[go: up one dir, main page]

JPH1140132A - 電気化学素子用セパレータ及びその用途 - Google Patents

電気化学素子用セパレータ及びその用途

Info

Publication number
JPH1140132A
JPH1140132A JP9238592A JP23859297A JPH1140132A JP H1140132 A JPH1140132 A JP H1140132A JP 9238592 A JP9238592 A JP 9238592A JP 23859297 A JP23859297 A JP 23859297A JP H1140132 A JPH1140132 A JP H1140132A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
polymer
electrolyte
organic solvent
compound
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.)
Granted
Application number
JP9238592A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4169134B2 (ja
Inventor
Masataka Takeuchi
正隆 武内
Shiyuuichi Uchijiyou
秀一 内條
Takashi Okubo
隆 大久保
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.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
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 Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP23859297A priority Critical patent/JP4169134B2/ja
Publication of JPH1140132A publication Critical patent/JPH1140132A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4169134B2 publication Critical patent/JP4169134B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非水電気化学素子に使用した際にイオン伝導
性が高く、成型加工が容易で強度も良好であり、安全
性、信頼性に優れ、更に取扱いが容易な新規な非水電気
化学素子用セパレータの提供。安全性、信頼性に優れた
高性能な非水電池及び非水電気二重層コンデンサの提
供。 【解決手段】 溶媒は含むが電解質塩は含まない状態で
製造した非水電気化学素子用セパレータ。該セパレータ
を用いた非水電池、非水電気二重層コンデンサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は有機溶媒または更に
無機微粒子を含有する高分子からなる、取り扱いやす
く、性能の優れた非水電気化学素子用セパレータとその
製造方法、該セパレータを用いた非水電池及び該セパレ
ータを用いた非水電気二重層コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】電気化学素子として代表的なリチウム一
次電池やリチウム(イオン)二次電池はその高エネルギ
ー密度という特徴から最近急速に小型携帯機器に搭載さ
れ、急激な伸びを示している。例えば、LiCoO2
LiNiO2 、LiMnO2 、MoS2 等の金属酸化
物、金属硫化物を正極に用い、リチウム、リチウム合
金、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料や無機化
合物を負極に用いたリチウム一次電池やリチウム二次電
池が多く研究されている。「ジャーナル・オブ・エレク
トロケミカル・ソサイエティ (J. Electrochem. Soc.)
、第138巻(No.3)、665頁、1991年」
には、MnO2 あるいはNiO2 を正極とする電池が報
告されている。
【0003】これらリチウム一次電池やリチウム(イオ
ン)二次電池の正負極以外の構成要素として重要である
セパレータにはポリオレフィン不織布やポリオレフィン
製マイクロポーラスフィルムという多孔性フィルムが用
いられている。セパレーターの機能としては正極、負極
を電子的に隔離し短絡させないことと、正・負極間に介
在する電解液中のイオン移動を妨げないことが要求され
ている。また前述した機能を有していればできるだけ薄
い方が、電池全体のエネルギー密度が大きくなり好まし
い。これら機能を持たせるため現在のセパレーターとし
ては多孔性の薄膜フィルムが用いられている。従って、
フィルム製造、加工費が高く、コスト高の要因になって
いる。また電解液を担持する能力がなく、電池から部品
外部への液漏れあるいは電極物質の溶出などが発生しや
すいために電池として長期信頼性、安全性に問題があっ
た。
【0004】最近、ポリエチレンオキサイド系重合体と
アルカリ金属塩を複合したいわゆる高分子固体電解質が
注目されている。これら高分子固体電解質の例として、
「ブリティッシュ・ポリマー・ジャーナル(Br. Polym.
J. ),第319巻、137頁、1975年」には、ポ
リエチレンオキサイドと無機アルカリ金属塩との複合物
がイオン伝導性を示すことが記載されている。また、オ
リゴオキシエチレンを側鎖に導入した櫛型高分子が、イ
オン伝導性を担っているオキシエチレン鎖の熱運動性を
高め、イオン伝導性が改良されることも多数報告されて
いる。例えば、「ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミ
ストリイ(J. Phys. Chem.)、第89巻、987頁、1
984年」には、ポリメタクリル酸の側鎖にオリゴオキ
シエチレンを付加したものにアルカリ金属塩を複合化し
た例が記載されている。さらに、「ジャーナル・オブ・
アメリカン・ケミカル・ソサエティ(J. Am. Chem. So
c.)、第106巻、6854頁、1984年」には、オ
リゴオキシエチレン側鎖を有するポリホスファゼンにア
ルカリ金属塩を複合化した例が記載されている。これら
は重合体自身が電解質であるLi塩と錯形成し、重合体
鎖の熱運動によりイオン伝導を発現できると言われてい
る。従って、現在のセパレータのような電解液を通す孔
は基本的には必要ない。しかしながらこれらは膜強度、
イオン伝導度の点で実用的に満足できるものではない。
【0005】さらに、近年、メモリーバックアップ電源
用などに、活性炭、カーボンブラックなど比表面積の大
きい炭素材料を分極性電極として、その間にイオン伝導
性溶液を配置する電気化学素子である電気二重層コンデ
ンサが多用されてきている。例えば、「機能材料198
9年2月号33頁」には、炭素系分極性電極と有機電解
液を用いたコンデンサが、「第173回エレクトロケミ
カルソサエティ・ミーティング・アトランタ・ジョージ
ア,5月号,No.18,1988年」には、硫酸水溶
液を用いた電気二重層コンデンサが記載されている。ま
た、特開昭63−244570号公報では、高電気伝導
性を有するRb2 Cu33 Cl7 を無機系固体電解質
として用いるコンデンサが開示されている。しかしなが
ら、現在の電解質溶液を用いた電気二重層コンデンサで
は、長期間の使用や高電圧が印加される場合などの異常
時には、コンデンサの外部への液漏れなどが発生し易い
ために長期使用や信頼性に問題がある。一方、従来の無
機系イオン伝導性物質を用いた電気二重層コンデンサ
は、イオン伝導性物質の分解電圧が低く、出力電圧が低
いという問題があった。
【0006】特開平4−253771号では、ポリホス
ファゼン系高分子を電池や電気二重層コンデンサのイオ
ン伝導性物質として用いることを提示しており、このよ
うな高分子を主成分とした固体イオン伝導性物質を使用
したものは、無機系イオン伝導性物質に比較して出力電
圧が高く、種々の形状に加工でき、封止も簡単であると
いうメリットがある。しかしながら、この場合では、高
分子固体電解質のイオン伝導度が10-4〜10-6S/c
mと充分ではなく、取り出し電流が小さいという欠点が
あった。一般的に検討されている高分子固体電解質のイ
オン伝導度は、室温における値で10-4〜10-5S/c
m位まで改善されたものの、液体系イオン伝導性物質に
比較するとなお二桁以上低いレベルである。また、0℃
以下の低温になると、一層極端にイオン伝導性が低下す
る。更に、これらの固体電解質を電気二重層コンデンサ
等の素子に組み込む場合や、これらの固体電解質を薄膜
にして電池に組み込む場合、電極との複合化や接触性確
保等の加工技術が難しく製造法でも問題点があった。
【0007】J.Appl.Electroche
m.,No.5,63〜69ページ(1975年)に記
載されているように、ポリアクリロニトリルやポリフッ
化ビニリデンゲル等の熱可塑性高分子または架橋高分子
に溶媒及び電解質を加えたいわゆる高分子ゲル電解質は
高イオン伝導度となることが報告されている。また、特
公昭58−36828号にはポリメタクリル酸アルキル
エステルに溶媒及び電解質を加えた同様の高分子ゲル電
解質は高イオン伝導度となることが報告されている。し
かしながらこれら高分子ゲル電解質は高イオン伝導度で
あるが、流動性を付与することとなるため、完全な固体
としては取り扱えず、膜強度や成膜性に劣り、電気二重
層コンデンサや電池に応用すると短絡が起こり易いう
え、液体系イオン伝導性物質同様に封止上の問題が発生
する。米国特許4357401号には、ヘテロ原子を含
有する架橋ポリマーとイオン化可能な塩からなる高分子
固体電解質が、高分子の結晶性が低下し、ガラス転移点
が低く、イオン伝導度が改善されることが記載されてい
るが、室温で10-5S/cm程度とまだ不十分であっ
た。
【0008】さらに米国特許4792504号では、ポ
リ酸化エチレンの架橋ネットワーク中に金属塩及び非プ
ロトン性溶剤からなる電解液が含浸された高分子固体電
解質が提案されている。これらはオキシエチレン鎖がL
i塩だけでなく、非プロトン性溶剤を含浸できることを
示しており、Li電池のセパレータとして使用可能な電
解液を含浸した孔のない均一な高分子固体電解質が提供
できることを示している。しかしながら、この系でもイ
オン伝導度は10-4S/cmとまだ不十分であった。ま
た溶剤が添加されたため膜強度が低下し、さらに金属塩
の吸湿性が高いため、製造時や電池、電気二重層コンデ
ンサ等に使用する場合に取扱いにくいという問題が生じ
た。
【0009】特公平3−73081号、米国特許490
8283号にはポリエチレングリコールジアクリレート
等のアクリロイル変性ポリアルキレンオキシド/電解質
塩/有機溶媒からなる組成物に紫外線等の活性光線を照
射することにより、高分子固体電解質を形成する方法が
開示され、重合時間を短縮する試みがなされている。ま
た、米国特許4830939号、特開平5−10931
0号にも架橋性のポリエチレン性不飽和化合物/電解質
塩/活性光線不活性溶媒からなる組成物に紫外線や電子
線等の放射線を照射することにより、電解液を含んだ高
分子固体電解質を形成する同様の方法が開示されてい
る。これらの系では高分子固体電解質中の電解液を増量
したため、イオン伝導度は向上したが、まだ不十分であ
り、また膜強度は悪化する傾向にある。さらに金属塩の
吸湿性が高いため、製造時や電池、電気二重層コンデン
サ等に使用する場合に取扱いにくいという問題はまだ残
っていた。
【0010】これらの問題を解決するために、本発明者
らはウレタン結合を有するオキシアルキレン基を含有す
る(メタ)アクリレートプレポリマーから得られる重合
体及び電解質からなる複合体を用いたイオン伝導性の高
分子固体電解質(特開平6−187822号)を提案し
た。この高分子固体電解質のイオン伝導度は、溶媒未添
加で10-4S/cm(室温)であり高いレベルである
が、さらに溶媒を添加すると、室温またはそれより低温
であっても10-3S/cm以上となり、また膜質も良好
で自立膜として得られる程度に改善された。また、この
プレポリマーは重合性が良好で、電池や電気二重層コン
デンサに応用する場合、プレポリマー状態で電池や電気
二重層コンデンサに組込んだ後に重合し、固体化できる
という加工上のメリットもあった。しかしながら、これ
らの高分子固体電解質も非水電気化学素子のセパレータ
として使用するには、膜強度、吸湿性、工業的取扱いの
点で改善の余地があった。また、電池に応用した場合
に、高電流での容量維持率が不充分であった。
【0011】ソリッド ステート アイオニクス 19
82年7号75ページに高分子固体電解質であるLiC
lO4 /ポリエチレンオキサイド複合体にさらにアルミ
ナ粒子を複合させることにより、イオン伝導度が低下す
ることなく高分子固体電解質の強度改善が達成できるこ
とが報告されている。特開平6−140052号には、
ポリアルキレンオキサイド/イソシアネート架橋体/無
機酸化物複合体に非水電解液を含浸させた固体電解質が
提案されており、電解液含有高分子固体電解質の強度ア
ップが図られている。しかしながら、これらの高分子固
