performed in the following dry air or under an argon atmosphere. 5. Preparation of Electrolyte-Only Membrane A 1 mm-thick silicon rubber with a central portion cut out was used as a spacer, sandwiched between two glass plates, and the periphery was fixed with clips to form a mold for preparing an electrolyte membrane. Subsequently, the above-mentioned electrolyte stock solution was poured into the mold using a syringe. It was placed in a closed vessel and heated at 80 ° C. for 2 hours to solidify the electrolyte stock solution to obtain a 1 mm thick electrolyte single membrane. 6. Measurement of ionic conductivity The ionic conductivity of the above-mentioned electrolyte alone membrane was measured. Specifically, a single electrolyte membrane cut out to a diameter of 16 mm
mm between stainless steel electrodes and S made by Solartron
The measurement was performed by a complex impedance method using an I-1260 electrochemical measurement device. As a result, the real part of the resistance value at 20 kHz is defined as a resistance value based on the ionic conduction of the sample,
The ion conductivity was calculated from the value. The results are summarized in Table 1.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】7.電池化 一体化電池セル内に減圧下で電解質原液を注入した。す
なわち一体化電池セルを耐圧容器に入れ、全体をドライ
真空ポンプを用いて約100kPaまで減圧しておき、
そこに電池が完全に漬かるように電解質原液を導入し、
減圧状態のまま3分間および常圧に戻し10分間放置す
ることにより、一体化電池セル内に電解質原液を注入し
た。その後電池セルを容器から取り出し、端子の部分も
完全に入るように大きめのアルミラミネートシート製の
袋に電池セルを封入した。この状態で80℃で2時間加
熱し、電解質原液を固化させた。電解質原液を固化させ
た後、袋から電池セルを取り出し、電解質が固化してい
ることを確認し、また電池セル表面の余分な電解質を取
り除いた後に、最終的に図1のように端子の部分を取り
出すような形でアルミラミネートシート製の外装材に減
圧封入とすることにより、フィルム状リチウムイオン電
池を作製した。このフィルム状リチウムイオン二次電池
を図1に従って説明すると、拡大断面部で示すCに示す
ように、アルミラミネートシート製の外装材4は、Li
CoO 2正極1、炭素負極2、電池隔壁3からなり電解
液を含浸させた電池セルを減圧封入することにより、フ
ィルム状リチウムイオン二次電池を形成している。図1
中、5は正極タブ、6は負極タブ、7は熱融着封口部を
示す。 8.充放電サイクル試験方法 充放電サイクル試験は25℃の恒温槽内において、充電
上限電圧を4.2Vに設定し、最大電流6mAで5時間
充電した。一方、放電は6mAの一定電流で電池電圧が
2.7Vに達するまでとした。なお充電と放電との間に
は15分間の休止時間をおいた。またこれらの充放電サ
イクル試験の結果を表2にまとめた。[7] FIG. Battery Conversion An undiluted electrolyte solution was injected into the integrated battery cell under reduced pressure. You
That is, put the integrated battery cell in a pressure-resistant container and dry the whole
Reduce the pressure to about 100 kPa using a vacuum pump,
Introduce the electrolyte solution so that the battery is completely immersed,
3 minutes under reduced pressure and return to normal pressure and leave for 10 minutes
Injection of the electrolyte solution into the integrated battery cell
Was. After that, remove the battery cell from the container and remove the terminal
Made of a large aluminum laminate sheet so that it can enter completely
The battery cell was sealed in the bag. In this state, apply at 80 ° C for 2 hours.
Upon heating, the electrolyte stock solution was solidified. Solidify the electrolyte solution
After removing the battery cell from the bag, the solidified electrolyte
The battery and remove excess electrolyte from the battery cell surface.
After removing the terminal, finally remove the terminal part as shown in Fig. 1.
To reduce the number of aluminum laminate sheet exterior materials
By pressurizing the film, the lithium ion battery
A pond was made. This film-shaped lithium ion secondary battery
1 will be described with reference to FIG.
Thus, the exterior material 4 made of an aluminum laminated sheet is made of Li
CoO 2Electrolysis consisting of positive electrode 1, carbon negative electrode 2, and battery partition 3
The battery cell impregnated with the liquid is sealed under reduced pressure,
A film-like lithium ion secondary battery is formed. FIG.
