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JP2002190321A - Nonaqueous electrolyte secondary cell - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary cell

Info

Publication number
JP2002190321A
JP2002190321A JP2000389054A JP2000389054A JP2002190321A JP 2002190321 A JP2002190321 A JP 2002190321A JP 2000389054 A JP2000389054 A JP 2000389054A JP 2000389054 A JP2000389054 A JP 2000389054A JP 2002190321 A JP2002190321 A JP 2002190321A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous polymer
electrolyte membrane
battery
polymer electrolyte
membrane
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
Application number
JP2000389054A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Komatsu
茂生 小松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Original Assignee
GS Melcotec Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GS Melcotec Co Ltd filed Critical GS Melcotec Co Ltd
Priority to JP2000389054A priority Critical patent/JP2002190321A/en
Publication of JP2002190321A publication Critical patent/JP2002190321A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-security nonaqueous electrolyte secondary cell, using a porous solid state polymer electrolyte membrane. SOLUTION: The nonaqueous electrolyte secondary cell is provided with an anode, a cathode, and a porous polymer electrolyte membrane between the cathode and the anode, characterized by the fact that the porous proton- exchange membrane contains thermoplastic resin grains with its grain diameter of 0.015-5 μm, having the melting point of 80-150 deg.C lower than that of a macromolecule composing the porous polymer electrolyte membrane.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質を用
いた非水電解質二次電池に関する。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using a polymer electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子機器の急激な小型軽量化に伴い、そ
の電源である電池に対して小型で軽量かつ高エネルギー
密度、更に繰り返し充放電が可能な二次電池への要求が
高まっている。また、大気汚染や二酸化炭素の増加等の
環境問題により、電気自動車の早期実用化が望まれてお
り、高効率、高出力、高エネルギー密度、軽量等の特徴
を有する優れた二次電池の開発が要望されている。
2. Description of the Related Art With the rapid reduction in size and weight of electronic devices, there is an increasing demand for secondary batteries that are small, lightweight, have a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. In addition, due to environmental problems such as air pollution and an increase in carbon dioxide, early commercialization of electric vehicles is desired, and development of excellent secondary batteries having characteristics such as high efficiency, high output, high energy density, and light weight. Is required.

【0003】これらの要求を満たす二次電池として、非
水電解質を使用した二次電池が実用化されている。この
電池は、従来の水溶液電解液を使用した電池の数倍のエ
ネルギー密度を有している。その例として、正極にコバ
ルト複合酸化物、ニッケル複合酸化物又はスピネル型リ
チウムマンガン酸化物を用い、負極にリチウムが吸蔵・
放出可能な炭素材料や金属リチウムなどを用い、電解質
として有機電解液を用いた、高エネルギーで長寿命な、
リチウムイオン電池あるいはリチウム電池などの非水電
解質二次電池が実用化されている。
As a secondary battery satisfying these requirements, a secondary battery using a non-aqueous electrolyte has been put to practical use. This battery has several times the energy density of a battery using a conventional aqueous electrolyte solution. As an example, using a cobalt composite oxide, a nickel composite oxide or a spinel type lithium manganese oxide for the positive electrode, and storing and storing lithium in the negative electrode
Uses releasable carbon materials, metallic lithium, etc., and uses an organic electrolyte solution as the electrolyte.
Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium batteries have been put to practical use.

【0004】これらの非水電解質二次電池において、大
きくわけて、つぎのような3種類のセパレータの使用が
検討されてきた。
In these non-aqueous electrolyte secondary batteries, the use of the following three types of separators has been studied.

【0005】第1は、現在市販されているリチウムイオ
ン電池等に使用されている、微細孔をもつポリエチレン
やポリプロピレンなどのポリオレフィン膜である。これ
らのセパレータの中には、電池温度が異常に上昇した場
合に熱収縮してイオンの通路である微細孔を塞ぎ、それ
以降の短絡電流を止めて、発熱を抑えるという、いわゆ
る「シャットダウン」という優れた機能をもつものもあ
るが、有機電解液を含むために、液漏れに対する配慮が
必要であり、また、電池の異常発熱により有機電解液が
燃える可能性があり、安全性の面からも、安全弁や保護
回路等の特殊な安全機構が必要であった。
[0005] The first is a polyolefin membrane such as polyethylene or polypropylene having micropores, which is currently used in commercially available lithium ion batteries and the like. In these separators, when the battery temperature rises abnormally, heat shrinks to close the micropores, which are the paths for ions, and stops the short-circuit current thereafter, thereby suppressing heat generation. Some have excellent functions, but due to the inclusion of organic electrolyte, care must be taken against liquid leakage, and there is a possibility that the organic electrolyte may burn due to abnormal heat generation of the battery, and from the viewpoint of safety as well. Special safety mechanisms such as safety valves and protection circuits were required.

