JP2000036219A - 高分子固体電解質薄膜及びその製造方法 - Google Patents

高分子固体電解質薄膜及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デンドライトショートのない導電性に優れた
薄膜の高分子固体電解質膜薄を提供。 【解決手段】 重量平均分子量5×105以上の超高分
子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン組成物か
らなるポリオレフィン微多孔膜の孔部分が高分子固体電
解質で充填された、厚さが20μm以下で、10KHz
での実部インピーダンスが8×103Ω・cm2以下であ
る高分子固体電解質薄膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子固体電解質
薄膜に関し、特に電池、キャパシター等に用いる高分子
固体電解質薄膜に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話、携帯情報端末など携帯電子機
器の性能は搭載される半導体素子、電子回路だけでなく
充電可能な2次電池に大きく依存しており、搭載電池の
容量アップとともに、軽量・コンパクト化を同時に実現
することが望まれている。これまで鉛電池やニッケルカ
ドミウム電池が用いられてきたが、エネルギー密度不足
で軽量・コンパクト化に対応することが困難であった。
そこで、ニッケルカドミウム電池の2倍のエネルギー密
度を有するニッケル水素電池が開発され、次いで、それ
を更に上回るエネルギー密度を有するリチウムイオン電
池が開発され、脚光を浴びている。しかし、いずれの電
池も液体電解質を使用しており、液洩れを防ぐために金
属缶に充填しているため、厚さの限界、軽量化の限界が
あった。
【0003】そこで、液状の電解質を固体状にしたポリ
マー電池が注目を集めており、特にポリマーマトリック
スに従来の液体タイプのリチウム電池と同じような塩と
溶媒の溶液を含浸させるゲル状ポリマーとして、架橋し
たポリアルキレンオキシドを電解質に用いる技術(US
P4,303,748号など)、ポリアクリレートをゲ
ル化して電解質に用いる技術(USP4,830,93
9号など)が提案されている。また、最近では、ポリ弗
化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体に
リチウム塩を溶解したカーボネート系溶液を含浸させた
ポリマーゲルを電解質に用いる技術およびポリ弗化ビニ
リデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体にLiM
24とカーボンブラックあるいは石油コークスとカー
ボンブラックを混合しリチウム塩を溶解したカーボネー
ト系溶液を含浸させたポリマーゲルを電池の正極あるい
は負極に用いる技術(USP5,296,318号な
ど)が提案され、有望視されているが、高温に於けるゲ
ル収縮による電解液の滲み出の問題があり、溶媒保持性
に関する完全な解決策とはなっていない。
【0004】実効抵抗を下げるためには薄膜化も一つの
解決策であり、50μm以下の固体高分子多孔薄膜の
0.1μm以下の微細な空孔中に毛管凝縮を利用して液
体状イオン導電体を固定化する方法(特開平1−158
051号公報)があるが、これだけでは動作温度の問題
は根本的には解決できない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解消し、デンドライトショートのない導電性
に優れた薄膜の高分子固体電解質膜薄を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記従来
技術を克服するために鋭意研究した結果、特定のポリオ
レフィン微多孔膜の製造工程において高分子固体電解質
をその細孔部に充填した後、延伸操作を行い極性溶媒を
含浸させると、高導電性の高分子固体電解質薄膜が得ら
れることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発
明は、重量平均分子量5×105以上の超高分子量ポリ
オレフィンを含有するポリオレフィン組成物からなるポ
リオレフィン微多孔膜の孔部分が高分子固体電解質で充