体電解質も非水電気化学素子のセパレータとして使用す
るには、イオン伝導度、吸湿性、工業的取扱いの点で改
善の余地があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非水電気化
学素子に使用した際にイオン伝導性が高く、成型加工が
容易で強度も良好であり、安全性、信頼性に優れ、更に
取扱いが容易な新規な非水電気化学素子用セパレータを
提供することを目的とする。また、安全性、信頼性に優
れた高性能な非水電池、または、非水電気二重層コンデ
ンサを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題に
鑑み鋭意検討した結果、非水電気化学素子用セパレータ
を、溶媒は含むが電解質塩は含まない状態で製造するこ
とにより、後に電解液が含浸しても膨張が抑えられ、ま
た、電解液中の電解質塩がセパレータ中にも容易に拡散
し、電気化学素子の性能にも何等影響を与えないことを
見出した。また製造時にイオン化合物を添加していない
為、イオン架橋がおさえられ、結果としてイオン移動が
早くなり、イオン伝導度、電流特性が向上する可能性が
あることを見出した。また本セパレータは製造時には塩
を含んでいないことから、従来のセパレータに比較し
て、吸湿性が少なく、工程管理が簡便となることを見出
した。特に使用する高分子がオキシアルキレン構造を有
する架橋高分子である場合に溶媒の保持性にすぐれ、粘
弾性に富み、強度も良好であることを見出した。また、
本発明では上記セパレータに無機微粒子を添加すること
により、電解液含浸時の膨張が更に抑えられ、強度が向
上し、更に取扱い易くなることを見出した。また、無機
微粒子を添加することにより、後で電解液を含浸させる
際のセパレータ内における電解質塩の拡散が更に容易に
なることを見出した。
【0014】また、本発明では、(メタ)アクリル基及
び/またはウレタン(メタ)アクリル基を有する重合性
化合物が硬化特性に優れていることを利用し、これら化
合物と有機溶媒または更に無機微粒子を混合した重合性
組成物を基材上に配置後、加熱や紫外線等の活性光線照
射により、溶媒を含んだセパレータを基材上に製造する
方法を見出した。
【0015】更に本発明では上記セパレータを用いるこ
とにより、長期信頼性、安全性、加工性にすぐれた非水
電池が得られることを見出し、更に上記セパレータのイ
オン架橋が少ない為、高電流での容量維持率が高いこと
を見出した。更に本発明では上記セパレータを用いるこ
とにより、出力電圧が高く、加工性、長期信頼性、安全
性にすぐれた非水電気二重層コンデンサが得られること
を見出し、更に上記セパレータのイオン架橋が少ない
為、高電流での容量維持率が高いことを見出した。尚、
本明細書の記載において、『オキシアルキル』、『オキ
シアルキレン』という表現にはオキシアルキレン基を少
なくとも1個以上含むオリゴオキシアルキレン及びポリ
オキシアルキレンも含まれる。
【0016】即ち本発明は以下のものを開発することに
より上記の目的を達成した。 [1] 少なくとも一種の有機溶媒及び少なくとも一種
の高分子を含む電気化学素子用セパレータであって、電
解質塩非含有下で製造されることを特徴とする電気化学
素子用セパレータ。 [2] 少なくとも一種の有機溶媒、少なくとも一種の
無機微粒子及び少なくとも一種の高分子を含む電気化学
素子用セパレータであって、電解質塩非含有下で製造さ
れることを特徴とする電気化学素子用セパレータ。 [3] 少なくとも一種の高分子がオキシアルキレン構
造及び/またはウレタン構造を含んでいることを特徴と
する前記[1]または[2]記載の電気化学素子用セパ
レータ。 [4] 少なくとも一種の高分子が架橋構造を有する粘
弾性体であることを特徴とする前記[1]〜[3]のい
ずれか記載の電気化学素子用セパレータ。
【0017】[5] 少なくとも一種の高分子が一般式
(1)または一般式(2)
【化5】
【化6】 [式中R1 、R2 は水素またはアルキル基を表し、R3
は炭素数10以下の2価の基を表す。該2価の基はヘテ
ロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分枝状、環状構造
のいずれからなるものでもよい。xは0または1〜10
の数値を示す。但し、同一分子中の複数個の上記一般式
(1)または(2)で表される重合性官能基中のR1
2 、R3 及びxの値は、それぞれ独立であり、同じで
ある必要はない。]で表わされる重合性官能基を有する
少なくとも一種の重合性化合物を重合することによって
得られることを特徴とする前記[1]〜[4]のいずれ
か記載の電気化学素子用セパレータ。
【0018】[6] 有機溶媒が炭酸エステル類、エー
テル類、ラクトン類、スルフォキシド類、アミド類から
選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする前記
[1]〜[5]のいずれか記載の電気化学素子用セパレ
ータ。 [7] 無機微粒子がBET 比表面積50m2 /g以上で
粒子最大径が3μm以下であるアルミナ系、シリカ系、
チタニア系及び/またはマグネシア系化合物から選ばれ
る少なくとも1種である前記[2]〜[6]のいずれか
記載の電気化学素子用セパレータ。
【0019】[8] 一般式(1)または一般式(2)
【化7】
【化8】 [式中R1 、R2 は水素またはアルキル基を表し、R3
は炭素数10以下の2価の基を表す。該2価の基はヘテ
ロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分枝状、環状構造
のいずれからなるものでもよい。xは0または1〜10
の数値を示す。但し、同一分子中の複数個の上記一般式
(1)または(2)で表される重合性官能基中のR1
2 、R3 及びxの値は、それぞれ独立であり、同じで
ある必要はない。]で表わされる重合性官能基を有する
少なくとも一種の重合性化合物、少なくとも一種の有機
溶媒を含み、電解質塩を含まない重合性組成物を基材上
に配置後、加熱及び/または活性光線照射により硬化さ
せることを特徴とする電気化学素子用セパレータの製造
方法。
【0020】[9] 重合性組成物が無機微粒子を含む
ことを特徴とする前記[8]記載の電気化学素子用セパ
レータの製造方法。 [10] 重合性組成物が少なくとも一種の開始剤を含
むことを特徴とする前記[8]または[9]記載の電気
化学素子用セパレータの製造方法。 [11] 基材が電気化学素子に用いる電極であること
を特徴とする前記[8]〜[10]のいずれか記載の電
気化学素子用セパレータの製造方法。 [12] 前記[1]〜[7]記載の電気化学素子用セ
パレータを介して、有機溶媒系電解液及び/または高分
子固体電解質を含有した正極、有機溶媒系電解液及び/
または高分子固体電解質を含有した負極を配置すること
を特徴とする電池の製造方法。
【0021】[13] 前記[8]〜[10]のいずれ
かに記載の重合性組成物を、有機溶媒系電解液及び/も
しくは高分子固体電解質を含有した正極上、及び/また
は有機溶媒系電解液及び/もしくは高分子固体電解質を
含有した負極上に配置後、加熱及び/または活性光線照
射により硬化させることを特徴とする電池の製造方法。 [14] 負極活物質がリチウム、リチウム合金、また
はリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料もしくは無
機化合物の少なくとも一種からなる前記[12]または
[13]記載のリチウム系電池の製造方法。 [15] 前記[1]〜[7]のいずれか記載の電気化
学素子用セパレータを介して、有機溶媒系電解液及び/
または高分子固体電解質を含浸した2つの分極性電極を
配置することを特徴とする非水電気二重層コンデンサの
製造方法。 [16] 前記[8]〜[10]のいずれかに記載の重
合性組成物を、有機溶媒系電解液及び/または高分子固
体電解質を含有した少なくとも一つの分極性電極上に配
置後、加熱及び/または活性光線照射により硬化させる
ことを特徴とする非水電気二重層コンデンサの製造方
法。
【0022】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
セパレーターフィルムの主要構成成分である高分子は非
電子伝導性で各種有機極性溶媒を吸液、保持できるもの
でなければならない。そのような高分子としては、ポリ
アルキレンオキサイド、ポリアルキルイミン、ポリアク
リロニトリル、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリ
フォスファゼン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタ
ン、ポリアミド、ポリエステル、ポリシロキサン等のヘ
テロ原子を有する極性の熱可塑性高分子や架橋高分子が
挙げられる。特に架橋高分子が溶媒吸液後の強度が高
く、溶媒の保持力も高く、さらに粘弾性体であることか
ら、本発明のセパレータ用高分子として適している。こ
こで表す架橋には、架橋鎖が共有結合で形成されている
以外に、側鎖がイオン結合や水素結合等で架橋されてい
るもの、各種添加物を介した物理架橋されているものも
含んでいる。上記高分子の中ではポリアルキレンオキサ
イド、ポリウレタン等のオキシアルキレンやウレタン構
造を分子構造内に含むものが、各種極性溶媒との相溶性
が良好で,電気化学的安定性が良好であり好ましい。ま
た、安定性の面から、ポリフッ化ビニリデン等のフルオ
ロカーボン基を分子構造内に有するものも好ましい。
【0023】また、上記高分子の中で一般式(1)また
は(2)で表わされる重合性官能基
【化9】
【化10】 [式中R1 、R2 は水素またはアルキル基を表し、R3
は炭素数10以下の2価の基を表す。該2価の基はヘテ
ロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分枝状、環状構造
のいずれからなるものでもよい。xは0または1〜10
の数値を示す。但し、同一分子中の複数個の上記一般式
(1)または(2)で表される重合性官能基中のR1
2 、R3 及びxの値は、それぞれ独立であり、同じで
ある必要はない。]を有する少なくとも一種の重合性化
合物を加熱及び/または活性光線照射により硬化させて
得られれる高分子が、溶媒を含んだ状態で成膜しやす
く、膜強度が良好であり好ましい。
【0024】その中でも、下記一般式(3)または
(4)
【化11】
【化12】 [式中R1 、R2 、R3 、xは一般式(1)または
(2)と同じ。R4 、R5 は、オキシアルキレン基及び
/またはフルオロカーボン、オキシフルオロカーボンを
含む2価の基である。]で表される重合性官能基を有す
る少なくとも一種の重合性化合物を加熱及び/または活
性光線照射により硬化させて得られる高分子が特に好ま
しい。
【0025】本発明の高分子固体電解質に用いられる一
般式(1)で表される官能基を有する化合物を合成する
方法に特に限定はないが、例えば、酸クロライドと末端
にヒドロキシル基を有する化合物、例えばオリゴオキシ
アルキレンオールとを反応させることにより容易に得ら
れる。例えば、一般式(1)で表される官能基を1つ有
する化合物は、酸クロライドとモノアルキルオリゴオキ
シアルキレングリコールとを以下の様な反応式で、1:
1のモル比で反応させることにより、容易に得られる。 CH2 =C(R1 )COCl + HO( CH2 CH(
6)O)m7→ CH2 =C(R1 )COO( CH2
H( R6)O)m7 [ただし、式中R1 は一般式(1)と同じ。R6 はH、
または炭素数10以下のアルキル基。R7 は炭素数10
以下のアルキル基。]
【0026】例えば、一般式(1)で表わされる官能基
を2つ有する化合物は、酸クロライドとオリゴオキシア
ルキレングリコールとを以下の様な反応式で、2:1の
モル比で反応させることにより、容易に得られる。 2CH2 =C(R1 )COCl + HO( CH2 CH
( R6)O)mH→CH2 =C(R1 )COO( CH2 CH
( R6)O)mCO(R1 )C=CH2 [ただし、式中R1 は一般式(1)と同じ。R6 はH、
または炭素数10以下のアルキル基。]
【0027】本発明の高分子固体電解質に用いられる一
般式(2)で表される重合性官能基を有する化合物を合
成する方法に特に限定はないが、例えば、CH2=C(R
2 )CO[OR3x NCOとオリゴアルキレングリコ
ールとの反応により得ることができる(ただし、式中R
2 、R3 、xはそれぞれ一般式(2)と同じ。)。
【0028】具体的方法として一つのエチレン性不飽和
基を有する化合物は、例えば、メタクリロイルイソシア
ナート系化合物(以下MI類と略記する。)あるいはア
クリロイルイソシアナート系化合物(以下AI類と略記
する。)とモノアルキルオリゴアルキレングリコールと
を、以下のような反応式で1:1のモル比で反応させる
ことにより、容易に得られる。 CH2 =C(R2)CO[OR3x NCO+HO( CH
2 CH( R6)O) m7→CH2 =C(R2)CO[OR3
x NHCOO( CH2 CH( R6)O)m7 [ただし、式中R2 、R3 、xは一般式(2)と同じ。
6 はH、または炭素数10以下のアルキル基、R7
炭素数10以下のアルキル基である。]
【0029】また二つのエチレン性不飽和基を有する化
合物は、例えば、MI類あるいはAI類とオリゴアルキ
レングリコールとを、2:1のモル比で反応させること