【0006】第2は、ポリエチレンオキシド等のポリマ
ーと過塩素酸リチウム等のリチウム塩を混合した、いわ
ゆる真性固体高分子電解質がある。これらは完全固体で
あるので、液漏れの心配は全くないが、室温でのリチウ
ムイオン電導度が低いという欠点をもっていたため、実
用には至っていない。
Second, there is a so-called intrinsic solid polymer electrolyte in which a polymer such as polyethylene oxide and a lithium salt such as lithium perchlorate are mixed. Since these are completely solid, there is no fear of liquid leakage, but they have a drawback of low lithium ion conductivity at room temperature, and thus have not been put to practical use.

【0007】第3は、高分子電解質の室温でのリチウム
イオン電導度を高めるために、高分子電解質と有機電解
液の混合系やゲル系を使用したり、有孔性高分子電解質
を用いてその孔中に有機電解液を保持させる等の工夫が
なされている。
Third, in order to increase the lithium ion conductivity of the polymer electrolyte at room temperature, a mixture or gel system of a polymer electrolyte and an organic electrolyte is used, or a porous polymer electrolyte is used. Some measures have been taken, such as holding an organic electrolyte in the holes.

【0008】特に、有孔性高分子電解質膜は、高分子膜
の孔中にリチウムイオン導電性非水電解液を含み、さら
に高分子膜自身も有機電解液で膨潤または湿潤してリチ
ウムイオンの通過が可能となったリチウムイオン導電性
電解質膜であり、室温でのリチウムイオン電導度が高
く、高率放電が可能な電池に適している。
[0008] In particular, the porous polymer electrolyte membrane contains a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte in the pores of the polymer membrane, and the polymer membrane itself swells or wets with the organic electrolyte to form lithium ion. It is a lithium ion conductive electrolyte membrane that can pass through, has high lithium ion conductivity at room temperature, and is suitable for batteries capable of high-rate discharge.

【0009】さらに、有孔性高分子電解質膜を使用した
電池では、電解質そのものが柔軟性に富み、しかも薄く
することが可能なこと、さらに電解質を薄くすればそれ
だけ電解質の電導度が高くなるため、正極と負極とを有
孔性高分子電解質膜を介在させて組み合わせたのち、巻
回または積層して発電要素とした薄型電池に使用される
ようになった。
Furthermore, in a battery using a porous polymer electrolyte membrane, the electrolyte itself is rich in flexibility and can be made thinner. Further, the thinner the electrolyte, the higher the conductivity of the electrolyte. Then, after combining a positive electrode and a negative electrode with a porous polymer electrolyte membrane interposed therebetween, they are wound or laminated and used for a thin battery as a power generating element.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】有孔性高分子電解質膜
は、高分子膜の孔中にリチウムイオン導電性非水電解液
を含み、さらに高分子膜自身もリチウムイオンが通過可
能なリチウムイオン導電性電解質膜であるが、電池内の
有機電解液の量が少ないため、電解液が漏れる可能性は
なく、微細孔をもつポリオレフィン膜と有機電解液を用
いた電池に比べて安全性も高くなる。
The porous polymer electrolyte membrane contains a lithium ion conductive non-aqueous electrolyte in the pores of the polymer membrane, and the polymer membrane itself is capable of passing lithium ions. Although it is a conductive electrolyte membrane, the amount of organic electrolyte in the battery is small, so there is no possibility that the electrolyte leaks, and the safety is higher than a battery using a polyolefin membrane with fine pores and an organic electrolyte. Become.

【0011】しかし、有孔性高分子電解質膜は、微細孔
をもつポリオレフィン膜のようなシヤットダウン機能を
持たないために、安全性の面からはまだ問題が残ってい
た。
However, since the porous polymer electrolyte membrane does not have a shutdown function unlike a polyolefin membrane having fine pores, there still remains a problem in terms of safety.

【0012】従来、高分子膜を有孔性とするために「溶
媒抽出法」が使用されてきた。この溶媒抽出法は、第1
の溶媒に高分子を溶解した高分子溶液から、第2の溶媒
を用いて第1の溶媒を抽出することにより有孔性高分子
を得る方法であり、高分子溶液を、高分子に対して不溶
で、第1の溶媒と相溶性のある第2の溶媒中に浸漬する
ことによって、第1の溶媒を抽出し、第1の溶媒が除去
された部分が孔となって、有孔性高分子が形成されると
いうものであり、この溶媒抽出法では高分子に開口部が
円形の貫通孔を形成することができる。しかしこの溶媒
抽出法は、工程が複雑で、時間が長くかかるという問題
があった。
Conventionally, a "solvent extraction method" has been used to make a polymer membrane porous. This solvent extraction method is the first
Is a method of obtaining a porous polymer by extracting a first solvent from a polymer solution obtained by dissolving a polymer in a solvent using a second solvent. By immersing in a second solvent that is insoluble and compatible with the first solvent, the first solvent is extracted, and the portion from which the first solvent has been removed becomes pores, and the porosity increases. A molecule is formed. In this solvent extraction method, a through hole having a circular opening can be formed in the polymer. However, this solvent extraction method has a problem that the process is complicated and takes a long time.