填された、厚さが20μm以下で、10KHzでの実部
インピーダンスが8×103Ω・cm2以下である高分子
固体電解質薄膜及びその製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】I.高分子固体電解質薄膜 本発明の高分子固体電解質薄膜は、重量平均分子量5×
105以上の超高分子量ポリオレフィンを含有するポリ
オレフィン組成物からのポリオレフィン微多孔膜に高分
子固体電解質を含有させた薄膜で低抵抗の高分子固体電
解質薄膜である。以下その構成を説明する。
【0008】1.ポリオレフィン微多孔膜 a.ポリオレフィン ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン−1、
ポリ4−メチルペンテン−1などが挙げられる。これら
の中ではポリエチレンが好ましい。このポリエチレンと
しては、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレ
ン、中低密度ポリエチレンからなるものを用いることが
できるが、強度、安全性、製膜性などの観点から超高分
子量ポリエチレンまたはその成分を含む組成物を用いる
ことが好ましい。また、該ポリオレフィンは、重量平均
分子量が5×105以上、好ましくは1×106〜1×1
7の超高分子量成分を1重量%以上含有し、分子量分
布(重量平均分子量/数平均分子量)が10〜300で
あるポリオレフィン組成物が好ましい。超高分子量ポリ
オレフィン成分の含有量が1重量%未満では、膜の延伸
性の向上に寄与するところが不十分である。一方、上限
は特に限定的ではない。また、分子量分布が300を超
えると、低分子量成分による破断が起こり薄膜全体の強
度が低下するため好ましくない。
【0009】b.ポリオレフィン微多孔膜 ポリオレフィン微多孔膜は、ポリオレフィンを製膜する
ことにより得ることができる。製膜は、特開昭60−2
42035号公報や特開平3−64334号公報に記載
の方法に準じて行えばよい。例えば、次のようにして行
うことができる。超高分子量ポリオレフィンを含有する
ポリオレフィン組成物を溶媒に対し10〜50重量%の
割合で加えて加熱溶解して均一な溶液とし、この溶液か
らシートを形成し、冷却してゲル状シートとした後、加
熱延伸し、溶媒を抽出除去し、ついで乾燥、熱セットし
て得られる。高分子固体電解質は、上記工程の延伸前に
加えられて充填される。また、ポリオレフィン微多孔膜
には、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑
剤、アンチブロッキング剤、顔料、染料、無機充填剤な
どの各種添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で添
加することができる。
【0010】c.ポリオレフィン微多孔膜の物性 高分子固体電解質薄膜は次のような物性を有するポリオ
レフィン微多孔膜のマトリックスに高分子固体電解質が
充填されたものである。ポリオレフィン微多孔膜の厚さ
は、20μm以下、好ましくは0.1〜20μmであ
り、空孔率は、限定的ではないが30〜95%、好まし
くは50〜90%の範囲のものであり、平均孔径は1μ
m以下が好ましく、より好ましくは0.001〜1μ
m、破断強度は200kg/cm2以上が好ましい。高
分子固体電解質薄膜とした場合、厚さが20μmを超え
ると、実効抵抗が大きくなり、体積効率も不利となり、
破断強度を200kg/cm2以上とすることで、耐変
形性が十分となる。また、空孔率が30%未満では、高
分子固体電解質の充填が不十分になり、空孔率が95%
を超えると、膜の機械的強度が小さくなり実用性に劣
る。
【0011】2.高分子固体電解質 ポリオレフィン微多孔膜に充填する高分子固体電解質と
しては、ポリエーテル、ポリエステル、ポリイミン等の
極性高分子またはこれら極性高分子と非極性高分子の重
合体とアルカリ金属塩またはプロトン酸等の電解質との
複合体を用いることができる。また、電解質を用いない
単体であっても構わない。電解質としては、アルカリ金
属塩、アルカリ土類金属塩が用いられ、例えばLiF、
NaI、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiPF
6、LiBF4、LiCF3SO3、NaSCN等が挙げら
れる。
【0012】極性高分子としては、具体的には、例え
ば、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール
・モノエーテル、ポリエチレングリコール・ジエーテ
ル、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール・モノエーテル、ポリプロピレングリコール・ジエ
ーテル等のポリエーテル類、またはこれらの共重合体で
あるポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)グリコ
ール、ポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)グリ
コール・モノエーテル、またはポリ(オキシエチレン・
オキシプロピレン)グリコール・ジエーテル、これらの
ポリオキシアルキレン類とエチレンジアミンとの縮合物
を用いることができる。さらに、ポリエチレングリコー
ルとジアルキルシロキサンの共重合体、ポリエチレング
リコールと無水マレイン酸の共重合体、ポリエチレング
リコールのモノメチルエーテルとメタクリル酸との共重
合体等を挙げることができる。
【0013】なお、高分子固体電解質のポリオレフィン
微多孔膜への充填量は、ポリオレフィン微多孔膜の空孔
部の5容量%以上、好ましくは30〜70容量%であ
る。充填率が5容量%未満では、電解質との界面が少な
くなり、電池やコンデンサー及びエレクトロクロミック
素子としての応用が実用性の面から制約されるだけでな
く、極性溶媒の保液性が減少し、漏液の危険性が高ま
る。
【0014】3.高分子固体電解質薄膜の物性 高分子固体電解質薄膜は、20μm以下、好ましくは5
〜20μmの膜厚を有する。厚さが20μmを超えると
実効抵抗が大きくなり、体積効率も不利となる。10K
Hzでの実部インピーダンスは、8×103Ω・cm2
下、好ましくは0.5×103Ω以下であり、比導電率
は、10-5Scm-1以上、好ましくは10-3Scm-1
上である。10KHzでの実部インピーダンスが8×1
3Ω・cm2を超えると電池内部抵抗が高くなり、充放
電効率が落ちるため好ましくない。また、本発明の高分
子固体電解質薄膜は、膜表面のラフネスが小さく、電池
とする場合には電極との密着性に優れ、みかけ上の表面
積が高くなり電池容量が向上し、さらに、ポリオレフィ
ン微多孔膜のマトリックスに高分子固体電解質が充填さ
れたものであるから、漏液がなく、デンドライトによる
ショートを抑えることができるという特徴を有してい
る。
【0015】II.高分子固体電解質薄膜の製造方法 本発明の高分子固体電解質薄膜は、前述のようにポリオ
レフィン微多孔膜の製造時にゲル状シートを得た後、電
解質を充填し、延伸、極性溶媒の含浸によって得られ
る。高分子電解質を充填する方法としては、直接高分子
固体電解質を微多高膜に充填する方法と低分子量ポリマ
ー電解質またはモノマー電解質を充填し成膜後高分子量
化する方法がある。以下にこれらの方法について説明す
る。
【0016】1.ポリオレフィン微多孔膜に高分子固体
電解質を充填する方法 本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、上述の
ポリオレフィン組成物を溶媒に加熱溶解することによ
り、溶液を調製する。この溶媒としては、ノナン、デカ
ン、デカリン、p−キシレン、ウンデカン、ドデカン、
流動パラフィンなどの脂肪族または環式の炭化水素、あ
るいは沸点がこれらに対応する鉱油留分などを用いるこ
とができる。またこの溶媒の粘度としては、25℃にお
ける粘度が30〜500cSt、特に50〜200cS
tであるのが好ましい。25℃における粘度が30cS
t未満では、不均一吐出を生じ、混練が困難であり、一
方500cStを超えると、後工程での脱溶媒が容易で
なくなる。
【0017】加熱溶解は、ポリオレフィン組成物を溶媒
中で完全に溶解する温度で撹拌しながら行うか、又は押
出機中で均一混合して溶解する方法で行う。溶媒中で撹
拌しながら溶解する場合は、温度は使用する重合体及び
溶媒により異なるが、例えばポリエチレン組成物の場合
には140〜250℃の範囲である。ポリオレフィン組