により、容易に得られる。また、三つのエチレン性不飽
和基を有する化合物は、例えばMI類及び/またはAI
類と、グリセリン等の3価アルコールにアルキレンオキ
サイドを付加重合させたトリオールとを、3:1のモル
比で反応させることにより、容易に得られる。また、四
つのエチレン性不飽和基を有する化合物は、例えばMI
類及び/またはAI類と、ペンタエリスリトール等の4
価アルコールにアルキレンオキサイドを付加重合させた
テトラオールとを4:1のモル比で反応させることによ
り、容易に得られる。
【0030】また、五つのエチレン性不飽和基を有する
化合物は、例えばMI類及び/またはAI類と、α−D
−グルコピラノースにアルキレンオキシドを付加重合さ
せたペンタオールとを、5:1のモル比で反応させるこ
とにより、容易に得られる。また、六つのエチレン性不
飽和基を有する化合物は、例えばMI類及び/またはA
I類と、マンニットにアルキレンオキシドを付加重合さ
せたヘキサオールとを6:1のモル比で反応させること
により、容易に得られる。
【0031】フルオロカーボン基及び/またはオキシフ
ルオロカーボン基を有する一般式(1)または(2)で
表される重合性官能基を有する化合物を合成する方法に
特に限定はないが、例えば、具体的方法として重合性官
能基を一つ有する化合物は、MI類あるいはAI類と2,
2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロ-1- ブタノールのようなモ
ノオールとを以下の様な反応式で1:1のモル比で反応
させることにより、容易に得られる。 CH2=C(R1 )COO( CH2)2 NCO + CF
3(CF2)2 CH2 OH→ CH2=C(R1 )COO( C
2)2 NHCOOCH2(CF2)2 CF3
【0032】また重合性官能基を2つ有する化合物は、
例えば、MI類あるいはAI類と2,2,3,3-テトラフルオ
ロ-1,4- ブタンジオールのようなジオールとを以下の様
な反応式で、2:1のモル比で反応させることにより、
容易に得られる。 2CH2=C(R1 )COO( CH2)2 NCO+HOCH
2(CF2)2 CH2 OH→ {CH2=C(R1 )COO(
CH2)2 NHCOOCH2 CF2 −}2
【0033】一般式(1)あるいは(2)で表される重
合性官能基を1つしか有さない化合物を重合してできる
高分子は、架橋構造を有しておらず、膜強度不足のた
め、薄膜にすると短絡する危険が大きく、単独では用い
ない方がよい。従って、一般式(1)あるいは(2)で
表される重合性官能基を2つ以上有する化合物と共重合
し、架橋させる必要がある。セパレーターの薄膜強度を
考慮すると、1分子中に含まれる一般式(1)あるいは
(2)で表される重合性官能基の数は、3つ以上がより
好ましい。また前記一般式(1)で表される重合性官能
基を有する化合物の中で、一般式(2)で表される重合
性官能基を有する化合物から得られる高分子がウレタン
基を含んでおり、重合性が良好で、薄膜にしたときの膜
強度も大きいので好ましい。
【0034】本発明のセパレーターの構成成分として好
ましい高分子は、一般式(1)または一般式(2)で表
される重合性官能基を有する化合物の少なくとも一種を
重合し、あるいは該化合物を共重合成分として重合する
ことにより得られる。本発明のセパレーター用フィルム
に用いる高分子は、前記一般式(1)または一般式
(2)で表される重合性官能基を有する化合物の単独重
合体であっても、該カテゴリーに属する2種以上の共重
合体であっても、あるいは該化合物の少なくとも一種と
他の重合性化合物との共重合体であってもよい。前記一
般式(1)または一般式(2)で表される重合性官能基
を有する化合物と共重合可能な他の重合性化合物として
は、特に制限はない。例えば、アクリルアミド、メタク
リルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N
−ジメチルメタクリルアミド、アクリロイルモルホリ
ン、メタクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアミ
ノプロピル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリ
ルアミド系化合物、スチレン、α−メチルスチレン等の
スチレン系化合物、N−ビニルアセトアミド、N−ビニ
ルホルムアミド等のN−ビニルアミド系化合物、エチル
ビニルエーテル等のアルキルビニルエーテルを挙げるこ
とができる。
【0035】重合は、重合性化合物中のアクリロイル基
もしくはメタクリロイル基の重合性を利用した一般的な
方法を採用することができる。即ち、これらモノマー単
独、あるいはこれらモノマーと他の前記の共重合可能な
重合性化合物の混合物に、アゾビスイソブチロニトリ
ル、ベンゾイルパーオキサイド等のラジカル重合触媒、
CF3 COOH等のプロトン酸、BF3 、AlCl3
のルイス酸等のカチオン重合触媒、あるいはブチルリチ
ウム、ナトリウムナフタレン、リチウムアルコキシド等
のアニオン重合触媒を用いて、ラジカル重合、カチオン
重合あるいはアニオン重合させることができる。また、
重合性化合物によっては無酸素状態で、加熱のみでラジ
カル重合することもできる。本発明のセパレータに用い
られる高分子はオキシアルキレン構造を含んでいるもの
が好ましいが、その場合のオキシアルキレン鎖数(すな
わち前記一般式(3)におけるR4 中、あるいは前記一
般式(4)におけるR5 中に含まれるオキシアルキレン
基の繰返し数n)は1〜1000の範囲が好ましく、5
〜100の範囲が特に好ましい。
【0036】本発明のセパレータに用いる高分子は、前
記のように、一般式(1)または(2)で表される官能
基を有する化合物の単独重合体であっても、該カテゴリ
ーに属する2種以上の共重合体であっても、あるいは該
化合物の少なくとも一種と他の重合性化合物との共重合
体であってもよい。また、本発明のセパレータに用いる
高分子は、前記一般式(1)または(2)で表される官
能基を有する化合物の少なくとも一種から得られる重合
体及び/または該化合物を共重合成分とする共重合体と
他の高分子との混合物であってもよい。例えば、前記一
般式(1)または(2)で表される官能基を有する化合
物の少なくとも一種から得られる重合体及び/または該
化合物を共重合成分とする共重合体と、ポリエチレンオ
キサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニ
トリル、ポリブタジエン、ポリメタクリル(またはアク
リル)酸エステル類、ポリスチレン、ポリホスファゼン
類、ポリシロキサンあるいはポリシラン、ポリフッ化ビ
ニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のポリマーと
の混合物を本発明のセパレータに用いてもよい。
【0037】本発明のセパレータは少なくとも一種の有
機溶媒が高分子に含浸されていることを特徴とする。こ
れにより電気化学素子に使用した場合に、各種電解液中
に浸漬してもセパレーターの形状変化が少なく、電解液
と溶媒との置換が容易に起こり、セパレータ中に電解質
塩またはイオンが容易に拡散していくことができる。使
用できる有機溶媒としては、本発明のセパレータに用い
る高分子との相溶性が良好で、沸点が高く、電解質塩の
溶解性が高く、使用する電気化学素子に悪影響を与えな
いものが良い。即ち、誘電率が大きく、沸点が70℃以
上であり、電気化学的安定範囲が広い化合物が適してい
る。そのような溶媒としては、トリエチレングリコール
ジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチル
エーテル等のオリゴエーテル類、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、炭
酸ビニレン、(メタ)アクリロイルカーボネート等のカ
ーボネート類、ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香
族ニトリル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホ
キシド、N−メチルピロリドン、N−ビニルピロリド
ン、スルホラン等の硫黄化合物、リン酸エステル類等が
挙げられる。この中で、オリゴエーテル類及びカーボネ
ート類が好ましく、カーボネート類が特に好ましい。
【0038】セパレータ中の溶媒の含有量が多いほど、
電解質塩またはイオンの拡散が容易で、またその場合の
イオン伝導度は高くなるが、セパレータの機械的強度が
低下する。好ましい添加量としては、本発明のセパレー
タ中の高分子重量の0.5倍から12倍量以下で、1倍
量から8倍量以下が特に好ましい。本発明のセパレータ
には各種無機微粒子が添加された方が好ましい。これに
より強度、膜厚均一性が改善されるばかりでなく、無機
微粒子と高分子間に微細な空孔が生じることになり、電
解液中に浸漬した場合には空孔を通じてセパレータ内に
フリーの電解液が分散することになり、強度アップを損
ねることなく、逆にイオン伝導度、移動度を増加させる
こともできる。また、無機微粒子を添加することによ
り、組成物の粘度が上昇し、高分子と溶媒の相溶性が不
十分な場合にもその分離を抑える効果も現われる。
【0039】使用する無機微粒子としては非電子伝導
性、電気化学的に安定なものが選ばれる。また、イオン
伝導性であればさらに好ましい。具体的にはα、β、γ
ーアルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア等のイオン
伝導性または非電導性セラミックス微粒子が挙げられ
る。セパレータの強度アップ、電解液保液量増加の観点
から、無機微粒子は一次粒子が凝集した二次粒子構造を
もつものが好ましく、このような構造を持つ無機微粒子
の具体例としてはエアロジル(日本エアロジル製)のよ
うなシリカ超微粒子、アルミナ超微粒子が挙げられ、安
定性、複合効率からアルミナ超微粒子が特に好ましい。
セパレータ中の電解液の保有量を多くし、イオン伝導
性、移動度を増加させるという目的では、無機微粒子の
比表面積はできるだけ大きいことが好ましく、BET法
で10m2/g以上が好ましく50m2/g以上が更に好まし
い。
【0040】このような無機微粒子のサイズとしては、
重合性組成物と混合できれば特に限定はないが、大きさ
としては0.01μm 〜100μm が好ましく、0.0
1μm 〜20μm が特に好ましい。また、形状としては
球形、卵形、立方体状、直方体状、円筒ないし棒状等の
種々の形状のものを用いることができる。無機微粒子の
添加量は多すぎると逆にセパレータの強度やイオン伝導
性を低下させたり、成膜がしづらくなるという問題を生
じる。従って添加量としては、複合電解質に対して50
wt%以下が好ましく、0.1から30wt%の範囲が
特に好ましい。
【0041】本発明のセパレータを製造する場合には、
一般式(1)または(2)で表される重合性官能基を有
する(メタ)アクリロイル系化合物の少なくとも一種及
び少なくとも一種の溶媒、またはこれに少なくとも一種
の無機微粒子を添加した重合性組成物を、あるいはさら
に少なくとも一種の重合開始剤を添加した重合性組成物
を各種基材上に成膜、塗布後、かかる(メタ)アクリロ
イル系化合物を、加熱及び/または活性光線照射により
重合し、硬化する方法が、均一に成膜でき、膜厚制御が
簡便であり、推奨できる。重合させる温度としては、前
記一般式(1)または(2)で表される重合性官能基を
有する重合性化合物の種類、開始剤の種類によるが、重
合が起こる温度であれば良く、通常は、0℃から200
℃の範囲で行えばよい。活性光線照射により重合させる
場合には、前記一般式(1)または(2)で表される重
合性官能基を有する重合性化合物の種類によるが、例え
ば、ベンジルメチルケタール、ベンゾフェノン等の活性
光線開始剤を使用して、数mW以上の紫外光または電子
線、γ線等を照射して重合させることができる。
【0042】本発明のセパレータは他の多孔性高分子フ
ィルムと複合して使用することにより強度改善等を行う
ことも可能である。但し、使用する高分子の種類、フィ
ルム形状、複合割合によっては電解液浸透後のセパレー
タとしてのイオン伝導度の低下や安定性の悪化を招くの
で、適したものを選ぶ必要がある。使用する多孔性フィ
ルムとしてはポリプロピレン製不織布やポリエチレン製
ネットのような網状ポリオレフィンシート等の多孔性ポ
リオレフィンフィルム、セルガード(商品名)等のポリ
オレフィン製マイクロポーラスフィルム、ナイロン不織
布、ポリエステル性ネット等が挙げられるが、ポリオレ
フィン製多孔性フィルムが安定性の面で好ましい。ま
た、その空孔率としては、10〜90%程度あればよい
が、強度の許す限りできるだけ空孔率の大きいものが良
いので、好ましい空孔率の範囲としては40〜90%の
範囲である。複合方法としては特に制限がないが、例え
ば、一般式(1)または(2)で表される重合性官能基
を有する(メタ)アクリロイル系化合物の少なくとも一
種及び少なくとも一種の溶媒、またはこれに少なくとも
一種の無機微粒子を添加した混合物を、多孔性ポリマー
フィルムに含浸後、かかる(メタ)アクリロイル系化合
物を重合する方法が、均一に複合でき、膜厚制御が簡便
であり、推奨できる。
【0043】本発明のセパレータを電池に使用した場