【0013】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、有孔性固体高分子電解質膜を使用し
た、電解液の漏れかなく、安全性の高い非水電解質二次
電池を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using a porous solid polymer electrolyte membrane, which does not leak electrolyte and has high safety. Is provided.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、正極
と、負極と、正極−負極間に有孔性高分子電解質膜を備
えた非水電解質二次電池において、有孔性高分子電解質
膜が粒径0.015〜5μmの熱可塑性樹脂の粒子を含
み、この熱可塑性樹脂の融点が80〜170℃であり、
かつ前記有孔性高分子電解質膜を構成する高分子の融点
よりも低いことを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a porous polymer electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode. The electrolyte membrane contains particles of a thermoplastic resin having a particle size of 0.015 to 5 μm, and the melting point of the thermoplastic resin is 80 to 170 ° C.
In addition, the melting point of the polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane is lower.

【0015】請求項1の発明によれば、電解液の漏れが
なく、高率放電特性に優れ、しかも安全性の高い、有孔
性高分子電解質膜を使用した非水電解質二次電池を得る
ことができる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery using a porous polymer electrolyte membrane which does not leak electrolyte, has excellent high-rate discharge characteristics, and is highly safe. be able to.

【0016】請求項2の発明は、上記非水電解質二次電
池において、有孔性高分子電解質膜を構成する高分子と
熱可塑性樹脂の粒子と有機溶媒とを含むペーストから有
機溶媒を除去して得た有孔性高分子膜を使用することを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery, an organic solvent is removed from a paste containing a polymer constituting a porous polymer electrolyte membrane, particles of a thermoplastic resin, and an organic solvent. Characterized by using a porous polymer membrane obtained by the above method.

【0017】請求項2の発明によれば、簡単に有孔性高
分子膜を製造することができる。
According to the second aspect of the present invention, a porous polymer membrane can be easily manufactured.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明になる非水電解質二次電池
は、正極と、負極と、正極−負極間に有孔性高分子電解
質膜を備えたもので、有孔性高分子電解質膜が粒径0.
015〜5μmの熱可塑性樹脂の粒子を含み、この熱可
塑性樹脂の融点が80〜170℃であり、かつ前記有孔
性高分子電解質膜を構成する高分子の融点よりも低いこ
とを特徴とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a porous polymer electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode. Has a particle size of 0.
015 to 5 μm thermoplastic resin particles, wherein the melting point of the thermoplastic resin is 80 to 170 ° C., and is lower than the melting point of the polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane. .

【0019】本発明は、正極−負極間に有孔性高分子電
解質膜を備えることにより、高率での充放電が可能とな
る。また、この有孔性高分子電解質膜が熱可塑性樹脂の
粒子を含むために、電池温度が異常に上昇した場合に、
熱可塑性樹脂が溶解して、有孔性高分子電解質膜の孔を
塞ぎ、孔中をイオンが移動しなくなり、それ以降の短絡
電流を止めて、発熱を抑えるという、シャットダウン機
能をもつために、電池の安全性が飛躍的に高くなる。
According to the present invention, charging and discharging can be performed at a high rate by providing a porous polymer electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode. Also, because the porous polymer electrolyte membrane contains particles of a thermoplastic resin, when the battery temperature abnormally rises,
In order to have a shutdown function that the thermoplastic resin dissolves, closes the pores of the porous polymer electrolyte membrane, ions do not move in the pores, stops the subsequent short-circuit current, and suppresses heat generation. The safety of the battery is dramatically improved.

【0020】有孔性高分子電解質膜に含まれる熱可塑性
樹脂の粒子の大きさとしては、粒径が0.015〜5μ
mの範囲にある必要がある。粒径がこの範囲よりも小さ
いと、有孔性高分子電解質膜の十分なイオン電導性が確
保できなり、粒径がこの範囲よりも大きいと、充放電時
の電流分布が不均一となる。
The particle size of the thermoplastic resin contained in the porous polymer electrolyte membrane is 0.015 to 5 μm.
m. When the particle size is smaller than this range, sufficient ionic conductivity of the porous polymer electrolyte membrane cannot be secured, and when the particle size is larger than this range, the current distribution during charging and discharging becomes non-uniform.

【0021】熱可塑性樹脂の粒子の形状としては、球
状、略球状、塊状、繊維状などの種々の形状の粒子を使
用することができるが、特に球状粒子を使用することが
好ましい。
As the shape of the particles of the thermoplastic resin, various shapes such as a sphere, a substantially sphere, a lump, and a fiber can be used, and it is particularly preferable to use a spherical particle.

