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JP3458049B2 - Ion conductive polymer solid electrolyte and electrochemical device containing the solid electrolyte - Google Patents

Ion conductive polymer solid electrolyte and electrochemical device containing the solid electrolyte

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Publication number
JP3458049B2
JP3458049B2 JP12296897A JP12296897A JP3458049B2 JP 3458049 B2 JP3458049 B2 JP 3458049B2 JP 12296897 A JP12296897 A JP 12296897A JP 12296897 A JP12296897 A JP 12296897A JP 3458049 B2 JP3458049 B2 JP 3458049B2
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JP
Japan
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solid electrolyte
electrolyte
polymer
acrylate
ionic conductivity
Prior art date
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JP12296897A
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將浩 谷内
智博 井上
利幸 大澤
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Publication date
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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、新規な固体電解
質、および該固体電解質を使用した電気化学素子、特に
非水二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel solid electrolyte and an electrochemical device using the solid electrolyte, particularly a non-aqueous secondary battery.

【0002】[0002]

【従来技術】電解質を含む電気化学素子においては、そ
の電解質の固体化(固形化)が強く望まれている。従来
より、電気化学素子としての電池は電解液を使用してい
るため、電解液の漏れ、溶媒の揮発による電池内の乾燥
があるばかりでなく、電池容器内では、電解液のかたよ
りにより隔膜が部分的に乾燥状態になり、このことが内
部インピーダンスの上昇あるいは内部短絡の原因にな
る。また、エレクトロクロミックデバイスの表示用固体
電解質においても、動作速度を十分に満足するものは得
られていない。これらの欠点を解決するための方法とし
て高分子固体電解質を用いることが提案されている。そ
の具体例としてオキシエチレン鎖やオキシプロピレン鎖
を含有するマトリックスポリマーと無機塩との固溶体が
挙げられるが、このものは完全固体であり、加工性に優
れるものの、そのイオン導電度は室温で1/105S/
cmと通常の非水電解液にくらべて3桁ほど低い。
2. Description of the Related Art In an electrochemical device containing an electrolyte, solidification (solidification) of the electrolyte is strongly desired. Conventionally, a battery as an electrochemical element uses an electrolytic solution, so not only leakage of the electrolytic solution and drying of the inside of the battery due to volatilization of the solvent occur, but also in the battery container, a diaphragm is formed due to the bias of the electrolytic solution. It becomes partially dry, which causes an increase in internal impedance or an internal short circuit. Further, no solid electrolyte for display of an electrochromic device has been obtained which sufficiently satisfies the operating speed. It has been proposed to use a polymer solid electrolyte as a method for solving these drawbacks. A specific example thereof is a solid solution of a matrix polymer containing an oxyethylene chain or an oxypropylene chain and an inorganic salt, which is a completely solid and has excellent processability, but its ionic conductivity is 1 / at room temperature. 105 S /
cm, which is about 3 digits lower than ordinary non-aqueous electrolytes.

【0003】また、高分子固体電解質のイオン伝導度を
向上させるために高分子に有機電解液を溶解させて半固
形状のものにする方法(特開昭54−104541号公
報)や電解質を加えた液状モノマーを重合反応させて電
解質を含む架橋重合体とする方法(特開昭63−945
01号公報)が提案されている。しかし、前者の方法で
得られる固体電解質はその強度が十分でないという問題
を含み、また、後者の方法で得られる固体電解質は十分
な固体強度が得られるもののイオン伝導度の点で未だ不
満足であるという問題を含む。
Further, in order to improve the ionic conductivity of the polymer solid electrolyte, a method of dissolving an organic electrolytic solution in a polymer to form a semi-solid state (Japanese Patent Laid-Open No. 54-104541) and an electrolyte are added. A method in which a liquid monomer is polymerized to form a crosslinked polymer containing an electrolyte (JP-A-63-945).
No. 01) is proposed. However, the solid electrolyte obtained by the former method includes a problem that its strength is not sufficient, and the solid electrolyte obtained by the latter method is still unsatisfactory in terms of ionic conductivity, although sufficient solid strength is obtained. Including the problem.

【0004】イオン伝導度および均一性に優れるととも
に、電気化学素子用固体電解質としての使用に十分な固
体強度を有する固体電解質として、最近ゲルが注目され
てきている。その理由はイオン伝導度が高く、均一性に
すぐれ、電気化学素子用固体電解質として使用するに十
分な固体強度を得ることができるうえに、加工性に富む
ので、電気化学素子の信頼性向上に役立ち、特に電池な
どの繰り返し特性に優れたものが得られるためである。
また、近年、電解液を含有する組成の固体電解質が開発
されてきているが、電気化学素子として固体強度は十分
であるが、イオン伝導度は未だ十分でないか、イオン伝
導度は高いものの固体強度が十分でない、さらに低温で
イオン伝導度が極端に低下するなどこれら種々の要件を
満足するものは得られていないのが現状である。
Gels have recently attracted attention as a solid electrolyte having excellent ionic conductivity and uniformity and having sufficient solid strength for use as a solid electrolyte for electrochemical devices. The reason is that the ionic conductivity is high, the uniformity is excellent, a solid strength sufficient for use as a solid electrolyte for an electrochemical device can be obtained, and the processability is high, which improves the reliability of the electrochemical device. This is because it is useful, and in particular, batteries having excellent repeatability can be obtained.
Further, in recent years, a solid electrolyte having a composition containing an electrolytic solution has been developed, but the solid strength is sufficient as an electrochemical element, but the ionic conductivity is not yet sufficient or the ionic conductivity is high, but the solid strength is high. Is not sufficient, and the ion conductivity is drastically reduced at low temperature, and there is no one satisfying these various requirements.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の高分
子をマトリックスとする固体電解質にみられる前記問題
点を解決するために、イオン伝導度および均一性に優れ
るとともに、電気化学素子用固体電解質としての使用に
十分な固体強度を有するとともに、特に低温におけるイ
オン伝導度の良好な高分子をマトリックスとする固体電
解質および該固体電解質を使用した電気化学素子、特に
非水二次電池を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to solve the above problems found in conventional solid electrolytes having a polymer as a matrix, the present invention is excellent in ionic conductivity and uniformity and is solid for electrochemical devices. Provided are a solid electrolyte having a polymer having sufficient solid strength for use as an electrolyte and having good ionic conductivity particularly at low temperature, and an electrochemical device using the solid electrolyte, particularly a non-aqueous secondary battery. The purpose is to

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、高分子
をマトリックスとする高分子固体電解質(以下、高分子
固体電解質とも言う)において、該高分子固体電解質が
少なくとも、下式(I)
A feature of the present invention is that in a polymer solid electrolyte having a polymer as a matrix (hereinafter, also referred to as polymer solid electrolyte), at least the polymer solid electrolyte has the following formula (I).

【化3】LiXFn (I) (式中、XはB、P、As、Sbであり、XがBのとき
はnは4で、P、As、Sbのときは6である。)であ
るルイス酸複塩(A)および環状炭酸エステルと非環状
炭酸エステル(B)を含有し、該環状炭酸エステル/非
環状炭酸エステルの体積比が1未満であることを特徴と
するイオン伝導性高分子固体電解質を提供することによ
り、前記従来技術の問題点を解消した点にある。
Embedded image LiXFn (I) (wherein X is B, P, As, Sb, n is 4 when X is B, and 6 when P, As, Sb). An ion conductive polymer containing a Lewis acid double salt (A) and a cyclic carbonic acid ester and an acyclic carbonic acid ester (B), and the volume ratio of the cyclic carbonic acid ester / acyclic carbonic acid ester is less than 1. By providing a solid electrolyte, the above-mentioned problems of the prior art are solved.

【0007】すなわち、本発明においては、高分子固体
電解質に少なくとも環状炭酸エステルと、非環状炭酸エ
ステル(B)の体積比が1未満である混合溶媒及び前式
(I)で表わされるルイス酸複塩を含有させることによ
り、高分子固体電解質の弾性率を劣化させることなく、
イオン伝導度を向上させることができ、特に低温でのイ
オン伝導度を向上させることができ、信頼性およびイオ
ン伝導度が非常に高く、かつ固体電解質としての使用に
十分な固体強度を有する電気化学素子用高分子固体電解
質が得られることを見い出し、本発明に到達することが
できた。
That is, in the present invention, a mixed solvent having at least a cyclic carbonic acid ester and an acyclic carbonic acid ester (B) in the polymer solid electrolyte in a volume ratio of less than 1 and a Lewis acid compound represented by the above formula (I) are used. By containing a salt, without degrading the elastic modulus of the solid polymer electrolyte,
Electrochemistry that can improve ionic conductivity, especially at low temperature, has very high reliability and ionic conductivity, and has sufficient solid strength for use as a solid electrolyte. It was found that a polymer solid electrolyte for devices can be obtained, and the present invention could be reached.

【0008】本発明の前記高分子固体電解質は、下式
(II)
The solid polymer electrolyte of the present invention has the following formula (II)

【化4】LiX(SO)n (II) 〔式中、XはN、C、B、OまたはCR基(Rはア
ルキル基)であり、RはCであり、nは1〜3
の整数である。〕で表されるスルホン酸塩をさらに含有
させることにより、前記効果をさらに向上させることが
できる。
Embedded image LiX (SO 2 R 3 ) n (II) [wherein, X is an N, C, B, O or CR 4 group (R 4 is an alkyl group), and R 3 is C 2 F 5 ; Yes, n is 1-3
Is an integer. ] By further containing a sulfonate represented by the above, the above effect can be further improved.

【0009】本発明の前記固体電解質は重合性化合物を
前記非水電解液に溶解させて重合反応を行わせるか、ま
たは重合性化合物を重合して得られた高分子重合体に前
記非水電解液を含浸させることによっても形成させるこ
とができる。この場合、重合性化合物は熱重合性の他、
光、紫外線、電子線、γ線、X線などの活性光線で重合
性をしめすものが使用される。前記重合反応による高分
子固体電解質の形成は、不活性ガス雰囲気下で行うこと
が好ましい。不活性ガス雰囲気で行うことにより、大気
中で製造する場合に比べてイオン伝導度、強度などの点
で優れた高分子固体電解質が得られる。
In the solid electrolyte of the present invention, a polymerizable compound is dissolved in the nonaqueous electrolytic solution to cause a polymerization reaction, or a polymer obtained by polymerizing the polymerizable compound is added to the nonaqueous electrolytic solution. It can also be formed by impregnating with a liquid. In this case, the polymerizable compound is heat-polymerizable,
Those exhibiting polymerizability with active rays such as light, ultraviolet rays, electron rays, γ rays, and X rays are used. The solid polymer electrolyte is preferably formed by the polymerization reaction in an inert gas atmosphere. By carrying out in an inert gas atmosphere, a polymer solid electrolyte excellent in ionic conductivity, strength and the like can be obtained as compared with the case of manufacturing in the air.