合、本セパレータの電解液保持性が高く、また孔が無い
為、液もれ、短絡が起りにくく、サイクル寿命が長く、
安全性及び信頼性が高い非水電池が得られる。また、液
もれや短絡が起りにくいことから、薄型にでき、パッケ
ージの簡単な電池が得られる。このようにして製造され
る非水電池として、薄膜電池の一例の概略断面図を図1
に示す。図中、1は正極、2は本発明のセパレータ、3
は負極、4は集電体、5は絶縁性樹脂封止剤である。
【0044】本発明の非水電池に用いる負極活物質とし
て、アルカリ金属、アルカリ金属合金、炭素材料、金属
酸化物や金属カルコゲナイドのようなアルカリ金属イオ
ンをキャリアーとする低酸化還元電位のものを用いるこ
とにより、高電圧、高容量の電池が得られるので好まし
い。このような負極活物質の中では、リチウム金属ある
いはリチウム/アルミニウム合金、リチウム/鉛合金、
リチウム/アンチモン合金等のリチウム合金類が最も低
酸化還元電位であるため特に好ましい。また、炭素材料
もLiイオンを吸蔵した場合低酸化還元電位となり、し
かも安定、安全であるという点で特に好ましい。Liイ
オンを吸蔵放出できる炭素材料としては、天然黒鉛、人
造黒鉛、気相法黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピ
ッチ系炭素、ポリアセン、C60、C70等のフラーレン類
等が挙げられる。
【0045】従って、かかる負極を用い、アルカリ金属
イオンをキャリアーとする電池に用いる場合の電解質と
してはアルカリ金属塩が必要となる。このアルカリ金属
塩の種類としては、例えば、LiCF3 SO3 、LiP
6 、LiClO4 、LiBF4 、LiSCN、LiA
sF6 、LiN(CF3 SO22 、NaCF3 SO
3 、LiI、NaPF6 、NaClO4 、NaI、Na
BF4 、NaAsF6 、KCF3 SO3 、KPF6 、K
I等を挙げることができる。また、炭素材負極の場合に
は、アルカリ金属イオンだけでなく、4級アンモニウム
塩、4級ホスホニウム塩、遷移金属塩、各種プロトン酸
も使用できる。このような電解質としては、(CH3
4 NBF4 、(CH3 CH24 ClO4 等の4級アン
モニウム塩、AgClO4 等の遷移金属塩、(CH3
4 PBF4 等の4級ホスホニウム塩、パラトルエンスル
ホン酸等の有機酸及びその塩、塩酸、硫酸等の無機酸等
が挙げられる。この中で、出力電圧が高く取れ、解離定
数が大きいという点から、4級アンモニウム塩、4級ホ
スホニウム塩、アルカリ金属塩が好ましい。4級アンモ
ニウム塩の中では、(CH3 CH2 )(CH3 CH2
2 CH23 NBF4 のような、アンモニウムイオン
の窒素上の置換基が異なっているものが溶解性あるいは
解離定数が大きいという点で好ましい。
【0046】本発明の非水電池の構成において、正極に
金属酸化物、金属硫化物、導電性高分子あるいは炭素材
料のような高酸化還元電位の電極活物質(正極活物質)
を用いることにより、高電圧、高容量の電池が得られる
ので好ましい。このような電極活物質の中では、充填密
度が高くなり、体積容量密度が高くなるという点では、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化バナジウム、酸化ニ
ッケル、酸化モリブデン等の金属酸化物、硫化モリブデ
ン、硫化チタン、硫化バナジウム等の金属硫化物が好ま
しく、特に酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト
等が高容量、高電圧という点から好ましい。
【0047】この場合の金属酸化物や金属硫化物を製造
する方法は特に限定されず、例えば、「電気化学、第2
2巻、574頁、1954年」に記載されているよう
な、一般的な電解法や加熱法によって製造される。ま
た、これらを電極活物質としてリチウム電池に使用する
場合、電池の製造時に、例えば、Lix CoO2 やLi
xMnO2 等の形でLi元素を金属酸化物あるいは金属
硫化物に挿入(複合)した状態で用いるのが好ましい。
このようにLi元素を挿入する方法は特に限定されず、
例えば、電気化学的にLiイオンを挿入する方法や、米
国特許第4357215号に記載されているように、L
2 CO3 等の塩と金属酸化物を混合、加熱処理するこ
とによって実施できる。また柔軟で、薄膜にし易いとい
う点では、導電性高分子が好ましい。導電性高分子の例
としては、ポリアニリン、ポリアセチレン及びその誘導
体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリピロール
及びその誘導体、ポリチエニレン及びその誘導体、ポリ
ピリジンジイル及びその誘導体、ポリイソチアナフテニ
レン及びその誘導体、ポリフリレン及びその誘導体、ポ
リセレノフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビ
ニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフリレンビニレ
ン、ポリナフテニレンビニレン、ポリセレノフェンビニ
レン、ポリピリジンジイルビニレン等のポリアリーレン
ビニレン及びそれらの誘導体等が挙げられる。中でも有
機溶媒に可溶性のアニリン誘導体の重合体が特に好まし
い。
【0048】また、炭素材料としては、天然黒鉛、人造
黒鉛、気相法黒鉛、石油コークス、石炭コークス、フッ
化黒鉛、ピッチ系炭素、ポリアセン等が挙げられる。本
発明のセパレータを電気二重層に応用した場合、本セパ
レータの電解液保持性が高く、また孔が無い為、液も
れ、短絡が起りにくく、サイクル寿命が長く、安全性及
び信頼性が高い非水電気二重層コンデンサが得られる。
また、液もれや短絡が起りにくいことから、薄型にで
き、パッケージの簡単な電気二重層コンデンサが得られ
る。本発明の非水電気二重層コンデンサの一例の概略断
面図を図2に示す。この例は、大きさ1cm×1cm、
厚み約0.5mmの薄型セルで、7は集電体であり、集
電体の内側には一対の分極性電極6が配置されており、
その間にセパレータ8が配置されている。9は絶縁性樹
脂封止剤、10はリード線である。
【0049】分極性材料としての炭素材料としては、比
表面積が大きければ特に制限はないが、比表面積が大き
いほど電気二重層の容量が大きくなり好ましい。例え
ば、ファーネスブラック、サーマルブラック(アセチレ
ンブラックを含む)、チャンネルブラック等のカーボン
ブラック類や、椰子がら炭等の活性炭、天然黒鉛、人造
黒鉛、気相法で製造したいわゆる熱分解黒鉛、ポリアセ
ン及びC60、C70を挙げることができる。集電体7は電
子伝導性で電気化学的に耐食性があり、できるだけ比表
面積の大きい材料を用いることが好ましい。例えば、各
種金属及びその燒結体、電子伝導性高分子、カーボンシ
ート等を挙げることができる。電気二重層コンデンサの
形状としては、図2のようなシート型のほかに、コイン
型、あるいは分極性電極及びセパレータのシート状積層
体を円筒状に捲回し、円筒管状のコンデンサ構成用構造
体に入れ、封止して製造された円筒型等であっても良
い。
【0050】本発明の非水電気二重層コンデンサに用い
る電解質の種類は特に限定されるものではなく、電荷キ
ャリアーとしたいイオンを含んだ化合物を用いればよい
が、電解液中での解離定数が大きく、分極性電極と電気
二重層を形成しやすいイオンを含むことが望ましい。こ
のような化合物としては、(CH34 NBF4 、(C
3 CH24 ClO4 等の4級アンモニウム塩、Ag
ClO4 等の遷移金属塩、(CH34 PBF4 等の4
級ホスホニウム塩、LiCF3 SO3 、LiPF6 、L
iClO4 、LiI、LiBF4 、LiSCN、LiA
sF6 、LiN(CF3 SO22 、NaCF3 SO
3 、NaPF6 、NaClO4 、NaI、NaBF4
NaAsF6 、KCF3 SO3 、KPF6 、KI等のア
ルカリ金属塩、パラトルエンスルホン酸等の有機酸及び
その塩、塩酸、硫酸等の無機酸等が挙げられる。この中
で、出力電圧が高く取れ、解離定数が大きいという点か
ら、4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩、アルカ
リ金属塩が好ましい。4級アンモニウム塩の中では、
(CH3 CH2 )(CH3 CH2 CH2 CH23 NB
4 のような、アンモニウムイオンの窒素上の置換基が
異なっているものが、電解液への溶解性あるいは解離定
数が大きいという点から好ましい。
【0051】
【実施例】以下に本発明について代表的な例を示し更に
具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる
例示であって、本発明はこれらに何等制限されるもので
はない。
【0052】[実施例1] <化合物の合成>
【化13】 化合物(KOH価34.0mg/g )50.0g 及び化合物
(メタクリロイルオキシエチルイソシアネート) 4.6g
を窒素雰囲気中でよく精製したテトラヒドロフラン(T
HF)100ml に溶解した後、0.44g のジブチルチンジラ
ウレートを添加する。その後、25℃で約15時間反応
させることにより、無色の粘稠液体を得た。その1H-NM
R、IR及び元素分析の結果から、化合物と化合物は
1対3で反応し、さらに、化合物のイソシアナート基
が消失し、ウレタン結合が生成しており、化合物が生
成していることがわかった。
【0053】[実施例2] <溶媒含有セパレータフィルムの作製>化合物 1.0g
、ジエチルカーボネート(DEC)1.5g、エチレンカ
ーボネート(EC)1.5g及び2,4,6−トリメチルベ
ンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド(商品名ルシ
リンTPO、BASF社製)0.004gをアルゴン雰囲気中
でよく混合し、光重合性組成物を得た。上記光重合性組
成物をアルゴン雰囲気下、PET フィルム上に塗布後、ケ
ミカル蛍光ランプ(三共電気社製 FL20S.BL)を10分
照射したところ、溶媒を含浸した化合物重合体フィル
ムが約30μm の自立フィルムとして得られた。このフ
ィルムをアルゴン雰囲気下、電解液:1.2M LiP
6 /DEC+EC(重量比1:1)(LiPF6 のD
EC+EC混合溶媒の1.2M溶液)に室温で約2時間
浸漬したところ、厚み、縦、横各々1.05倍にしか膨
張せず、体積としても約1.15倍であり、電気化学素
子作製上で問題とならない形状変化であった。浸漬後の
フィルムの25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピ
ーダンス法にて測定したところ、それぞれ、3.0 ×1
0-3、1.0×10-3S/cmであった。
【0054】[実施例3] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
実施例2で調製したと同様の光重合性組成物にアルゴン
雰囲気下、無機微粒子としてアルミニウムオキサイドC
(日本アエロジル製、比表面積約100m2/g)を0.24g
添加し、攪拌することにより、乳白色の組成物とした。
この乳白色光重合性組成物を実施例2と同様に塗布、光
照射することにより、溶媒を含浸した化合物重合体/
アルミニウムオキサイドC複合フィルムが約30μm の
白濁色自立フィルムとして得られた。このフィルムを実
施例2と同様にして電解液に浸漬したところ、厚み、
縦、横各々1.03倍にしか膨張せず、体積としても約
1.09倍であり、実施例2よりさらに形状変化が小さ
かった。25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定したところ、それぞれ、4.0 ×10-3
1.2×10-3S/cmであった。
【0055】[比較例1] <電解液及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製
>実施例3で調製したと同様の光重合性組成物にさらに
LiPF6 (橋本化成製、電池グレード)4.8gを添加し
た光重合性組成物を調製した。この乳白色光重合性組成
物を実施例2と同様に塗布、光照射することにより、L
iPF6 系電解液を含浸した化合物重合体/アルミニ
ウムオキサイドC複合フィルムが約30μm の白濁色自
立フィルムとして得られた。このフィルムを実施例2と
同様にして電解液に浸漬したところ、厚み、縦、横各々
1.03倍にしか膨張せず、体積としても約1.09倍
で実施例3と同様であった。25℃、−10℃でのイオ
ン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それ
ぞれ、3.5 ×10-3、1.0×10-3S/cmであった。
【0056】[実施例4] <溶媒含有セパレータフィルムの作製>化合物 1.0g
、プロピレンカーボネート(PC)1.5g、エチレンカ
ーボネート(EC)1.5g及び2−ヒドロキシ−2−メチ
ル−1−フェニル−プロパン−1−オン(商品名ダロキ
ュアー1173、チバガイギー社製)0.003gをアルゴン
雰囲気中でよく混合し、光重合性組成物を得た。上記光
重合性組成物をアルゴン雰囲気下、PET フィルム上に塗
布後、汎用高圧水銀ランプを5分照射したところ、溶媒
を含浸した化合物重合体フィルムが約30μm の自立
フィルムとして得られた。このフィルムをアルゴン雰囲
気下、電解液(1M テトラエチルアンモニウムテトラ