成物の高濃度溶液から微多孔膜を製造する場合は、押出
機中で溶解するのが好ましい。押出機中で溶解する場合
は、まず押出機に上述したポリオレフィン組成物を供給
し、溶融する。溶融温度は、使用するポリオレフィンの
種類によって異なるが、ポリオレフィンの融点+30〜
100℃が好ましい。例えば、ポリエチレンの場合は1
60〜230℃、特に170〜200℃であるのが好ま
しく、ポリプロピレンの場合は190〜270℃、特に
190〜250℃であるのが好ましい。次に、この溶融
状態のポリオレフィン組成物に対して、液状の溶媒を押
出機の途中から供給する。
【0018】ポリオレフィン組成物と溶媒との配合割合
は、ポリオレフィン組成物と溶媒の合計を100重量%
として、ポリオレフィン組成物が10〜50重量%、溶
媒が90〜50重量%である。ポリオレフィン組成物が
10重量%未満では(溶媒が90重量%を超えると)、
シート状に成形する際に、ダイ出口で、スウエルやネッ
クインが大きくシートの成形性、自己支持性が困難とな
る。一方、ポリオレフィン組成物が50重量%を超える
と(溶媒が50重量%未満では)、厚み方向の収縮が大
きくなり、空孔率が低下し、また成形加工性も低下す
る。この範囲において濃度を変えることにより、膜の透
過性をコントロールすることができる。次に、このよう
にして溶融混練したポリオレフィン組成物の加熱溶液を
ダイ等から押し出して成形する。ダイは、通常長方形の
口金形状をしたシートダイが用いられるが、2重円筒状
の中空糸ダイ、インフレーションダイ等も用いることが
できる。シートダイを用いた場合のダイギャップは通常
0.1〜5mmである。押し出し成形時には140〜2
50℃に加熱して押し出す。
【0019】ダイから押し出された溶液は、冷却ロール
で引き取られることによりゲル状シートに成形される
が、この冷却条件をコントロールすることにより孔径等
を制御できる。引き取り速度は、1〜20m/分、好ま
しくは3〜10m/分である。冷却ロールを通すことに
より得られたゲル状成形物は、溶剤で洗浄し残留する溶
媒を除去する。洗浄溶剤としては、ペンタン、ヘキサ
ン、ヘプタンなどの炭化水素、塩化メチレン、四塩炭素
などの塩素化炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭
化水素、ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル
類などの易揮発性のものを用いることができる。これら
の溶剤はポリオレフィン組成物の溶解に用いた溶媒に応
じて適宜選択し、単独もしくは混合して用いる。洗浄方
法は、溶剤に浸漬し抽出する方法、溶剤をシャワーする
方法、またはこれらの組合せによる方法などにより行う
ことができる。上述のような洗浄は、成形物中の残留溶
媒が1重量%未満になるまで行う。その後洗浄溶剤を乾
燥するが、洗浄溶剤の乾燥方法は加熱乾燥、風乾などの
方法で行うことができる。乾燥した成形物は、結晶分散
温度〜融点の温度範囲で熱固定することが望ましい。
【0020】高分子固体電解質の充填は、脱溶媒処理を
行ったポリオレフィン微多孔膜を高分子固体電解質の希
釈溶液中に浸漬することによって行われる。また、脱溶
媒処理を施していない未処理のゲル状シートの場合であ
っても、高分子固体電解質の希釈溶液を圧入することに
よって充填することができる。しかし、脱溶媒処理後の
揮発性溶媒存在下でポリオレフィン微多孔膜を浸漬する
方が容易に充填できるため、より好ましい。
【0021】高分子固体電解質希釈溶液の希釈濃度は、
ポリオレフィン微多孔膜中に充填する高分子固体電解質
の量によって異なるが、少なくとも0.05重量%以上
が好ましく、特に0.5重量%以上が好ましい。濃度が
0.05重量%未満ではポリオレフィン微多孔膜中に充
填される高分子固体電解質が不足し、延伸時にピンホー
ルが生じやすくなる。また、溶液粘度は、ポリオレフィ
ン微多孔膜全体にわたって均一に充填するために、25
℃において500cSt未満が好ましく、特に100c
St未満が好ましい。ポリオレフィン微多孔膜への高分
子固体電解質の充填量は、5容量%以上が好ましく、よ
り好ましくは30〜70容量%である。充填率が5容量
%未満では、電解質との界面が少なくなり、電池やコン
デンサー及びエレクトロクロミック素子としての応用が
