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JP2002252033A - Polymer electrolyte and lithium ion polymer secondary battery using the same - Google Patents

Polymer electrolyte and lithium ion polymer secondary battery using the same

Info

Publication number
JP2002252033A
JP2002252033A JP2001048385A JP2001048385A JP2002252033A JP 2002252033 A JP2002252033 A JP 2002252033A JP 2001048385 A JP2001048385 A JP 2001048385A JP 2001048385 A JP2001048385 A JP 2001048385A JP 2002252033 A JP2002252033 A JP 2002252033A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
electrolyte
polymer electrolyte
electrolytic solution
ionic conductivity
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
JP2001048385A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Watarai
祐介 渡会
Akio Mizuguchi
暁夫 水口
Akihiro Higami
晃裕 樋上
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.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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 Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2001048385A priority Critical patent/JP2002252033A/en
Publication of JP2002252033A publication Critical patent/JP2002252033A/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 polymer electrolyte with which high ion conductivity is obtained under room temperature and further under low-temperature environment. SOLUTION: In the polymer electrolyte, which is composed of mixing with a polymer, an electrolytic solution, and a lithium metal salt, a relation of 5.0×10<-2> <=ε×η<=3.0×10<-1> is filled, when making the dielectric constant of the electrolytic solution to ε (non-unit), and viscosity into η (kg/m.s).

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、低温環境下におい
ても高いイオン伝導率を有するポリマー電解質及びそれ
を用いたリチウムイオンポリマー二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte having a high ionic conductivity even in a low temperature environment, and a lithium ion polymer secondary battery using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のビデオカメラやノート型パソコン
等のポータブル機器の普及により薄型の電池に対する需
要が高まっている。この薄型の電池として、正極シート
と負極シートを積層して形成されたリチウムイオンポリ
マー二次電池が知られている。この正極シートは、正極
集電体箔の表面に活物質を形成することにより作られ、
負極シートは負極集電体箔の表面に活物質を形成するこ
とにより作られる。正極シートの活物質と負極シートの
活物質の間にはポリマー電解質層が介装される。この電
池では、それぞれの活物質における電位差を電流として
取出すための正極端子及び負極端子が正極集電体箔及び
負極集電体箔に設けられ、このように積層されたものを
パッケージで密閉することによりリチウムイオンポリマ
ー二次電池が形成される。このリチウムイオンポリマー
二次電池ではパッケージから引出された正極端子及び負
極端子を電池の端子として使用することにより所望の電
気が得られるようになっている。
2. Description of the Related Art With the spread of portable devices such as video cameras and notebook personal computers in recent years, demand for thin batteries has increased. As this thin battery, a lithium ion polymer secondary battery formed by laminating a positive electrode sheet and a negative electrode sheet is known. This positive electrode sheet is made by forming an active material on the surface of the positive electrode current collector foil,
The negative electrode sheet is made by forming an active material on the surface of the negative electrode current collector foil. A polymer electrolyte layer is interposed between the active material of the positive electrode sheet and the active material of the negative electrode sheet. In this battery, a positive electrode terminal and a negative electrode terminal for taking out a potential difference in each active material as a current are provided on the positive electrode current collector foil and the negative electrode current collector foil, and the stacked body is sealed in a package. Thereby, a lithium ion polymer secondary battery is formed. In this lithium ion polymer secondary battery, desired electricity can be obtained by using the positive electrode terminal and the negative electrode terminal drawn out of the package as terminals of the battery.

【0003】リチウムイオン二次電池に使用されるポリ
マー電解質には、ポリマー、電解液及びリチウム金属塩
が含まれる。このポリマー電解質の製造方法としては、
先ず、上記ポリマー、電解液及びリチウム金属塩をそれ
ぞれ添加混合して、スラリーを作製する。次に、このポ
リマー電解質スラリーを剥離紙上に電解質層の乾燥厚さ
が10〜150μmとなるようにドクターブレード法に
より塗工及び乾燥し、この層を剥離紙より剥がすことに
より、ポリマー電解質が得られる。ここでドクターブレ
ード法とは、セラミックスをシート状に成型する方法の
1つであり、キャリアフィルムやエンドレスベルト等の
キャリア上に載せて運ばれるスリップの厚さをドクター
ブレードと呼ばれるナイフエッジとキャリアとの間隔を
調整することによってシートの厚さを精密に制御する方
法である。
[0003] Polymer electrolytes used in lithium ion secondary batteries include polymers, electrolytes and lithium metal salts. As a method for producing this polymer electrolyte,
First, a slurry is prepared by adding and mixing each of the above-mentioned polymer, electrolyte solution and lithium metal salt. Next, the polymer electrolyte slurry is coated and dried by a doctor blade method on a release paper so that the dry thickness of the electrolyte layer is 10 to 150 μm, and the polymer electrolyte is obtained by peeling this layer from the release paper. . Here, the doctor blade method is one of the methods of forming ceramics into a sheet, and the thickness of the slip carried on a carrier such as a carrier film or an endless belt is determined by a knife edge called a doctor blade and a carrier. This is a method of precisely controlling the thickness of the sheet by adjusting the distance between the sheets.