【0022】また、熱可塑性樹脂の融点は、80〜17
0℃の範囲にあり、しかも有孔性高分子電解質膜を構成
する高分子の融点よりも低いことが必要である。熱可塑
性樹脂の融点が80℃以下の場合には、通常の電池の使
用条件においても熱可塑性樹脂が溶融してシャットダウ
ンしてしまい、また、熱可塑性樹脂の融点が170℃以
上の場合には、電池が高温になって危険な状態になって
も熱可塑性樹脂が溶融せず、シャットダウン機能が発揮
されず、電池の安全性が確保できない。また、電池の温
度が上昇した場合、熱可塑性樹脂は有孔性高分子電解質
膜よりも先に溶融する必要があるため、熱可塑性樹脂の
融点は有孔性高分子電解質膜を構成する高分子の融点よ
りも低くしなければならない。
The melting point of the thermoplastic resin is 80-17.
It must be in the range of 0 ° C. and lower than the melting point of the polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane. When the melting point of the thermoplastic resin is 80 ° C or lower, the thermoplastic resin melts and shuts down even under normal battery use conditions, and when the melting point of the thermoplastic resin is 170 ° C or higher, Even if the battery becomes hot and becomes in a dangerous state, the thermoplastic resin does not melt, the shutdown function is not exhibited, and the safety of the battery cannot be ensured. Also, when the battery temperature rises, the thermoplastic resin must be melted before the porous polymer electrolyte membrane, so the melting point of the thermoplastic resin is the polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane. Must be lower than the melting point.

【0023】本発明の有孔性高分子膜は、従来の溶媒抽
出法によっても作製できる。また、本発明の有孔性高分
子膜は、まず、有孔性高分子電解質膜を構成する高分子
と熱可塑性樹脂の粒子と有機溶媒とを含むペーストを作
製し、このペーストから加熱や減圧等の方法で、有機溶
媒を除去して得るものであり、従来の溶媒抽出法に比
べ、極めて簡単で短時間に有孔性高分子電解質膜を得る
ことができる。
The porous polymer membrane of the present invention can be prepared by a conventional solvent extraction method. In addition, the porous polymer membrane of the present invention first prepares a paste containing the polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane, thermoplastic resin particles, and an organic solvent, and heats or decompresses the paste from this paste. The porous polymer electrolyte membrane is obtained by removing the organic solvent by such a method as described above, and is extremely simple and in a short time as compared with the conventional solvent extraction method.

【0024】なお、本発明において、有孔性高分子電解
質膜を備えた電池を作製する手順としては、つぎのよう
な手順をとることができる。
In the present invention, the following procedure can be adopted as a procedure for producing a battery provided with a porous polymer electrolyte membrane.

【0025】ひとつの方法は、あらかじめ有孔性高分子
膜を作製し、この有孔性高分子膜を有機電解液中に浸漬
し、有孔性高分子膜の孔中に有機電解液を保持させ、さ
らに有孔性高分子膜の高分子を有機電解液で膨潤または
湿潤させて、高分子部分もイオン電導可能となった有孔
性高分子電解質膜とし、正極と負極間にこの有孔性高分
子電解質膜を挟んで積層あるいは巻回して発電要素とし
て、電池ケースに収納する。
One method is to prepare a porous polymer membrane in advance, immerse the porous polymer membrane in an organic electrolyte, and hold the organic electrolyte in the pores of the porous polymer membrane. Then, the polymer of the porous polymer membrane is swollen or wetted with an organic electrolyte to form a porous polymer electrolyte membrane in which the polymer portion is also capable of conducting ions. The conductive polymer electrolyte membrane is interposed and laminated or wound, and housed in a battery case as a power generating element.

【0026】他の方法は、あらかじめ有孔性高分子膜を
作製し、正極と負極間にこの有孔性高分子膜を挟んで積
層あるいは巻回して発電要素として、電池ケースに収納
し、その後、電解液を注液して、有孔性高分子膜を有孔
性高分子電解質膜とする。
In another method, a porous polymer film is prepared in advance, laminated or wound with the porous polymer film sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and housed in a battery case as a power generating element. Then, an electrolytic solution is injected to convert the porous polymer membrane into a porous polymer electrolyte membrane.

【0027】また、上記のいずれの方法においても、有
孔性高分子膜を正極または負極のいずれか一方の電極と
一体化しておいてから巻回してもよい。
In any of the above methods, the porous polymer film may be wound after being integrated with either the positive electrode or the negative electrode.

【0028】これらの方法においては、正極と負極の少
なくとも一方の電極内部に有孔性高分子電解質膜を含ま
せておいてもよく、正極内部および負極内部の両方に有
孔性高分子電解質膜を含ませておくことがより好まし
い。
In these methods, a porous polymer electrolyte membrane may be contained in at least one of the positive electrode and the negative electrode, and the porous polymer electrolyte membrane is contained in both the inside of the positive electrode and the inside of the negative electrode. It is more preferable to include

【0029】本発明になる非水電解質二次電池は、熱可
塑性樹脂の粒子を含む有孔性高分子電解質膜と、正極
と、負極とを備えたものであり、平板状の正極と電解質
膜と負極とを交互に積層した極板群、あるいは帯状の正
極板と負極板の間に電解質膜を挟んで巻回した極板群を
使用するものである。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a porous polymer electrolyte membrane containing thermoplastic resin particles, a positive electrode, and a negative electrode. And an electrode group in which an anode and a negative electrode are alternately stacked, or an electrode group in which an electrolyte membrane is interposed between a strip-shaped positive electrode plate and a strip-shaped negative electrode plate.