実用性の面から制約されるだけでなく、極性溶媒の保液
性が減少し、漏液の危険性が高まる。
【0022】次に、得られた高分子固体電解質含有ポリ
オレフィン微多孔膜を延伸する。延伸方法はポリオレフ
ィンの融点+10℃以下の温度で加熱し、通常のテンタ
ー法、ロール法、インフレーション法、圧延法もしくは
これらの方法の組合せによって所定の倍率で行う。延伸
は一軸延伸でも二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好まし
い。また、二軸延伸の場合は、縦横同時延伸または逐次
延伸のいずれでもよい。延伸倍率は原反の厚さによって
ことなるが、1.5倍以上で高分子固体電解質薄膜の厚
さが、20μm以下になるように延伸する。その後、揮
発性溶媒の乾燥を適宜行う。一例でいうと50〜80℃
で3〜5分真空乾燥を行い、必要に応じて熱セットす
る。
【0023】次に、上記で得られた高分子固体電解質含
有膜に極性溶媒を含浸させる。含浸させる極性溶媒とし
ては、例えば、プロピレンカーボネイト、エチレンカー
ボネイト、γ−ブチロラクトン、メチルフラン、ジメト
キシエタン、ジオキソラン、テトラヒドロフラン、アセ
トニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキ
シド、メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、メチル
チオフェン、メチルチアゾール、エトキシメトキシエタ
ン等が挙げられ、これらの1種または2種以上の溶媒で
あってもよい。さらにこの極性溶媒に前出の電解質を加
えても構わない。この時、極性溶媒を含浸させることに
より高分子固体電解質がゲル状となっても良い。以上の
様に極性溶媒を含浸させて高分子固体電解質薄膜を得
る。
【0024】2.重合法によりポリオレフィン微多孔膜
の細孔内に高分子固体電解質を充填する方法 上記の高分子固体電解質充填ポリオレフィン微多孔膜の
製造において、ゲル状シート中の溶媒を除去後、高分子
固体電解質の代わりに低分子量ポリマー電解質の溶液を
充填するか、前記極性ポリマーの原料となる電解質モノ
マーの溶液を充填する。低分子量ポリマー電解質として
は、具体的には、前記極性高分子のオリゴマー、低分子
量ポリマーが挙げられ、モノマーとしては、具体的に
は、アニリン、アクリロニトリル、ピロール、スチレ
ン、プロピレングリコール、エチレンオキサイド、プロ
ピレンオキサイド、ビニル化合物等が挙げられる。これ
らの溶液にはアルカリ金属塩またはプロトン酸等の電解
質を混合した複合体の溶液であってもよい。充填方法
は、高分子固体電解質の充填と同様に揮発性溶剤の存在
下にポリオレフィン微多孔膜を浸漬することによって行
われる。ポリオレフィン微多孔膜への低分子量ポリマー
電解質または電解質モノマーの充填量は、後工程で重合
することにより高分子量固体電解質とした場合、ポリオ
レフィン微多孔膜の細孔内の5容量%以上に充填される
ように充填する必要があり、細孔容積の30〜70容量
%を充填するのが好ましい。
【0025】次に、得られた低分子量ポリマー電解質ま
たは電解質モノマー溶液を含有したポリオレフィン微多
孔膜を延伸する。延伸方法はポリオレフィンの融点−1
0℃以下の温度で加熱し、通常のテンター法、ロール
法、インフレーション法、圧延法もしくはこれらの方法
の組合せによって所定の倍率で行う。延伸は一軸延伸で
も二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好ましい。また、二
軸延伸の場合は、縦横同時延伸または逐次延伸のいずれ
でもよい。延伸倍率は原反の厚さによって異なるが、
1.5倍以上で電解質含有ポリオレフィン微多孔膜の厚
さが、20μm以下になるように延伸する。この延伸膜
中に含まれる溶媒を減圧または自然乾燥し、次いで後重
合を行う。
【0026】重合方法としては、低分子量ポリマー電解
質または電解質モノマー含有ポリオレフィン微多孔膜を
加熱する方法、または紫外線、プラズマ、電子線、γ線
などの放射線を照射する方法を用いることができる。細
孔内に充填された低分子量ポリマーまたはモノマーは、
重合され、高分子量化し、高分子固体電解質含有ポリオ
レフィン微多孔膜となる。プラズマ照射の具体例として