【0004】ポリマー電解質とこのポリマー電解質に含
まれる電解液の一般的な知見として、電解液の誘電率が
高く、粘度が低いと、電解液のイオン伝導率の数値が高
く、更にこの高イオン伝導率の電解液を含有したポリマ
ー電解質のイオン伝導率もよいとされている。従って、
電解液の誘電率をε(無単位)、粘度をη(kg/m・s)と表す
とき、ε/η(m・s/kg)の数値が大きい電解液を用いるこ
とにより、ポリマー電解質も高いイオン伝導率を示すこ
とになる。
As a general finding of a polymer electrolyte and an electrolyte contained in the polymer electrolyte, a high dielectric constant and a low viscosity of the electrolyte result in a high ionic conductivity of the electrolyte and a high ionic conductivity. It is said that the ionic conductivity of a polymer electrolyte containing an electrolytic solution having a high rate is also good. Therefore,
When the dielectric constant of the electrolytic solution is represented by ε (unitless) and the viscosity is represented by η (kg / m · s), the polymer electrolyte is also used by using the electrolytic solution having a large value of ε / η (m · s / kg). It will exhibit high ionic conductivity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、−20℃のよ
うな低温環境下においては、電解液を含有したポリマー
電解質のイオン伝導率は、上記従来の一般的な電解液に
関する知見が当てはまらない。即ち、電解液のε/ηが
大きい数値を示しても、この電解液を含んだポリマー電
解質のイオン伝導率は必ずしも高い数値を示さず、この
ポリマー電解質を用いた電池は十分な性能が得られない
問題があった。本発明の目的は、室温下、更には低温環
境下においても高いイオン伝導率が得られるポリマー電
解質及びそれを用いた電池を提供することにある。
However, in a low-temperature environment such as -20.degree. C., the above-mentioned knowledge of the conventional general electrolyte does not apply to the ionic conductivity of the polymer electrolyte containing the electrolyte. That is, even if the ε / η of the electrolytic solution shows a large numerical value, the ionic conductivity of the polymer electrolyte containing the electrolytic solution does not always show a high numerical value, and the battery using this polymer electrolyte has sufficient performance. There was no problem. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte capable of obtaining a high ionic conductivity even at room temperature or even in a low temperature environment, and a battery using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
ポリマー、電解液及びリチウム金属塩を混合してなるポ
リマー電解質において、電解液の誘電率をε(無単位)、
粘度をη(kg/m・s)とするとき、 5.0×10-2≦ε×η≦3.0×10-1 ………(1) を満たすことを特徴とするポリマー電解質である。請求
項1に係る発明では、ポリマー電解質に含まれる電解液
の誘電率をε(無単位)、粘度をη(kg/m・s)とするとき、
ε×η(kg/m・s)で表される数値を上記式(1)に規定す
る。ε×ηが5.0×10-2kg/m・s未満である
と、低温環境下では、熱膨張率の高いポリマーの収縮に
より、ポリマーからの電解液の排出が促進され、ポリマ
ー電解質のイオン伝導率の低下が著しくなる。ε×ηが
3.0×10-1kg/m・sを越えると、低温環境下で
は、リチウムイオンの移動抵抗が増加し、イオン伝導率
が低下する。
According to the first aspect of the present invention,
In a polymer electrolyte obtained by mixing a polymer, an electrolyte and a lithium metal salt, the dielectric constant of the electrolyte is ε (unitless),
When the viscosity is η (kg / m · s), the polymer electrolyte satisfies the following condition: 5.0 × 10 −2 ≦ ε × η ≦ 3.0 × 10 −1 (1) . In the invention according to claim 1, when the dielectric constant of the electrolytic solution contained in the polymer electrolyte is ε (unitless) and the viscosity is η (kg / m · s),
The numerical value represented by ε × η (kg / m · s) is defined in the above equation (1). When ε × η is less than 5.0 × 10 −2 kg / m · s, in a low-temperature environment, the polymer having a high thermal expansion coefficient shrinks, thereby facilitating the discharge of the electrolyte from the polymer, and the discharge of the polymer electrolyte. The ionic conductivity is significantly reduced. If ε × η exceeds 3.0 × 10 −1 kg / m · s, the transfer resistance of lithium ions increases and the ionic conductivity decreases in a low-temperature environment.

【0007】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、ポリマー及び電解液の重量に対するポリマ
ーの重量比率が0.01〜0.50であるポリマー電解
質である。請求項2に係る発明では、ポリマー及び電解
液の重量に対するポリマーの重量比率が0.01未満で
あると、ポリマー電解質の強度が不足する不具合を生
じ、ポリマー及び電解液の重量に対するポリマーの重量
比率が0.50を越えると、イオン伝導率が低下する不
具合を生じる。
A second aspect of the present invention is the polymer electrolyte according to the first aspect, wherein the weight ratio of the polymer to the weight of the polymer and the electrolyte is 0.01 to 0.50. In the invention according to claim 2, when the weight ratio of the polymer to the weight of the polymer and the electrolyte is less than 0.01, the strength of the polymer electrolyte is insufficient, and the weight ratio of the polymer to the weight of the polymer and the electrolyte is caused. Exceeds 0.50, ionic conductivity is lowered.

【0008】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、ポリマーがポリフッ化ビニリデン
(以下、PVdFという。)、ヘキサフルオロプロピレ
ン−ポリフッ化ビニリデン共重合体(以下、HFP-P
VdFという。)又はポリフッ化ビニリデン−ヘキサフ
ルオロプロピレン−ポリフッ化ビニリデン共重合体を主
成分とする高分子であるポリマー電解質である。請求項
4に係る発明は、請求項1又は2に係る発明であって、
電解液がエチレンカーボネート(以下、ECとい
う。)、プロピレンカーボネート(以下、PCとい
う。)、γ-ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、
メチルエチルカーボネート(以下、MECという。)又
はジエチルカーボネートから選ばれた2種又は3種以上
を含む混合液であるポリマー電解質である。請求項5に
係る発明は、請求項1ないし4いずれか記載のポリマー
電解質を用いて作製したリチウムイオンポリマー二次電
池である。請求項5に係る発明では、請求項1ないし4
いずれか記載のポリマー電解質を用いて作製したリチウ
ムイオンポリマー二次電池は低温環境下においても実用
上十分に性能を発揮できる。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the polymer is polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVdF), a hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer (hereinafter referred to as HFP). -P
VdF. ) Or a polymer electrolyte which is a polymer having a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer as a main component. The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2,
The electrolyte is ethylene carbonate (hereinafter, referred to as EC), propylene carbonate (hereinafter, referred to as PC), γ-butyrolactone, dimethyl carbonate,
The polymer electrolyte is a mixed solution containing two or more selected from methyl ethyl carbonate (hereinafter, referred to as MEC) or diethyl carbonate. The invention according to claim 5 is a lithium ion polymer secondary battery produced using the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 4. In the invention according to claim 5, claims 1 to 4
A lithium ion polymer secondary battery produced using any of the polymer electrolytes described above can sufficiently exhibit performance even in a low-temperature environment.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。本発明のポリマー電解質はポリマー、電解液
及びリチウム金属塩を含み、これらを混合して得られ
る。ポリマーとしては、イオン伝導性、耐酸化還元に優
れるものが選択され、PVdF、HFP-PVdF等が
挙げられる。電解液としては、リチウム金属塩を溶解可
能なものが選択され、EC、PC、γ-ブチロラクト
ン、ジメチルカーボネート、MEC又はジエチルカーボ
ネートから選ばれた2種又は3種以上を含む混合液が挙
げられる。リチウム金属塩としては、LiClO 4、L
iBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6
Li(CF3SO2)2N、LiC49SO3等が挙げられ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described.
explain. The polymer electrolyte of the present invention is a polymer, an electrolytic solution.
And lithium metal salts, obtained by mixing
You. Excellent ionic conductivity and oxidation-reduction resistance as a polymer
Are selected, PVdF, HFP-PVdF, etc.
No. Lithium metal salt can be dissolved as electrolyte
Functional, EC, PC, γ-butyrolact
, Dimethyl carbonate, MEC or diethyl carbonate
A mixed solution containing two or three or more selected from the group consisting of
I can do it. As the lithium metal salt, LiClO Four, L
iBFFour, LiPF6, LiCFThreeSOThree, LiAsF6,
Li (CFThreeSOTwo)TwoN, LiCFourF9SOThreeEtc.
You.

【0010】従来より使用されている低粘度の電解液を
含んだポリマー電解質は、このポリマー電解質が低温状
態に維持されたとき、熱膨張率の高いポリマーが収縮す
ることより、ポリマーに含まれる電解液の排出が促進さ
れる。そのため、ポリマー電解質のイオン伝導率の低下
が著しくなると考えられる。従って、ポリマー電解質が
低温で優れたイオン伝導率を有するためには、含有され
る電解液が、低粘度の電解液よりも、ある一定以上の粘
度を有する電解液を用いる方がよく、この一定以上の粘
度を有する電解液を用いることにより、ポリマー電解質
が低温状態に維持されたとき、ポリマーの収縮によって
電解液の排出が促進されない。
A polymer electrolyte containing a low-viscosity electrolytic solution, which has been conventionally used, has a problem that the polymer having a high coefficient of thermal expansion shrinks when the polymer electrolyte is maintained at a low temperature state. The drainage of liquid is promoted. Therefore, it is considered that the ionic conductivity of the polymer electrolyte is significantly reduced. Therefore, in order for the polymer electrolyte to have excellent ionic conductivity at a low temperature, it is preferable that the contained electrolyte is an electrolyte having a certain viscosity or more than a low-viscosity electrolyte. By using the electrolyte having the above viscosity, when the polymer electrolyte is maintained at a low temperature, the discharge of the electrolyte is not promoted due to the contraction of the polymer.

【0011】特に、電解液の誘電率ε(無単位)と、粘度
η(kg/m・s)との関係がε×η(kg/m・s)で表されるとき、
5.0×10-2≦ε×η≦3.0×10-1の数値範囲内
を示す電解液を含んだポリマー電解質は高いイオン伝導
率を有することが判った。
In particular, when the relationship between the dielectric constant ε (unitless) of the electrolyte and the viscosity η (kg / m · s) is represented by ε × η (kg / m · s),
It was found that a polymer electrolyte containing an electrolytic solution having a value within the range of 5.0 × 10 −2 ≦ ε × η ≦ 3.0 × 10 −1 had high ionic conductivity.

【0012】本発明のポリマー電解質は、このポリマー
電解質に含まれる電解液の誘電率、粘度において、ε×
ηの数値範囲を限定することにより、低温環境下におけ
るポリマーの収縮による電解液の排出の促進を抑制する
ことができる。ポリマー電解質の配合比率は、ポリマー
及び電解液の重量に対するポリマーの重量比率が0.0
1〜0.50である。好ましいポリマー及び電解液の重
量に対するポリマーの重量比率は0.1〜0.3であ
る。
The polymer electrolyte of the present invention has a dielectric constant and viscosity of ε ×
By limiting the numerical range of η, it is possible to suppress the promotion of the discharge of the electrolyte due to the contraction of the polymer in a low-temperature environment. The mixing ratio of the polymer electrolyte is such that the weight ratio of the polymer to the weight of the polymer and the electrolyte is 0.0
1 to 0.50. A preferable polymer and a weight ratio of the polymer to the weight of the electrolytic solution are 0.1 to 0.3.

【0013】次にこのポリマー電解質を用いてリチウム
イオン二次電池を作製する。例えばシート状のリチウム
イオンポリマー二次電池の作製方法としては、先ず、シ
ート状の正極及び負極集電体をそれぞれ用意する。次い
で、正極活物質層、負極活物質層及びポリマー電解質に
必要な成分、例えば、下記表1に示される各成分をボー
ルミルで2時間混合することによりそれぞれ正極活物質
層スラリー、負極活物質層スラリー及びポリマー電解質
スラリーをそれぞれ調製する。
Next, a lithium ion secondary battery is manufactured using the polymer electrolyte. For example, as a method for manufacturing a sheet-shaped lithium ion polymer secondary battery, first, a sheet-shaped positive electrode collector and a sheet-shaped negative electrode current collector are prepared. Next, the components required for the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, and the polymer electrolyte, for example, the respective components shown in Table 1 below are mixed for 2 hours by a ball mill, so that the positive electrode active material layer slurry and the negative electrode active material layer slurry are respectively mixed. And a polymer electrolyte slurry are prepared.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】次に得られた正極活物質層スラリーを正極
集電体上にドクターブレード法により塗布して乾燥し、
圧延することにより正極を形成する。また負極も同様に
して、得られた負極活物質層スラリーを負極集電体上に
ドクターブレード法により塗布して乾燥し、圧延するこ
とにより負極を形成する。正極又は負極活物質層は乾燥
後の厚さが、20〜250μmとなるように形成する。
ポリマー電解質は得られたポリマー電解質スラリーを剥
離紙上に電解質層の乾燥厚さが10〜150μmとなる
ようにドクターブレード法により塗工及び乾燥し、剥離
紙より剥がして形成する。それぞれ形成した正極とポリ
マー電解質と負極を順に積層し、積層物を熱圧着するこ
とにより、シート状の電極体が形成される。
Next, the obtained positive electrode active material layer slurry is applied on a positive electrode current collector by a doctor blade method and dried,
A positive electrode is formed by rolling. Similarly, the negative electrode is formed by applying the obtained negative electrode active material layer slurry on a negative electrode current collector by a doctor blade method, drying and rolling the negative electrode active material layer slurry. The positive electrode or negative electrode active material layer is formed so that the thickness after drying is 20 to 250 μm.
The polymer electrolyte is formed by applying and drying the obtained polymer electrolyte slurry on a release paper by a doctor blade method so that the dry thickness of the electrolyte layer is 10 to 150 μm, and peeling off the release paper. The formed positive electrode, polymer electrolyte and negative electrode are sequentially laminated, and the laminate is thermocompression-bonded to form a sheet-like electrode body.

【0016】最後に、この電極体にNiからなる正極リ
ード及び負極リードをそれぞれ正極集電体及び負極集電
体に溶接し、開口部を有する袋状に加工したラミネート
パッケージ材に収納し、減圧条件下で熱圧着により開口
部を封止して、シート状のリチウムイオンポリマー二次
電池が作製できる。
Finally, the positive electrode lead and the negative electrode lead made of Ni are welded to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, and are housed in a bag-shaped laminated package material having an opening. The opening is sealed by thermocompression bonding under the conditions, whereby a sheet-shaped lithium ion polymer secondary battery can be manufactured.

【0017】[0017]

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 <実施例1>先ず、ポリマーとしてHFP-PVdF
(エルフアトケム製、Kynar2810;ヘキサフルオロプロ
ピレン12重量%含有品)を40g用意した。また、E
C及びPCをEC:PCが重量比で50:50となるよ
うにそれぞれ混合した液を電解液とし、この電解液を8
0g用意した。この電解液の誘電率ε(無単位)、粘度η
(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε×η(kg/m・s)及びε/η
(m・s/kg)をそれぞれ求めたところε×η=1.43×1
-1kg/m・s、ε/η=3.5×104m・s/kg
であった。また、この電解液を−20℃の環境下でイオ
ン伝導率を測定したところ、1.17mS/cmであっ
た。次に、このHFP-PVdF40gにジメチルホル
ムアミド200gを溶媒として添加して溶解し、更に上
記配合の電解液を80g添加して、ボールミルで2時間
混合することによりポリマー電解質スラリーを調製し
た。
Next, embodiments of the present invention will be described. <Example 1> First, HFP-PVdF was used as a polymer.
40 g of (Kynar2810; product containing 12% by weight of hexafluoropropylene) manufactured by Elf Atochem. Also, E
A solution obtained by mixing C and PC so that the weight ratio of EC: PC is 50:50 is used as an electrolyte.
0 g was prepared. Dielectric constant ε (no unit), viscosity η of this electrolyte
(kg / m · s) and ε × η (kg / m · s) and ε / η
(m · s / kg) was obtained, and ε × η = 1.43 × 1
0 −1 kg / m · s, ε / η = 3.5 × 10 4 m · s / kg
Met. The ionic conductivity of the electrolyte solution measured at -20 ° C was 1.17 mS / cm. Next, 200 g of dimethylformamide was added and dissolved in 40 g of the HFP-PVdF as a solvent, and then 80 g of the electrolyte solution having the above composition was added and mixed for 2 hours by a ball mill to prepare a polymer electrolyte slurry.

【0018】<実施例2>EC及びPCをEC:PCが
重量比で60:40となるように混合した液を電解液と
して用いた以外は実施例1と同様にポリマー電解質スラ
リーを調製した。用いた電解液の誘電率ε(無単位)、粘
度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε×η及びε/ηをそ
れぞれ求めたところε×η=1.41×10-1kg/m
・s、ε/η=3.7×104m・s/kgであった。な
お、この電解液の−20℃におけるイオン伝導率は1.
23mS/cmであった。 <実施例3>EC、PC及びMECをEC:PC:ME
Cが重量比で40:40:20となるようにそれぞれ混
合した液を電解液として用いた以外は実施例1と同様に
ポリマー電解質スラリーを調製した。用いた電解液の誘
電率ε(無単位)、粘度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε
×η及びε/ηをそれぞれ求めたところε×η=1.0
1×10-1kg/m・s、ε/η=3.2×104m・s
/kgであった。なお、この電解液の−20℃における
イオン伝導率は1.71mS/cmであった。 <実施例4>EC、PC及びMECをEC:PC:ME
Cが重量比で48:32:20となるようにそれぞれ混
合した液を電解液として用いた以外は実施例1と同様に
ポリマー電解質スラリーを調製した。用いた電解液の誘
電率ε(無単位)、粘度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε
×η及びε/ηをそれぞれ求めたところε×η=1.0
0×10-1kg/m・s、ε/η=3.4×104m・s
/kgであった。なお、この電解液の−20℃における
イオン伝導率は1.78mS/cmであった。 <実施例5>EC及びMECをEC:MECが重量比で
50:50となるようにそれぞれ混合した液を電解液と
して用いた以外は実施例1と同様にポリマー電解質スラ
リーを調製した。用いた電解液の誘電率ε(無単位)、粘
度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε×η及びε/ηをそ
れぞれ求めたところε×η=5.0×10-2kg/m・
s、ε/η=3.4×104m・s/kgであった。な
お、この電解液の−20℃におけるイオン伝導率は2.
36mS/cmであった。 <実施例6>PC及びMECをPC:MECが重量比で
50:50となるようにそれぞれ混合した液を電解液と
して用いた以外は実施例1と同様にポリマー電解質スラ
リーを調製した。用いた電解液の誘電率ε(無単位)、粘
度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε×η及びε/ηをそ
れぞれ求めたところε×η=5.1×10-2kg/m・
s、ε/η=2.1×104m・s/kgであった。な
お、この電解液の−20℃におけるイオン伝導率は2.
31mS/cmであった。
<Example 2> A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid in which EC and PC were mixed at a weight ratio of EC: PC of 60:40 was used as an electrolytic solution. The dielectric constant ε (no unit) and the viscosity η (kg / m · s) of the used electrolyte solution were measured, and ε × η and ε / η were determined. Ε × η = 1.41 × 10 −1 kg / m
S and ε / η were 3.7 × 10 4 m · s / kg. The ionic conductivity of this electrolytic solution at -20 ° C was 1.
23 mS / cm. <Embodiment 3> EC, PC and MEC are converted to EC: PC: ME.
A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid mixed so that C became 40:40:20 by weight was used as the electrolyte. The dielectric constant ε (no unit) of the used electrolyte solution and the viscosity η (kg / m
× η and ε / η were determined, and ε × η = 1.0
1 × 10 −1 kg / ms, ε / η = 3.2 × 10 4 ms
/ Kg. The ionic conductivity of this electrolyte at -20 ° C was 1.71 mS / cm. <Embodiment 4> EC, PC and MEC are converted to EC: PC: ME.
A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid mixed so that C became 48:32:20 by weight was used as the electrolyte. Measure the dielectric constant ε (no unit) and viscosity η (kg / m
× η and ε / η were determined, and ε × η = 1.0
0 × 10 −1 kg / ms, ε / η = 3.4 × 10 4 ms
/ Kg. The ionic conductivity of the electrolyte at -20 ° C was 1.78 mS / cm. <Example 5> A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid in which EC and MEC were mixed so that the weight ratio of EC: MEC was 50:50 was used as the electrolytic solution. The dielectric constant ε (unitless) and viscosity η (kg / m · s) of the used electrolyte solution were measured, and ε × η and ε / η were determined, respectively, where ε × η = 5.0 × 10 −2. kg / m
s, ε / η = 3.4 × 10 4 m · s / kg. The ionic conductivity of this electrolyte at -20 ° C was 2.
It was 36 mS / cm. <Example 6> A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid in which PC and MEC were mixed so that the weight ratio of PC: MEC was 50:50 was used as the electrolytic solution. The dielectric constant ε (no unit) and viscosity η (kg / m · s) of the used electrolyte solution were measured, and ε × η and ε / η were determined, respectively, where ε × η = 5.1 × 10 −2. kg / m
s, ε / η = 2.1 × 10 4 m · s / kg. The ionic conductivity of this electrolyte at -20 ° C was 2.
It was 31 mS / cm.

【0019】<比較例1>PC及びMECをPC:ME
Cが重量比で25:75となるようにそれぞれ混合した
液を電解液として用いた以外は実施例1と同様にポリマ
ー電解質スラリーを調製した。用いた電解液の誘電率ε
(無単位)、粘度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε×η及
びε/ηをそれぞれ求めたところε×η=2.1×10
-2kg/m・s、ε/η=1.7×104m・s/kgで
あった。なお、この電解液の−20℃におけるイオン伝
導率は2.59mS/cmであった。 <比較例2>EC、PC及びMECをEC:PC:ME
Cが重量比で10:10:80となるようにそれぞれ混
合した液を電解液として用いた以外は実施例1と同様に
ポリマー電解質スラリーを調製した。用いた電解液の誘
電率ε(無単位)、粘度η(kg/m・s)をそれぞれ測定し、ε
×η及びε/ηをそれぞれ求めたところε×η=1.7
×10-2kg/m・s、ε/η=1.7×104m・s/
kgであった。なお、この電解液の−20℃におけるイ
オン伝導率は2.59mS/cmであった。 <比較評価>実施例1〜6及び比較例1,2で得られた
ポリマー電解質スラリーをアルミ箔上に電解質層の乾燥
厚さが50μmとなるようにドクターブレード法により
塗工及び乾燥し、アルミ箔より剥がしてシート状のポリ
マー電解質を作製した。作製したポリマー電解質を直径
10mmの大きさに金型により打ち抜き、コイン型セル
に入れて−20℃におけるイオン伝導率を測定した。実
施例1〜6及び比較例1,2のポリマー電解質のイオン
伝導率を表2にそれぞれ示す。
Comparative Example 1 PC and MEC were replaced with PC: ME
A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the liquids mixed so that C became 25:75 by weight were used as the electrolyte. Dielectric constant ε of electrolyte used
(No unit), viscosity η (kg / m · s) was measured, and ε × η and ε / η were determined, respectively. Ε × η = 2.1 × 10
-2 kg / m · s and ε / η = 1.7 × 10 4 m · s / kg. The ionic conductivity of the electrolyte at -20 ° C was 2.59 mS / cm. <Comparative Example 2> EC: PC: ME: EC: PC: ME
A polymer electrolyte slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that a liquid mixed so that C became 10:10:80 by weight was used as an electrolyte. Measure the dielectric constant ε (no unit) and viscosity η (kg / m
× η and ε / η were determined respectively, and ε × η = 1.7.
× 10 −2 kg / m · s, ε / η = 1.7 × 10 4 m · s /
kg. The ionic conductivity of the electrolyte at -20 ° C was 2.59 mS / cm. <Comparative evaluation> The polymer electrolyte slurries obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were coated and dried by a doctor blade method on an aluminum foil so that the dry thickness of the electrolyte layer was 50 μm. By peeling off from the foil, a sheet-like polymer electrolyte was produced. The produced polymer electrolyte was punched out into a size of 10 mm in diameter by a metal mold, placed in a coin cell, and measured for ionic conductivity at -20 ° C. Table 2 shows the ionic conductivity of the polymer electrolytes of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】表2より明らかなように、実施例1〜6及
び比較例1,2においてそれぞれ測定した電解液のイオ
ン伝導率とポリマー電解質のイオン伝導率とは比例関係
をとっていなかった。比較例1及び2のポリマー電解質
は、使用した電解液のε×ηが本発明の下限値である
5.0×10-2kg/m・sを下回っている。−20℃
における電解液のイオン伝導率の数値は大きいが、−2
0℃におけるポリマー電解質のイオン伝導率の数値が小
さい。これは前述したように、電解液が低粘度であるた
め、低温時におけるポリマーの収縮によって、電解液の
排出が促進されてしまったためと考えられる。これに対
して実施例1〜6のポリマー電解質は、使用した電解液
のε×ηが5.0×10-2kg/m・s〜3.0×10
-1kg/m・sの範囲内に含まれている。ポリマー電解
質のイオン伝導率は大きい数値をそれぞれ示しており、
このポリマー電解質を用いて作製されるリチウムイオン
二次電池は、低温環境下において実用上十分な性能を引
出すことができるレベルに達している。この理由として
は、電解液の粘度が高いため、低温時におけるポリマー
の収縮によっても排出が促進されなかったためと考えら
れる。
As is clear from Table 2, the ionic conductivity of the electrolytic solution and the ionic conductivity of the polymer electrolyte measured in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 did not have a proportional relationship. In the polymer electrolytes of Comparative Examples 1 and 2, ε × η of the used electrolyte solution was lower than the lower limit of 5.0 × 10 −2 kg / m · s of the present invention. -20 ° C
The value of the ionic conductivity of the electrolyte at
The value of the ionic conductivity of the polymer electrolyte at 0 ° C. is small. This is presumably because, as described above, since the electrolyte has a low viscosity, the polymer shrinks at a low temperature, thereby promoting the discharge of the electrolyte. On the other hand, in the polymer electrolytes of Examples 1 to 6, the ε × η of the used electrolyte was 5.0 × 10 −2 kg / m · s to 3.0 × 10.
-1 kg / m · s. The ionic conductivity of the polymer electrolyte shows a large numerical value, respectively.
Lithium ion secondary batteries produced using this polymer electrolyte have reached a level where practically sufficient performance can be obtained in a low temperature environment. It is considered that the reason for this is that, because the viscosity of the electrolytic solution was high, the discharge was not promoted even by polymer shrinkage at low temperature.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ポ
リマーと誘電率をε(無単位)、粘度をη(kg/m・s)とする
とき、 5.0×10-2≦ε×η≦3.0×10-1 ………(1) を満たす電解液とを混合してなるポリマー電解質は、室
温下、更には低温環境下においても高いイオン伝導率が
得られ、この電解質を用いることにより、低温環境下に
おいても、十分に性能を発揮できるリチウムイオン二次
電池を作製できる。
As described above, according to the present invention, when the polymer and the dielectric constant are ε (unitless) and the viscosity is η (kg / m · s), 5.0 × 10 −2 ≦ A polymer electrolyte obtained by mixing an electrolyte solution satisfying ε × η ≦ 3.0 × 10 −1 (1) has a high ionic conductivity even at room temperature or even at low temperature. By using an electrolyte, a lithium ion secondary battery that can sufficiently exhibit performance even in a low-temperature environment can be manufactured.

フロントページの続き (72)発明者 樋上 晃裕 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 5G301 CA16 CA30 CD01 5H029 AJ02 AJ06 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ12 EJ13 EJ14 HJ01 HJ10 HJ20Continuation of the front page (72) Inventor Akihiro Higami 1-297 Kitabukuro-cho, Omiya-shi, Saitama F-term in Mitsubishi Materials Research Laboratory (reference) 5G301 CA16 CA30 CD01 5H029 AJ02 AJ06 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ12 EJ13 EJ14 HJ01 HJ10 HJ20

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリマー、電解液及びリチウム金属塩を
混合してなるポリマー電解質において、 前記電解液の誘電率をε(無単位)、粘度をη(kg/m・s)と
するとき、 5.0×10-2≦ε×η≦3.0×10-1 ………(1) を満たすことを特徴とするポリマー電解質。
1. A polymer electrolyte obtained by mixing a polymer, an electrolytic solution and a lithium metal salt, wherein, when the dielectric constant of the electrolytic solution is ε (unitless) and the viscosity is η (kg / m · s), 0.0 × 10 −2 ≦ ε × η ≦ 3.0 × 10 −1 (1)
【請求項2】 ポリマー及び電解液の重量に対するポリ
マーの重量比率が0.01〜0.50である請求項1記
載のポリマー電解質。
2. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the weight ratio of the polymer to the weight of the polymer and the electrolyte is 0.01 to 0.50.
【請求項3】 ポリマーがポリフッ化ビニリデン、ヘキ
サフルオロプロピレン−ポリフッ化ビニリデン共重合体
又はポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン
−ポリフッ化ビニリデン共重合体を主成分とする高分子
である請求項1又は2記載のポリマー電解質。
3. The polymer according to claim 1, wherein the polymer is a polymer containing polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer or polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer as a main component. The polymer electrolyte according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 電解液が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、ジメチルカー
ボネート、メチルエチルカーボネート又はジエチルカー
ボネートから選ばれた2種又は3種以上を含む混合液で
ある請求項1又は2記載のポリマー電解質。
4. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the electrolytic solution is a mixed solution containing two or more selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and diethyl carbonate. Polymer electrolyte.
【請求項5】 請求項1ないし4いずれか記載のポリマ
ー電解質を用いて作製したリチウムイオンポリマー二次
電池。
5. A lithium ion polymer secondary battery produced by using the polymer electrolyte according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007141467A (en) * 2005-11-14 2007-06-07 Sony Corp Gel electrolyte and gel electrolyte battery
JP2025022740A (en) * 2023-08-01 2025-02-14 三星エスディアイ株式会社 Liquid electrolyte and lithium secondary battery

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