フルオロボレート(TEAB)/PC+EC(重量比
1:1))に室温で約2時間浸漬後に、25℃、−10
℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したと
ころ、それぞれ、4.5 ×10-3、1.5×10-3S/cmであった。
【0057】[実施例5] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
実施例4で調製したと同様の光重合性組成物にアルゴン
雰囲気下、無機微粒子としてシリカ微粒子(日本アエロ
ジル製、比表面積約200m2/g)を0.20g 添加し、攪拌
することにより、透明の組成物とした。この重合性組成
物を実施例4と同様に塗布、光照射することにより、溶
媒を含浸した化合物重合体/シリカ微粒子複合フィル
ムが約30μm の自立フィルムとして得られた。このフ
ィルムを実施例4と同様にして電解液に浸漬後に、25
℃、−10℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて
測定したところ、それぞれ、5.0 ×10-3、1.7×10-3S/cm
であった。
【0058】[実施例6] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
実施例2で調製した光重合性モノマー溶液にアルゴン雰
囲気下、高純度γ−アルミナ微粒子(昭和電工製UA5
805,比表面積約85m2/g)を 0.40g添加し、攪拌す
ることにより、乳白色の溶液とした。この乳白色光重合
性組成物を実施例2と同様に塗布、光照射することによ
り、溶媒を含浸した化合物重合体/UA5805複合
フィルムが約30μm の白濁色自立フィルムとして得ら
れた。このフィルムを実施例2と同様にして電解液に浸
漬後に、25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定したところ、それぞれ、2.8 ×10-3
1.0×10-3S/cmであった。
【0059】[実施例7] <化合物の合成> CH3(OCH2CH(CH3))mOH + CH2=C(CH3)COOCH2CH2NCO (化合物) (化合物) → CH3(OCH2CH(CH3))mOCONHCH2CH2OCOC(CH3)=CH2 (化合物) 化合物(平均分子量Mn=550)55g 、化合物 15.5gを
窒素雰囲気中でよく精製したTHF100ml に溶解した
後、0.66g のジブチルチンジラウレートを添加した。そ
の後、25℃で約15時間反応させることにより、無色
の粘稠液体を得た。その1H-NMR、IR及び元素分析の結果
から、化合物と化合物は1対1で反応し、さらに、
化合物のイソシアナート基が消失し、ウレタン結合が
生成しており、化合物が生成していることがわかっ
た。
【0060】[実施例8] <溶媒含有セパレータフィルムの作製>化合物 0.3g
、実施例1で合成した化合物 0.7g 、DEC 1.5g
、EC 1.5g 、及びビス(2,6−ジメトキシベンゾ
イル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオ
キサイド 0.004g をアルゴン雰囲気中でよく混合し、光
重合性組成物を得た。光重合性組成物をアルゴン雰囲気
下、PET フィルム状に塗布後、可視光ランプ(三共電気
社製 FL20S.BL)を10分照射したところ、溶媒を含浸
した化合物+共重合体フィルムが約30μm の自立
フィルムとして得られた。このフィルムをアルゴン雰囲
気下、電解液(1.2M LiClO4 /DEC+EC
(重量比1:1))に室温で約2時間浸漬後に、25
℃、−10℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて
測定したところ、それぞれ、3.3 ×10-3、1.0×10-3S/cm
であった。
【0061】[実施例9] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
実施例8で調製したと同様の光重合性組成物にアルゴン
雰囲気下、無機微粒子としてアルミニウムオキサイドC
を0.24g 添加し、攪拌することにより、乳白色の組成物
とした。この乳白色光重合性組成物を実施例8と同様に
塗布、光照射することにより、溶媒を含浸した化合物
+共重合体/アルミニウムオキサイドC複合フィルム
が約30μm の白濁色自立フィルムとして得られた。こ
のフィルムを実施例8と同様にして電解液に浸漬後に、
25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピーダンス法
にて測定したところ、それぞれ、4.0 ×10-3、1.4×10-3
S/cmであった。
【0062】[実施例10] <溶媒含有セパレータフィルムの作製>化合物:CH
3(OCH2CH2))mOCOC(CH3)=CH2 (日本油脂、ブレンマーA
E−400,Mw400) 0.3g 、実施例1で合成した
化合物 0.7g 、DEC1.0g、PC1.0g、EC 1.0g 、
及びルシリンTPO 0.004gをアルゴン雰囲気中でよく
混合し、光重合性組成物を得た。光重合性組成物をアル
ゴン雰囲気下、プラズマ処理PPフィルム状に塗布後、ケ
ミカル蛍光ランプを10分照射したところ、溶媒を含浸
した化合物+共重合体フィルムが約30μm の自立
フィルムとして得られた。このフィルムをアルゴン雰囲
気下、電解液(1.2M LiBF4 /DMC(ジメチ
ルカーボネート)+EC(重量比1:1))に室温で約
2時間浸漬後に、25℃、−10℃でのイオン伝導度を
インピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、1.5
×10-3、0.8×10-3S/cmであった。
【0063】[実施例11] <化合物の合成> CF3(CF2)2CH2OH + CH2=C(CH3)COOCH2CH2NCO 化合物 化合物 → CF3(CF2)2CH2OCONHCH2CH2OCOC(CH3)=CH2 化合物 化合物(2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロ−1−ブタノ
ール、アルドリッチ製)20g 、化合物 15.5gを窒素雰
囲気中でよく精製したTHF100ml に混合した後、0.66
g のジブチルチンジラウレートを添加する。その後、2
5℃で約15時間反応させることにより、無色の粘稠液
体として化合物を得た。その1H-NMR、IR及び元素分析
の結果から、化合物と化合物は1対1で反応し、さ
らに、化合物のイソシアナート基が消失し、ウレタン
結合が生成してしていることがわかった。
【0064】[実施例12] <化合物10の合成>
【化14】 化合物(日本アオジムント製、Zdol平均分子量2
000)100g、化合物 15.5gを窒素雰囲気中でよく精
製したTHF100ml に混合した後、0.66g のジブチルチ
ンジラウレートを添加する。その後、25℃で約15時
間反応させることにより、無色の粘稠液体として化合物
10を得た。その1H-NMR、IR及び元素分析の結果から、
化合物と化合物は1対2で反応し、さらに、化合物
のイソシアナート基が消失し、ウレタン結合が生成し
ていることがわかった。
【0065】[実施例13] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
化合物 0.3g 、化合物(10) 0.7g 、DEC 1.5g 、E
C 1.5g 、アルミニウムオキサイドC 0.24g及びルシリ
ンTPO 0.002g をアルゴン雰囲気中でよく混合し、光
重合性組成物を得た。上記光重合性組成物をアルゴン雰
囲気下、PET フィルム上に塗布後、ケミカル蛍光ランプ
を10分照射したところ、溶媒を含浸した化合物+(1
0)共重合体/アルミニウムオキサイドC複合フィルムが
約30μm の自立フィルムとして得られた。このフィル
ムをアルゴン雰囲気下、電解液(1.2M LiPF6
/DEC+EC(重量比1:1))に室温で約2時間浸
漬したところ、形状変化しなかった。浸漬後のフィルム
の25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピーダンス
法にて測定したところ、それぞれ、2.0 ×10-3、0.8×10
-3S/cmであった。
【0066】[実施例14] <溶媒及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製>
化合物 0.6g 、DEC 1.5g 、EC 1.5g 、アルミニ
ウムオキサイドC 0.24g及びルシリンTPO 0.002g を
アルゴン雰囲気中でよく混合し、光重合性組成物を得
た。上記光重合性組成物をアルゴン雰囲気下、PET フィ
ルム上に塗布後、ケミカル蛍光ランプを10分照射した
ところ、溶媒を含浸した化合物重合体/アルミニウム
オキサイドC複合フィルムが約30μm の自立フィルム
として得られた。このフィルムをアルゴン雰囲気下、電
解液(1.2M LiPF6 /DEC+EC(重量比
1:1))に室温で約2時間浸漬したところ、厚み、
縦、横各々1.01倍にしか膨張せず、体積としても約
1.03倍であり、ほとんど形状変化していなかった。
浸漬後のフィルムの25℃、−10℃でのイオン伝導度
をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、6.
0 ×10-3、2.0×10-3S/cmであった。
【0067】[比較例2] <電解液及び無機微粒子含有セパレータフィルムの作製
>化合物 0.6g 、DEC 1.5g 、EC 1.5g 、LiP
6 4.3g 、アルミニウムオキサイドC 0.24g及びルシ
リンTPO 0.002g をアルゴン雰囲気中でよく混合し、
光重合性組成物を得た。上記光重合性組成物をアルゴン
雰囲気下、PET フィルム上に塗布後、ケミカル蛍光ラン
プを10分照射したところ、電解液を含浸した化合物
重合体/アルミニウムオキサイドC複合フィルムが約3
0μm の自立フィルムとして得られた。このフィルムを
アルゴン雰囲気下、電解液(1.2M LiPF6 /D
EC+EC(重量比1:1))に室温で約2時間浸漬し
たところ、厚み、縦、横各々1.01倍にしか膨張せ
ず、体積としても約1.03倍であり、ほとんど形状変
化していなかった。浸漬後のフィルムの25℃、−10
℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したと
ころ、それぞれ、5.3 ×10-3、1.6×10-3S/cmであった。
【0068】[実施例15] <溶媒含有複合セパレータフィルムの作製>化合物
0.6g 、DEC 1.5g 、EC 1.5g 、アルミニウムオキ
サイドC 0.24g及びルシリンTPO 0.002g をアルゴン
雰囲気中でよく混合し、光重合性組成物を得た。上記光
重合性組成物をアルゴン雰囲気下、約50μm のポリプロ
ピレン製不織布(日本バイリーン社製、MU3005)
に含浸塗布後、高圧水銀ランプを10分照射したとこ
ろ、電解液を含浸した化合物重合体が約50μm のポ
リプロピレン製不織布との複合フィルムとして得られ
た。このフィルムをアルゴン雰囲気下、電解液(1.2
M LiPF6 /DEC+EC(重量比1:1))に室
温で約2時間浸漬したところ、厚み、縦、横各々1.0
1倍にしか膨張せず、体積としても約1.03倍であ
り、ほとんど形状変化していなかった。浸漬後のフィル
ムの25℃、−10℃でのイオン伝導度をインピーダン
ス法にて測定したところ、それぞれ、3.0 ×10-3、1.0×
10-3S/cmであった。
【0069】[実施例16] <溶媒含有複合セパレータフィルムの作製>化合物
0.6g 、DEC 1.5g 、EC 1.5g 、アルミニウムオキ
サイドC 0.24g及びルシリンTPO 0.002g をアルゴン
雰囲気中でよく混合し、光重合性組成物を得た。上記光
重合性組成物をアルゴン雰囲気下、約50μm のポリエチ
レン製ネット(250メッシュ)に含浸塗布後、高圧水
銀ランプを10分照射したところ、電解液を含浸した化
合物重合体が約50μm の約50μm のポリエチレン製
ネットとの複合フィルムとして得られた。このフィルム
をアルゴン雰囲気下、電解液(1.2M LiPF6
DEC+EC(重量比1:1))に室温で約2時間浸漬
したところ、ほとんど形状変化していなかった。浸漬後
のフィルムの25℃、−10℃でのイオン伝導度をイン
ピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、3.2 ×10
-3、1.2×10-3S/cmであった。
【0070】[比較例3]アルゴン雰囲気下、化合物
1.50gに0.01g のルシリンTPOを加えてよく混合し
た。この混合物をPET フィルム状に塗布後、ケミカル蛍
光ランプを10分照射したところ、化合物重合体が約
20μm の透明な自立フィルムとして得られた。このフ
ィルムを電解液(1.2M LiPF6 /DEC+EC
(重量比1:1))中に約2時間浸漬したところ、約
2.5倍の電解液をこのフィルムが吸液し、体積として
も約3倍に膨張した。浸漬後のフィルムの25℃、−1
0℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定した
ところ、それぞれ、1.2 ×10-3、0.5 ×10-3S/cmであっ