は、10-2〜10mbarの圧力となるアルゴン、ヘリ
ウム、窒素、空気等のガスの存在下で電解質含有ポリオ
レフィン微多孔膜に対して通常周波数10〜30MH
z、出力1〜1000Wで、1〜1000秒のプラズマ
処理を行う。また、電子線照射重合法としては、前記の
電解質含有ポリオレフィン微多孔膜に電子線を加速電圧
100〜5000KeVが好ましく、より好ましくは2
00〜800KeVの電子線を照射する。照射量として
は、10〜500KGyが適当であり、好ましくは50
〜200KGyである。
【0027】次に、上記で得られた高分子固体電解質含
有ポリオレフィン微多孔膜に極性溶媒を含浸させる。含
浸させる極性溶媒としては、例えば、プロピレンカーボ
ネイト、エチレンカーボネイト、γ−ブチロラクトン、
メチルフラン、ジメトキシエタン、ジオキソラン、テト
ラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、メチルテトラヒドロフラ
ン、スルホラン、メチルチオフェン、メチルチアゾー
ル、エトキシメトキシエタン等が挙げられ、これらの1
種または2種以上の溶媒であってもよい。さらにこの極
性溶媒に前出の電解質を加えても構わない。この時、極
性溶媒を含浸させることにより、高分子固体電解質がゲ
ル状となっても良い。以上の様に極性溶媒を含浸させて
高分子固体電解質薄膜を得る。
【0028】III.電池 上記で得られた高分子固体電解質薄膜の用途としては、
一次電池、二次電池、エレクトロクロミックデバイス、
大容量キャパシター、センサーなどがある。特にポリマ
ー電池としてその有用性が高い。ポリマー電池として
は、高電圧、高容量、高効率で、漏液がなく、安全性が
高く、従来の液体電解質を用いる電池よりも、経済性に
も優れるポリマー電池が得られる。すなわち、この高分
子固体電解質薄膜を応用し、軽量で可とう性に優れた複
合電極を利用し、充填高分子固体電解質がポリオレフィ
ンでできた多孔膜基材骨格によりその過度な膨潤が抑え
られ、広い温度範囲で安定的に良好な導電性を広い温度
にわたり維持できる。即ち、電子導電性を著しく低下さ
せることなく、過充電での安全性を向上することができ
るポリマー電池を製造することができ、従来のポリマー
電解質リチウム電池よりも高率での放電が可能となる。
【0029】
【実施例】本発明を以下の具体的な実施例によりさらに
詳細に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるも
のではない。なお実施例における試験方法は次の通りで
ある。 (1)インピーダンス:ソーラトロン社インピーダンス
測定装置を用い、10KHzで実部のインピーダンス
(R)を測定した。 (2)デンドライト:電極に5kgfの荷重をかけ3〜
4Vのサイクリックボルタメトリで1000サイクルを
行いショートを確認した。 (3)膜のラフネス:触針式段差計を用い、平均粗さ
(Ra)を測定した。 (4)放電容量:1.0c放電において4.2Vから
3.0Vでの時間より計算して求めた。
【0030】実施例1 重量平均分子量2.5×106の超高分子量ポリエチレ
ン4重量%、重量平均分子量3.3×105の高密度ポ
リエチレン16重量%及び流動パラフィン80重量%を
二軸押出機で溶融混練し、その先端に設置されたTダイ
から押出し、冷却して75μmのゲル状シートを形成し
た。得られたシートを塩化メチレンで洗浄し、溶媒を除
去した後、120℃で熱固定を行ってポリエチレン微多
孔膜を得た。 得られたポリエチレン微多孔膜に、平均
分子量4000のポリエチレングリコールの1モル塩化
メチレン溶液及びLiClO4の0.2モル塩化メチレ
ン溶液を含浸させた。次いで、アルゴン雰囲気下で10
分間自然乾燥し、塩化メチレンを除去し、さらに、アル
ゴン雰囲気の80℃のオーブン中で10分間乾燥させ
た。得られたシートはポリエチレングリコールを9.6
容量%充填していた。得られた充填シートををバッチ式
二軸延伸機で115℃にてMD/TD=3/3倍に延伸
し、厚さ11μmの薄膜を得た。この薄膜に、プロピレ
ンカーボネート:ジメトキシエタン(DME)=1:1
の1モルLiClO4溶液を含浸させ高分子固体電解質
薄膜を得た。得られた高分子固体電解質薄膜のインピー
ダンスは、4.1×103Ω・cm2であり、膜のラフネ
スは5μm以下であった。また、16φのAu電極で高
分子固体電解質薄膜を挟み込んで、デンドライトを測定
したが、デンドライトによるショートは認められなかっ
た。
【0031】次に、上記で得られた高分子固体電解質薄
膜を用い、16φのLiCoO2を正極とし、金属Li
を負極として電池を構成した。この電池により10サイ
クルによる放電容量を測定したところ520mAh/g
であった。
【0032】実施例2 重量平均分子量2.5×106の超高分子量ポリエチレ
ン4重量%、重量平均分子量3.3×105の高密度ポ
リエチレン16重量%及び流動パラフィン80重量%を
二軸押出機で溶融混練し、その先端に設置されたTダイ
から押出し、冷却して30μmのゲル状シートを形成し
た。得られたシートを塩化メチレンで洗浄して溶媒を除
去した後、120℃で熱固定を行ってポリエチレン微多
孔膜を得た。 得られたポリエチレン微多孔膜に、平均
分子量300のポリエチレングリコールの0.1モル塩
化メチレン溶液を含浸させた。次いで、アルゴン雰囲気
下で10分間自然乾燥し、塩化メチレンを除去し、さら
に、アルゴン雰囲気の80℃のオーブン中で10分間乾
燥させた。得られたシートをバッチ式二軸延伸機で11
5℃にてMD/TD=1.5/1.5倍に延伸し、厚さ
17μmの低分子量ポリマー電解質薄膜を得た。次い
で、低分子量ポリマー電解質薄膜に1.5MRadのガ
ンマ線量を1分間照射し、低分子量ポリマーを高分子量
化した。得られたシートは高分子量ポリエチレングリコ
ールを18容量%充填していた。その後、アルゴン雰囲
気下にてプロピレンカーボネイト:DME=1:1溶液
に溶解した1モルLiClO4をさらに含浸させた。得
られた高分子固体電解質薄膜を実施例1と同様にして性
状を測定したところ、得られた高分子固体電解質薄膜の
実部インピーダンスは、6.8×103Ω・cm2であ
り、膜のラフネスは5μm以下であり、デンドライトに
よるショートは認められなかった。
【0033】比較例1 16φAu電極上に、平均分子量4000のポリエチレ
ングリコールの0.1モル塩化メチレン溶液とLiCl
4の1モル塩化メチレン溶液との混合物をテフロンヘ
ラでぬり80℃で10分間乾燥させた。この操作を3回
繰り返し行い、Au電極上に54μmの電解質膜を得、
実施例1と同様にして、性状を測定したところ、インピ
ーダンスは、5.1×105Ω・cm2であり、膜のラフ
ネスは10μm以下であり、デンドライトによるショー
トは認められなかった。
【0034】比較例2 16φのLiCoO2電極上に、平均分子量4000の
ポリエチレングリコールの0.1モル塩化メチレン溶液
とLiClO4の1モル塩化メチレン溶液との混合物を
テフロンヘラでぬり80℃で10分間乾燥させ、LiC
oO2電極上に18μmの電解質膜を得、実施例2と同
様にして、16φのLiCoO2を正極とし、Liを負
極とした電池を構成した。この電池により10サイクル
による放電容量を測定したところ320mAh/gであ
った。
【0035】比較例3 重量平均分子量2.5×106の超高分子量ポリエチレ
ン4重量%、重量平均分子量3.3×105の高密度ポ
リエチレン16重量%及び流動パラフィン80重量%を
二軸押出機で溶融混練し、その先端に設置されたTダイ
から押出し、冷却して400μmのゲル状シートを形成
した。得られたシートを連続式二軸延伸機で115℃に
てMD/TD=5/5倍に延伸し、厚さ15μmのフィ
ルムを得た。得られたフィルムを塩化メチレンで洗浄し
て溶媒を除去し、120℃で熱固定してポリエチレン微
多孔膜を得た。得られたポリエチレン微多孔膜に、平均
分子量4000のポリエチレングリコールの0.1モル
塩化メチレン溶液及びLiClO4の1モル塩化メチレ
ン溶液を含浸させた。次いで、アルゴン雰囲気下で10
分間自然乾燥し、塩化メチレンを除去し、さらに、アル
ゴン雰囲気の80℃のオーブン中で10分間乾燥させ、
厚さ15μmの高分子固体電解質薄膜を得た。実施例1
と同様にして、性状を測定したところ、実部インピーダ
ンスは、2.0×104Ω・cm2であり、膜のラフネス
は15μm以上であり、デンドライトによるショートは
認められなかった。
【0036】
【発明の効果】本発明の高分子固体電解質膜は、20μ
m以下の薄膜に均一にできるため、実部インピーダンス
が8×103Ω・cm2以下と内部抵抗が低く、かつ製造
時にハンドリングが良好である。またポリオレフィン多
孔質相がセパレータの役割を果たすためデンドライトの
発生を抑え、安全性の高い固体電解質膜である。したが
って、本発明の高分子固体電解質膜を用いて電池を作成
すると高容量でかつ、生産性の良好な安全性の高い電池
が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01G 4/33 H01G 9/00 301G H01M 2/16 4/06 102 C08L 23:00 (72)発明者 開米 教充 神奈川県横浜市鶴見区馬場3−27−1− 222 (72)発明者 滝田 耕太郎 神奈川県横浜市磯子区岡村4−16−24 (72)発明者 河野 公一 埼玉県朝霞市三原3−29−10−404 Fターム(参考) 4F074 AA18 AB01 CA02 CC02Y CC10Z CC28Y CC29Y DA23 DA47 DA49 5E082 AB09 LL21 PP01 PP03 PP09 PP10 5H021 BB01 BB02 BB04 BB05 BB09 BB12 BB13 CC00 EE04 HH00 HH01 HH03 HH07 5H024 AA02 AA12 BB01 BB02 BB03 BB10 BB11 DD09 HH00 HH01 HH04 HH13 5H029 AJ03 AK03 AL12 AM03 AM04 AM05 AM06 AM16 BJ04 CJ02 CJ06 CJ11 CJ23 DJ09 EJ13 HJ02 HJ04 HJ11 HJ16

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量平均分子量5×105以上の超高分
    子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン組成物か
    らなるポリオレフィン微多孔膜の孔部分が高分子固体電
    解質で充填された、厚さが20μm以下で、10KHz
    での実部インピーダンスが8×103Ω・cm2以下であ
    る高分子固体電解質薄膜。
  2. 【請求項2】 重量平均分子量5×105以上の超高分
    子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン組成物1
    0〜50重量%と、溶媒90〜50重量%からなる溶液
    を調製し、前記溶液をダイより押し出し、冷却ロールに
    より引き取りゲル状シートを成形後、シート中の残存溶
    媒を除去し、乾燥してポリオレフィン微多孔膜を製造
    後、高分子固体電解質を揮発性溶媒に溶解させた溶液を
    含浸させ、高分子固体電解質を多孔質膜の孔部分に5容
    量%以上充填させた後、加熱延伸し、次に極性溶媒を含
    浸させることを特徴とする請求項1記載の高分子固体電
    解質薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 重量平均分子量5×105以上の超高分
    子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン組成物1
    0〜50重量%と、溶媒90〜50重量%からなる溶液
    を調製し、前記溶液をダイより押し出し、冷却ロールに
    より引き取りゲル状シートを成形後、シート中の残存溶
    媒を除去し、乾燥してポリオレフィン微多孔膜を製造
    後、低分子量ポリマー電解質または電解質モノマーを揮
    発性溶媒に溶解させた溶液を含浸させ、低分子量ポリマ
    ー電解質または電解質モノマーを多孔質膜の孔部分に5
    容量%以上充填させた後、加熱延伸し、重合して低分子
    量ポリマーまたはモノマーを高分子量化した後、極性溶
    媒を含浸させることを特徴とする請求項1記載の高分子
    固体電解質薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の高分子固体電解質薄膜を
    用いた電池。
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