【0010】以下、本発明の高分子固体電解質の作製
法、特徴およびその構成について、以下詳細に説明す
る。 〔1.高分子固体電解質〕 (1)非水電解液 (i)溶媒 非水電解液を構成する溶媒として、前記のように環状炭
酸エステルと非環状炭酸エステルとを含む混合溶媒を使
用することにより、イオン伝導度、弾性率を向上した固
体電解質が得られる。非環状炭酸エステルとしては、ジ
メチル炭酸エステル、ジエチル炭酸エステル、エチルメ
チル炭酸エステル、ジプロピル炭酸エステル、ジイソプ
ロピル炭酸エステル、ジブチル炭酸エステルなどが挙げ
られるが、これらに限定されるものではなく、また、こ
れら非環状炭酸エステルは単独でも2種以上を混合して
用いてもよい。環状炭酸エステルとしては、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボ
ネート、ビニレンカーボネートなどが挙げられるが、こ
れらに限定されるものではなく、また、前記環状炭酸エ
ステルを単独でも2種以上を混合して用いても良い。
The method for producing the solid polymer electrolyte of the present invention, its characteristics and its constitution will be described in detail below. [1. Polymer Solid Electrolyte] (1) Non-Aqueous Electrolyte Solution (i) Solvent As a solvent constituting the non-aqueous electrolyte solution, by using a mixed solvent containing a cyclic carbonic acid ester and a non-cyclic carbonic acid ester as described above, ions A solid electrolyte having improved conductivity and elastic modulus can be obtained. Examples of the acyclic carbonic acid ester include dimethyl carbonic acid ester, diethyl carbonic acid ester, ethylmethyl carbonic acid ester, dipropyl carbonic acid ester, diisopropyl carbonic acid ester, dibutyl carbonic acid ester, and the like, but are not limited thereto, and The cyclic carbonic acid ester may be used alone or in combination of two or more kinds. Examples of the cyclic carbonic acid ester include, but are not limited to, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and the cyclic carbonic acid ester may be used alone or in combination of two or more kinds. Is also good.

【0011】前記環状炭酸エステルと非環状炭酸エステ
ルとを含む混合溶媒は、前記炭酸エステルの他に、非水
電解液を構成する溶媒として知られている他の溶媒が含
有されたものであっても良い。前記炭酸エステルの他に
非水電解液に含有される溶媒としては、例えば、γ−ブ
チロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、テトラヒド
ロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルス
ルホキシド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−エト
キシメトキシエタンの他、メチルグライム、メチルトリ
グライム、メチルテトラグライム、エチルグライム、エ
チルジグライム、ブチルジグライム等のグライム類が挙
げられる。これらに限定されるものではなく、これら溶
媒は単独でも2種以上混合して用いてもよい。
The mixed solvent containing the cyclic carbonic acid ester and the non-cyclic carbonic acid ester contains, in addition to the carbonic acid ester, another solvent known as a solvent constituting the non-aqueous electrolytic solution. Is also good. Examples of the solvent contained in the non-aqueous electrolytic solution in addition to the carbonic acid ester include γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-ethoxy. In addition to methoxyethane, glymes such as methyl glyme, methyl triglyme, methyl tetraglyme, ethyl glyme, ethyl diglyme, butyl diglyme and the like can be mentioned. The solvent is not limited to these, and these solvents may be used alone or in combination of two or more.

【0012】(ii)電解質塩 前式(I)で示されるルイス酸複塩としては、たとえば
LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiSbF6など
が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ま
た、前式(II)で示されるスルホン酸電解質塩として
は、たとえばLiCF3SO3、LiN(CF3
22、LiC(CF3SO23、LiC(CH3)(C
3SO22、LiCH(CF3SO22、LiCH
2(CF3SO2)、LiC25SO3、LiN(C25
22、LiB(CF3SO22、LiO(CF3
2)などが挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。さらに、前記電解質塩に加えて、通常の非水電
解液に用いられる電解質塩、例えば、LiClO4、L
iCF3CO3、NaClO3、NaBF4、NaSCN、
KBF4、Mg(ClO42、Mg(BF42等があげ
られる。
[0012] As the (ii) a Lewis acid double salt represented by the electrolyte salt Equation (I), for example LiBF 4, LiAsF 6, LiPF 6 , but such LiSbF 6 and the like, but is not limited thereto. Examples of the sulfonic acid electrolyte salt represented by the above formula (II) include LiCF 3 SO 3 and LiN (CF 3 S
O 2) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (CH 3) (C
F 3 SO 2) 2, LiCH (CF 3 SO 2) 2, LiCH
2 (CF 3 SO 2 ), LiC 2 F 5 SO 3 , LiN (C 2 F 5 S
O 2 ) 2 , LiB (CF 3 SO 2 ) 2 , LiO (CF 3 S
O 2 ), etc., but not limited thereto. Further, in addition to the electrolyte salt, an electrolyte salt used in a normal non-aqueous electrolyte, such as LiClO 4 , L
iCF 3 CO 3 , NaClO 3 , NaBF 4 , NaSCN,
Examples thereof include KBF 4 , Mg (ClO 4 ) 2 and Mg (BF 4 ) 2 .

【0013】前式(II)で示されるスルホン酸塩を使用
することにより、得られた高分子固体電解質の粘着性が
向上し、正負極間の界面状態がさらに向上するが、前記
スルホン酸塩は腐食性があり、特にこの腐食性は正極集
電体としてアルミニウムを使用した時に顕著である。前
式(I)で示されるルイス酸複塩は、前記のスルホン酸
塩の腐食性を抑えることができる。
By using the sulfonate represented by the above formula (II), the tackiness of the obtained polymer solid electrolyte is improved and the interfacial state between the positive and negative electrodes is further improved. Has corrosiveness, and this corrosiveness is particularly remarkable when aluminum is used as the positive electrode current collector. The Lewis acid double salt represented by the above formula (I) can suppress the corrosiveness of the sulfonate.

【0014】非水電解液としては、前式(I)のルイス
酸複塩複合電解質塩の少なくとも1種、さらには前式
(II)のスルホン酸塩を非水溶媒に溶解させたものが挙
げられ、特に、非水電解液中の前記ルイス酸複塩複合電
解質塩の濃度は非水溶媒中、通常1.0〜7.0モル/
リットル、好ましくは1.0〜5.0モル/リットルの
割合である。1.0モル/リットル未満では十分な固体
強度を有する固体電解質が得られない。また、7.0モ
ル/リットルを超えると電解質塩の溶解が困難となる。
また、非水電解液はマトリックスを形成する高分子量重
合体に対し、通常200重量%以上、好ましくは400
〜900重量%、特に好ましくは500〜800重量%
である。200重量%未満では十分に高いイオン伝導度
が得られず、900重量%を超えると非水電解液の固体
化が困難になる。
Examples of the non-aqueous electrolyte include those prepared by dissolving at least one Lewis acid double salt composite electrolyte salt of the above formula (I), and further dissolving the sulfonate salt of the above formula (II) in a non-aqueous solvent. In particular, the concentration of the Lewis acid double salt composite electrolyte salt in the non-aqueous electrolytic solution is usually 1.0 to 7.0 mol / min in the non-aqueous solvent.
L, preferably 1.0 to 5.0 mol / l. If it is less than 1.0 mol / liter, a solid electrolyte having sufficient solid strength cannot be obtained. Further, if it exceeds 7.0 mol / liter, it becomes difficult to dissolve the electrolyte salt.
The non-aqueous electrolyte is usually 200% by weight or more, preferably 400% by weight, based on the high molecular weight polymer forming the matrix.
~ 900% by weight, particularly preferably 500-800% by weight
Is. If it is less than 200% by weight, sufficiently high ionic conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 900% by weight, solidification of the non-aqueous electrolyte becomes difficult.

【0015】(2)高分子マトリックス 本発明におけるゲル電解質としては、ポリ弗化ビニリデ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド等の
高分子と溶媒と電解質塩からなる熱可塑性ゲル組成物、
エチレンオキシド鎖を側鎖に有するポリシロキサンある
いはエチレンオキシド鎖を側鎖または主鎖に有する架橋
高分子、例えばウレタン、アクリル、エポキシ等の架橋
による高分子マトリックスと溶媒と電解質塩からなるゲ
ル組成物が挙げられるが、特に架橋高分子ゲル組成物が
効果がある。架橋高分子マトリックスについて詳述する
と、本発明で用いる重合性化合物は、その分子内に酸素
原子、窒素原子、イオウ原子等の炭素以外のヘテロ原子
を含むものである。高分子ゲル電解質は、例えばヘテロ
原子を含有する重合性化合物を非水電解液に溶解させ、
重合反応させて得られ、反応は不活性ガス雰囲気下で行
うことが好ましい。また、本発明で用いる重合性化合物
の種類は、特に制約されず、熱重合および活性光線重合
などの重合反応を生起して重合体を得るものが包含され
る。また、前記のようにして、得られた高分子固体電解
質中に存在する炭素以外のヘテロ原子は、固体電解質の
イオン伝導性を向上させるとともに、固体電解質の強度
を向上させる働きもあると推定される。以下、本発明で
用いる重合性化合物を具体的に説明する。重合性化合物
としては種々のモノマーたとえば、エチレンオキシド、
アクリロニトリル、エポキシ、弗化ビニリデン、エチレ
ン、スチレン、ウレタン、シロキサン、フォスファゼン
などが挙げられ、特に好ましくは単官能及び多官能の
(メタ)アクリレートのモノマーおよび/またはプレポ
リマー〔以下、(メタ)アクリレート化合物とも言
う。〕が挙げられるが、これに限定されるものではな
い。なお、本明細書における(メタ)アクリレートは、
アクリレートまたはメタアクリレートを意味する。
(2) Polymer Matrix As the gel electrolyte in the present invention, a thermoplastic gel composition comprising a polymer such as polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and polyethylene oxide, a solvent and an electrolyte salt,
Examples include a polysiloxane having an ethylene oxide chain as a side chain or a crosslinked polymer having an ethylene oxide chain as a side chain or a main chain, for example, a gel composition comprising a polymer matrix formed by crosslinking urethane, acryl, epoxy, etc., a solvent, and an electrolyte salt. However, the crosslinked polymer gel composition is particularly effective. The cross-linked polymer matrix will be described in detail. The polymerizable compound used in the present invention has a hetero atom other than carbon such as oxygen atom, nitrogen atom, and sulfur atom in its molecule. Polymer gel electrolyte, for example, a polymerizable compound containing a hetero atom is dissolved in a non-aqueous electrolyte,
It is obtained by a polymerization reaction, and the reaction is preferably carried out in an inert gas atmosphere. Further, the type of the polymerizable compound used in the present invention is not particularly limited, and includes those which cause a polymerization reaction such as thermal polymerization and actinic ray polymerization to obtain a polymer. Further, as described above, heteroatoms other than carbon present in the obtained polymer solid electrolyte are estimated to have a function of improving the ion conductivity of the solid electrolyte and also improving the strength of the solid electrolyte. It Hereinafter, the polymerizable compound used in the present invention will be specifically described. As the polymerizable compound, various monomers such as ethylene oxide,
Examples thereof include acrylonitrile, epoxy, vinylidene fluoride, ethylene, styrene, urethane, siloxane, and phosphazene, and particularly preferably monofunctional and polyfunctional (meth) acrylate monomers and / or prepolymers (hereinafter referred to as (meth) acrylate compounds). Also say. ], But is not limited thereto. In addition, the (meth) acrylate in this specification is
Means acrylate or methacrylate.