た。
【0071】[実施例17] <コバルト酸リチウム正極の製造>11g のLi2 CO3
と24g のCo34 を良く混合し、酸素雰囲気下、80
0℃で24時間加熱後、粉砕することによりLiCoO
2 粉末を得た。このLiCoO2 粉末とアセチレンブラ
ック、ポリフッ化ビニリデンを重量比8:1:1で混合
し、さらに過剰のN−メチルピロリドン溶液を加え、ゲ
ル状組成物を得た。この組成物を約25μmのアルミ箔
上に1cm×1cm、約200μmの厚さに塗布成型した。
さらに、約100℃で24時間加熱真空乾燥することに
より、コバルト酸リチウム正極(80mg)を得た。
【0072】[実施例18] <黒鉛負極の製造>MCMB黒鉛(大阪ガス製)、気相
法黒鉛繊維(昭和電工(株)製:平均繊維径、0.3 μm
、平均繊維長、2.0 μm 、2700℃熱処理品)、ポ
リフッ化ビニリデンの重量比 8.6 : 0.4 : 1.0の混合物
に過剰のN−メチルピロリドン溶液を加え、ゲル状組成
物を得た。この組成物を約15μmの銅箔上に10mm×
10mm、約270μmの厚さに塗布成型した。さらに、
約100℃で24時間加熱真空乾燥することにより、黒
鉛負極(35mg)を得た。
【0073】[実施例19] <Liイオン二次電池の製造>アルゴン雰囲気グローブ
ボックス内で、実施例18で製造した黒鉛負極(10m
m×10mm)に電解液(1.2M LiPF6 /DE
C+EC(1:1))を含浸させたものに、実施例3で
調製した溶媒含浸化合物重合体/アルミニウムオキサ
イドC複合フィルム(12mm×12mm)を黒鉛負極
上に貼り合わせ、さらに実施例17で製造したコバルト
酸リチウム正極(10mm×10mm)に電解液(1.
2M LiPF6 /DEC+EC(1:1))を含浸さ
せたものを貼り合わせ、電池端部をエポキシ樹脂で封印
し、図1に示す様な黒鉛/酸化コバルト系Liイオン二
次電池を得た。この電池を、作動電圧2.75〜4.1V、電流
0.5mA で充放電を繰返したところ、最大放電容量は7.0m
Ahで、容量が50%に減少するまでのサイクル寿命は5
10回であった。また、この電池を、作動電圧2.5 〜4.
1V、電流4.0mA で充放電を繰返したところ、最大放電容
量は6.3mAhで、容量が50%に減少するまでのサイクル
寿命は420回であった。
【0074】[比較例4] <Liイオン二次電池の製造>アルゴン雰囲気グローブ
ボックス内で、実施例18で製造した黒鉛負極(10m
m×10mm)に電解液(1.2M LiPF6 /DE
C+EC(1:1))を含浸させたものに、比較例1で
調製した電解液含浸化合物重合体/アルミニウムオキ
サイドC複合フィルム(12mm×12mm)を黒鉛負
極上に貼り合わせ、さらに実施例17で製造したコバル
ト酸リチウム正極(10mm×10mm)に電解液
(1.2M LiPF6 /DEC+EC(1:1))を
含浸させたものを貼り合わせ、電池端部をエポキシ樹脂
で封印し、図1に示す様な黒鉛/酸化コバルト系Liイ
オン二次電池を得た。この電池を、作動電圧2.75〜4.1
V、電流0.5mA で充放電を繰返したところ、最大放電容
量は7.0mAhで、容量が50%に減少するまでのサイクル
寿命は480回であった。また、この電池を、作動電圧
2.5 〜4.1V、電流4.0mA で充放電を繰返したところ、最
大放電容量は5.6mAhで、容量が50%に減少するまでの
サイクル寿命は350回であった。
【0075】[実施例20] <Liイオン二次電池の製造>アルゴン雰囲気グローブ
ボックス内で、実施例18で製造した黒鉛負極(10m
m×10mm)に電解液(1.2M LiPF6 /DE
C+EC(1:1))を含浸させたものに、実施例13
で調製した溶媒含浸化合物+(10)共重合体/アルミニ
ウムオキサイドC複合フィルム(12mm×12mm)
を黒鉛負極上に貼り合わせ、さらに実施例17で製造し
たコバルト酸リチウム正極(10mm×10mm)に電
解液(1.2M LiPF6 /DEC+EC(1:
1))を含浸させたものを貼り合わせ、電池端部をエポ
キシ樹脂で封印し、図1に示す様な黒鉛/酸化コバルト
系Liイオン二次電池を得た。この電池を、作動電圧2.
75〜4.1V、電流0.5mA で充放電を繰返したところ、最大
放電容量は6.6mAhで、容量が50%に減少するまでのサ
イクル寿命は600回であった。また、この電池を、作
動電圧2.5 〜4.1V、電流4.0mA で充放電を繰返したとこ
ろ、最大放電容量は6.4mAhで、容量が50%に減少する
までのサイクル寿命は530回であった。
【0076】[実施例21] <Liイオン二次電池の製造>アルゴン雰囲気グローブ
ボックス内で、実施例18で製造した黒鉛負極(10m
m×10mm)に電解液(1.2M LiPF6 /DE
C+EC(1:1))を含浸させた後に、その負極上に
実施例14で調製した光重合性組成物をアルゴン雰囲気
下、バーコート法で約30μmに塗布後、ケミカル蛍光
ランプを5分照射したところ、溶媒含浸化合物重合体
/アルミニウムオキサイドC複合フィルムを黒鉛負極上
に形成した。さらに実施例17で製造したコバルト酸リ
チウム正極(10mm×10mm)に電解液(1.2M
LiPF6 /DEC+EC(1:1))を含浸させた
ものを貼り合わせ、電池端部をエポキシ樹脂で封印し、
図1に示す様な黒鉛/酸化コバルト系Liイオン二次電
池を得た。この電池を、作動電圧2.75〜4.1V、電流0.5m
A で充放電を繰返したところ、最大放電容量は7.2mAh
で、容量が50%に減少するまでのサイクル寿命は48
0回であった。また、この電池を、作動電圧2.5 〜4.1
V、電流4.0mA で充放電を繰返したところ、最大放電容
量は6.6mAhで、容量が50%に減少するまでのサイクル
寿命は430回であった。
【0077】[比較例5] <Liイオン二次電池の製造>アルゴン雰囲気グローブ
ボックス内で、実施例18で製造した黒鉛負極(10m
m×10mm)に電解液(1.2M LiPF6 /DE
C+EC(1:1))を含浸させた後に、その負極上に
比較例2で調製した光重合性組成物をアルゴン雰囲気
下、バーコート法で約30μmに塗布後、ケミカル蛍光
ランプを5分照射したところ、電解液含浸化合物重合
体/アルミニウムオキサイドC複合フィルムを黒鉛負極
上に形成した。さらに実施例17で製造したコバルト酸
リチウム正極(10mm×10mm)に電解液(1.2
M LiPF6 /DEC+EC(1:1))を含浸させ
たものを貼り合わせ、電池端部をエポキシ樹脂で封印
し、図1に示す様な黒鉛/酸化コバルト系Liイオン二
次電池を得た。この電池を、作動電圧2.75〜4.1V、電流
0.5mA で充放電を繰返したところ、最大放電容量は7.2m
Ahで、容量が50%に減少するまでのサイクル寿命は4
50回であった。また、この電池を、作動電圧2.5 〜4.
1V、電流4.0mA で充放電を繰返したところ、最大放電容
量は6.0mAhで、容量が50%に減少するまでのサイクル
寿命は380回であった。
【0078】[実施例22] <Liイオン二次電池の製造>溶媒含浸化合物重合体
/アルミニウムオキサイドC複合フィルムのかわりに実
施例2で製造した溶媒含浸化合物重合体フィルムを用
いた以外は実施例19と同様にして、図1に示す様な黒
鉛/酸化コバルト系Liイオン二次電池を得た。この電
池を、作動電圧2.75〜4.1V、電流0.5mA で充放電を繰返
したところ、最大放電容量は6.6mAhで、容量が50%に
減少するまでのサイクル寿命は480回であった。ま
た、この電池を、作動電圧2.5 〜4.1V、電流4.0mA で充
放電を繰返したところ、最大放電容量は6.0mAhで、容量
が50%に減少するまでのサイクル寿命は380回であ
った。
【0079】[実施例23] <活性炭電極の製造>椰子がら活性炭とポリフッ化ビニ
リデンの重量比 9.0 : 1.0の混合物に過剰のN−メチル
ピロリドン溶液を加え、ゲル状組成物を得た。この組成
物をステンレス箔上に1cm×1cmの大きさで約15
0μmの厚さに塗布した。約100℃で10時間真空乾
燥し、活性炭電極(14mg)を得た。
【0080】[実施例24] <固体電気二重層コンデンサの製造>アルゴン雰囲気グ
ローブボックス内で、実施例23で製造した活性炭電極
(14mg)1cm×1cmに、電解液(1M TEAB
/PC+EC(1:1))を含浸させた電極を二個用意
した。次に、実施例5で製造した溶媒含浸化合物重合
体/シリカ微粒子複合フィルム(12mm×12mm)
を一方の電極に貼り合わせ、さらにもう一枚の電極をは
り合わせ、コンデンサ端部をエポキシ樹脂で封止するこ
とにより、図2に示すような電気二重層コンデンサを製
造した。このコンデンサを、作動電圧0〜2.5V、電
流0.2mAで充放電を行なったところ、最大容量は4
70mFであった。また、この条件で充放電を50回繰
り返してもほとんど容量に変化はなかった。
【0081】
【発明の効果】本発明の非水電気化学用セパレータは溶
媒を含浸した高分子を用いており、従来の熱可塑性高分
子を用いた多孔質セパレータと比較して孔がなく、均一
で、電極との接着性の良好なセパレータとすることがで
きる。また、本セパレータは電解液含浸時にも膨張が抑
えられ、また、電解液中の電解質塩がセパレータ中にも
容易に拡散し、電気化学素子の電流特性やサイクル特性
を向上させることができる。また、本セパレータは形成
時には塩を含んでいないことから、従来の高分子固体電
解質を用いたセパレータに比較して、吸湿性が少なく、
工程管理が簡便となった。また、形成時に塩を添加して
いないことから、イオン架橋が抑えられ結果としてイオ
ン移動が容易になり、イオン伝導度や電気化学素子の電
流特性が向上した。特に高分子の中でもオキシアルキレ
ンおよび/またはウレタン構造を有する架橋高分子が溶
媒の保持性にすぐれ、粘弾性に富み、強度も良好であ
る。さらに、本発明では上記セパレータに無機微粒子を
添加することにより、電解液含浸時の膨張が更に抑えら
れ、強度が向上し、取扱い性を改善できた。また、無機
微粒子を添加することにより、電解質塩のセパレータ内
の拡散が更に容易になり、電気化学素子の電流特性やサ
イクル特性を向上させることができる。また本発明で
は、(メタ)アクリル基及び/またはウレタン(メタ)
アクリル基を有する重合性化合物が硬化特性に優れてい
ることを利用し、これら化合物と有機溶媒または更に無
機微粒子を混合した重合性組成物を基材上に配置後、加
熱や紫外線等の活性光線照射により、溶媒を含んだセパ
レータを基材上に容易に製造することが可能となった。
【0082】本発明では上記セパレータを用いることに
より、液もれ、短絡が起りにくく、サイクル寿命が長
く、安全性及び長期信頼性、加工性に優れた非水電池が
得られた。また、液もれや短絡が起りにくいことから、
薄型にでき、パッケージの簡単な非水電池が得られた。
また、本発明のセパレータは非水系であるため、低酸化
還元電位の負極及び/または高酸化還元電位の正極と組
合せることが出来るため、出力電圧が高く、高エネルギ
ー密度の非水一次または二次電池が得られた。本発明で
は上記セパレータを用いることにより、液もれ、短絡が
起りにくく、サイクル寿命が長く、安全性及び長期信頼
性、加工性に優れた非水電気二重層コンデンサが得られ
た。また、液もれや短絡が起りにくいことから、薄型に
でき、パッケージの簡単な非水電気二重層コンデンサが
得られた。また、本発明のセパレータは非水系であるた
め、分極性材料の作動電圧範囲を広げることが可能とな
り、出力電圧が高く、高エネルギー密度の非水電気二重
層コンデンサが得られた。
【0083】本発明の非水電気化学用セパレータは溶媒
を含浸した高分子を用いており、従来の熱可塑性高分子
を用いた多孔質セパレータに対して、孔のない均一で電
極との接着性が良好で、電解液含浸時にも形状変化がな
く、製造が容易で安価なセパレータである。特に高分子
の中でもオキシアルキレンおよび/またはウレタン構造
を有する架橋高分子を用いた場合、溶媒の保持性が高
く、粘弾性に富み、安全性、信頼性、熱安定性に優れる
セパレータが得られる。上記セパレータに無機微粒子を
添加することにより、高強度で、取扱い性がさらに良好
なセパレータが得られる。
【0084】本発明では上記セパレータを用いることに
より、液もれ、短絡が起りにくく、サイクル寿命が長
く、安全性及び長期信頼性、加工性に優れ、出力電圧が
高く、高エネルギー密度の薄型非水一次または二次電池
が得られた。本発明では上記セパレータを用いることに
より、液もれ、短絡が起りにくく、サイクル寿命が長
く、安全性及び長期信頼性、加工性に優れ、出力電圧が
高く、高エネルギー密度の薄型非水電気二重層コンデン
サが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例中に作製した電池の概略断面図であ
る。
【図2】本実施例中に作製した電気二重層コンデンサの
概略断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 セパレータ 3 負極 4 集電体 5 絶縁性樹脂封止剤 6 分極性電極 7 集電体 8 セパレータ 9 絶縁性樹脂封止剤 10 リード線
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01G 9/02 H01M 6/16 Z H01M 6/16 10/40 Z 10/40 H01G 9/00 301C