【0030】本発明において、有孔性高分子電解質膜中
に含ませる熱可塑性樹脂の材質としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメタクリル酸
メチル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、アク
リロニトリル−ブタジエン=スチレン共重合体(ABS
樹脂)等、もしくはこれらの混合物を使用することがで
きる。なお、熱可塑性樹脂の融点は、ASTM D21
17に定められている。
In the present invention, as the material of the thermoplastic resin contained in the porous polymer electrolyte membrane, polyethylene, polypropylene, polybutylene, polymethyl methacrylate, polyvinylidene chloride, polycarbonate, acrylonitrile-butadiene = styrene copolymer Merging (ABS
Resin) and the like, or a mixture thereof. The melting point of the thermoplastic resin is determined according to ASTM D21.
17.

【0031】また、有孔性高分子電解質膜への熱可塑性
樹脂の添加量は、使用する有孔性高分子電解質の材質と
熱可塑性樹脂の材質の組み合せによって選択すればよ
い。ただし、添加量が少なすぎると目的の機械的強度が
得られないし、シャットダウンの効果も小さく、また、
添加量が多すぎると有孔性高分子電解質膜の電導度が低
下して、電池特性が低下するため、添加量は適当な範囲
に限定する必要がある。そのため熱可塑性樹脂の添加量
は、有孔性高分子100重量部に対し、10〜60重量
部とすることが好ましい。
The amount of the thermoplastic resin to be added to the porous polymer electrolyte membrane may be selected depending on the combination of the material of the porous polymer electrolyte used and the material of the thermoplastic resin. However, if the added amount is too small, the desired mechanical strength cannot be obtained, the effect of shutdown is small, and
If the addition amount is too large, the electric conductivity of the porous polymer electrolyte membrane decreases, and the battery characteristics deteriorate, so the addition amount needs to be limited to an appropriate range. Therefore, the addition amount of the thermoplastic resin is preferably 10 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous polymer.

【0032】また、有孔性高分子電解質膜の多孔度は、
室温で高いリチウムイオン電導度を得るためには、20
〜90%であることが好ましい。
The porosity of the porous polymer electrolyte membrane is as follows:
To obtain high lithium ion conductivity at room temperature, 20
It is preferably about 90%.

【0033】有孔性高分子電解質膜に使用する高分子と
しては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化
ビニル(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、
ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキ
シド、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレ
ート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリ
ル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポ
リエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリスチレンおよ
びポリイソプレン、もしくはこれらの誘導体を、単独
で、あるいは混合して用いてもよい。また、上記高分子
を構成する各種モノマーを共重合させた高分子を用いて
もよい。
As the polymer used for the porous polymer electrolyte membrane, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN),
Polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyvinyl alcohol, polymethacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene imine, polybutadiene, polystyrene and polyisoprene, or a derivative thereof alone, Alternatively, they may be used as a mixture. Further, a polymer obtained by copolymerizing various monomers constituting the above polymer may be used.

【0034】これらの高分子の中では、PVdF、PV
C、PANを用いた場合に、特に優れた特性を示す電池
が得られた。その理由は、有機電解液に対するPVd
F、PVCおよびPANの膨潤性が、他の高分子よりも
高いためである。
Among these polymers, PVdF, PVd
When C and PAN were used, a battery showing particularly excellent characteristics was obtained. The reason is that PVd for organic electrolyte
This is because the swellability of F, PVC and PAN is higher than other polymers.

【0035】また、有孔性高分子電解質の固体高分子中
および孔中にに含有させる電解液としては、有機溶媒と
リチウム塩の混合溶液を使用する。その有機溶媒として
は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボ
ネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジ
エチルカーボネート(DEC)、γ− ブチロラクト
ン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリ
ル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
1,2−ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、も
しくはこれらの混合物を使用してもよい。
A mixed solution of an organic solvent and a lithium salt is used as the electrolytic solution contained in the solid polymer and the pores of the porous polymer electrolyte. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide,
A polar solvent such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolan, methyl acetate, or a mixture thereof may be used.

【0036】また、電解液に溶解するリチウム塩として
は、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3
2、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiN
(SO2CF2CF32、LiN(COCF32およびL
iN(COCF2CF32などの塩もしくはこれらの混
合物を使用することができる。
The lithium salts dissolved in the electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 C
O 2 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN
(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 and L
Salts such as iN (COCF 2 CF 3 ) 2 or mixtures thereof can be used.

【0037】さらに、電池の正極活物質としては、無機
化合物としては、組成式LixMO 2、またはLiyM2
4(ただし、Mは遷移金属、0≦x≦1、0≦y≦
2)で表される、複合酸化物、トンネル状の空孔を有す
る酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いること
ができる。その具体例としては、 LiCoO2、LiN
iO2、LiMn24、Li2Mn24、MnO2、Fe
2、V25、V613、TiO2、TiS2等が挙げられ
る。また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等
の導電性高分子等が挙げられる。さらに、無機化合物、
有機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いて
もよい。
Further, as the positive electrode active material of the battery, inorganic
As the compound, the composition formula LixMO TwoOr LiyMTwo
OFour(Where M is a transition metal, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
Complex oxide represented by 2), having tunnel-like vacancies
Oxide or layered metal chalcogenide
Can be. As a specific example, LiCoOTwo, LiN
iOTwo, LiMnTwoOFour, LiTwoMnTwoOFour, MnOTwo, Fe
OTwo, VTwoOFive, V6O13, TiOTwo, TiSTwoEtc.
You. Examples of the organic compound include polyaniline and the like.
And the like. In addition, inorganic compounds,
Regardless of the organic compound, using a mixture of the above various active materials
Is also good.

【0038】さらに、電池の負極活物質としては、リチ
ウムまたは/およびリチウムイオンを吸蔵・放出可能な
物質である炭素材料やグラファイト等、その他に、A
l、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合
金、LiFe23等の遷移金属複合酸化物、WO2、M
oO2等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等
の炭素質材料、Li5(Li3N)等の窒化リチウム、も
しくは金属リチウム箔、又はこれらの混合物を用いても
よい。
Further, as the negative electrode active material of the battery, a carbon material or graphite, which is a material capable of occluding and releasing lithium and / or lithium ions, may be used.
alloys of lithium with l, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, etc., transition metal composite oxides such as LiFe 2 O 3 , WO 2 , M
A transition metal oxide such as oO 2, a carbonaceous material such as graphite or carbon, a lithium nitride such as Li 5 (Li 3 N), a metal lithium foil, or a mixture thereof may be used.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to preferred embodiments.

【0040】[実施例1]正極活物質にコバルト酸リチ
ウム(LiCoO2)、負極活物質にグラファイト、有
孔性高分子電解質を構成する高分子材料として変性ポリ
フッ化ビニリデン(PVdF)、有孔性高分子電解質膜
に含ませる熱可塑性樹脂に低分子量ポリエチレン(P
E)、有機電解液として、エチレンカーボネート(E
C)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(3
0:70、vol%)に1Mの六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6)を溶解させた溶液を使用した非水電解質
二次電池を作製した。
Example 1 Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, graphite as a negative electrode active material, modified polyvinylidene fluoride (PVdF) as a polymer material constituting a porous polymer electrolyte, and a porous material Low molecular weight polyethylene (P) is used as the thermoplastic resin contained in the polymer electrolyte membrane.
E), as an organic electrolyte, ethylene carbonate (E
C) and a mixed solvent of diethyl carbonate (DEC) (3
0: 70, to prepare a non-aqueous electrolyte secondary battery using a solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6) of 1M in vol%).

【0041】正極板は、活物質としてのコバルト酸リチ
ウム(LiCoO2)90wt%、導電剤としてのアセ
チレンブラック3wt%、結着剤としてのポリフッ化ビ
ニリデン(PVdF)7wt%に、溶剤であるn−メチ
ル−2−ピロリドン(NMP)を適当量混合してペース
トとし、このペーストを、厚さ20μmのアルミニウム
箔上に塗布し、150℃で乾燥してNMPを蒸発させ、
この操作をアルミニウム箔の両面におこなった後に、プ
レスすることによって作製した。プレス後の正極板の厚
さは170μmであり、正極板の寸法は、幅47mm、
長さ235mmとした。
The positive electrode plate is composed of 90 wt% of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) as an active material, 3 wt% of acetylene black as a conductive agent, 7 wt% of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, and n-solvent as a solvent. An appropriate amount of methyl-2-pyrrolidone (NMP) is mixed into a paste, and the paste is applied on an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate the NMP.
This operation was performed on both surfaces of the aluminum foil, followed by pressing. The thickness of the positive electrode plate after pressing is 170 μm, and the dimensions of the positive electrode plate are 47 mm in width,
The length was 235 mm.

【0042】負極板は、活物質としてのグラファイト9
0wt%、結着剤としてのPVdF10wt%に、溶剤
であるNMPを適当量混合してペーストとし、このペー
ストを、厚さ14μmの銅箔上に塗布し、150℃で乾
燥してNMPを蒸発させ、この操作を銅箔の両面に対し
ておこなった後に、プレスすることによって作製した。
プレス後の負極の厚さは190μmであり、負極板の寸
法は、幅50mm、長さ270mmとした。
The negative electrode plate is made of graphite 9 as an active material.
0 wt%, PVdF as a binder, and 10 wt% of PVdF as a binder are mixed with an appropriate amount of NMP as a solvent to form a paste. The paste is applied on a copper foil having a thickness of 14 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate the NMP. After this operation was performed on both surfaces of the copper foil, it was produced by pressing.
The thickness of the negative electrode after pressing was 190 μm, and the dimensions of the negative electrode plate were 50 mm in width and 270 mm in length.

【0043】熱可塑性樹脂の粒子を含む有孔性高分子電
解質膜はつぎ方法によって作製した。まず、変性ポリフ
ッ化ビニリデン(PVdF)の粉末10gを90gのN
−メチルピロリドン(NMP)に溶解し、この溶液に、
平均粒径1μm、融点120℃の低分子量ポリエチレン
(PE)微粒子7gを加えて均一に分散させてペースト
状とした。
A porous polymer electrolyte membrane containing particles of a thermoplastic resin was prepared by the following method. First, 10 g of powder of modified polyvinylidene fluoride (PVdF) was added to 90 g of N2.
-Methylpyrrolidone (NMP)
7 g of low molecular weight polyethylene (PE) fine particles having an average particle size of 1 μm and a melting point of 120 ° C. were added and uniformly dispersed to obtain a paste.

【0044】このペーストを正極と負極間に充填しなが
ら巻回して発電要素とし、この発電要素を80℃で5時
間、減圧乾燥することにより、ペースト中のNMPを除
去した。この時、正極と負極間に取付けられた変性ポリ
フッ化ビニリデン(PVdF)膜には孔が形成され、正
極と負極間に有孔性高分子膜が備えられたことになる。
The paste was wound while filling it between the positive electrode and the negative electrode to form a power generating element. The power generating element was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 5 hours to remove NMP in the paste. At this time, holes were formed in the modified polyvinylidene fluoride (PVdF) film attached between the positive electrode and the negative electrode, which means that a porous polymer film was provided between the positive electrode and the negative electrode.

【0045】この正極と負極間に有孔性高分子膜が備え
られた発電要素を、アルミニウムラミネートフィルムで
梱包し、有機電解液を2ml注入し、有孔性高分子膜を
有孔性高分子電解質膜にした後、開口部を熱溶着して封
口し、厚さ3.8mm、幅35mm、長さ61mmで、
公称容量700mAhの薄型電池を作製し、これを電池
Aとした。
The power generating element provided with a porous polymer film between the positive electrode and the negative electrode is packed with an aluminum laminate film, 2 ml of an organic electrolyte is injected, and the porous polymer film is replaced with the porous polymer film. After forming the electrolyte membrane, the opening was heat-sealed and sealed, and the thickness was 3.8 mm, the width was 35 mm, and the length was 61 mm.
A thin battery having a nominal capacity of 700 mAh was produced, and this was designated as Battery A.

【0046】[比較例1]実施例1と同様の正極、負
極、有機電解液を使用し、正極と負極間に微細孔をもつ
ポリオレフィン製セパレータを挟み、巻回して発電要素
とし、これをアルミニウムラミネートフィルムで梱包
し、有機電解液を2ml注入した後、開口部を熱溶着し
て封口し、公称容量700mAhの薄型電池を作製し、
これを電池Bとした。
Comparative Example 1 Using the same positive electrode, negative electrode, and organic electrolyte as in Example 1, a polyolefin separator having fine pores was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and wound to form a power generating element. After packing with a laminate film and injecting 2 ml of the organic electrolyte, the opening was heat-sealed and sealed to produce a thin battery with a nominal capacity of 700 mAh,
This was designated as Battery B.

【0047】[比較例2]有孔性高分子膜に含ませた低
分子量ポリエチレン(PE)微粒子に代えて、平均粒径
0.01μmのTiO2の微粒子を用いた以外は実施例
1と同様にして、公称容量700mAhの薄型電池を作
製し、これを電池Cとした。
Comparative Example 2 The same as Example 1 except that TiO 2 fine particles having an average particle diameter of 0.01 μm were used instead of the low molecular weight polyethylene (PE) fine particles contained in the porous polymer membrane. Thus, a thin battery having a nominal capacity of 700 mAh was produced, and this was designated as Battery C.

【0048】まず、電池からの漏液試験をおこなった。
電池A、BおよびCを各5個づづ用意し、各電池の外装
体であるアルミニウムラミネートフィルムの一部に故意
に亀裂を入れ、電池全体を500kgfの力で圧迫し、
1時間保持した後の、各電池からの漏液状態を観察し
た。
First, a liquid leakage test from a battery was performed.
Five batteries A, B, and C were prepared, and a part of an aluminum laminate film as an exterior body of each battery was intentionally cracked, and the entire battery was pressed with a force of 500 kgf.
After holding for 1 hour, the state of liquid leakage from each battery was observed.

【0049】その結果、比較例1の電池Bでは、5個の
電池すべてにおいて亀裂部分からの電解液の漏れが見ら
れた。一方、有孔性高分子電解質膜を使用した実施例1
の電池Aおよび比較例2の電池Cにおいては、全ての電
池で電解液の漏れは全く見られなかった。その理由は、
電池Aおよび電池Cでは、電池Bと比較して、電池内の
有機電解液量が少ないためである。
As a result, in the battery B of Comparative Example 1, leakage of the electrolyte from the crack was observed in all five batteries. On the other hand, Example 1 using a porous polymer electrolyte membrane
In the battery A of Comparative Example 2 and the battery C of Comparative Example 2, no leakage of the electrolytic solution was observed in all the batteries. The reason is,
This is because in the batteries A and C, the amount of the organic electrolyte in the batteries is smaller than that in the battery B.

【0050】つぎに、短絡試験をおこなった。電池A、
BおよびCを各5個づづ用意し、各電池を、25℃にお
いて、1CmA(700mA)の定電流で4.4Vま
で、続いて4.4Vの定電圧で、定電流と定電圧合計3
時間充電した後、正極端子と負極端子を短絡させて、そ
の時の電池の状態を観察した。
Next, a short-circuit test was performed. Battery A,
Five batteries B and C were prepared, and each battery was charged at 25 ° C. with a constant current of 1 CmA (700 mA) up to 4.4 V, followed by a constant voltage of 4.4 V, and a constant current and a constant voltage total of 3 V.
After charging for an hour, the positive terminal and the negative terminal were short-circuited, and the state of the battery at that time was observed.

【0051】その結果、比較例2の電池Cにおいては、
5個ともガスの噴出が起こり、電池の表面温度は300
℃以上にまで上昇した。一方、実施例1の電池Aおよび
比較例1の電池Bでは、全ての電池の表面温度は90〜
100℃にはなったが、電池からのガスの噴出やラミネ
ートフィルムケースの開口等の異常減少は見られなかっ
た。その理由は、電池Aでは有孔性高分子電解質膜中の
低分子量ポリエチレン(PE)微粒子が、また電池Bで
は微細孔をもつポリオレフィン製セパレータが、シャッ
トダウン機能を発揮したためである。
As a result, in the battery C of Comparative Example 2,
Gas ejection occurred in all five batteries, and the surface temperature of the battery was 300
The temperature rose to above ℃. On the other hand, in the battery A of Example 1 and the battery B of Comparative Example 1, the surface temperatures of all the batteries are 90 to 90.
Although the temperature reached 100 ° C., no abnormal decrease such as ejection of gas from the battery or opening of the laminate film case was observed. The reason is that the low molecular weight polyethylene (PE) fine particles in the porous polymer electrolyte membrane in the battery A and the polyolefin separator having micropores in the battery B exhibited the shutdown function.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上述べたように、本発明になる非水電
解質二次電池においては、有孔性高分子電解質膜に熱可
塑性樹脂を含んでいるために、電池からの液漏れがな
く、熱可塑性樹脂のシヤットダウン機能のために、安全
性に優れた電池が得られるものである。また、有孔性高
分子電解質膜のイオン電導度が高いために、高率での充
放電が可能で、大きな放電容量の電池が得られる。
As described above, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, since the porous polymer electrolyte membrane contains a thermoplastic resin, there is no liquid leakage from the battery. Due to the shutdown function of the thermoplastic resin, a battery excellent in safety can be obtained. In addition, since the porous polymer electrolyte membrane has high ionic conductivity, it can be charged and discharged at a high rate, and a battery having a large discharge capacity can be obtained.

【0053】さらに、本発明の有孔性高分子膜は、ま
ず、有孔性高分子電解質膜を構成する高分子と熱可塑性
樹脂の粒子と有機溶媒とを含むペーストを作製し、この
ペーストから加熱や減圧等の方法で、有機溶媒を除去し
て得るものであり、従来の溶媒抽出法に比べ、極めて簡
単で短時間に有孔性高分子電解質膜を得ることができる
ものである。
Further, the porous polymer membrane of the present invention is prepared by first preparing a paste containing a polymer constituting the porous polymer electrolyte membrane, particles of a thermoplastic resin, and an organic solvent. It is obtained by removing the organic solvent by a method such as heating or depressurization, and can obtain a porous polymer electrolyte membrane extremely simply and in a short time as compared with the conventional solvent extraction method.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極と、負極と、正極−負極間に有孔性
高分子電解質膜を備えた非水電解質二次電池において、
前記有孔性高分子電解質膜が粒径0.015〜5μmの
熱可塑性樹脂の粒子を含み、この熱可塑性樹脂の融点が
80〜170℃であり、かつ前記有孔性高分子電解質膜
を構成する高分子の融点よりも低いことを特徴とする非
水電解質二次電池。
1. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a porous polymer electrolyte membrane between the positive electrode and the negative electrode,
The porous polymer electrolyte membrane contains particles of a thermoplastic resin having a particle size of 0.015 to 5 μm, the melting point of the thermoplastic resin is 80 to 170 ° C., and the porous polymer electrolyte membrane constitutes the porous polymer electrolyte membrane. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by having a melting point lower than the melting point of the polymer.
【請求項2】 有孔性高分子電解質膜を構成する高分子
と熱可塑性樹脂の粒子と有機溶媒とを含むペーストから
有機溶媒を除去して得た有孔性高分子膜を使用すること
を特徴とする請求項1記載の非水電解質二次電池。
2. Use of a porous polymer membrane obtained by removing an organic solvent from a paste containing a polymer constituting a porous polymer electrolyte membrane, particles of a thermoplastic resin, and an organic solvent. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006318867A (en) * 2005-05-16 2006-11-24 Nissan Motor Co Ltd Non-aqueous electrolyte secondary battery

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