【0016】単官能アクリレートとしては、アルキル
(メタ)アクリレート〔メチル(メタ)アクリレート、
ブチル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メ
タ)アクリレート等〕、脂環式(メタ)アクリレート、
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート(ヒドロキシ
エチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート
等)、ヒドロキシポリオキシアルキレン(オキシアルキ
レン基の炭素数は好ましくは1〜4)(メタ)アクリレ
ート〔ヒドロキシポリオキシエチレン(メタ)アクリレ
ート、ヒドロキシポリオキシプロピレン(メタ)アクリ
レート等〕およびアルコキシアルキル(アルコキシ基の
炭素数は好ましくは1〜4)(メタ)アクリレート(メ
トキシエチルアクリレート、エトキシエチルアクリレー
ト、フェノキシエチルアクリレート等)が挙げられる。
その他の(メタ)アクリレートの具体例としては、たと
えばメチルエチレングリコール(メタ)アクリレート、
エチルエチレングリコール(メタ)アクリレート、プロ
ピルエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキ
シジエチレングリコールアクリレート、メトキシエチレ
ングリコールアクリレート、メトキシジエチレングリコ
ールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコール
アクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタク
リレート、メトキシテトラエチレングリコールメクリレ
ート等のアルキルエチレングリコール(メタ)アクリレ
ート、エチルプロピレングリコールアクリレート、ブチ
ルプロピレングリコールアクリレート、メトキシプロピ
レングリコールアクリレート等のアルキルプロピレング
リコール(メタ)アクリレート等が挙げられる。
As the monofunctional acrylate, alkyl (meth) acrylate [methyl (meth) acrylate,
Butyl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meth) acrylate, etc.], alicyclic (meth) acrylate,
Hydroxyalkyl (meth) acrylate (hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, etc.), hydroxypolyoxyalkylene (oxyalkylene group preferably has 1 to 4 carbon atoms) (meth) acrylate [hydroxypolyoxyethylene (meth) acrylate, hydroxy Polyoxypropylene (meth) acrylate and the like] and alkoxyalkyl (the carbon number of the alkoxy group is preferably 1 to 4) (meth) acrylate (methoxyethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate and the like).
Specific examples of other (meth) acrylates include, for example, methylethylene glycol (meth) acrylate,
Alkyl such as ethylethylene glycol (meth) acrylate, propylethylene glycol (meth) acrylate, ethoxydiethylene glycol acrylate, methoxyethylene glycol acrylate, methoxydiethylene glycol methacrylate, methoxytriethylene glycol acrylate, methoxytriethylene glycol methacrylate, methoxytetraethylene glycol mecrylate Examples thereof include alkyl propylene glycol (meth) acrylates such as ethylene glycol (meth) acrylate, ethyl propylene glycol acrylate, butyl propylene glycol acrylate, and methoxy propylene glycol acrylate.

【0017】前記(メタ)アクリレートは複素環基を含
有していても良く、該複素環基としては、酸素、窒素、
イオウ等のヘテロ原子を含む複素環の残基である。この
(メタ)アクリレート中に含まれる複素環基の種類は特
に限定されるものではないが、たとえばフルフリル基、
テトラヒドロフルフリル基を有するフルフリル(メタ)
アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリ
レートが好ましい。その他複素環基を有する(メタ)ア
クリレートとしては、フルフリルエチレングリコール
(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリルエチレ
ングリコール(メタ)アクリレート、フルフリルプロピ
レングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフ
ルフリルプロピレングリコール(メタ)アクリレート等
のフルフリル基あるいはテトラヒドロフルフリル基を有
するアルキレングリコールアクリレートが挙げられる。
The (meth) acrylate may contain a heterocyclic group, and the heterocyclic group includes oxygen, nitrogen,
A heterocyclic residue containing a hetero atom such as sulfur. The kind of the heterocyclic group contained in this (meth) acrylate is not particularly limited, but for example, a furfuryl group,
Furfuryl (meta) having tetrahydrofurfuryl group
Acrylate and tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate are preferred. Other (meth) acrylates having a heterocyclic group include furfuryl ethylene glycol (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl ethylene glycol (meth) acrylate, furfuryl propylene glycol (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl propylene glycol (meth) acrylate. And alkylene glycol acrylates having a furfuryl group or a tetrahydrofurfuryl group.

【0018】多官能(メタ)アクリレート化合物の例と
しては、(メタ)アクリロイル基を2個以上有するモノ
マーあるいはプレポリマーが挙げられる。前記官能(メ
タ)アクリレート化合物としては、エチレングリコール
ジメタクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)ア
クリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アク
リレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレ
ート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレー
ト、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレー
ト、ペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレー
ト、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレー
ト、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレー
ト、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート
などが挙げられる。
Examples of polyfunctional (meth) acrylate compounds include monomers or prepolymers having two or more (meth) acryloyl groups. Examples of the functional (meth) acrylate compound include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, and triethylene glycol di (meth) acrylate. Examples thereof include methylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, EO-modified trimethylolpropane triacrylate, and PO-modified trimethylolpropane triacrylate.

【0019】前記(メタ)アクリレート化合物の分子量
は通常500未満、好ましくは300以下である。ま
た、前記(メタ)アクリレート化合物の分子量が500
以上では得られる固体電解質から非水溶媒が滲出しやす
い。なお、前記(メタ)アクリレート化合物は単独で使
用してもよいが二種類以上を混合して使用することもで
きる。また、前記(メタ)アクリレート化合物の使用割
合は、非水電解液全重量に対して50重量%以下、好ま
しくは5〜40重量%、さらに好ましくは10〜30重
量%である。
The molecular weight of the (meth) acrylate compound is usually less than 500, preferably 300 or less. The molecular weight of the (meth) acrylate compound is 500.
In the above case, the non-aqueous solvent easily exudes from the obtained solid electrolyte. The (meth) acrylate compound may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. The (meth) acrylate compound is used in an amount of 50% by weight or less, preferably 5 to 40% by weight, and more preferably 10 to 30% by weight, based on the total weight of the non-aqueous electrolyte solution.

【0020】また、本発明で用いる重合性化合物として
は、単官能モノマーと多官能モノマーを組み合わせて用
いることもできる。特に架橋高分子マトリックスを形成
することができる単官能モノマーと多官能モノマーの組
み合わせが好ましい。さらに、前記多官能モノマーとし
て、三官能モノマーを使用すると、さらにイオン伝導度
が高く、電気化学素子用固体電解質として十分な強度お
よび粘弾性を有する架橋高分子マトリックスが得られ
る。すなわち、該高分子マトリックスが架橋型高分子マ
トリックスであることにより、より電解液の保持が良好
な上記イオン伝導度高分子固体電解質が得られ、信頼性
およびイオン伝導度が非常に高く、かつ固体電解質とし
ての使用に十分な固体強度を有する電気化学素子用高分
子固体電解質が得られ、また電気化学素子として、正極
/負極間の界面状態の良好な二次電池が得られる。
The polymerizable compound used in the present invention may be a combination of a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer. A combination of a monofunctional monomer and a polyfunctional monomer capable of forming a crosslinked polymer matrix is particularly preferable. Further, when a trifunctional monomer is used as the polyfunctional monomer, a crosslinked polymer matrix having a higher ionic conductivity and having sufficient strength and viscoelasticity as a solid electrolyte for an electrochemical device can be obtained. That is, when the polymer matrix is a cross-linked polymer matrix, the above-mentioned ionic conductivity polymer solid electrolyte having better retention of the electrolytic solution can be obtained, and the reliability and the ionic conductivity are very high, and the solid electrolyte is solid. A polymer solid electrolyte for an electrochemical device having a solid strength sufficient for use as an electrolyte can be obtained, and a secondary battery having a favorable positive electrode / negative electrode interface state can be obtained as an electrochemical device.

【0021】(3)重合開始剤 重合開始剤としては、カルボニル化合物〔ベンゾイン類
(ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾイン
エチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベ
ンゾインイソブチルエーテル、α−フェニルベンゾイン
等)〕、アントラキノン類(アントラキノン、メチルア
ントラキノン、クロルアントラキノン等)、その他の化
合物(ベンジル、ジアセチル、アセトフェノン、ベンゾ
フェノン、メチルベンゾイルフォーメート等)、イオウ
化合物(ジフェニルスルフィド、ジチオカーバメート
等)、多縮合環系炭化水素のハロゲン化物(α−クロル
メチルナフタリン等)、色素類(アクリルフラビン、フ
ルオレセン等)、金属塩類(塩化鉄、塩化銀等)、オニ
ウム塩類(p−メトキシベンゼンジアゾニウム、ヘキサ
フルオロフォスフェート、ジフェニルアイオドニウム、
トリフェニルスルフォニウム等)などの光重合開始剤が
挙げられる。これらは単独でもあるいは二種以上の混合
物としても使用できる。好ましい光重合開始剤はカルボ
ニル化合物、イオウ化合物およびオニウム塩類である。
(3) Polymerization initiator As the polymerization initiator, carbonyl compounds (benzoins (benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, α-phenylbenzoin, etc.)), anthraquinones ( Anthraquinone, methylanthraquinone, chloranthraquinone, etc.), other compounds (benzyl, diacetyl, acetophenone, benzophenone, methylbenzoyl formate, etc.), sulfur compounds (diphenyl sulfide, dithiocarbamate, etc.), halogenated polycondensed hydrocarbons ( α-chloromethylnaphthalene, etc.), pigments (acrylic flavin, fluorescein, etc.), metal salts (iron chloride, silver chloride, etc.), onium salts (p-methoxybenzenediazonium) , Hexafluorophosphate, diphenyliodonium,
And a photopolymerization initiator such as triphenylsulfonium). These can be used alone or as a mixture of two or more kinds. Preferred photopolymerization initiators are carbonyl compounds, sulfur compounds and onium salts.

【0022】熱重合開始剤としてはアゾビスイソブチロ
ニトリル、アゾビスイソバレロニトリル、ベンゾイルパ
ーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、エチルメチ
ルケトンパーオキサイド、ビス−(4−t−ブチルシク
ロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジイソプロピ
ルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネ
ートなどを挙げることができる。また、ジメチルアニリ
ン、ナフテン酸コバルト、スルフィン酸、メルカプタン
などの重合開始剤も併用できる。さらに増感剤、貯蔵安
定剤も必要により併用できる。さらに、上記熱重合開始
剤、光重合開始剤等を併用して使用することもできる。
As the thermal polymerization initiator, azobisisobutyronitrile, azobisisovaleronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, ethyl methyl ketone peroxide, bis- (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate. , And peroxydicarbonate such as diisopropyl peroxydicarbonate. Further, a polymerization initiator such as dimethylaniline, cobalt naphthenate, sulfinic acid and mercaptan can be used together. Further, a sensitizer and a storage stabilizer can be used in combination if necessary. Further, the above thermal polymerization initiator, photopolymerization initiator and the like can be used in combination.

【0023】増感剤としては、尿素、ニトリル化合物
(N,N−ジ置換−p−アミノベンゾニトリル等)、リ
ン化合物(トリ−n−ブチルホスフィン等)が好まし
く、貯蔵安定剤としては、第4級アンモニウムクロライ
ド、ベンゾチアゾール、ハイドロキノンが好ましい。重
合開始剤の使用量は全重合性化合物に対し、通常0.1
〜10重量%、好ましくは0.5〜7重量%である。増
感剤、貯蔵安定剤の使用量は重合性化合物100重量部
に対し、通常0.1〜5重量部である。
The sensitizer is preferably urea, a nitrile compound (N, N-disubstituted-p-aminobenzonitrile, etc.), a phosphorus compound (tri-n-butylphosphine, etc.), and the storage stabilizer is Quaternary ammonium chloride, benzothiazole and hydroquinone are preferred. The amount of the polymerization initiator used is usually 0.1 based on all polymerizable compounds.
10 to 10% by weight, preferably 0.5 to 7% by weight. The amount of the sensitizer and the storage stabilizer used is usually 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable compound.

【0024】(4)高分子固体電解質の特性 本発明の粘弾性体状固体電解質は、高いイオン伝導度、
低いガラス移転温度(Tg)、高温安定性、易加工性、
低いクリープ特性及び粘着性を有し、さらに多量の電解
液を含みながら保液性に優れ、かつ、保形性において優
れたものである。本発明の固体電解質の交流インピーダ
ンス法による25℃のイオン伝導度は、その電解質の構
成要素である非水電解液の伝導率に大きく影響を受ける
とともに、それを超えるものではないが、固体化によっ
てその伝導率の低下はほとんどなく、通常1/104
1/102S/cmを有する。本発明の固体電解質の動
的粘弾性試験機〔MR−300ソリキッドメータ(株)
レオロジ〕による弾性率は通常106dyne/cm2
下、好ましくは102〜105dyne/cm2、より好
ましくは103〜105dyne/cm2であり、Tgは
−30℃以下であり、100℃においても溶解すること
はない。伸びは20%以上で最大400%程度まで破断
することなく延伸変形に対する回復力を有する。また、
180度折り曲げても破断することはない。
(4) Properties of Polymer Solid Electrolyte The viscoelastic solid electrolyte of the present invention has high ionic conductivity,
Low glass transition temperature (Tg), high temperature stability, easy processability,
It has low creep characteristics and tackiness, and further has excellent liquid retention while containing a large amount of electrolytic solution, and excellent shape retention. The ionic conductivity of the solid electrolyte of the present invention at 25 ° C. according to the AC impedance method is greatly influenced by the conductivity of the non-aqueous electrolyte solution which is a constituent element of the electrolyte, and although it does not exceed it, it may be solidified. Almost no decrease in conductivity, usually 1/10 4 ~
It has 1/10 2 S / cm. Dynamic viscoelasticity tester for solid electrolyte of the present invention [MR-300 Solid Meter Co., Ltd.
Rheology] is usually 10 6 dyne / cm 2 or less, preferably 10 2 to 10 5 dyne / cm 2 , more preferably 10 3 to 10 5 dyne / cm 2 , and Tg is −30 ° C. or less. It does not dissolve even at 100 ° C. Elongation is 20% or more and has a recovery force for stretching deformation without breaking up to about 400% at the maximum. Also,
It does not break even when bent 180 degrees.

【0025】本発明の固体電解質はクリープメーター
〔山電(株)RE−3305,プランジャー断面積2c
2、荷重30g〕を使用してその歪量の時間変化を測
定したところ、歪量は時間で変化せず、低いクリープ特
性を有する。クリープメーターを使用して荷重25g/
cm2で本固体電解質を圧縮しても内部に含まれる電解
液が流出することはない。さらに、この粘弾性体は高い
粘着性を示し、粘弾性体同士を張り合わせた後、剥離し
ようとしても材料破壊を生じ、張りあわせ面から剥がれ
ることはない。
The solid electrolyte of the present invention is a creep meter [Yamaden Co., Ltd. RE-3305, plunger cross section 2c].
When the time variation of the strain amount was measured using m 2 , load of 30 g], the strain amount does not change with time and has a low creep characteristic. Using a creep meter, load 25g /
Even if the solid electrolyte is compressed in cm 2 , the electrolytic solution contained therein does not flow out. Furthermore, this viscoelastic body exhibits high tackiness, and even if the viscoelastic bodies are bonded to each other and then peeled, the material is destroyed and is not peeled from the bonded surface.

【0026】次に本発明の高分子体電解質を電池電解質
として用いる場合について詳述する。一般的には電池は
正極活物質からなる正極、負極活物質からなる負極、隔
膜および電解質より構成される。この電池における電解
質として、本発明の固体電解質を用いることにより従来
にない有利な電池を得ることができる。
Next, the case where the polymer electrolyte of the present invention is used as a battery electrolyte will be described in detail. Generally, a battery is composed of a positive electrode made of a positive electrode active material, a negative electrode made of a negative electrode active material, a diaphragm and an electrolyte. By using the solid electrolyte of the present invention as the electrolyte in this battery, an advantageous battery which has never been obtained can be obtained.

【0027】すなわち、本発明の固体電解質を電池に適
用する場合、本発明の固体電解質そのものに隔膜として
の機能を兼用させることも可能であるが、極間の電界を
均一にし、強度向上させ、得られる電池の信頼性向上の
ために隔膜と一体化することが好ましく、特に二次電池
においてはこのような配慮が必要である。特に、本発明
の重合性化合物を使用する場合、この隔膜と固体電解質
との一体化は容易で隔膜を有する電池容器内において直
接固体電解質を形成することにより、あるいは隔膜中に
固体電解質形成用組成物を含浸させ、重合反応を行うこ
とにより一体化させることができる。
That is, when the solid electrolyte of the present invention is applied to a battery, the solid electrolyte of the present invention itself can also function as a diaphragm, but it makes the electric field between the electrodes uniform and improves the strength. In order to improve the reliability of the obtained battery, it is preferable to be integrated with the diaphragm, and such consideration is necessary especially in the secondary battery. In particular, when the polymerizable compound of the present invention is used, it is easy to integrate the membrane and the solid electrolyte, and the solid electrolyte is directly formed in the battery container having the membrane, or the composition for forming the solid electrolyte is formed in the membrane. The product can be integrated by impregnating the product and conducting a polymerization reaction.

【0028】また、ガラス繊維、炭素繊維ポリマー延伸
物等の無機あるいは有機フィラーを含有させた固体電解
質形成用重合性化合物を重合することにより、隔膜との
一体を必要としないような、より強固なイオン伝導性固
体電解質を得ることができる。また、この処方により形
成された固体電解質はそれ単独で粘弾性体であり、電池
などの電気化学素子を形成する際、イオン伝導度を1/
104S/cm以上に保ったまま弾性率を102dyne
/cm2以上のものとなる。特に、イオン伝導度が1/
103S/cm以上の場合、弾性率は102〜105dy
ne/cm2であり、電気化学素子としても有効に働く
ことができる。本発明の高分子固体電解質は電池、コン
デンサ、センサ、エレクトロクロミックデバイス、半導
体デバイスなどの電気化学素子における高分子固体電解
質層として利用することができる。
Further, by polymerizing a polymerizable compound for forming a solid electrolyte containing an inorganic or organic filler such as a glass fiber or a carbon fiber polymer stretched product, it is possible to obtain a stronger structure which does not require integration with a diaphragm. An ion conductive solid electrolyte can be obtained. In addition, the solid electrolyte formed by this formulation is a viscoelastic body by itself, and when forming an electrochemical element such as a battery, it has an ionic conductivity of 1 /
The elastic modulus is 10 2 dyne while being kept above 10 4 S / cm.
/ Cm 2 or more. Especially, the ionic conductivity is 1 /
When it is 10 3 S / cm or more, the elastic modulus is 10 2 to 10 5 dy.
Since it is ne / cm 2 , it can also work effectively as an electrochemical element. The polymer solid electrolyte of the present invention can be used as a polymer solid electrolyte layer in electrochemical devices such as batteries, capacitors, sensors, electrochromic devices and semiconductor devices.

【0029】〔2.正極〕 (1)正極活物質 本発明の電池において用いられる正極活物質はTi
2、MoS2、Co2525、MnO2、CoO2など
の遷移金属酸化物、遷移金属カルコゲン化合物およびこ
れらとLiとの複合体(Li複合酸化物;LiMn
2、LiMn24、LiCoO2、LiNiO2
ど)、有機物の熱重合物である一次元グラファイト化
物、弗化カーボン、グラファイトあるいは1/102
/cm以上の電気伝導度を有する導電性高分子、具体的
にはポリアニリン、ポリピロール、ポリアズレン、ポリ
フェニレン、ポリアセチレン、ポリフタロシアニン、ポ
リ−3−メチルチオフェン、ポリピリジン、ポリジフェ
ニルベンジジンなどの高分子およびこれらの誘導体が挙
げられるが、100%の放電深度に対しても高いサイク
ル特性を示し、無機材料に比べ比較的過放電に強い導電
性高分子を使用することが好ましい。また、導電性高分
子は成形、加工性の点でプラスチックであるために従来
にない特徴を活かすことができる。以上の様な利点を導
電性高分子は有しているものの、導電性高分子を正極に
用いた二次電池には活物質の密度が低いため体積エネル
ギー密度が低く、また電解液中に電極反応に十分足りる
だけの電解質が必要であり、かつ充放電反応に伴い電解
液濃度の変化が大きいため、液抵抗などの変化が大き
く、スムーズな充放電反応を行うには過剰な電解液が必
要になるという問題点がある。このことはエネルギー密
度を向上させる点で不利となる。
[2. Positive electrode] (1) Positive electrode active material The positive electrode active material used in the battery of the present invention is Ti.
Transition metal oxides such as S 2 , MoS 2 , Co 2 S 5 V 2 O 5 , MnO 2 and CoO 2 , transition metal chalcogen compounds and complexes thereof with Li (Li complex oxide; LiMn
O 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2, etc.), a one-dimensional graphitized product which is a thermal polymer of an organic substance, carbon fluoride, graphite or 1/10 2 S.
/ Cm or more conductive polymers, specifically, polyaniline, polypyrrole, polyazulene, polyphenylene, polyacetylene, polyphthalocyanine, poly-3-methylthiophene, polypyridine, polydiphenylbenzidine and the like and these Examples thereof include derivatives, but it is preferable to use a conductive polymer that exhibits high cycle characteristics even at a discharge depth of 100% and is relatively resistant to overdischarge compared to inorganic materials. Further, since the conductive polymer is a plastic in terms of molding and processability, it is possible to take advantage of the characteristics that have not been available in the past. Although the conductive polymer has the above-mentioned advantages, the secondary battery using the conductive polymer as the positive electrode has a low volume energy density due to the low density of the active material, and also has an electrode in the electrolytic solution. The electrolyte is sufficient for the reaction, and the concentration of the electrolyte changes greatly with the charge / discharge reaction.Therefore, the change in liquid resistance is large, and an excessive amount of electrolyte is required for a smooth charge / discharge reaction. There is a problem that becomes. This is a disadvantage in improving the energy density.

【0030】これに対し、体積エネルギー密度の高い活
物質として、無機カルゴゲナイド化合物、無機酸化物を
正極に用いることが考えられるが、これらは充放電に伴
う電極反応でカチオンの電極中の拡散速度が遅く、急速
充放電が難しく、かつ過放電に対し可逆性が悪く、サイ
クル寿命が低下するという問題点がある。また、無機活
物質はそのままでは成形することが難しいため、結着剤
として四弗化エチレン樹脂粉末などを用いて加圧成形す
ることが多いが、その場合電極の機械的強度は十分とは
言えないとともに、過放電についてもリチウムイオンが
過剰に蓄積されると、結晶構造の破壊が起こり、二次電
池としての機能を果たさなくなる。
On the other hand, it is conceivable to use an inorganic chalcogenide compound or an inorganic oxide for the positive electrode as an active material having a high volume energy density. However, in these, the diffusion rate of cations in the electrode due to the electrode reaction accompanying charging and discharging. There are problems that it is slow, rapid charge / discharge is difficult, reversibility is poor against over-discharge, and cycle life is shortened. Further, since it is difficult to mold the inorganic active material as it is, pressure molding is often performed using a tetrafluoroethylene resin powder or the like as a binder, but in that case, the mechanical strength of the electrode is not sufficient. In addition, when the lithium ions are excessively accumulated in the over discharge, the crystal structure is destroyed and the secondary battery cannot function as a secondary battery.

【0031】前記のような不具合を解決するため、有機
および無機の複合活物質を使用することが考えられる。
この場合使用される高分子活物質としてはいずれも電気
化学ドーピングにより高い電気伝導度を示し、電極材料
としては1/102S/cm以上の電気伝導度を有する
ことが要求される。これらの高分子材料は電気伝導度の
高さが集電能を有し、高分子としての結着能をもち、さ
らには活物質としても機能する。また導電性高分子は卑
な電位において絶縁化するため、この複合正極が過放電
状態になったときにも、導電性高分子が絶縁化するため
内部に含む無機活物質に必要以上のリチウムイオンが蓄
積されるのを防ぎ、無機活物質の結晶構造の破壊を防い
でいる。結果として、実質上過放電に強い電極を構成で
きることとなる。
In order to solve the above-mentioned problems, it is possible to use an organic and inorganic composite active material.
In this case, the polymer active materials used are all required to have high electrical conductivity by electrochemical doping, and the electrode materials are required to have electrical conductivity of 1/10 2 S / cm or more. These polymer materials have a high electric conductivity and a current collecting ability, have a binding ability as a polymer, and further function as an active material. In addition, since the conductive polymer is insulated at a base potential, even when this composite positive electrode is in an overdischarged state, the conductive polymer is insulated, so that the inorganic active material contained therein contains more lithium ions than necessary. Is prevented from being accumulated and the crystal structure of the inorganic active material is prevented from being destroyed. As a result, it is possible to construct an electrode that is substantially resistant to overdischarge.

【0032】このような複合電極に用いられる導電性高
分子としては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチ
オフェン、ポリアニリン、ポリジフェニルベンジジンな
どのレドックス活性材料をあげることができるが、特に
含窒素化合物において顕著な効果が見られる。これらの
導電性高分子材料には導電性もさることながらイオンの
拡散性においても高いイオン導電性が要求される。ま
た、複合正極に用いる無機活物質は電位平坦性に優れる
ものが好ましく、具体的にはV、Co、Mn、Niなど
の遷移金属の酸化物あるいは前記遷移金属とアルカリ金
属との複合酸化物を例示することができる。
As the conductive polymer used for such a composite electrode, redox active materials such as polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline and polydiphenylbenzidine can be mentioned, and particularly remarkable effect is obtained in nitrogen-containing compounds. Can be seen. These conductive polymer materials are required to have high ionic conductivity in terms of diffusivity of ions as well as conductivity. Further, the inorganic active material used for the composite positive electrode is preferably one having excellent potential flatness, and specifically, an oxide of a transition metal such as V, Co, Mn, or Ni or a composite oxide of the above transition metal and an alkali metal is used. It can be illustrated.

【0033】(2)正極集電体 本発明に使用する正極集電体としては、たとえばステン
レス鋼、金、白金、ニッケル、アルミニウム、モリブデ
ン、チタン等の金属シート、金属箔、金属網、パンチン
グメタル、エキスパンドメタル、あるいは金属めっき繊
維、金属蒸着線、金属含有合成繊維等からなる網や不織
布があげられる。なかでも電気伝導度、化学的、電気化
学安定性、経済性、加工性等を考えるとアルミニウム、
ステンレスを用いることが好ましい。さらに好ましくは
その軽量性、電気化学安定性からアルミニウムが好まし
い。さらに、本発明に使用される正極集電体層および負
極集電体層の表面は粗面化してあることが好ましい。粗
面化を施すことにより活物質層の接触面積が大きくなる
とともに、密着性も向上し、電池としてのインピーダン
スを下げる効果がある。また塗料溶液を用いての電極作
製においては粗面化処理を施すことにより活物質と集電
体の密着性を大きく向上させることができる。
(2) Positive Electrode Current Collector Examples of the positive electrode current collector used in the present invention include metal sheets such as stainless steel, gold, platinum, nickel, aluminum, molybdenum and titanium, metal foils, metal nets, punching metals. Examples include meshes and nonwoven fabrics made of expanded metal, metal-plated fibers, metal-deposited wires, metal-containing synthetic fibers, and the like. Among them, considering the electrical conductivity, chemical, electrochemical stability, economic efficiency, workability, etc., aluminum,
It is preferable to use stainless steel. Aluminum is more preferable because of its lightness and electrochemical stability. Furthermore, the surfaces of the positive electrode current collector layer and the negative electrode current collector layer used in the present invention are preferably roughened. By roughening, the contact area of the active material layer is increased, and the adhesion is also improved, which has the effect of lowering the impedance of the battery. Further, in the production of an electrode using a coating solution, it is possible to greatly improve the adhesion between the active material and the current collector by subjecting it to a surface roughening treatment.

【0034】粗面化処理としてはエメリー紙による研
磨、ブラスト処理、化学的あるいは電気化学的エッチン
グがあり、これにより集電体を粗面化することができ
る。特にステンレス鋼の場合はブラスト処理、アルミニ
ウムの場合はエッチング処理したエッチドアルミニウム
が好ましい。アルミニウムは柔らかい金属であるためブ
ラスト処理では効果的な粗面化処理を施すことができ
ず、アルミニウム自体が変形してしまう。これに対して
エッチング処理はアルミニウムの変形やその強度を大き
く下げることなくミクロのオーダーで表面を効果的に粗
面化することが可能であり、アルミニウムを粗面化する
ことが可能であり、アルミニウムの粗面化としては最も
好ましい方法である。
The roughening treatment includes polishing with emery paper, blasting treatment, and chemical or electrochemical etching, whereby the current collector can be roughened. Particularly, in the case of stainless steel, etched aluminum is preferable, and in the case of aluminum, etched aluminum is preferable. Since aluminum is a soft metal, the blasting treatment cannot be effectively roughened, and the aluminum itself is deformed. On the other hand, the etching treatment can effectively roughen the surface on a microscopic order without significantly reducing the deformation of aluminum or its strength, and it is possible to roughen aluminum. Is the most preferable method for surface roughening.

【0035】〔3.負極〕本発明の電池に用いられる負
極材料としては炭素質材料が用いられる。炭素質負極活
物質としてはグラファイト、ピッチコークス、合成高分
子、天然高分子の焼成体が挙げられるが、本発明では
フェノール、ポリイミドなどの合成高分子、天然高分子
を400〜800℃の還元雰囲気で焼成することにより
得られる絶縁性ないし半導体炭素体、石炭、ピッチ、
合成高分子あるいは天然高分子を800〜1300℃で
の還元雰囲気で焼成することにより得られる導電性炭素
体、コークス、ピッチ、合成高分子、天然高分子を2
000℃以上の温度で還元雰囲気下焼成することにより
得られるもの、および天然グラファイトなどのグラファ
イト系炭素体が用いられる。また、中でもメゾフェース
ピッチ、コークスを2500℃以上の還元雰囲気下焼成
してなる炭素体および天然グラファイトが電位平坦性に
優れ、好ましい電極特性を有し、またこれらの複合体も
負極として良好な電極特性を有する。炭素体のシート化
炭素体と結着剤から湿式抄紙法を用いたり、炭素材料に
適当な結着剤を混合した塗料から塗布法により作製され
る。電極はこれを必要に応じて集電体に塗布、接着、圧
着などの方法により担持することにより製造することが
できる。
[3. Negative Electrode] A carbonaceous material is used as the negative electrode material used in the battery of the present invention. Examples of the carbonaceous negative electrode active material include graphite, pitch coke, synthetic polymer, and fired body of natural polymer. In the present invention, synthetic polymer such as phenol and polyimide and natural polymer are reduced in an atmosphere of 400 to 800 ° C. Insulating or semiconducting carbon body obtained by firing at, coal, pitch,
Conductive carbon bodies, cokes, pitches, synthetic polymers and natural polymers obtained by firing synthetic polymers or natural polymers in a reducing atmosphere at 800 to 1300 ° C.
Those obtained by firing in a reducing atmosphere at a temperature of 000 ° C. or higher, and graphite-based carbon bodies such as natural graphite are used. Among them, a carbon body obtained by firing mesophase pitch and coke in a reducing atmosphere at 2500 ° C. or higher and natural graphite have excellent potential flatness and favorable electrode characteristics, and a composite of these is also a good electrode as a negative electrode. Have characteristics. The carbon body is formed into a sheet by using a wet papermaking method from the carbon body and a binder, or by a coating method from a coating material in which a suitable binder is mixed with a carbon material. The electrode can be manufactured by supporting the electrode on the current collector by a method such as coating, adhesion, or pressure bonding, if necessary.

【0036】〔4.セパレータ〕本発明の電池において
はセパレータを使用することもできる。セパレータとし
ては電解質溶液のイオン移動に対して低抵抗であり、か
つ溶液保持に優れたものを使用するのが良い。そのよう
なセパレータの例としてはガラス繊維、フィルター、ポ
リエステル、テフロン、ポリフロン、ポリプロピレン、
ポリエチレンなどの高分子繊維からなる不織布フィルタ
ー、ガラス繊維とそれらの高分子繊維を混用した不織布
フィルターなどをあげることができる。
[4. Separator] A separator may be used in the battery of the present invention. As the separator, it is preferable to use one that has a low resistance to the movement of ions of the electrolyte solution and is excellent in retaining the solution. Examples of such separators are glass fiber, filters, polyester, Teflon, polyflon, polypropylene,
Examples thereof include non-woven fabric filters made of polymer fibers such as polyethylene, non-woven fabric filters made by mixing glass fibers and these polymer fibers.

【0037】本発明の電池は高分子量重合体と非水電解
液からなる前記粘弾性体よりなる固体電解質を従来の電
池における固体電解質のかわりに用いて製造することが
できる。本発明の固体電解質は非水電解液中に溶解させ
た重合性化合物を重合させ、反応液を柔軟性に富む粘弾
性体に変換させることにより形成することができるの
で、電極上、隔膜上あるいは電極内において直接重合反
応を行って形成するのが好ましい。すなわち電極や隔膜
などの電池要素に固体電解質形成用組成物を含浸させ、
加熱あるいは活性光線の照射などの重合手段により粘弾
性体とし、固体電解質と電池要素の一体化を行うことが
好ましい。各電池要素と固体電解質との一体化は各電池
要素毎に一体化させてもよいが、正極と隔膜との組み合
わせ、負極と隔膜との組み合わせあるいは正極と隔膜と
負極との組み合わせを固体電解質と一体化させてもよ
い。このように電池要素と前記固体電解質が一体化して
いれば正極、負極での電極反応およびイオンの移動をス
ムーズに進行させることができ、電池の内部抵抗を大幅
に低減することができる。
The battery of the present invention can be manufactured by using a solid electrolyte composed of the viscoelastic body composed of a high molecular weight polymer and a non-aqueous electrolytic solution instead of the solid electrolyte in the conventional battery. Since the solid electrolyte of the present invention can be formed by polymerizing a polymerizable compound dissolved in a non-aqueous electrolyte and converting the reaction solution into a viscoelastic body having high flexibility, on the electrode, on the diaphragm or It is preferably formed by directly carrying out a polymerization reaction in the electrode. That is, battery elements such as electrodes and diaphragms are impregnated with the solid electrolyte-forming composition,
It is preferable that the solid electrolyte and the battery element are integrated by forming a viscoelastic body by a polymerization means such as heating or irradiation with actinic rays. The battery element and the solid electrolyte may be integrated for each battery element, but the combination of the positive electrode and the diaphragm, the combination of the negative electrode and the diaphragm, or the combination of the positive electrode, the diaphragm and the negative electrode may be combined with the solid electrolyte. It may be integrated. In this way, if the battery element and the solid electrolyte are integrated, the electrode reaction on the positive electrode and the negative electrode and the movement of ions can proceed smoothly, and the internal resistance of the battery can be greatly reduced.

【0038】[0038]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下において、部および%はそれぞれ重量部および重量
%を示す。なお、非水溶媒および電解質塩は十分に精製
を行い、水分20ppm以下としたもので、さらに脱酸
素および脱窒素を行った電池グレードのものを使用し、
全ての操作は不活性ガス雰囲気下で行った。また、イオ
ン伝導度の測定は対極として底面を除いた内周面を絶縁
テープで被覆したSUS製円筒状容器(内径20mm)
を用い、この容器に固体電解質を充填しその固体電解質
表面に作用極として直径18mmのSUS製円柱体を圧
着させることによって行った。測定は0℃および25℃
で行った(イオン伝導度測定用セル)。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
In the following, parts and% indicate parts by weight and% by weight, respectively. In addition, the non-aqueous solvent and the electrolyte salt were sufficiently purified to a water content of 20 ppm or less, and the battery grade deoxidized and denitrified was used.
All operations were performed under an inert gas atmosphere. Further, the ion conductivity is measured by using a SUS cylindrical container (inner diameter 20 mm) whose inner peripheral surface excluding the bottom surface is covered with an insulating tape as a counter electrode.
Was filled with a solid electrolyte and the surface of the solid electrolyte was pressure-bonded with a cylinder made of SUS having a diameter of 18 mm as a working electrode. Measurement is 0 ℃ and 25 ℃
(Cell for measuring ionic conductivity).

【0039】実施例1 イオン伝導性高分子固体電解質(I) 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネー
ト(2/8:体積比)に溶解した2.0mol/l L
iPF6溶液の電解液80.0部にモノマーとしてエチ
ルジエチレングリコールメタクリレート20.0部、光
開始剤としてベンゾインイソプロピルエーテル0.05
6部を添加混合溶解し、光重合性溶液を調製した。この
溶液をイオン伝導度測定用セルに入れ、コールドミラー
集光装置付き高圧水銀灯にて照射し、電解液を固体化し
た。このイオン伝導度を測定したところ6.6×10-3
S/cm(25℃)であり、弾性率は1.9×103
yne/cm2であった。さらに0℃にてイオン伝導度
を測定したところ3.0×10-3S/cmであった。
Example 1 Ionic Conductive Polymer Solid Electrolyte (I) 2.0 mol / l L dissolved in non-aqueous solvent: ethylene carbonate / diethyl carbonate (2/8: volume ratio)
80.0 parts of electrolyte solution of iPF 6 solution, 20.0 parts of ethyldiethylene glycol methacrylate as a monomer, 0.05 of benzoin isopropyl ether as a photoinitiator
6 parts were added, mixed and dissolved to prepare a photopolymerizable solution. This solution was placed in a cell for measuring ionic conductivity and irradiated with a high pressure mercury lamp equipped with a cold mirror condensing device to solidify the electrolytic solution. When this ionic conductivity was measured, it was 6.6 × 10 -3.
S / cm (25 ° C.), elastic modulus is 1.9 × 10 3 d
It was yne / cm 2 . Further, when the ionic conductivity was measured at 0 ° C., it was 3.0 × 10 −3 S / cm.

【0040】比較例1 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネー
ト(7/3:体積比)とした以外は実施例1と同様に電
解液を固体化した。このイオン伝導度は2.1×10-3
S/cm(25℃)、弾性率は3.4×103dyne
/cm2であり、0℃でのイオン伝導度は0.8×10
-3S/cm2であり、弾性率は優るもののイオン伝導度
に劣り、特に低温でのイオン伝導度が顕著に劣ることが
見出された。
Comparative Example 1 An electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 1 except that the nonaqueous solvent: ethylene carbonate / diethyl carbonate (7/3: volume ratio) was used. This ionic conductivity is 2.1 × 10 -3
S / cm (25 ° C), elastic modulus is 3.4 × 10 3 dyne
/ Cm 2 and the ionic conductivity at 0 ° C. is 0.8 × 10
It was found to be −3 S / cm 2 , and the elastic modulus was excellent, but the ionic conductivity was inferior, and the ionic conductivity was remarkably inferior at low temperatures.

【0041】比較例2 電解質塩をLiClO4とした以外は実施例1と同様に
電解液を固体化した。このイオン伝導度は1.1×10
-3S/cm(25℃)、弾性率は0.8×103dyn
e/cm2であり、0℃でのイオン伝導度は0.5×1
-3S/cm2であり、弾性率およびイオン伝導度に劣
り、特に低温でのイオン伝導度が顕著に劣ることが見出
された。
Comparative Example 2 An electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 1 except that LiClO 4 was used as the electrolyte salt. This ionic conductivity is 1.1 × 10
-3 S / cm (25 ° C), elastic modulus is 0.8 × 10 3 dyn
e / cm 2 , ionic conductivity at 0 ° C is 0.5 × 1
It was 0 −3 S / cm 2 , which was found to be inferior in elastic modulus and ionic conductivity, and particularly in ionic conductivity at a low temperature.

【0042】実施例2 イオン伝導性高分子固体電解質(II) 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジメチルカーボネー
ト(4/6:体積比)に溶解した1.8mol/l L
iN(CF3SO22溶液および0.2mol/lLi
BF4溶液の混合電解液80.0部にモノマーとしてエ
トキシジエチレングリコールメタクリレート20.0
部、熱重合開始剤としてビス(4−t−ブチルシクロヘ
キシル)パーオキシジカーボネート0.056部を添加
混合溶解し、熱重合性溶液を調整し、50℃、2時間熱
重合を行い、電解液を固体化した。このイオン伝導度を
測定したところ5.0×10-3S/cm(25℃)、弾
性率は5.2×103dyne/cm2であり、特に粘着
性に優れていた。また、0℃のイオン伝導度は2.4×
10-3S/cmであった。
Example 2 Ionic Conductive Polymer Solid Electrolyte (II) 1.8 mol / l L dissolved in non-aqueous solvent: ethylene carbonate / dimethyl carbonate (4/6: volume ratio)
iN (CF 3 SO 2 ) 2 solution and 0.2 mol / l Li
80.0 parts of a mixed electrolyte of BF 4 solution was added with ethoxydiethylene glycol methacrylate 20.0 as a monomer.
Parts, 0.056 parts of bis (4-t-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate as a thermal polymerization initiator were added and mixed and dissolved to prepare a thermopolymerizable solution, which was subjected to thermal polymerization at 50 ° C. for 2 hours to prepare an electrolytic solution. Solidified. When the ionic conductivity was measured, it was 5.0 × 10 −3 S / cm (25 ° C.), and the elastic modulus was 5.2 × 10 3 dyne / cm 2 , which was particularly excellent in tackiness. Moreover, the ionic conductivity at 0 ° C. is 2.4 ×
It was 10 −3 S / cm.

【0043】比較例3 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジメチルカーボネー
ト(8/2:体積比)、スルホン酸塩電解質のかわりに
LiClO4を使用した以外は実施例2と同様に電解液
を固体化した。このイオン伝導度は0.9×10-3S/
cm(25℃)、0.4×10-3S/cm(0℃)、弾
性率は6.6×103dyne/cm2であり、弾性率は
優れるものの、脆く粘着性の劣るもので、またイオン伝
導度は25℃、0℃ともに顕著に劣ることが見出され
た。
Comparative Example 3 An electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 2 except that LiClO 4 was used instead of the non-aqueous solvent: ethylene carbonate / dimethyl carbonate (8/2: volume ratio) and the sulfonate electrolyte. . This ionic conductivity is 0.9 × 10 -3 S /
cm (25 ° C.), 0.4 × 10 −3 S / cm (0 ° C.), and elastic modulus of 6.6 × 10 3 dyne / cm 2 , which is excellent in elastic modulus but brittle and poor in adhesiveness. It was also found that the ionic conductivity was significantly inferior at both 25 ° C and 0 ° C.

【0044】実施例3 イオン伝導性高分子固体電解質(III) 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジメチルカーボネー
ト(3/7:体積比)に溶解した2.0mol/lLi
PF6溶液の電解液84.0部に単官能モノマーとして
エトキシジエチレングリコールアクリレート15.8
部、多官能モノマーとしてトリメチロールプロパントリ
アクリレート0.2部、光開始剤としてベンゾインイソ
プロピルエーテル0.056部を添加混合溶解し光重合
性溶液を調整した。この溶液をイオン伝導度測定用セル
に入れ、コールドミラー集光装置付き高圧水銀灯にて照
射し、電解液を固体化した。このイオン伝導度を測定し
たところ6.4×10-3S/cm(25℃)であり、弾
性率は3.6×103dyne/cm2であった。さらに
0℃にてイオン伝導度を測定したところ2.8×10-3
S/cmであった。
Example 3 Ionic Conductive Polymer Solid Electrolyte (III) 2.0 mol / l Li dissolved in non-aqueous solvent: ethylene carbonate / dimethyl carbonate (3/7: volume ratio)
Ethoxy diethylene glycol acrylate 15.8 as a monofunctional monomer in 84.0 parts of electrolyte solution of PF 6 solution.
Parts, 0.2 parts of trimethylolpropane triacrylate as a polyfunctional monomer, and 0.056 parts of benzoin isopropyl ether as a photoinitiator were added and mixed to prepare a photopolymerizable solution. This solution was placed in a cell for measuring ionic conductivity and irradiated with a high pressure mercury lamp equipped with a cold mirror condensing device to solidify the electrolytic solution. When this ionic conductivity was measured, it was 6.4 × 10 −3 S / cm (25 ° C.), and the elastic modulus was 3.6 × 10 3 dyne / cm 2 . Furthermore, when the ionic conductivity was measured at 0 ° C., it was 2.8 × 10 -3.
It was S / cm.

【0045】比較例4 非水溶媒:エチレンカーボネート/ジメチルカーボネー
ト(6/4:体積比)とした以外は実施例3と同様に電
解液の固体化を行った。このイオオン伝導度を測定した
ところ2.2×10-3S/cm(25℃)であり、弾性
率は4.8×103dyne/cm2であった。さらに0
℃にてイオン伝導度を測定したところ0.8×10-3
/cmであり、弾性率に優れるものの、イオン伝導度に
劣るものであった。
Comparative Example 4 The electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 3 except that the nonaqueous solvent: ethylene carbonate / dimethyl carbonate (6/4: volume ratio) was used. When the ionic conductivity was measured, it was 2.2 × 10 −3 S / cm (25 ° C.), and the elastic modulus was 4.8 × 10 3 dyne / cm 2 . Further 0
Ionic conductivity measured at ℃ 0.8 × 10 -3 S
/ Cm, which was excellent in elastic modulus but inferior in ionic conductivity.

【0046】実施例4 イオン伝導性高分子固体電解質(IV) 非水溶媒:プロピレンカーボネート/エチレンカーボネ
ート/ジエチルカーボネート(1/3/6:体積比)に
溶解した1.8mol/lLiN(CF3SO22溶液
と0.2mol/lLiPF6の電解液86部に単官能
モノマーとしてエトキシジエチレングリコールアクリレ
ート14.0部、多官能モノマーとしてトリメチロール
プロパントリアクリレート0.2部、光開始剤としてベ
ンゾンイソプロピルエーテル0.056部を混合溶解
し、光重合性溶液を調整した。以下、実施例1と同様に
電解液を固体化した。このイオン伝導度は3.6×10
-3S/cm(25℃)、弾性率は4.0×103dyn
e/cm2であり、かつ粘着性に優れるものであった。
さらに0℃のイオン伝導度は2.0×10-3S/cmで
あった。
Example 4 Ionic Conductive Polymer Solid Electrolyte (IV) 1.8 mol / l LiN (CF 3 SO) dissolved in non-aqueous solvent: propylene carbonate / ethylene carbonate / diethyl carbonate (1/3/6: volume ratio) 2 ) 86 parts of an electrolytic solution of 2 solution and 0.2 mol / l LiPF 6 , 14.0 parts of ethoxydiethylene glycol acrylate as a monofunctional monomer, 0.2 part of trimethylolpropane triacrylate as a polyfunctional monomer, and benzone isopropyl as a photoinitiator. 0.056 parts of ether was mixed and dissolved to prepare a photopolymerizable solution. Hereinafter, the electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 1. This ionic conductivity is 3.6 × 10
-3 S / cm (25 ° C), elastic modulus 4.0 × 10 3 dyn
It was e / cm 2 and was excellent in tackiness.
Furthermore, the ionic conductivity at 0 ° C. was 2.0 × 10 −3 S / cm.

【0047】比較例5 モノマーが単官能モノマーであるエトキシジエチレング
リコールアクリレートのみ14.0部、2.0mol/
lLiCF3SO3の電解液86部を使用した以外は実施
例4と同能に電解液の固体化を行った。このイオン伝導
度は3.8×10-3S/cm(25℃)、弾性率は5.
3×102dyne/cm2であった。また、0℃でのイ
オン伝導度は2.3×10-3S/cmであった。イオン
伝導度はすぐれるものの、弾性率が低下したものであっ
た。
Comparative Example 5 14.0 parts of ethoxydiethylene glycol acrylate whose monomer is a monofunctional monomer, 2.0 mol / mol
The electrolytic solution was solidified in the same manner as in Example 4 except that 86 parts of the electrolytic solution of 1LiCF 3 SO 3 was used. This ionic conductivity is 3.8 × 10 −3 S / cm (25 ° C.), and the elastic modulus is 5.
It was 3 × 10 2 dyne / cm 2 . The ionic conductivity at 0 ° C. was 2.3 × 10 −3 S / cm. Although the ionic conductivity was excellent, the elastic modulus was lowered.

【0048】実施例5 電気化学素子(I)の作製 (正極)ポリ弗化ビニリデン3重量部をN−メチルピロ
リドン38重量部に溶解して、活物質としてLiCoO
250重量部と導電剤として黒鉛9重量部を加えてホモ
ジナイザーにて不活性雰囲気下で混合分散し、正極用塗
料を調整した。これを大気中にてワイヤーバーを用いて
20μmAl箔上に塗布し、125℃30分間乾燥さ
せ、膜厚60μmの電極を作製した。これを正極とし、
対極はLi板として、実施例3で調整した光重合性溶液
を浸透させ、高圧水銀灯を照射し、電解液を固体化し、
充放電試験を行った。充放電試験は北斗電工製HJ−2
01B充放電測定装置を用いて、0.4mAの電流で電
池電圧が3.7Vになるまで充電し、一時間の休止後、
0.4mAの電流で、電池電圧が2.5Vまで放電し、
以下この充放電を繰り返した。この際の初期と50サイ
クル目の放電容量密度は318mAh/cc、309m
Ah/ccであった。また、0℃での初期放電容量密度
は223mAh/ccであった。
Example 5 Production of Electrochemical Element (I) (Positive Electrode) 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride was dissolved in 38 parts by weight of N-methylpyrrolidone to prepare LiCoO 2 as an active material.
Adding graphite 9 parts by weight dispersed in an inert atmosphere with a homogenizer as 2 50 parts by weight, the conductive agent, to prepare a positive electrode coating material. This was applied on a 20 μm Al foil in the air using a wire bar and dried at 125 ° C. for 30 minutes to prepare an electrode having a film thickness of 60 μm. This is the positive electrode,
The counter electrode was a Li plate, the photopolymerizable solution prepared in Example 3 was permeated, and the high-pressure mercury lamp was irradiated to solidify the electrolytic solution.
A charge / discharge test was conducted. HJ-2 made by Hokuto Denko for charge / discharge test
Using a 01B charge / discharge measuring device, charge with a current of 0.4 mA until the battery voltage reaches 3.7 V, and after a pause for one hour,
With a current of 0.4 mA, the battery voltage is discharged to 2.5 V,
This charging / discharging was repeated thereafter. At this time, the discharge capacity densities at the initial and 50th cycles were 318 mAh / cc and 309 m.
It was Ah / cc. The initial discharge capacity density at 0 ° C was 223 mAh / cc.

【0049】実施例6 電気化学素子(II)の作製 (負極)ポリ弗化ビニリデン2重量部をN−メチルピロ
リドン58重量部に溶解して、コークスの2500℃焼
成品40重量部を加えて、ロールミル法にて不活性雰囲
気下で混合分散し、負極用塗料を調整した。これを大気
中にワイヤーバーを用いて20μm銅箔上に塗布、10
0℃15分間乾燥させ、膜厚60μmの電極を作製し
た。これを負極とし、対極はLi板として、実施例1で
調整した光重合性溶液を浸透させ、高圧水銀灯を照射
し、電解液を固体化し、充放電試験を行った。充放電試
験は北斗電工製HJ−201B充放電測定装置を用い
て、1.5mAの電流で0Vになるまで定電流で、以降
3時間定電圧充電し、1時間の休止後、1.5mAの電
流で、電池電圧が0.8Vまで放電し、以下この充放電
を繰り返した。この際の初期と50サイクル目の放電容
量密度は265mAh/cc、260mAh/ccであ
った。また、0℃での初期放電容量密度は186mAh
/ccであった。
Example 6 Preparation of Electrochemical Device (II) (Negative Electrode) 2 parts by weight of polyvinylidene fluoride was dissolved in 58 parts by weight of N-methylpyrrolidone, and 40 parts by weight of coke calcined at 2500 ° C. was added, A roll mill method was used to mix and disperse under an inert atmosphere to prepare a negative electrode coating material. This was applied to 20 μm copper foil in the air using a wire bar, and 10
It was dried at 0 ° C. for 15 minutes to prepare an electrode having a film thickness of 60 μm. Using this as a negative electrode and a counter electrode as a Li plate, the photopolymerizable solution prepared in Example 1 was permeated and irradiated with a high pressure mercury lamp to solidify the electrolytic solution, and a charge / discharge test was conducted. The HJ-201B charge / discharge measuring device manufactured by Hokuto Denko was used for the charge / discharge test, which was a constant current until the voltage became 0 V at a current of 1.5 mA, followed by constant voltage charging for 3 hours, and after 1 hour of rest, 1.5 mA. With current, the battery voltage was discharged to 0.8 V, and this charging / discharging was repeated. At this time, the discharge capacity densities at the initial and 50th cycles were 265 mAh / cc and 260 mAh / cc. The initial discharge capacity density at 0 ° C is 186 mAh.
Was / cc.

【0050】比較例6 比較例4で調整した光重合性溶液を使用する以外は実施
例5と同様に正極を作製し、0℃の初期放電容量を測定
したところ、127mAh/ccであった。さらに、比
較例4で調整した光重合性溶液を使用する以外は、実施
例6と同様に負極を作製し、0℃の初期放電容量を測定
したところ、106mAh/ccであった。これらのよ
うに特に低温での初期放電容量の劣化が顕著であった。
Comparative Example 6 A positive electrode was prepared in the same manner as in Example 5 except that the photopolymerizable solution prepared in Comparative Example 4 was used, and the initial discharge capacity at 0 ° C. was 127 mAh / cc. Further, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 6 except that the photopolymerizable solution prepared in Comparative Example 4 was used, and the initial discharge capacity at 0 ° C. was measured and found to be 106 mAh / cc. As described above, the deterioration of the initial discharge capacity was remarkable especially at low temperatures.

【0051】実施例7 電気化学素子(III)の作製 (正極)硫酸および酸化剤として過硫酸アンモニウムを
用いて化学重合で合成したポリアニリン10重量部をN
−メチルピロリドン50重量部に溶解して結晶性V25
50重量部、黒鉛6重量部を加えて、不活性雰囲気下で
ホモジナイザーを用いて、混合分散して正極用塗料を調
整した。これを大気中にてワイヤーバーを用いて20μ
mAl箔上に塗布し、100℃15分間乾燥させ、膜厚
60μmの電極を作製した。 (負極)実施例6で作製した負極を用いた。上記正極お
よび負極に実施例3で調整した光重合性溶液を浸透さ
せ、高圧水銀灯を照射し、電解液を固体化した。これら
を積層して、発電素子部に均一に圧力をかけつつ、三辺
を熱封止し、残りの一辺を減圧下封止して電池を作製し
た。充放電試験は北斗電工製HJ−201B充放電測定
装置を用いて、実施例6と同様に電池特性の評価を行っ
た。この際の、初期と50サイクル目の放電容量は1
0.9mAh、10.4mAhであった。また、0℃に
おける放電容量は7.7mAhであった。低温での劣化
の少ない電池を作製することができた。
Example 7 Production of Electrochemical Element (III) (Positive Electrode) 10 parts by weight of polyaniline synthesized by chemical polymerization using sulfuric acid and ammonium persulfate as an oxidizing agent was added to N.
-Crystalline V 2 O 5 when dissolved in 50 parts by weight of methylpyrrolidone
50 parts by weight and 6 parts by weight of graphite were added and mixed and dispersed using an homogenizer in an inert atmosphere to prepare a positive electrode coating material. 20μ in the air using a wire bar
It was applied onto a mAl foil and dried at 100 ° C. for 15 minutes to prepare an electrode having a film thickness of 60 μm. (Negative electrode) The negative electrode produced in Example 6 was used. The positive and negative electrodes were impregnated with the photopolymerizable solution prepared in Example 3 and irradiated with a high pressure mercury lamp to solidify the electrolytic solution. These were laminated, the three sides were heat-sealed, and the remaining one side was sealed under reduced pressure while uniformly applying pressure to the power generation element part, to manufacture a battery. In the charge / discharge test, Hokuto Denko HJ-201B charge / discharge measuring device was used to evaluate the battery characteristics in the same manner as in Example 6. At this time, the discharge capacity at the initial and 50th cycles is 1
It was 0.9 mAh and 10.4 mAh. Further, the discharge capacity at 0 ° C. was 7.7 mAh. It was possible to manufacture a battery with little deterioration at low temperatures.

【0052】[0052]

【発明の効果】1.請求項1 弾性率、イオン伝導度ともに向上する。さらに、低温で
のイオン伝導度の低下が抑えられたイオン伝導性高分子
固体電解質が得られた。 2.請求項2 前記効果に加えて粘着性も良好で、電解液の保持も良好
なイオン伝導性高分子固体電解質が得られた。 3.請求項3、4および5 液漏れがなく、全固体電気化学素子を作製でき、サイク
ル特性劣化の少ない、低温特性の良い電気化学素子およ
び二次電池が得られる。
Effect of the Invention Claim 1 Both elastic modulus and ionic conductivity are improved. Furthermore, an ion-conducting polymer solid electrolyte in which the decrease in ionic conductivity at low temperature was suppressed was obtained. 2. In addition to the above effects, an ion conductive polymer solid electrolyte having good adhesiveness and good retention of an electrolytic solution was obtained. 3. Claims 3, 4, and 5: An all-solid-state electrochemical device can be produced without liquid leakage, and an electrochemical device and a secondary battery having good low-temperature characteristics with little deterioration in cycle characteristics can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−294015(JP,A) 特開 平10−223044(JP,A) 特表2000−504148(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/06 H01M 10/40 H01M 6/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-294015 (JP, A) JP-A-10-223044 (JP, A) Special Table 2000-504148 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01B 1/06 H01M 10/40 H01M 6/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高分子をマトリックスとする高分子固体
電解質において、該高分子固体電解質が少なくとも下式
(I) 【化1】LiXFn (I) (式中、XはB、P、As、Sbであり、XがBのとき
はnは4で、P、As、Sbのときは6である。)であ
るルイス酸複塩(A1) 下式(II) 【化2】LiX(SO)n (II) 〔式中、XはN、C、B、OまたはCR基(Rはア
ルキル基)であり、RはCであり、nは1〜3
の整数である。〕で表されるスルホン酸塩(A2)およ
び少なくとも環状炭酸エステルと非環状炭酸エステル
(B)を含有し、かつ前記環状炭酸エステル/非環状炭
酸エステルの体積比が1未満であることを特徴とするイ
オン伝導性高分子固体電解質。
1. A polymer solid electrolyte having a polymer as a matrix, wherein the polymer solid electrolyte has at least the following formula (I): LiXFn (I) (wherein X is B, P, As, Sb). And n is 4 when X is B and is 6 when P, As and Sb) (A1) The following formula (II): LiX (SO 2 R 3) n (II) wherein, X is n, C, B, O or CR 4 group (R 4 is an alkyl group), R 3 is C 2 F 5, n is 1 to 3
Is an integer. ] The sulfonate (A2) represented by and at least a cyclic carbonate and an acyclic carbonate (B) are contained, and the volume ratio of the cyclic carbonate / acyclic carbonate is less than 1. Ion conductive polymer solid electrolyte.
【請求項2】 高分子マトリックスが、架橋型高分子マ
トリックスである請求項1記載のイオン伝導性高分子固
体電解質。
2. The ion conductive polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein the polymer matrix is a crosslinked polymer matrix.
【請求項3】 請求項1または2記載のイオン伝導性高
分子固体電解質を構成要素とする電気化学素子。
3. An electrochemical element comprising the ion conductive polymer solid electrolyte according to claim 1 or 2 as a constituent element.
【請求項4】 イオン伝導性高分子固体電解質が電気化
学素子の少なくとも1種の構成部材と複合一体化して形
成されたものである請求項3記載の電気化学素子。
4. The electrochemical device according to claim 3, wherein the ion conductive polymer solid electrolyte is formed by being integrated with at least one component of the electrochemical device.
【請求項5】 電気化学素子が非水二次電池である請求
項3または4記載の電気化学素子。
5. The electrochemical device according to claim 3, wherein the electrochemical device is a non-aqueous secondary battery.
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