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一種の有機溶媒及び少なくと
    も一種の高分子を含む電気化学素子用セパレータであっ
    て、電解質塩非含有下で製造されることを特徴とする電
    気化学素子用セパレータ。
  2. 【請求項2】 少なくとも一種の有機溶媒、少なくとも
    一種の無機微粒子及び少なくとも一種の高分子を含む電
    気化学素子用セパレータであって、電解質塩非含有下で
    製造されることを特徴とする電気化学素子用セパレー
    タ。
  3. 【請求項3】 少なくとも一種の高分子がオキシアルキ
    レン構造及び/またはウレタン構造を含んでいることを
    特徴とする請求項1または2記載の電気化学素子用セパ
    レータ。
  4. 【請求項4】 少なくとも一種の高分子が架橋構造を有
    する粘弾性体であることを特徴とする請求項1〜3のい
    ずれか記載の電気化学素子用セパレータ。
  5. 【請求項5】 少なくとも一種の高分子が一般式(1)
    または一般式(2) 【化1】 【化2】 [式中R1 、R2 は水素またはアルキル基を表し、R3
    は炭素数10以下の2価の基を表す。該2価の基はヘテ
    ロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分枝状、環状構造
    のいずれからなるものでもよい。xは0または1〜10
    の数値を示す。但し、同一分子中の複数個の上記一般式
    (1)または(2)で表される重合性官能基中のR1
    2 、R3 及びxの値は、それぞれ独立であり、同じで
    ある必要はない。]で表わされる重合性官能基を有する
    少なくとも一種の重合性化合物を重合することによって
    得られることを特徴とする請求項1〜4のいずれか記載
    の電気化学素子用セパレータ。
  6. 【請求項6】 有機溶媒が炭酸エステル類、エーテル
    類、ラクトン類、スルフォキシド類、アミド類から選ば
    れる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜
    5のいずれか記載の電気化学素子用セパレータ。
  7. 【請求項7】 無機微粒子がBET 比表面積50m2 /g
    以上で粒子最大径が3μm以下であるアルミナ系、シリ
    カ系、チタニア系及び/またはマグネシア系化合物から
    選ばれる少なくとも1種である請求項2〜6のいずれか
    記載の電気化学素子用セパレータ。
  8. 【請求項8】 一般式(1)または一般式(2) 【化3】 【化4】 [式中R1 、R2 は水素またはアルキル基を表し、R3
    は炭素数10以下の2価の基を表す。該2価の基はヘテ
    ロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分枝状、環状構造
    のいずれからなるものでもよい。xは0または1〜10
    の数値を示す。但し、同一分子中の複数個の上記一般式
    (1)または(2)で表される重合性官能基中のR1
    2 、R3 及びxの値は、それぞれ独立であり、同じで
    ある必要はない。]で表わされる重合性官能基を有する
    少なくとも一種の重合性化合物、少なくとも一種の有機
    溶媒を含み、電解質塩を含まない重合性組成物を基材上
    に配置後、加熱及び/または活性光線照射により硬化さ
    せることを特徴とする電気化学素子用セパレータの製造
    方法。
  9. 【請求項9】 重合性組成物が無機微粒子を含むことを
    特徴とする請求項8記載の電気化学素子用セパレータの
    製造方法。
  10. 【請求項10】 重合性組成物が少なくとも一種の開始
    剤を含むことを特徴とする請求項8または9記載の電気
    化学素子用セパレータの製造方法。
  11. 【請求項11】 基材が電気化学素子に用いる電極であ
    ることを特徴とする請求項8〜10のいずれか記載の電
    気化学素子用セパレータの製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項1〜7記載の電気化学素子用セ
    パレータを介して、有機溶媒系電解液及び/または高分
    子固体電解質を含有した正極、有機溶媒系電解液及び/
    または高分子固体電解質を含有した負極を配置すること
    を特徴とする電池の製造方法。
  13. 【請求項13】 請求項8〜10のいずれかに記載の重
    合性組成物を、有機溶媒系電解液及び/もしくは高分子
    固体電解質を含有した正極上、及び/または有機溶媒系
    電解液及び/もしくは高分子固体電解質を含有した負極
    上に配置後、加熱及び/または活性光線照射により硬化
    させることを特徴とする電池の製造方法。
  14. 【請求項14】 負極活物質がリチウム、リチウム合
    金、またはリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料も
    しくは無機化合物の少なくとも一種からなる請求項12
    または13記載のリチウム系電池の製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項1〜7のいずれか記載の電気化
    学素子用セパレータを介して、有機溶媒系電解液及び/
    または高分子固体電解質を含浸した2つの分極性電極を
    配置することを特徴とする非水電気二重層コンデンサの
    製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項8〜10のいずれかに記載の重
    合性組成物を、有機溶媒系電解液及び/または高分子固
    体電解質を含有した少なくとも一つの分極性電極上に配
    置後、加熱及び/または活性光線照射により硬化させる
    ことを特徴とする非水電気二重層コンデンサの製造方
    法。
JP23859297A 1997-05-21 1997-09-03 電気化学素子用セパレータ及びその用途 Expired - Fee Related JP4169134B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23859297A JP4169134B2 (ja) 1997-05-21 1997-09-03 電気化学素子用セパレータ及びその用途