Among them, 5 is a positive electrode tab, 6 is a negative electrode tab, and 7 is a heat sealing sealing portion
Show. 8. Charge / discharge cycle test method The charge / discharge cycle test is performed in a 25 ° C constant temperature bath.
The upper limit voltage is set to 4.2V and the maximum current is 6mA for 5 hours
Charged. On the other hand, the discharge is a constant current of 6 mA and the battery voltage is
Until it reached 2.7V. Between charge and discharge
Had a 15 minute pause. In addition, these charge / discharge
Table 2 summarizes the results of the cycle test.
【0021】[0021]
【表2】 [Table 2]
【0022】比較例 実施例の固体状電解質に代えて、体積比1:1のエチレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートの混合体に1M
のLiBF4を溶解させた電解液のみを電池セルに注入
し、図1のように端子の部分を取り出すような形でアル
ミラミネートシート製の外装材に減圧封入とすることに
より、フィルム状リチウムイオン電池を作製した。 試験結果 まず、表1に各種組成の固体状電解質単独膜のイオン伝
導度の値をまとめた。表1から分かるように、電解液/
高分子成分の比率が同じであるならば、モノマーの配
合、すなわち架橋密度に依らず、イオン伝導度はほぼ一
定の値であることが分かる。次に、表2にそれらの固体
状電解質を用いた電池の30サイクル目の放電容量を示
す。表2から分かるように電解液/高分子成分の比率が
同じものであっても、使用した固体状電解質の架橋密度
により電池性能は大きく異なった。すなわち電解液/高
分子成分の比率およびイオン伝導度がほぼ同じものであ
っても、架橋密度をある一定以上に上げてやると、電池
性能は大幅に向上した。より詳細に見てみると、電解液
の比率が高いものは、比較的低架橋密度でも良好な電池
性能が得られている。一方電解液の比率が低く、イオン
伝導度に劣るものでも、高度に架橋構造を導入すること
により電池性能に優れた電池が得られた。またある一定
以上架橋密度を上げることにより電池性能するが、さら
に架橋密度を上げても安定して高性能な電池が得られ
た。例えば電解液比率が80%の場合、架橋密度を7.
57×10−4(MMA:EdMA=85:15)まで上
げると、30サイクル目の放電容量が、比較例の電解の
みの電池に対して90%を超えるが、それ以上架橋密度
を上げても、同様に高性能な電池が得られている。上記
の関係を図2にまとめる。◎印で示したのは、30サイ
クル目の放電容量が、比較例の電解液のみの電池に対し
て95%を超えるものであり、○印で示したのは、同じ
く90%〜95%のものであり、また△印は同じく80
%〜90%のものである。そして×印のものは80%以
下のものである。よって図2から、領域1〜3の電池は
固体状電解質を用いた電池として十分高い性能を持つと
言え、とりわけ領域1の電池が最も優れており、領域
2、領域3の順で優れている。以上のように、実際の電
池性能は固体状電解質自体のイオン伝導度のみでは決ま
らず、本発明のように、電解液/高分子成分の比率に応
じて、固体状電解質中の高分子架橋体の架橋密度を調節
し、ある一定以上に上昇させる高性能な電池が得られ
る。COMPARATIVE EXAMPLE Instead of the solid electrolyte of the example, 1M of a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1 was added.
By injecting only the electrolytic solution in which LiBF 4 is dissolved into the battery cell, and sealing it under reduced pressure in an aluminum laminate sheet outer package in such a manner as to take out the terminal portion as shown in FIG. A battery was manufactured. Test Results First, Table 1 summarizes the ionic conductivity values of the solid electrolyte single membranes of various compositions. As can be seen from Table 1, the electrolyte /
If the ratio of the polymer components is the same, it can be seen that the ionic conductivity is a substantially constant value regardless of the blending of the monomers, that is, the crosslinking density. Next, Table 2 shows the discharge capacity at the 30th cycle of the battery using the solid electrolyte. As can be seen from Table 2, even when the ratio of the electrolyte solution / polymer component was the same, the battery performance was greatly different depending on the cross-link density of the solid electrolyte used. That is, even if the ratio of the electrolyte solution / polymer component and the ionic conductivity were almost the same, the battery performance was significantly improved when the crosslinking density was increased to a certain level or more. In more detail, a battery having a high ratio of the electrolytic solution has good battery performance even at a relatively low crosslinking density. On the other hand, even though the ratio of the electrolytic solution was low and the ion conductivity was poor, a battery excellent in battery performance was obtained by introducing a highly crosslinked structure. Although the battery performance was improved by increasing the crosslink density by a certain level or more, a stable high performance battery was obtained even when the crosslink density was further increased. For example, when the electrolytic solution ratio is 80%, the crosslinking density is 7.
When it is increased to 57 × 10 −4 (MMA: EdMA = 85: 15), the discharge capacity at the 30th cycle exceeds 90% with respect to the electrolysis-only battery of the comparative example. Similarly, a high-performance battery has been obtained. The above relationship is summarized in FIG. The symbol 放電 indicates that the discharge capacity at the 30th cycle exceeds 95% of that of the battery using only the electrolytic solution of the comparative example, and the symbol ○ indicates that the discharge capacity was 90% to 95%. And the mark is also 80
% To 90%. Those with a cross are 80% or less. Therefore, it can be said from FIG. 2 that the batteries in the regions 1 to 3 have sufficiently high performance as a battery using the solid electrolyte. In particular, the battery in the region 1 is the most excellent, and the batteries in the region 2 and the region 3 are more excellent. . As described above, the actual battery performance is not determined only by the ionic conductivity of the solid electrolyte itself. As in the present invention, the polymer cross-linked body in the solid electrolyte is changed according to the ratio of the electrolyte solution / polymer component. A high-performance battery in which the cross-link density is adjusted to a certain level or more can be obtained.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上のような実施例、比較例およびそれ
らの実験結果から明らかなように、本発明の技術、すな
わち電解液/高分子成分の比率に応じて固体状電解質中
に含まれる高分子架橋体の架橋密度を調節しある一定以
上に上昇させることにより、実際に電池に使用した場合
に優れた特性(イオン伝導度)を示す電解質および電池
(放電容量維持性)を得ることが可能となる。本明細書
中には、メタクリル酸メチルとジメタクリル酸エチレン
の組み合わせからできるゲル電解質の例を示したが、本
発明の範囲は、これに限定されるものでは無く、電解質
中に含まれる電解液/高分子成分の比率および架橋密度
が、請求項の範囲であれば同様な効果が期待できる。As is clear from the above Examples and Comparative Examples and their experimental results, the technique of the present invention, that is, the high content contained in the solid electrolyte depending on the ratio of the electrolytic solution / polymer component, is considered. By adjusting the crosslink density of the molecular crosslinked product to a certain level or more, it is possible to obtain electrolytes and batteries (discharge capacity retention) that show excellent characteristics (ion conductivity) when actually used for batteries. Becomes In the present specification, an example of a gel electrolyte made of a combination of methyl methacrylate and ethylene dimethacrylate has been shown, but the scope of the present invention is not limited to this, and the electrolyte contained in the electrolyte The same effect can be expected if the ratio of the polymer component and the crosslink density are within the scope of the claims.
【図1】フィルム状リチウムイオン電池の説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory view of a film-shaped lithium ion battery.
【図2】高分子架橋体からなる固体状電解質中の、電解
液比率と高分子成分の架橋密度との関係を示すグラフで
ある。FIG. 2 is a graph showing a relationship between an electrolyte solution ratio and a crosslink density of a polymer component in a solid electrolyte composed of a crosslinked polymer.
1 LiCoO2正極 2 炭素負極 3 電池隔膜 4 アルミラミネートフィルム製外装材 5 正極タブ 6 負極タブ 7 熱融着封口部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LiCoO 2 Positive electrode 2 Carbon negative electrode 3 Battery diaphragm 4 Aluminum laminate film exterior material 5 Positive electrode tab 6 Negative electrode tab 7 Heat sealing sealing part
Claims (7)
状電解質において、固体状電解質中の電解液比率と高分
子成分の架橋密度とが、図2中の領域1、領域2又は領
域3に示した範囲内にあることを特徴とする固体状電解
質。1. In a solid electrolyte comprising an electrolytic solution and a crosslinked polymer, the ratio of the electrolytic solution in the solid electrolyte and the crosslink density of the polymer component are adjusted to the region 1, the region 2 or the region 3 in FIG. A solid electrolyte characterized by being in the range shown.
合可能な低分子化合物をあかじめ電解液に溶解させてお
き、それを重合反応させ高分子架橋体を形成することに
より作製されることを特徴とする請求項1記載の固体状
電解質。2. A polymer crosslinked product is prepared by dissolving a low molecular weight compound which can be polymerized by heat, light, radiation, a polymerization initiator or the like in an electrolytic solution in advance and polymerizing it to form a crosslinked polymer. The solid electrolyte according to claim 1, wherein
反応点を持つ低分子化合物と、2個もしくはそれ以上の
反応点を持つ低分子化合物の組み合わせにより、高分子
架橋体の架橋密度をコントロールすることを特徴とする
固体状電解質の製造方法。3. The crosslink density of a crosslinked polymer according to claim 1, wherein a low molecular compound having a single reaction point and a low molecular compound having two or more reaction points are combined. And a method for producing a solid electrolyte.
リレートモノマーあるいは複数種の(メタ)アクリレート
モノマーの組み合わせであることを特徴とする請求項2
記載の固体状電解質の製造方法。4. The polymerizable low molecular weight compound is a (meth) acrylate monomer or a combination of plural kinds of (meth) acrylate monomers.
The method for producing a solid electrolyte according to the above.
中にジメタクリル酸エチレンが含まれることを特徴とす
る固体状電解質の製造方法。5. A method for producing a solid electrolyte, wherein the (meth) acrylate monomer according to claim 4 contains ethylene dimethacrylate.
ことを特徴とする非水二次電池。6. A non-aqueous secondary battery using the solid electrolyte according to claim 1.
態に加工した後に、請求項3〜5のいずれか1項に記載
の固体状電解質の製造方法を行うことを特徴とする非水
二次電池の製造方法。7. The method for producing a solid electrolyte according to claim 3, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the diaphragm are processed into a final battery form. Manufacturing method of secondary battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000386090A JP2002190320A (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Solid electrolyte and battery using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000386090A JP2002190320A (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Solid electrolyte and battery using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002190320A true JP2002190320A (en) | 2002-07-05 |
Family
ID=18853241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000386090A Pending JP2002190320A (en) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | Solid electrolyte and battery using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002190320A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009054462A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Furukawa Battery Co Ltd:The | Lithium-ion secondary battery |
| WO2019065416A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 日本ゼオン株式会社 | Non-aqueous secondary battery functional layer composition, non-aqueous secondary battery functional layer, and non-aqueous secondary battery |
| CN109725032A (en) * | 2017-10-27 | 2019-05-07 | 成都安普利菲能源技术有限公司 | High-throughput electrolyte screening system and method therefor |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08283523A (en) * | 1995-04-12 | 1996-10-29 | Sony Corp | High-molecular solidelectrolyte |
| JPH10112215A (en) * | 1996-10-08 | 1998-04-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Solid electrolyte and non-aqueous battery |
| JPH11102613A (en) * | 1997-08-01 | 1999-04-13 | Jsr Corp | Crosslinked copolymer for solid polymer electrolyte |
| JPH11185817A (en) * | 1997-12-22 | 1999-07-09 | Ricoh Co Ltd | Polymer battery |
| JPH11185525A (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-09 | Jsr Corp | Polymer solid electrolyte and non-aqueous battery using the same |
| JPH11265616A (en) * | 1998-03-18 | 1999-09-28 | Ricoh Co Ltd | Ion conductive polymer gel electrolyte and battery containing the gel electrolyte |
| JPH11329061A (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Bridging high polymer composite electrolyte and battery |
| JP2000100430A (en) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Canon Inc | Metal oxide having a porous structure, electrode structure, secondary battery, and manufacturing method thereof |
| JP2000223105A (en) * | 1999-01-27 | 2000-08-11 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Gel electrolyte |
-
2000
- 2000-12-19 JP JP2000386090A patent/JP2002190320A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08283523A (en) * | 1995-04-12 | 1996-10-29 | Sony Corp | High-molecular solidelectrolyte |
| JPH10112215A (en) * | 1996-10-08 | 1998-04-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Solid electrolyte and non-aqueous battery |
| JPH11102613A (en) * | 1997-08-01 | 1999-04-13 | Jsr Corp | Crosslinked copolymer for solid polymer electrolyte |
| JPH11185817A (en) * | 1997-12-22 | 1999-07-09 | Ricoh Co Ltd | Polymer battery |
| JPH11185525A (en) * | 1997-12-25 | 1999-07-09 | Jsr Corp | Polymer solid electrolyte and non-aqueous battery using the same |
| JPH11265616A (en) * | 1998-03-18 | 1999-09-28 | Ricoh Co Ltd | Ion conductive polymer gel electrolyte and battery containing the gel electrolyte |
| JPH11329061A (en) * | 1998-05-11 | 1999-11-30 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Bridging high polymer composite electrolyte and battery |
| JP2000100430A (en) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Canon Inc | Metal oxide having a porous structure, electrode structure, secondary battery, and manufacturing method thereof |
| JP2000223105A (en) * | 1999-01-27 | 2000-08-11 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Gel electrolyte |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009054462A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Furukawa Battery Co Ltd:The | Lithium-ion secondary battery |
| WO2019065416A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 日本ゼオン株式会社 | Non-aqueous secondary battery functional layer composition, non-aqueous secondary battery functional layer, and non-aqueous secondary battery |
| JPWO2019065416A1 (en) * | 2017-09-28 | 2020-09-10 | 日本ゼオン株式会社 | Composition for non-aqueous secondary battery functional layer, non-aqueous secondary battery functional layer and non-aqueous secondary battery |
| JP7342704B2 (en) | 2017-09-28 | 2023-09-12 | 日本ゼオン株式会社 | Composition for nonaqueous secondary battery functional layer, functional layer for nonaqueous secondary battery, and nonaqueous secondary battery |
| CN109725032A (en) * | 2017-10-27 | 2019-05-07 | 成都安普利菲能源技术有限公司 | High-throughput electrolyte screening system and method therefor |
| CN109725032B (en) * | 2017-10-27 | 2022-09-02 | 成都安普利菲能源技术有限公司 | High-flux electrolyte screening system and method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6469879B2 (en) | Gel polymer electrolyte, method for producing the same, and electrochemical device including gel polymer electrolyte | |
| JP5174376B2 (en) | Non-aqueous lithium ion secondary battery | |
| JP4014816B2 (en) | Lithium polymer secondary battery | |
| CN101005146A (en) | Gel electrolyte and gel electrolyte battery | |
| JP2000149906A (en) | Lithium secondary battery | |
| JP4475722B2 (en) | ELECTRODE FOR LITHIUM BATTERY, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND BATTERY USING THE SAME | |
| JP2002359006A (en) | Rechargeable battery | |
| JP4412808B2 (en) | Lithium polymer secondary battery | |
| KR100327492B1 (en) | Preparation of lithium secondary battery employing gelled polymer electrolyte | |
| JP2000306604A (en) | Polymer gel electrolyte and lithium secondary battery using the same | |
| JP3654180B2 (en) | Solid electrolyte and battery using the same | |
| JP3109497B2 (en) | Lithium secondary battery and method of manufacturing the same | |
| JP4161437B2 (en) | Lithium battery | |
| JP2002216848A (en) | Gel electrolyte and gel electrolyte battery using the same | |
| JP2001110405A (en) | Gel high-molecular solid electrolyte battery and method for manufacturing the same | |
| JP2002158037A5 (en) | ||
| JPH10261437A (en) | Polymer electrolyte and lithium polymer battery using the same | |
| JP2003068364A (en) | Rechargeable battery | |
| JP2002190320A (en) | Solid electrolyte and battery using the same | |
| JP2002158037A (en) | Polymer secondary battery and method of manufacturing the same | |
| JP2003272634A (en) | Non-aqueous secondary battery | |
| JP5896154B2 (en) | SOLID ELECTROLYTE FILM FORMING AGENT, ELECTROLYTIC SOLUTION CONTAINING SAME, AND ELECTRIC STORAGE DEVICE | |
| JP4419981B2 (en) | Method for manufacturing lithium secondary battery | |
| CN1194278A (en) | Polymer electrolyte and lithium-polymer cell using said electrolyte | |
| JP4088508B2 (en) | Adhesive / gelator-supported porous film and use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060621 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20060621 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070809 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100517 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101012 |