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13143697 1997-05-21
JP9-131436 1997-05-21
JP23859297A JP4169134B2 (ja) 1997-05-21 1997-09-03 電気化学素子用セパレータ及びその用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1140132A true JPH1140132A (ja) 1999-02-12
JP4169134B2 JP4169134B2 (ja) 2008-10-22

Family

ID=26466274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23859297A Expired - Fee Related JP4169134B2 (ja) 1997-05-21 1997-09-03 電気化学素子用セパレータ及びその用途

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4169134B2 (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11349651A (ja) * 1998-06-09 1999-12-21 Nippon Kayaku Co Ltd 樹脂組成物及び硬化物
WO2000057439A1 (en) * 1999-03-23 2000-09-28 Nisshinbo Industries, Inc. Electrolyte composition for electric double layer capacitor, solid polymer electrolyte, composition for polarizable electrode, polarizable electrode, and electric double layer capacitor
WO2000072399A1 (en) * 1999-05-24 2000-11-30 Yuasa Corporation Polymer electrolyte
JP2002231207A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Nitto Denko Corp 多孔質フィルム
JP2003059480A (ja) * 2001-08-16 2003-02-28 Yuasa Corp 電池用セパレータおよびそれを用いた電池
JP2006066141A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池
JPWO2005078828A1 (ja) * 2004-02-18 2007-10-18 松下電器産業株式会社 二次電池
WO2008114727A1 (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Hitachi Maxell, Ltd. 電気化学素子用セパレータ、電気化学素子用電極および電気化学素子
JP2008235785A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toyota Central R&D Labs Inc 非水系蓄電デバイス及びそれに用いられる電極
JP2011166043A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Panasonic Corp 蓄電デバイスおよび蓄電デバイスの製造方法
CN105679984A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 浙江地坤键新能源科技有限公司 一种无孔隔膜及其应用

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11349651A (ja) * 1998-06-09 1999-12-21 Nippon Kayaku Co Ltd 樹脂組成物及び硬化物
WO2000057439A1 (en) * 1999-03-23 2000-09-28 Nisshinbo Industries, Inc. Electrolyte composition for electric double layer capacitor, solid polymer electrolyte, composition for polarizable electrode, polarizable electrode, and electric double layer capacitor
US6433996B1 (en) 1999-03-23 2002-08-13 Nisshinbo Industries, Inc. Electrolyte composition for electric double layer capacitor, solid polymer electrolyte, composition for polarizable electrode, polarizable electrode, and electric double layer capacitor
WO2000072399A1 (en) * 1999-05-24 2000-11-30 Yuasa Corporation Polymer electrolyte
JP2002231207A (ja) * 2001-02-02 2002-08-16 Nitto Denko Corp 多孔質フィルム
JP2003059480A (ja) * 2001-08-16 2003-02-28 Yuasa Corp 電池用セパレータおよびそれを用いた電池
JP5095103B2 (ja) * 2004-02-18 2012-12-12 パナソニック株式会社 二次電池
JPWO2005078828A1 (ja) * 2004-02-18 2007-10-18 松下電器産業株式会社 二次電池
JP2006066141A (ja) * 2004-08-25 2006-03-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池
WO2008114727A1 (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Hitachi Maxell, Ltd. 電気化学素子用セパレータ、電気化学素子用電極および電気化学素子
JPWO2008114727A1 (ja) * 2007-03-15 2010-07-01 日立マクセル株式会社 電気化学素子用セパレータ、電気化学素子用電極および電気化学素子
JP5193998B2 (ja) * 2007-03-15 2013-05-08 日立マクセル株式会社 電気化学素子用セパレータ、電気化学素子用電極および電気化学素子
US8822082B2 (en) 2007-03-15 2014-09-02 Hitachi Maxwell, Ltd. Separator for electrochemical device, electrode for electrochemical device, and electrochemical device
JP2008235785A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toyota Central R&D Labs Inc 非水系蓄電デバイス及びそれに用いられる電極
JP2011166043A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Panasonic Corp 蓄電デバイスおよび蓄電デバイスの製造方法
CN105679984A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 浙江地坤键新能源科技有限公司 一种无孔隔膜及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
JP4169134B2 (ja) 2008-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6190805B1 (en) Polymerizable compound, solid polymer electrolyte using the same and use thereof
US6096456A (en) Film for a separator of electrochemical apparatus, and production method and use thereof
US7022264B2 (en) Polymerizable composition and use thereof
JP2000086711A (ja) 熱重合性組成物及びその用途
JP4404322B2 (ja) 二次電池及び該二次電池に用いる電解質、電極活物質
JP3848435B2 (ja) 電気二重層コンデンサ及びその製造方法
JP4060899B2 (ja) 電気化学装置のセパレーター用フィルム、その製造方法及び用途
JP3907282B2 (ja) 複合電解質及びその用途
JP4169134B2 (ja) 電気化学素子用セパレータ及びその用途
JPH10294015A (ja) 高分子固体電解質及びその用途
JPH1131415A (ja) 高分子固体電解質及びその用途
JP3748995B2 (ja) 高分子固体電解質及びその用途
JP3685296B2 (ja) リチウム二次電池用電極、電気二重層コンデンサ用分極性電極、及びこれらの電極のための結着剤
JP4017091B2 (ja) 重合性化合物、それを用いた高分子固体電解質及びその用途
JP2001229730A (ja) 電解質材料及びその用途
JP2002025335A (ja) 重合性化合物及びその用途
JP3614658B2 (ja) 重合性化合物、それを用いた高分子固体電解質及びその用途
JPH10116513A (ja) 電極複合用高分子固体電解質及びその用途
JPH1036657A (ja) 重合性モノマー及びそれを用いた高分子固体電解質、及びその用途
JPH107759A (ja) 高分子固体電解質用モノマー化合物及び高分子固体電解質、及びその用途
JP3984359B2 (ja) 重合性化合物、それを用いた高分子固体電解質及びその用途
JPH1131414A (ja) 重合性組成物及びその用途
JP3591152B2 (ja) 電解液及びそれを用いた高分子ゲル電解質、及びその用途
JPH1017763A (ja) 高分子固体電解質及びその用途
EP0852819B1 (en) Film for separator of electrochemical apparatus, and production method and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050322

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050520

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050628

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080325

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080523

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20080523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080730

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080730

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110815

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140815

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees