JP2000090728A - 均質状の固体ポリマ―アロイ電解質及びその製造方法、それを利用した複合電極、並びにリチウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電池並びにそれらの製造方法 - Google Patents

均質状の固体ポリマ―アロイ電解質及びその製造方法、それを利用した複合電極、並びにリチウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電池並びにそれらの製造方法

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JP2000090728A JP11046527A JP4652799A JP2000090728A JP 2000090728 A JP2000090728 A JP 2000090728A JP 11046527 A JP11046527 A JP 11046527A JP 4652799 A JP4652799 A JP 4652799A JP 2000090728 A JP2000090728 A JP 2000090728A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の接着力及び機械的安定性に優れ、低温
及び高温の特性、高率放電特性、充/放電特性並びに電
池の容量及び寿命のような電池性能に優れたリチウム高
分子電池及びリチウムイオン高分子電池を提供する。 【解決手段】 接着力及びイオン伝導度に優れたポリア
クリロニトリル系固体高分子等の機能−I高分子5〜9
0重量%と;有機溶媒電解質との互換性に優れたポリフ
ッ化ビニリデン系固体高分子等の機能−II高分子5〜8
0重量%と;機械的強度に優れたポリ塩化ビニル系固体
高分子等の機能−III 高分子5〜80重量%とを混合し
た固体ポリマーアロイ電解質を製造し、該固体ポリマー
アロイ電解質を利用して複合アノード/カソードを製造
し、この固体ポリマーアロイ電解質と複合アノード/カ
ソードとを積層してリチウム(イオン)高分子電池を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体ポリマーアロ
イ電解質及びその製造方法とそれを利用したリチウムイ
オン高分子電池及びその製造方法に係るもので、詳しく
は、非晶質状で互換性のある均質状の固体ポリマーアロ
イ電解質及びその製造方法、それを利用した複合電極、
並びにリチウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電
池並びにそれらの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、リチウム電池に利用される固体
高分子電解質は、主にポリエチレンオキシドPEOから
製造されていたが、近来は、常温下で10-3S/cm以上
の伝導度を有するゼル又はハイブリッド (hybrid)状の
固体高分子電解質が開発されつつある。
【0003】その中、リチウム高分子電池の製造に利用
可能な固体高分子電解質として、ゼル状のポリアクリロ
ニトリル(以下、“PAN”と称す)系固体高分子電解
質が米国特許第5,219,679号及び米国特許第
5,240,790号に開示されており、ハイブリッド
状のポリフッ化ビニリデン(以下、“PVdF”と称
す)系固体高分子電解質が米国特許第5,296,31
9号に開示されている。
【0004】そして、前記ゼル状のPAN系固体高分子
電解質は、接着力に優れたものであって、複合電極と金
属基板とを容易に接着させ、電池の充/放電の際、接触
抵抗が低く活物質の脱落が少ないが、多少軟らかくて機
械的安定性、即ち、強度が低下するため、電極及び電池
の製造時に相当な欠陥を招来する。
【0005】前記ハイブリッド状のPVdF系固体高分
子電解質は、高分子マトリックスをサブミクロン以下の
多孔性を有するように形成し、有機溶媒電解質をそれら
気孔に注入して製造するが、有機溶媒電解質との互換性
が優秀で、微細な気孔に注入された有機溶媒電解質が漏
液することなく、安全に利用でき、有機溶媒電解質を後
で注入すれば良いため、高分子マトリックスを大気中で
も製造することができる。ところが、固体高分子製造に
際して、可塑剤の抽出及び有機溶媒電解質の陥浸過程が
必要となって、製造工程が煩雑になり、機械的強度は優
秀であるが、接着力が不良であるため、電極及び電池製
造時に、加熱薄膜化工程及び抽出工程を施さねばなら
ず、工程が極めて煩雑になるという重大な欠点があっ
た。
【0006】そこで、そのような欠点を解決するため、
ボンケ (O. Bohnke )及びフランド(Frand )がSolid S
tate Ionics. 66,97,105(1993)に発表
したポリメチルメタクリレート(以下、“PMMA”と
称す)系固体高分子電解質は、常温のイオン伝導度が1
-3S/cm以上に達し、接着力に優れ有機溶媒電解質と
の互換性も優れているが、機械的強度が極めて弱く、リ
チウム高分子電池には不適当であることが分かる。
【0007】アラムジャー (M. Alamgir)及びアブラハ
ム(K. M. Abraham )がJ. Electrochem. Soc., 140
L 96(1993)に発表したポリ塩化ビニル(以
下、“PVC”と称す)系固体高分子電解質において
は、常温のイオン伝導度が10-3S/cm以上に達し、機
械的強度に優れているが、低温特性が悪く、接触抵抗が
大きいという欠点があった。
【0008】近来、ブレンディング (blending)による
固体高分子電解質が開発されているが、その一例とし
て、日本NTT社が開発した多相の高分子マトリックス
と有機溶媒電解質溶液とから構成された固体高分子電解
質が米国特許第5,585,039号に開示されてい
る。即ち、このような開示によると、多相の高分子マト
リックスは、甚だしい極性を示す高分子相 (highly pol
ar polymeric(以下、HPPと称す)phase )と弱い極
性を示す高分子相 (less polar polymeric(以下、LP
Pと称す)phase )とから構成されている。そして、前
記HPP相は有機溶媒を陥浸してイオン伝導性を表し、
前記LPP相は支持体の役割を担う。
【0009】従って、前記HPP相に用いられる高分子
は、一般に固体高分子電解質の製造に利用されるPE
O,PAN,PVdF、ポリプロピレンオキシドのよう
な全ての高分子が包含され、前記LPP相に用いられる
高分子は、支持体の役割を担うポリスチレン、ポリプロ
ピレン、ポリエチレンのような全ての高分子が包含され
る。
【0010】しかし、このような固体高分子電解質は、
常温でのイオン伝導度が10-4〜10-3S/cmであっ
て、リチウム高分子電池用として充分でないし、特に、
0℃以下でのイオン伝導度が不良で、リチウム高分子電
池に必須の特性である電極との接着力、有機溶媒電解質
との互換性及び機械的強度の全てを考慮していないた
め、リチウム高分子電池用として不十分である。又、多
相から構成されているため、高分子が分離相(separate
d phase )に存在して充導電サイクル及び温度サイクル
を繰り返すに連れ、相分離が進行し、電池性能が急激に
低下するという重大な欠点があった。
【0011】又、前述の日本NTT社の特許発明と同様
に、ブレンディングによる固体高分子電解質の製造方法
が、米国特許第5,631,103号、第5,639,
573号、第5,658,685号、第5,681,3
57号に開示されているが、このような固体高分子電解
質においては、有機溶媒電解質を吸収する一番目の相
と、有機溶媒電解質を吸収しない反応性のない二番目の
相とから構成され、該無反応性の相によりゼル電解質の
膨潤が防止され、支持体の役割を担って機械的強度が向
上する。
【0012】そして、前記一番目の相は、通常固体高分
子電解質の製造に用いられるPVdF、ポリウレタン、
PEO及びPANから構成され、前記二番目の相は、ポ
リエチレン、ポリプロピレン及びポリテトラフルオロエ
チレンから構成されている。しかし、このように構成さ
れた固体高分子電解質は、常温でのイオン伝導度が10
-4S/cm程度であって、常温型リチウム電池用として充
分でないし、特に、0℃以下でのイオン伝導度が不良で
ある。又、前述の日本NTT社より開発された固体高分
子電解質と同様に、リチウム高分子電池に必須の特性で
ある電極との接着力、有機溶媒電解質との互換性及び機
械的強度の全てを考慮していないため、リチウム高分子
電池用として不十分である。
【0013】更に、このような固体高分子電解質は、不
均一な相からなるため、充放電サイクル及び温度サイク
ルを繰り返すに連れ、相の分離が甚だしくなって、電池
の性能が急激に低下する。
【0014】以下、従来のリチウム高分子電池及びリチ
ウムイオン高分子電池について説明する。従来の常温型
リチウム二次電池としては、日本のソニー (Sony)社に
より開発されて、現在のところ、全世界的に広用されて
いるリチウムイオン電池と、数年来、常用化が期待され
るリチウム高分子電池とがある。この内、前記リチウム
イオン電池は、分離膜としてPE (polyethylene)又は
PP(polypropylene )を用いるものであって、電極と
分離膜とを平板状に積層して製造することが難しいた
め、ロール式に巻いて円筒又は四角筒に入れて製造して
いた(D. Liden, handbook of batteries, McGRAW-HILL
INC., New York (1995))。このようなリチウム
イオン電池は、常用化されてはいるが、未だに安定性が
充分に確保されず、製造工程が難しくて生産性が低く、
電池の形状に制約があるため、高容量化に制限があっ
た。
【0015】これに対し、リチウム高分子電池は、分離
膜と電解質との二つの機能を一緒に有する固体高分子電
解質を使用しているため、電極と固体高分子電解質とを
平板状に積層して電池を製造することが可能で、製造工
程が高分子膜の製造工程と類似しているため、生産性は
高いが、電極との接合性、機械的強度、低温及び高温特
性並びにリチウム二次電池用有機溶媒電解質との互換性
のような特性を揃えた固体高分子電解質が開発されず、
未だに常用化には達していない。
【0016】また、ハイブリッド状のポリフッ化ビニリ
デン(以下、“PVdF”と称す)系固体高分子電解質
が米国特許第5,296,319号及び第5,460,
904号に開示され、このような固体高分子電解質を利
用したハイブリッド状のリチウム高分子電池が近い将来
に量産化される見込みである。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来のハイブリッド状のリチウム高分子電池においては、
固体高分子電解質及びアノード、カソード (cathode )
の製造時に、可塑剤を用いているため、その後で可塑剤
の抽出過程及び有機溶媒電解質の陥浸過程が必要となっ
て、工程が煩雑であるとという不都合な点があった。
【0018】また、PVdF系電解質は機械的強度は優
秀であるが、接着力が不良であるため、電極及び電池の
製造に際して、加熱薄層化工程を施さねばならず、抽出
工程中、電極と固体高分子電解質間が剥離して電池性能
が低下するという不都合な点があった。更に、電極内の
気孔度がリチウムイオン電池に比べ、相対的に大きいた
め、有機溶媒電解質が多く陥浸されてエネルギー密度が
低下し、高率充放電特性も不良になるという不都合な点
があった。更に、低温及び高温特性が不良であるという
不都合な点があった。
【0019】そこで、本発明の目的は、イオン伝導度、
電極との接着力、有機溶媒電解質との互換性及び機械的
強度のような特性を全て備えた均質状の固体高分子電解
質及びその製造方法を提供することにある。
【0020】本発明の他の目的は、本発明に係る優秀な
特性の固体高分子電解質を利用した複合アノード (anod
e )及び複合カソードと、その製造方法を提供すること
にある。
【0021】本発明の更に他の目的は、本発明に係る固
体高分子電解質及び複合アノード(カソード)極を用い
て、電極容量、サイクル寿命の特性、低温及び高温特
性、高率放電特性に優れた高性能リチウム高分子電池及
びその製造方法を提供することにある。
【0022】本発明の更に他の目的は、リチウムイオン
電池とリチウム高分子電池の利点を活かしたリチウムイ
オン高分子電池を製造するもので、製造工程が簡便で電
池の大型化が容易で、エネルギー密度、サイクル寿命、
低温及び高温特性、高率放電特性、並びに安定性の高い
リチウムイオン高分子電池及びその製造方法を提供する
ことにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る均質状の固体ポリマーアロイ電解
質及びその製造方法、それを利用した複合電極、並びに
リチウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電池並び
にそれらの製造方法においては、接着力及びイオン伝導
度に優れたポリアクリロニトリル(PAN)系固体高分
子及びポリメチルメタクリレート(PMMA)系固体高
分子から選択されたいずれか1つの機能−I高分子5〜
90重量%と、有機溶媒電解質との互換性に優れたポリ
フッ化ビニリデンPVdF系固体高分子及びポリメチル
メタクリレートPMMA系高分子から選択されたいずれ
か1つの機能−II高分子5〜80重量%と、機械的強度
に優れたポリ塩化ビニルPVC系固体高分子及びポリフ
ッ化ビニリデンPVdF系固体高分子から選択されたい
ずれか1つの機能−III 固体高分子5〜80重量%とを
含有する、全体で100重量%の混合物からなる固体ポ
リマーアロイ電解質を製造すること、該固体ポリマーア
ロイ電解質を利用して複合アノード/カソードを製造す
ること、前記固体ポリマーアロイ電解質と複合アノード
/カソードとを積層したものを有するリチウム(イオ
ン)高分子電池並びにそのように積層してリチウム(イ
オン)高分子電池を製造することを包含する。
【0024】本発明に係る固体ポリマーアロイ電解質に
おいては、高分子混合物の総重量を100重量%とした
とき、接着力及びイオン伝導度に優れたポリアクリロニ
トリルPAN系固体高分子及びポリメチルメタクリレー
トPMMA系固体高分子から選択されたいずれか1つの
機能−I固体高分子5〜90重量%と、有機溶媒電解質
との互換性に優れたポリフッ化ビニリデンPVdF系固
体高分子及びポリメチルメタクリレートPMMA系高分
子から選択されたいずれか1つの機能−II固体高分子5
〜80重量%と、機械的強度に優れたポリ塩化ビニルP
VC系固体高分子及びポリフッ化ビニリデンPVdF系
固体高分子から選択されたいずれか1つの機能−III 高
分子5〜80重量%との混合物から構成されている。
【0025】そして、前記PAN系固体高分子は、ポリ
アクリロニトリル及びポリ(アクリロニトリル−メチル
アクリレート)コポリマーの何れか一つであり、前記P
MMA系固体高分子は、ポリ(メチルメタクリレー
ト)、ポリ(メチルメタクリレート)−コ−メチルアク
リレート)及びポリ(メチルメタクリレート−コ−メタ
クリル酸)の何れか一つであり、前記PVdF系固体高
分子は、ポリフッ化ビニリデン及びポリ(フッ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン)コポリマーの何れか
一つであり、前記PVC系固体高分子は、ポリ塩化ビニ
ル及びポリ(塩化ビニリデン−コ−アクリロニトリル)
の何れか一つである。
【0026】前記各高分子の混合比は、所望の固体ポリ
マーアロイ電解質の物理的性質に従って変化するが、例
えば、接着力を向上するためには、機能−I高分子(P
AN系又はPMMA系)の比率を高くし、有機溶媒電解
質との互換性を向上するためには、機能−II高分子(P
MMA系又はPVdF系)の比率を高くし、機械的強度
を向上するためには、機能−III 高分子(PVdF系又
はPVC系)の比率を高くする。
【0027】又、前記固体ポリマーアロイ電解質には、
必要に応じて、可塑剤、有機溶媒電解質、又はSiO2
などを加えることができる。
【0028】前記可塑剤は、ジメチルアセトアミド (di
methyl acetamide, DMA)、N,N−ジメチルホルム
アミド(N, N-dimethyl formamide, DMF)、炭酸ジ
メチル(dimethyl carbonate, DMC)、炭酸エチレン
(ethylene carbonate, EC)、炭酸エチルメチル (et
hyl methyl carbonate, EMC)、炭酸プロピレン(pr
opylene carbonate, PC)及びアセトニトリル (acet
onitrile, AN)の中から選択された何れか一つ以上の
成分からなり、添加される量は、重量比として機能−I
高分子/機能−II高分子/機能−III 高分子からなる高
分子混合物の1〜5倍(100重量%〜500重量%)
で加えられる。
【0029】前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が溶解
された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(ethylene carbona
te-dimethyl carbonate ;以下、“EC−DMC”と称
す)溶液、及びリチウム塩が溶解された炭酸エチレン−
炭酸ジエチル(ethylene carbonate-diethyl carbonat
e;以下、“EC−DEC”と称す)溶液又はリチウム
塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(ethy
lene carbonate-ethyl methyl carbonate ;以下、“E
C−EMC”と称す)溶液、並びにそれらの溶液に、低
温特性を向上させるための酢酸メチル(methyl acetat
e;MA)、プロピオン酸メチル(methyl propionate
;MP)、酢酸エチル(ethyl acetate ;EA)、プ
ロピオン酸エチル(ethyl propionate;EP)の内の何
れかを加えた溶液と、から構成されたグループ中の何れ
か一つ以上の混合物を利用し、重量比として機能−I高
分子/機能−II高分子/機能−III 高分子からなる高分
子混合物の約1〜5倍で添加される。
【0030】前記機能−I高分子/機能−II高分子/機
能−III 高分子からなる高分子混合物とリチウム塩を含
有する有機溶媒電解質との添加比は、固体高分子電解質
のイオン伝導度及び機械的安定性に影響を及ぼすが、例
えば、高分子混合物の添加比が高くなると、機械的安定
性は向上するが、イオン伝導度が悪化するのに対し、前
記リチウム塩を含有する有機溶媒電解質の添加比が高く
なると、逆にイオン伝導度は向上するが、機械的安定性
が悪化する。
【0031】更に、前記固体ポリマーアロイ電解質の機
械的強度及びイオン伝導度を向上するために、二酸化硅
素SiO2 を機能−I高分子/機能−II高分子/機能−
III高分子からなる高分子混合物重量の約0〜20%添
加することができる。
【0032】以下、このような固体高分子電解質の製造
方法を説明する。先ず、接着力及びイオン伝導度に優れ
たPAN系高分子及びPMMA系高分子から選択された
いずれか1つの機能−I高分子の5〜90重量%と、有
機溶媒電解質との互換性に優れたPVdF系高分子及び
PMMA系高分子から選択されたいずれか1つの機能−
II高分子の5〜80重量%と、機械的強度に優れたPV
C系高分子及び前記PVdF系高分子から選択されたい
ずれか1つの機能−III 高分子の5〜80重量%とから
なる高分子混合物100重量%とを、必要に応じて、前
記高分子混合物の重量の1〜5倍の可塑剤、この高分子
混合物の1〜5重量倍の有機溶媒電解質及び/又はこの
高分子混合物の0〜20重量%の二酸化硅素SiO2
加えて充分に混合させ(12時間以上が好ましい)た
後、110〜180℃に至るまで加熱して、10分〜2
時間ほど高分子ブレンディング (blending)を施す。そ
の後、固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスが充分
に形成されて、蜂蜜と同様な程度の粘度が得られると、
ダイキャスティング又はドクターブレード (doctor bla
de)方法によりキャスティングして固体ポリマーアロイ
電解質フィルムを製造する。
【0033】このとき、前記ブレンディング工程におい
て、最も重要な因子は溶解度パラメーターであるが、ベ
イトン (A. F. M. Baton)らが発表した CRC Handbook
of polymer-liquid interaction parameters and solub
ility parametersによると、HilderbrandparameterがP
ANである場合は、23.3〜31.5MPa1/2 にな
り、PMMAである場合は、18.6〜26.3MPa
1/2 になり、PVdF系の一種のP(VdF−HFP)
である場合は、12〜30MPa1/2 になり、PVCであ
る場合は、19.1〜22.1MPa1/2 になるため、適
切な可塑剤、溶媒及びブレンディング条件を整えると、
均質状のポリマーアロイ電解質を製造することができ
る。
【0034】以下、このような固体ポリマーアロイ電解
質を利用した複合アノード/カソード及びその製造方法
を説明する。先ず、複合アノードは、適量のアノード活
物質、好ましくは、黒鉛、コークス、ハードカーボン及
び錫(Sn)酸化物の何れか一つからなるアノード活物
質25〜35重量%と、アセチレンブラック及び黒鉛中
の何れか一つからなる導電材0.5〜2重量%と、本発
明に係る固体ポリマーアロイ電解質15〜25重量%
と、DMA,DMF,DMC,EC,EMC,PC及び
AN中の何れか一つ以上の成分からなるその他の重量%
の可塑剤と、から構成されている。
【0035】そして、このように構成された複合アノー
ドの製造方法として、前述の構成物質を混合して110
〜180℃で10分〜2時間の間加熱し、固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスが充分に形成されて蜂蜜と
同様なほどの粘度が得られると、ダイキャスティング又
はドクターブレード法により銅グリッドの両面にキャス
ティングした後、乾燥及び圧延を施して複合アノードを
製造する。
【0036】複合カソードは、適量の活物質、好ましく
は、LiCoO2 ,LiMn2 4,LiNiO2 ,V
2 5 及びV6 13中の何れか一つ以上のカソード活物
質の25〜35重量%と、アセチレンブラック及び黒鉛
中の何れか一つ以上からなる導電材の0.5〜2重量%
と、本発明に係る固体ポリマーアロイ電解質の15〜2
5重量%と、DMA,DMF,DMC,EC,EMC,
PC及びAN中の何れか一つ以上の成分からなるその他
の重量%の可塑剤と、から構成されている。
【0037】そして、このように構成された複合カソー
ドの製造方法として、前述の構成物質を混合して110
〜180℃で10分〜2時間の間加熱し、固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスが充分に形成されて蜂蜜と
同様なほどの粘度が得られると、ダイキャスティング又
はドクターブレイド方法によりアルミニウムグリッドの
上面にキャスティングした後、常温で約1〜24時間の
間、乾燥及び圧延を施して複合カソードを製造する。
【0038】以下、本発明に係る均質状の固体ポリマー
アロイ電解質を利用したリチウム高分子電池の製造方法
を説明する。前述のように製造された固体ポリマーアロ
イ電解質(フィルム)及び複合アノード(カソード)極
を利用して、複合アノード/固体ポリマーアロイ電解質
/複合カソード/固体ポリマーアロイ電解質/複合アノ
ードの順に複数層を順次積層しブルバックに入れて真空
密封することで、リチウム高分子電池を製造するが、こ
のとき、前記複合アノードの代わりに、リチウム及びリ
チウム合金中の何れか一つ又はそれらの混合物からなる
アノードを用いてもよい。
【0039】そして、一般にリチウムイオン電池に使用
されてきた従来のアノードカソードを持たせ、アノード
/本発明に係る均質状の固体ポリマーアロイ電解質/カ
ソード/本発明に係る均質状の固体ポリマーアロイ電解
質/アノードの順に複数層を順次積層した後、ブルバッ
クに入れて有機溶媒電解質を注入してアノードカソード
に陥浸させ、真空密封することで、リチウムイオン高分
子電池を製造することもできる。
【0040】この場合、前記リチウムイオン高分子用ア
ノード及びカソードは、従来のリチウムイオン電池の製
造時と同様に、適量の活物質、導電材、結着剤及び有機
溶媒を混合した後、銅及びアルミニウム薄板のグリッド
の両面にキャスティングし乾燥及び圧延して製造され
る。より詳しくは、前記アノードは、黒鉛、コークス、
ハードカーボン及び錫酸化物と、それらをリチウム化し
た物質と、リチウム及びリチウム合金との中の何れか一
つ以上の物質から構成され、前記カソードは、LiCo
2 ,LiMn2 4 ,LiNiO2 ,V2 5 及びV
6 13中の何れか一つ以上の物質から構成される。
【0041】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。図5は、本発明に係るリチ
ウム(イオン)高分子電池の製造方法を示した図面で、
図5(a)は、ラミネーション工程により固体ポリマー
アロイ電解質/アノード/固体ポリマーアロイ電解質か
らなる構造物を形成してカソードと交互に積層する方法
を示した工程説明図、図5(b)は、アノード/固体ポ
リマーアロイ電解質からなる構造物と、カソード/固体
ポリマーアロイ電解質からなる構造物と、を形成し、そ
れらの構造物を交互に積層する方法を示した工程説明
図、図5(c)は、カソード/固体ポリマーアロイ電解
質/アノード/固体ポリマーアロイ電解質/カソードか
らなる構造物を形成して、それを交互に積層する方法を
示した工程説明図である。図5(a)〜(c)の製造方
法には、アノードロール1、固体ポリマーアロイ電解質
ロール2及びカソードロール3が利用され、S1はラミ
ネーション工程を、S2はラミネーション工程により生
成された構造物又はカソードを切断する工程を、S3は
切断された構造物を積層する工程を、S4積層された構
造物に有機溶媒電解質を注入する工程を、S5はアノー
ド及びカソードにそれぞれ端子を連結する工程を、S6
は電池ケースに挿入する工程を、S7は有機溶媒電解質
を注入する工程を、S8は真空密封する工程をそれぞれ
示す。
【0042】先ず、本発明に係るリチウム高分子電池又
はリチウムイオン高分子電池を製造する第1方法として
は、図5(a)に示したように、アノードの両面に固体
ポリマーアロイ電解質を連続的ラミネーション工程によ
り接合させて一体化した後、それとカソードとを適当な
大きさに夫々切断してそれらを交互に積層し、アノード
及びカソードの端子を連結させて電池ケースに挿入した
後、有機溶媒電解質を注入する。
【0043】この場合、前記有機溶媒電解質は、アノー
ド及びカソードの積層に際して注入することもできる
し、前述の複合アノード及び複合カソードを使用するリ
チウム高分子電池の場合は、注入しなくても良い。
【0044】その後、前記電池ケースを真空密封してリ
チウム高分子電池又はリチウムイオン高分子電池の製造
を終了する。
【0045】そして、第2方法として、図5(b)に示
したように、アノードの一面に固体ポリマーアロイ電解
質を連続的ラミネーション工程により接合させて一体化
し、これと同様に、カソードの一面に固体ポリマーアロ
イ電解質を連続的ラミネーション工程により接合させて
一体化した後、それらを適当な大きさに夫々切断して交
互に積層する。次いで、アノード及びカソードの端子を
連結して電池ケースに挿入した後、有機溶媒電解質を注
入する。
【0046】この場合、前記有機溶媒電解質は、アノー
ド及びカソードの積層に際して注入することもできる
し、前述の複合アノード及び複合カソードを使用するリ
チウム高分子電池の場合は、注入しなくても良い。
【0047】その後、前記電池ケースを真空密封してリ
チウム高分子電池又はリチウムイオン高分子電池の製造
を終了する。
【0048】第3方法として、図5(c)に示したよう
に、アノードの両面に固体ポリマーアロイ電解質を配置
し、更に該両面にカソードを配置した後、ラミネーショ
ン工程により接合させて一体化し、それらを適当な大き
さに切断して複数枚交互に積層する。次いで、アノード
及びカソードの端子を連結して電池ケースに挿入した
後、有機溶媒電解質を注入する。
【0049】この場合、前記有機溶媒電解質は、アノー
ド及びカソードの積層に際して注入することもできる
し、前述の複合アノード及び複合カソードを使用するリ
チウム高分子電池の場合は、注入しなくても良い。
【0050】その後、前記電池ケースを真空密封してリ
チウム高分子電池又はリチウムイオン高分子電池の製造
を終了する。
【0051】この場合、前記有機溶媒電解質は、リチウ
ム塩が溶解されたEC (ethylene carbonate)−DMC
(dimethyl carbonate)溶液、リチウム塩が溶解された
EC(ethylene carbonate)−DEC (diethyl carbona
te )溶液、リチウム塩が溶解されたEC (ethylene ca
rbonate)−EMC (ethyl methyl carbonate)溶液、
並びにそれらの溶液に低温の特性を向上するためのMA
(methyl acetate)、MP(methyl propionate )、E
A(ethyl acetate )及びEP(ethyl propionate)中
の何れか一つ以上の成分を添加した溶液、から選択され
た何れか一つの溶液を用いる。
【0052】前記銅及びアルミニウムグリッドは、薄板
(plate )、気孔が形成された薄板(punched plate )
及び拡張された薄板(expanded plate)を用いることが
できるが、積層した後有機溶媒電解質を注入する場合
は、溶液が効率的に流入されるように、気孔の形成され
た薄板を用いることが有利である。
【0053】又、本発明は、下記の実施例により一層具
体的に具現されるが、このような実施例に限定されるも
のでなく、請求範囲の内で多様な形態に変更して使用す
ることもできる。
【0054】
【実施例】(実施例1)PAN系のポリアクリロニトリ
ル (Polyscience 社の製品、分子量150,000;以
下、“PAN”と称す)1.5g、及びPVdF系のポ
リ(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン)
(Atochem Kynar 2801;以下、“P(VdF−HF
P)”と称す)1.5gに、シリカ0.15g、1M
LiPF6が溶解されたEC−DMC溶液6g及び可塑
剤としてDMA溶液10gを加えて12時間ほど混合し
た。その後、130℃で1時間ほど加熱し固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスが充分に形成されてキャス
ティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを
得た。このペーストをドクターブレード(doctor blad
e)法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾
燥させて固体ポリマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0055】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃で約1時間の間加熱
して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスが充分に
形成されて蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。
このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法により
キャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、
約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノードを
得た。
【0056】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃で約1時間の間加熱して固体ポリマーアロ
イ電解質のマトリックスが充分に形成されて蜂蜜と同様
な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアルミ
ニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャスティ
ングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm
2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得た。
【0057】次いで、前記カーボンアノードの両面に固
体ポリマーアロイ電解質を配置して、ラミネーション工
程により接合させた後、3cm×4cmの大きさに切断し、
複合カソードは2.8cm×3.8cmの大きさに切断し
て、該固体ポリマーアロイ電解質/複合アノード/固体
ポリマーアロイ電解質の構造物と複合カソードとを交互
に積層した。その後、両電極に端子を連結しブルバック
に入れて真空密封することにより、リチウム高分子電池
を製造した。
【0058】次いで、電池の充放電に対する試験とし
て、C/3定電流及び4.2Vの定電圧に充電してC/
3定電流に放電する充放電法を行って、カソードを基準
にした電極の容量及びサイクル寿命を調べた。
【0059】(実施例2)PAN 1.5g、P(Vd
F−HFP)1g及びポリ塩化ビニル(Aldrich社の製
品、分子量150,000;以下、“PVC”と称す)
0.5gを混合した後、この混合物にシリカ0.15
g、1M LiPF6 が溶解されたEC−DMC溶液6
g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを加えて約12
時間ほど混合した。その後、130℃で1時間ほど加熱
し固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスが充分に形
成されてキャスティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘
度のペーストを得た。このペーストをドクターブレード
法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥さ
せて固体ポリマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0060】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃で約1時間の間加熱
して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分に
形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。
このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法により
キャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、
約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノードを
得た。
【0061】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃で約1時間の間加熱して固体ポリマーアロ
イ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同様
な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアルミ
ニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャスティ
ングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm
2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得た。
【0062】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0063】(実施例3)PAN 1.5g、ポリ(メ
チルメタクリレート)(polyscience 社の製品、分子量
100,000;以下、“PMMA”と称す)0.6g
を混合した後、この混合物にシリカ0.15g、1M
LiPF6 が溶解されたEC−DMC溶液6g及び可塑
剤としてのDMA溶液10gを加えて約12時間ほど混
合した。その後、130℃で1時間ほど加熱し固体ポリ
マーアロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、キ
ャスティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペース
トを得た。このペーストをドクターブレード法によりキ
ャスティングし常温下で12時間の間乾燥させて固体ポ
リマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0064】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃で約1時間の間加熱
して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分に
形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。
このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法により
キャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、
約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノードを
得た。
【0065】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃で約1時間の間加熱して固体ポリマーアロ
イ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同様
な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアルミ
ニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャスティ
ングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm
2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得た。
【0066】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0067】(実施例4)PAN 1.5g、PMMA
1g及びPVC 1gを混合した後、この混合物にシ
リカ0.15g、1M LiPF6 が溶解されたEC−
DMC溶液6g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを
加えて約12時間ほど混合した。その後、130℃で1
時間ほど加熱し固体ポリマーアロイ電解質のマトリック
スを充分に形成させ、キャスティングに適当な蜂蜜と同
様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをドク
ターブレード法によりキャスティングし常温下で12時
間の間乾燥させて固体ポリマーアロイ電解質フィルムを
得た。
【0068】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃で約1時間の間加熱
して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分に
形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。
このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法により
キャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、
約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノードを
得た。
【0069】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃で約1時間の間加熱して固体ポリマーアロ
イ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同様
な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアルミ
ニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャスティ
ングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm
2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得た。
【0070】そして、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0071】(実施例5)PMMA 1.5g、P(V
dF−HFP)0.9g及びPVC 0.6gを混合し
た後、この混合物にシリカ0.15g、1M LiPF
6 が溶解されたEC−DMC溶液6g及び可塑剤として
のDMA溶液10gを加えて約12時間ほど混合した。
その後、130℃下で1時間ほど加熱して固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、キャス
ティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを
得た。このペーストをドクターブレード法によりキャス
ティングし常温下で12時間の間乾燥させて固体ポリマ
ーアロイ電解質フィルムを得た。
【0072】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃下で約1時間の間加
熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分
に形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得
た。このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法に
よりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた
後、約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノー
ドを得た。
【0073】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマーア
ロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同
様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアル
ミニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャステ
ィングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/
cm2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得
た。
【0074】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0075】(実施例6)PMMA 2.0g、P(V
dF−HFP)1gを混合した後、この混合物にシリカ
0.15g、1M LiPF6 が溶解されたEC−DM
C溶液6g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを加え
て約12時間混合した。その後、130℃下で1時間ほ
ど加熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを
充分に形成させ、キャスティングに適当な蜂蜜と同様な
程度の粘度のペーストを得た。このペーストをドクター
ブレード法によりキャスティングし常温下で12時間の
間乾燥させて固体ポリマーアロイ電解質フィルムを得
た。
【0076】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃下で約1時間の間加
熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分
に形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得
た。このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法に
よりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた
後、約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノー
ドを得た。
【0077】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマーア
ロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同
様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアル
ミニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャステ
ィングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/
cm2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得
た。
【0078】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0079】(実施例7)PAN 1.0g、PMMA
0.5g、P(VdF−HFP)1.0g及びPVC
0.5gを混合した後、この混合物にシリカ0.15
g、1M LiPF6 が溶解されたEC−DMC溶液6
g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを加えて約12
時間混合した。その後、130℃下で1時間ほど加熱し
て固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分に形
成させ、キャスティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘
度のペーストを得た。このペーストをドクターブレード
法を施してキャスティングし常温下で12時間の間乾燥
させて固体ポリマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0080】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのDMA
溶液10gを混合した後、130℃下で約1時間の間加
熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを充分
に形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得
た。このペーストを銅の薄板上にドクターブレード法に
よりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥させた
後、約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合アノー
ドを得た。
【0081】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのDMA溶液10gを混合した
後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマーア
ロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同
様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをアル
ミニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャステ
ィングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/
cm2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを得
た。
【0082】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0083】(実施例8)PAN 1.0g、PMMA
0.5g、P(VdF−HFP)1.0g及びPVC
0.5gを混合した後、この混合物にシリカ0.15
g、1M LiPF6 が溶解された炭酸エチレン−炭酸
ジメチル(EC−DMC)溶液6g及び可塑剤としての
EC−DMC溶液10gを加えて約12時間混合した。
その後、130℃下で1時間ほど加熱して固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、キャス
ティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを
得た。このペーストをドクターブレード法によりキャス
ティングし常温下で12時間の間乾燥させて固体ポリマ
ーアロイ電解質フィルムを得た。
【0084】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのEC−
DMC溶液10gを混合した後、130℃下で約1時間
の間加熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックス
を充分に形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペースト
を得た。このペーストを銅の薄板上にドクターブレード
法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥さ
せた後、約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合ア
ノードを得た。
【0085】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのEC−DMC溶液10gを混合
した後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマ
ーアロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜
と同様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストを
アルミニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャ
スティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1
kg/cm2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを
得た。
【0086】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0087】(実施例9)PAN 1.0g、PMMA
0.5g、P(VdF−HFP)1.0g及びPVC
0.5gを混合した後、この混合物にシリカ0.15
g、1M LiPF6 が溶解された炭酸エチレン−炭酸
エチルメチルEC−EMC溶液6g及び可塑剤としての
EC−EMC溶液10gを加えて約12時間混合した。
その後、130℃下で1時間ほど加熱して固体ポリマー
アロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、キャス
ティングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを
得た。このペーストをドクターブレード法によりキャス
ティングし常温下で12時間の間乾燥させて固体ポリマ
ーアロイ電解質フィルムを得た。
【0088】次いで、黒鉛(graphite;Gr)6g、A
B(acetylene black )0.3g、前述の組成の固体ポ
リマーアロイ電解質3.7g及び可塑剤としてのEC−
EMC溶液10gを混合した後、130℃下で約1時間
の間加熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックス
を充分に形成させ、蜂蜜と同様な程度の粘度のペースト
を得た。このペーストを銅の薄板上にドクターブレード
法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥さ
せた後、約1kg/cm2 の圧力で圧延してカーボン複合ア
ノードを得た。
【0089】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及び可塑剤としてのEC−EMC溶液10gを混合
した後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマ
ーアロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜
と同様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストを
アルミニウムの薄板上にドクターブレード法によりキャ
スティングし常温下で12時間の間乾燥させた後、約1
kg/cm2 の圧力で圧延してLiCoO2 複合カソードを
得た。
【0090】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例1と同様に行った。
【0091】(実施例10)PAN 1.5gとPVd
F 1.5gとを混合した後、この混合物にシリカ0.
15g、1M LiPF6 が溶解されたEC−DMC溶
液6g及び可塑剤としてのEC−DMC溶液10gを加
えて約12時間混合した。その後、130℃下で1時間
ほど加熱して固体ポリマーアロイ電解質のマトリックス
を充分に形成させ、キャスティングに適当な蜂蜜と同様
な程度の粘度のペーストを得た。このペーストをドクタ
ーブレード法によりキャスティングさせ、常温下で12
時間の間乾燥させた後、固体ポリマーアロイ電解質フィ
ルムを得た。
【0092】次いで、従来のリチウムイオン電池の製造
に使用される組成と同様に、黒鉛(graphite;Gr)6
g、AB(acetylene black )0.3g及びPVdF
0.4gの組成物と、アセトン4g及びNMP (N-meth
yl-2-pyrrolidinone) 4gとを混合して、蜂蜜と同様な
程度の粘度のペーストを得た。このペーストを銅の薄板
上にドクターブレード法によりキャスティングし常温下
で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm2 の圧力で圧
延してカーボンアノードを得た。
【0093】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、PVdF 0.4gの組成物と、アセトン4
g及びNMP (N-methyl-2-pyrrolidinone) 4gとを混
合して、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。こ
のペーストをアルミニウムの薄板上にドクターブレード
法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥さ
せた後、約1kg/cm2 の圧力で圧延して従来型のLiC
oO2 カソードを得た。
【0094】次いで、前記カーボンアノードの両面に固
体ポリマーアロイ電解質を配置して、ラミネーション工
程により接合させた後、3cm×4cmの大きさに切断し、
カソードは2.8cm×3.8cmの大きさに切断して、そ
れらの切断物を交互に積層した。その後、両電極に端子
を連結してブルバックに入れ、1M LiPF6 が溶解
されたEC−EMC溶液を注入して後密封することによ
り、リチウムイオン高分子電池を製造した。
【0095】次いで、電池の充放電に対する試験とし
て、C/3定電流及び4.2Vの定電圧に充電してC/
3定電流に放電する充放電法を行って、カソードを基準
にした電極の容量及びサイクル寿命を調べた。
【0096】(実施例11)PAN 1.5g、PMM
A 0.6g及びP(VdF−HFP)0.9gを混合
した後、この混合物にシリカ0.15g、1M LiP
6 が溶解されたEC−DMC溶液6g及び可塑剤とし
てのDMA溶液10gを加えて約12時間混合した。そ
の後、130℃下で1時間ほど加熱して固体ポリマーア
ロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、キャステ
ィングに適当な蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得
た。このペーストをドクターブレード法によりキャステ
ィングさせ、常温下で12時間の間乾燥させた後、固体
ポリマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0097】次いで、従来のリチウムイオン電池の製造
に使用される組成と同様に、黒鉛(graphite;Gr)6
g、AB(acetylene black )0.3g及びPVdF
0.4gの組成物と、アセトン4g及びNMP (N-meth
yl-2-pyrrolidinone) 4gとを混合して、蜂蜜と同様な
程度の粘度のペーストを得た。このペーストを銅の薄板
上にドクターブレード法によりキャスティングし常温下
で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm2 の圧力で圧
延してカーボンアノードを得た。
【0098】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、PVdF 0.4gの組成物と、アセトン4
g及びNMP (N-methyl-2-pyrrolidinone) 4gとを混
合して、蜂蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。こ
のペーストをアルミニウムの薄板上にドクターブレード
法によりキャスティングし常温下で12時間の間乾燥さ
せた後、約1kg/cm2 の圧力で圧延して従来型のLiC
oO2 カソードを得た。
【0099】次いで、電池の製造及び充放電に対する試
験を実施例10と同様に行った。
【0100】(比較例1)従来の方法と同様に、PAN
3.0gに1M LiPF6 が溶解されたEC−PC
溶液9gを加えて約12時間ほど混合した。130℃下
で1時間ほど加熱して固体ポリマーアロイ電解質のマト
リックスを充分に形成させ、キャスティングに適当な蜂
蜜と同様な程度の粘度のペーストを得た。このペースト
をドクターブレード法によりキャスティングさせて固体
ポリマーアロイ電解質フィルムを得た。
【0101】次いで、黒鉛(Gr)6g、AB(acetyl
ene black )0.3g、前述の組成の固体ポリマーアロ
イ電解質3.7g及びEC−PC溶液10gを混合した
後、130℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマーア
ロイ電解質のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同
様な程度の粘度のペーストを得た。このペーストを銅の
薄板上にドクターブレード法によりキャスティングし常
温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm2 の圧力
で圧延してカーボン複合アノードを得た。
【0102】次いで、LiCoO2 5.7g、AB
0.6g、前述の組成の固体ポリマーアロイ電解質3.
7g及びEC−EMC溶液10gを混合した後、130
℃下で約1時間の間加熱して固体ポリマーアロイ電解質
のマトリックスを充分に形成させ、蜂蜜と同様な程度の
粘度のペーストを得た。このペーストをアルミニウムの
薄板上にドクターブレード法によりキャスティングし常
温下で12時間の間乾燥させた後、約1kg/cm2 の圧力
で圧延してLiCoO2 複合カソードを得た。
【0103】次いで、前記カーボン複合アノード、固体
ポリマーアロイ電解質及びLiCoO2 複合カソードを
順次積層して電池を製造した後、充放電率をC/3にし
てカソードを基準にした電極容量及びサイクル寿命を調
べた。
【0104】以上に説明した実施例1〜11及び比較例
の諸条件を表1に表す。
【0105】 〔表1〕 固体ポリマーアロイ電解質の組成 複合カソ ──────────────────── ード(ア PAN PMMA P(VdF PVC 有機溶媒 可塑剤 ノード) 備 考 -HFP) 電解質 の可塑剤 (g) (g) (g) (g) (g) (g) ─────────────────────────────────── 実施例1 1.5 - 1.5 - EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例2 1.5 - 1.0 0.5 EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例3 1.5 0.6 0.9 - EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例4 1.5 1.0 - 1.0 EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例5 - 1.5 0.9 0.6 EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例6 - 2.0 1.0 - EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例7 1.0 0.5 1.0 0.5 EC-DMC6 DMA10 DMA10 ─────────────────────────────────── 実施例8 1.0 0.5 1.0 0.5 EC-DMC6 EC-DMC10 EC-DMC ─────────────────────────────────── 実施例9 1.0 0.5 1.0 0.5 EC-DMC6 EC-EMC10 EC-EMC ─────────────────────────────────── 実施例10 1.5 - 1.5 - EC-DMC6 EC-DMC10 NMP4+ 従来の アセトン4 電極 ─────────────────────────────────── 実施例11 1.5 0.6 0.9 - EC-DMC6 DMA10 NMP4+ 従来の アセトン4 電極 ─────────────────────────────────── 比較例1 3.0 - - - EC-PC9 - EC-PC ───────────────────────────────────
【0106】注)*固体ポリマーアロイ電解質は、Si
2 0.15gを共通に包含する。 *実施例1〜9に係る複合アノードは、Gr 6g、A
B 0.3g及び該当固体ポリマーアロイ電解質3.7
gを夫々含有し、実施例10及び11に係るアノード
は、Gr 6g、AB 0.3g及びPVdFを夫々含
有する。 *実施例1〜9に係る複合カソードは、LiCoO
2 5.7g、AB 0.6g及び該当固体ポリマーアロ
イ電解質3.7gを夫々含有し、実施例10及び11に
係るカソードは、LiCoO2 5.7g、AB 0.6
g及びPVdFを夫々含有する。
【0107】以上の実施例及び比較例に基づき、本発明
に係る固体ポリマーアロイ電解質及びそれを利用したリ
チウム(イオン)高分子電池の特性を説明すると次のよ
うである。
【0108】先ず、固体ポリマーアロイ電解質のイオン
伝導度を調べるため、実施例1〜11及び比較例1によ
って製造された固体ポリマーアロイ電解質のイオン伝導
度をインピーダンス法により測定し、その結果を図1に
示した。
【0109】図1より、本発明に係る諸電解質は常温及
び低温下で10-3S/cm以上のイオン伝導度を有するも
のであって、リチウム(イオン)高分子電池用電解質と
して好適であることが分かる。特に、低温下でイオン伝
導度が低下する比較例とは異なって、0℃付近の低温で
もほぼ10-3S/cm以上のイオン伝導度を有するため、
低温でのイオン伝導度の向上を図り得る。
【0110】また、実施例1〜11及び比較例1によっ
て製造された固体ポリマーアロイ電解質の接着力及び機
械的強度を測定した。即ち、ASTM D82−88の
規定に従い Instron社のUTM装備を利用して引張降伏
強度を測定した。その結果、従来のPAN系固体高分子
電解質の引張降伏強度が約300 kgf/cm2 に止まるの
に対し、本発明に係る固体高分子電解質は、約300〜
400 kgf/cm2 の範囲の引張降伏強度を示し、機械的
強度が従来の電解質に比べ10〜30%程度向上したこ
とが分かった。
【0111】次に、比較例によって製造された固体高分
子電解質は、接着力に優れているが、その程度が過度で
あるため、取り扱いが難しく、機械的強度が弱くて電池
製造上の問題点を抱えるものであって、特に、量産に不
適当であると判断された。これに対し、本発明に係る固
体ポリマーアロイ電解質は、電極と交互に積層すると
き、分離されず、一体化に適当な接着力を有すると共
に、手で引っ張っても裂けないほどの機械的強度を有す
るものであって、電池の製造が容易で、後述するが、前
記電解質を利用した電極の性能も優秀であるため、リチ
ウム(イオン)高分子電池用固体高分子電解質に好適で
あると確認された。
【0112】更に、図2〜図4は、実施例1及び3によ
って製造された固体ポリマーアロイ電解質に対し、X−
線回折分析(XRD)、示差走査熱量分析(DSC)及
び光学顕微鏡分析を行った結果を示した図面である。そ
れらの図より、XDCの結果、本発明に係る固体ポリマ
ーアロイ電解質は典型的な非晶質状であることが確認さ
れ、DCSの結果、混合された高分子はお互いに溶解さ
れて均質状に存在することが確認された。また、光学顕
微鏡により観察した結果、相が非常に透明で分離相が現
れないことから非晶質状であり、互換性のある均質状で
あることが確認された。
【0113】このような結果より、本発明では、従来の
固体ポリマーアロイ電解質に比べ、イオン伝導度、有機
溶媒電解質との互換性及び機械的強度などの性能が著し
く向上した互換性のある均質状の固体ポリマーアロイ電
解質が得られることが分かる。
【0114】以下、本発明に係る固体ポリマーアロイ電
解質を利用して製造されたリチウム(イオン)高分子電
池の特性を比較例と比較して説明する。図6は、実施例
1〜11及び比較例1によって製造されたリチウム(イ
オン)高分子電池の充放電特性を示したグラフであり、
これらの特性は、C/3定電流及び4.2V定電圧によ
り充電し、C/3定電流に放電することにより測定し
た。図6のグラフより、本発明の実施例に係るリチウム
(イオン)高分子電池の放電容量及びサイクル特性が比
較例のリチウム(イオン)高分子電池の充放電容量及び
サイクル特性よりも極めて優れているため、電極の容量
及び電池の寿命が向上したことが分かる。
【0115】図7(a)(b)は、リチウム(イオン)
高分子電池の低温及び高温特性を示したグラフであり、
これら特性は、実施例10及び比較例1によって製造さ
れたリチウム(イオン)高分子電池をC/2定電流及び
4.2V定電圧に充電し、C/5定電流に放電すること
により測定した。図7のグラフより、本発明の実施例に
係るリチウムイオン高分子電池の低温及び高温特性(図
7(a))が、比較例のリチウム高分子電池の場合(図
7(b))よりも極めて優秀であることが分かる。特
に、本発明に係るリチウム高分子電池は、90℃以上の
高温下で常温と同様な性能を発揮し、−10℃の温度下
でも常温の約85%に相当する性能を発揮するのに対
し、比較例の電池は、常温での性能に比べ、90℃及び
−10℃下でそれぞれ90%及び65%の低い性能しか
発揮しない。
【0116】図8(a)(b)は、リチウム(イオン)
高分子電池の高率放電特性を示したグラフで、これら特
性は、実施例10及び比較例1によって製造されたリチ
ウム(イオン)高分子電池を、C/2の定電流及び4.
2Vの定電圧に充電し、C/5,C/2,1C及び2C
の定電流に変換させて放電することにより測定した。図
8のグラフより、本発明の実施例に係るリチウム(イオ
ン)高分子電池(図8(a))は、0.2Cの放電に較
べて、1C及び2Cの放電の際、それぞれ92%及び8
0%の容量を示すが、比較例の電池(図8(b))は、
0.2Cの放電の際に較べて、1C及び2Cの放電の
際、それぞれ87%及び56%の容量を示すため、本発
明の実施例に係るリチウムイオン高分子電池の高率放電
の特性が、比較例のリチウム高分子電池の場合よりも優
秀であることが分かる。
【0117】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る均質
状の固体ポリマーアロイ電解質及びその製造方法、それ
を利用した複合電極、並びにリチウム高分子電池及びリ
チウムイオン高分子電池並びにそれらの製造方法におい
ては、必要な機能を有する複数の高分子を適宜に混合し
て、従来の固体ポリマーアロイ電解質よりもイオン伝導
度、有機溶媒との互換性及び機械的強度に優れた均質状
の固体ポリマーアロイ電解質を製造し、該均質状の固体
ポリマーアロイ電解質を利用して複合アノード/カソー
ドを製造した後、前記固体ポリマーアロイ電解質と複合
アノード/カソードを交互に積層するか、又は、従来の
リチウムイオン電池のアノードカソードと前記固体ポリ
マーアロイ電解質とを交互に積層して、リチウム(イオ
ン)高分子を製造すると、電池の接着力及び機械的安定
性が優秀で、低温及び高温特性、高率放電特性、並びに
電池の容量及び寿命などのような電池性能に優れたリチ
ウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電池を製造し
得るため、各種小型電子機器、通信機器及び電気自動車
の電源用などの多様な産業分野で応用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例、及び比較例に係る均質状の固
体ポリマーアロイ電解質のイオン伝導度を示したグラフ
である。
【図2】本発明の実施例1に係る均質状の固体ポリマー
アロイ電解質に対するX−線回折試験の結果を示したグ
ラフである。
【図3】本発明の実施例1に係る均質状の固体ポリマー
アロイ電解質に対する示差走査熱量分析試験の結果を示
したグラフである。
【図4】本発明の実施例1に係る均質状の固体ポリマー
アロイ電解質のポリマーアロイ組織の光学顕微鏡写真で
ある。
【図5】(a)〜(c)は本発明に係るリチウム(イオ
ン)高分子電池の各種製造方法を示した図面で、(a)
は、ラミネーション工程を施し固体ポリマーアロイ電解
質/アノード/固体ポリマーアロイ電解質からなる構造
物を形成してカソードと交互に積層する方法を示した工
程説明図、(b)は、アノード/固体ポリマーアロイ電
解質からなる構造物と、カソード/固体ポリマーアロイ
電解質からなる構造物と、を形成し、それらの構造物を
交互に積層する方法を示した工程説明図、(c)は、カ
ソード/固体ポリマーアロイ電解質/アノード/固体ポ
リマーアロイ電解質/カソードからなる構造物を形成し
て、それを交互に積層する方法を示した工程説明図であ
る。
【図6】本発明に係るリチウム(イオン)高分子電池の
電極容量及び寿命に対する試験の結果を示したグラフで
ある。
【図7】本発明に係るリチウム(イオン)高分子電池
(a)及び比較例の電池(b)の低温及び高温特性に対
する試験の結果を示したグラフである。
【図8】本発明に係るリチウム(イオン)高分子電池
(a)及び比較例の電池(b)の高率放電特性に対する
試験の結果を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チョ ビュン ウォン 大韓民国,ソウル,セオデモーン−ク,ホ ンゲウン 3−ドン,338−81,ジュンガ ン ビラ 102 (72)発明者 チョ ウォン イル 大韓民国,ソウル,ノウォン−ク,コンレ ウン 2−ドン,230,ヒュンデ アパー ト 7−102 (72)発明者 パイク チ フン 大韓民国,ソウル,スンボク−ク,ハウォ ルゴク−ドン,39−1,ケーアイエスティ ー アパート 21 (72)発明者 キム ヒュン スン 大韓民国,ソウル,カンボク−ク,ブン− ドン,242,ジュゴン アパート 112− 110 (72)発明者 キム ウン セク 大韓民国,ソウル,クワナク−ク,シンリ ム 5−ドン,1418−21

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接着力及びイオン伝導度に優れたポリア
    クリロニトリル(PAN)系固体高分子及びポリメチル
    メタクリレート(PMMA)系固体高分子から選択され
    たいずれか1つの機能−I固体高分子5〜90重量%
    と、 有機溶媒電解質との互換性に優れたポリフッ化ビニリデ
    ン(PVdF)系固体高分子及びポリメチルメタクリレ
    ート(PMMA)系高分子から選択されたいずれか1つ
    の機能−II固体高分子5〜80重量%と、 機械的強度に優れたポリ塩化ビニル(PVC)系固体高
    分子及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)系固体高分
    子から選択されたいずれか1つの機能−III 固体高分子
    5〜80重量%と、を含有する、全体で100重量%の
    混合物からなることを特徴とする固体ポリマーアロイ電
    解質。
  2. 【請求項2】 前記PAN系固体高分子は、ポリアクリ
    ロニトリル及びポリ(アクリロニトリル−メチルアクリ
    レート)コポリマーの何れか一つであり、前記PMMA
    系固体高分子は、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ
    (メチルメタクリレート−コ−メチルアクリレート)及
    びポリ(メチルメタクリレート−コ−メタクリル酸)の
    何れか一つであり、前記PVdF系固体高分子は、ポリ
    フッ化ビニリデン及びポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサ
    フルオロプロピレン)コポリマーの何れか一つであり、
    前記PVC系固体高分子は、ポリ塩化ビニル及びポリ
    (塩化ビニリデン−コ−アクリロニトリル)の何れか一
    つであることを特徴とする請求項1に記載の固体ポリマ
    ーアロイ電解質。
  3. 【請求項3】 接着力を向上するためには、PAN系又
    はPMMA系固体高分子の比率を高くし、有機溶媒電解
    質との互換性を向上するためには、PMMA系又はPV
    dF系固体高分子の比率を高くし、機械的強度を向上す
    るためには、PVdF系又はPVC系固体高分子の比率
    を高くしてなることを特徴とする請求項1又は2に記載
    の固体ポリマーアロイ電解質。
  4. 【請求項4】 前記固体ポリマーアロイ電解質は、可塑
    剤、有機溶媒電解質及びSiO2 の何れか一つ以上を更
    に含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
    記載の固体ポリマーアロイ電解質。
  5. 【請求項5】 前記可塑剤は、ジメチルアセトアミド
    (DMA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DM
    F)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチレン(E
    C)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸プロピレン
    (PC)及びアセトニトリル(AN)から選択された何
    れか一つ以上の成分からなり、該可塑剤の添加量は、重
    量比として請求項1に具体的に記載された固体ポリマー
    アロイ電解質の合計重量の1〜5倍であることを特徴と
    する請求項4に記載の固体ポリマーアロイ電解質。
  6. 【請求項6】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が溶
    解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DMC)
    溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸ジエ
    チル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解された
    炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)溶液
    並びにそれらの溶液に低温特性を向上させるための酢酸
    メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸エ
    チル(EA)及びプロピオン酸エチル(EP)の何れか
    一つ以上の成分を加えた溶液、から選択された何れか一
    つ又は二つ以上の混合物からなり、該有機溶媒電解質の
    添加量は請求項1に具体的に記載された固体ポリマーア
    ロイ電解質の合計重量の1〜5倍であることを特徴とす
    る請求項4又は5に記載の固体ポリマーアロイ電解質。
  7. 【請求項7】 前記二酸化硅素(SiO2 )は、前記固
    体ポリマーアロイ電解質の機械的強度及びイオン伝導度
    を向上させるために添加され、添加量は、請求項1に具
    体的に記載された固体ポリマーアロイ電解質の合計重量
    の約0〜20重量%であることを特徴とする請求項4〜
    6のいずれかに記載の固体ポリマーアロイ電解質。
  8. 【請求項8】 接着力及びイオン伝導度に優れたPAN
    系固体高分子及びPMMA系固体高分子から選択された
    いずれか1つの機能−I固体高分子の5〜90重量%
    と、有機溶媒電解質との互換性に優れたPVdF系固体
    高分子及びPMMA系固体高分子から選択されたいずれ
    か1つの機能−II固体高分子の5〜80重量%と、機械
    的強度に優れたPVC系固体高分子及び前記PVdF系
    固体高分子から選択されたいずれか1つの機能−III 固
    体高分子の5〜80重量%とからなる固体高分子混合物
    100重量%と、 前記固体高分子混合物の重量の1〜5倍の可塑剤と、 前記固体高分子混合物の重量の1〜5倍の有機溶媒電解
    質と、 前記固体高分子混合物の重量の0〜20重量%のSiO
    2 と、を所定時間の間、混合する段階と、 前記段階にて混合された混合物を110〜180℃まで
    加熱し、10〜120分間高分子ブレンディングを施し
    て固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスを形成する
    段階と、 前記固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスをキャス
    ティングする段階と、を順次行うことを特徴とする固体
    ポリマーアロイ電解質の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記PAN系固体高分子は、ポリアクリ
    ロニトリル及びポリ(アクリロニトリル−メチルアクリ
    レート)コポリマーの何れか一つであり、前記PMMA
    系固体高分子は、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ
    (メチルメタクリレート−コ−メチルアクリレート)及
    びポリ(メチルメタクリレート−コ−メタクリル酸)の
    何れか一つで、前記PVdF系固体高分子は、ポリフッ
    化ビニリデン及びポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサフル
    オロプロピレン)コポリマーの何れか一つであり、前記
    PVC系固体高分子は、ポリ塩化ビニル、ポリ(塩化ビ
    ニリデン−コ−アクリロニトリル)の何れか一つである
    ことを特徴とする請求項8記載の固体ポリマーアロイ電
    解質の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記可塑剤は、ジメチルアセトアミド
    (DMA)、N,N−ジメチルホルムアミド(N,N−
    DMF)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチレン(E
    C)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸プロピレン
    (PC)及びアセトニトリル(AN)の中から選択され
    た何れか一つ以上の成分からなることを特徴とする請求
    項8又は請求項9に記載の固体ポリマーアロイ電解質の
    製造方法。
  11. 【請求項11】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が
    溶解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DM
    C)溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸
    ジエチル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解さ
    れた炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)
    溶液並びにそれらの溶液に低温特性を向上させるための
    酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢
    酸エチル(EA)、プロピオン酸エチル(EP)の何れ
    か一つ以上の成分を加えた溶液、から選択された何れか
    一つ又は二つ以上の混合物からなることを特徴とする請
    求項8〜10のいずれかに記載の固体ポリマーアロイ電
    解質の製造方法。
  12. 【請求項12】 25〜35重量%のアノード活物質、
    0.5〜2重量%の導電材、15〜25重量%の請求項
    1〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質及
    びその残り重量%の可塑剤を混合した後、110〜18
    0℃で10分〜2時間の間加熱する工程と、 固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスが充分に形成
    され、蜂蜜と同様なほどの粘度が得られると、ダイキャ
    スティング又はドクターブレイド方法を施して銅グリッ
    ドの両面にキャスティングする工程と、 乾燥及び圧延を施す工程と、を順次行うことを特徴とす
    る複合アノードの製造方法。
  13. 【請求項13】 前記アノード活物質は、黒鉛、コーク
    ス、ハードカーボン、錫酸化物及びそれらの物質をリチ
    ウム化したものから選択された何れか一つ以上の物質か
    らなることを特徴とする請求項12に記載の複合アノー
    ドの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記導電材は、アセチレン及び黒鉛の
    何れか一つ又はそれらの混合物からなることを特徴とす
    る請求項12又は13に記載の複合アノードの製造方
    法。
  15. 【請求項15】 前記可塑剤は、ジメチルアセトアミド
    (DMA)、N,N−ジメチルホルムアミド(N,N−
    DMF)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチレン(E
    C)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸プロピレン
    (PC)及びアセトニトリル(AN)の何れか一つ以上
    の成分からなることを特徴とする請求項12〜14のい
    ずれかに記載の複合アノードの製造方法。
  16. 【請求項16】 25〜35重量%のアノード活物質、
    0.5〜2重量%の導電材、15〜25重量%の請求項
    1〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質及
    びその残り重量%の可塑剤を混合した後、100〜18
    0℃で10分〜2時間の間加熱する工程と、 固体ポリマーアロイ電解質のマトリックスが充分に形成
    され、蜂蜜と同様なほどの粘度が得られると、ダイキャ
    スティング又はドクターブレイド方法を施してアルミニ
    ウムグリッドの両面にキャスティングする工程と、 乾燥及び圧延を施す工程と、を順次行うことを特徴とす
    る複合カソードの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記カソード活物質は、LiCo
    2 ,LiMn2 4 ,LiNiO2 ,V2 5 及びV
    6 13の何れか一つ以上の物質からなることを特徴とす
    る請求項16に記載の複合カソードの製造方法。
  18. 【請求項18】 前記導電材は、アセチレン及び黒鉛の
    何れか一つ又はそれらの混合物からなることを特徴とす
    る請求項16又は17に記載の複合カソードの製造方
    法。
  19. 【請求項19】 前記可塑剤は、ジメチルアセトアミド
    (DMA)、N,N−ジメチルホルムアミド(N,N−
    DMF)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチレン(E
    C)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸プロピレン
    (PC)及びアセトニトリル(AN)の何れか一つ以上
    の成分からなることを特徴とする請求項16〜18のい
    ずれかに記載の複合カソードの製造方法。
  20. 【請求項20】 請求項12〜15の何れか一項に係る
    方法で製造されうる複合アノード/請求項1〜7の何れ
    か一項に係る固体ポリマーアロイ電解質/請求項16〜
    19の何れか一項に係る方法で製造されうる複合カソー
    ド/請求項1〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロ
    イ電解質/請求項12〜15の何れか一項に係る方法で
    製造されうる複合アノードの順に順次積層された積層体
    と、前記積層体の両端にあるアノードとカソードに夫々
    連結された端子と、前記積層体を囲んで密封された電池
    ケースとからなることを特徴とするリチウム高分子電
    池。
  21. 【請求項21】 リチウム及びリチウム合金の何れか一
    つからなるアノード/請求項1〜7の何れか一項に係る
    固体ポリマーアロイ電解質/請求項16〜19の何れか
    一項に係る方法で製造されうる複合カソード/請求項1
    〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質/リ
    チウム及びリチウム合金の何れか一つからなるアノード
    の順に順次積層された積層体と、前記積層体の両端にあ
    るアノードとカソードに夫々連結された端子と、前記積
    層体を囲んで密封された電池ケースとからなることを特
    徴とするリチウム高分子電池。
  22. 【請求項22】 ラミネーション(Lamination)工程に
    より、リチウム、リチウム合金及び請求項12〜15の
    いずれかに係る方法で製造されうる複合アノードの何れ
    か一つ以上からなるアノードの両面に請求項1〜7の何
    れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質を接合させ
    て、固体ポリマーアロイ電解質/アノード/固体ポリマ
    ーアロイ電解質の構造物を形成し、該構造物を所定の大
    きさに切断する工程と、 前記構造物の大きさよりもやや小さく切断されたカソー
    ドと、前記工程で形成された構造物とを交互に複数回積
    層して積層体を形成する工程と、 前記積層体の両端にあるアノードとカソードに夫々端子
    を連結し電池ケースに挿入する工程と、を順次行うこと
    を特徴とするリチウム高分子電池の製造方法。
  23. 【請求項23】 ラミネーション工程により、リチウ
    ム、リチウム合金及び請求項12〜15に係る方法で製
    造されうる複合アノードの何れか一つ以上からなるアノ
    ードの一面に請求項1〜7の何れか一項に係る固体ポリ
    マーアロイ電解質を接合させて、アノード/固体ポリマ
    ーアロイ電解質の構造物を形成し、該構造物を所定の大
    きさに切断する工程と、 ラミネーション工程により、請求項16〜19の何れか
    一項に係る方法で製造されうる複合カソードの一面に請
    求項1〜7中の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電
    解質を接合させて、カソード/固体ポリマーアロイ電解
    質の構造物を形成し、該構造物を前記工程と同様な所定
    の大きさに切断する工程と、 前記カソード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物と、
    アノード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物とを交互
    に複数回積層して積層体を形成する工程と、 該積層体の両端にあるアノードとカソードに夫々端子を
    連結し電池ケースに挿入する工程と、を順次行うことを
    特徴とするリチウム高分子電池の製造方法。
  24. 【請求項24】 リチウム、リチウム合金及び請求項1
    2〜15の何れか一つに係る方法で製造されうる複合ア
    ノードの何れか一つ以上からなるアノードの両面に請求
    項1〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質
    を接合させた後、該固体ポリマーアロイ電解質の両面
    に、請求項16〜19の何れか一つに係る方法で製造さ
    れうる複合カソードを夫々配置し、ラミネーション工程
    によりカソード/電解質/アノード/電解質/カソード
    の構造物を形成し該構造物を所定の大きさに切断する工
    程と、 前記切断された構造物を交互に複数回積層して積層体を
    形成する工程と、 該積層体の両端にあるアノードとカソードに夫々端子を
    連結し電池ケースに挿入する工程と、を順次行うことを
    特徴とするリチウム高分子電池の製造方法。
  25. 【請求項25】 従来のリチウムイオン電池用アノード
    /カソードを利用して、アノード/請求項1〜7の何れ
    か一項に係る固体ポリマーアロイ電解質/カソード/請
    求項1〜7の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解
    質/アノードの順に順次複数回積層された積層体と、前
    記積層体の両端にあるアノードとカソードにそれぞれ連
    結された端子と、前記積層体を囲んで密封された電池ケ
    ースと、前記積層体に注入される有機溶媒電解質とから
    なることを特徴とするリチウムイオン高分子電池。
  26. 【請求項26】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が
    溶解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DM
    C)溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸
    ジエチル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解さ
    れた炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)
    溶液並びにそれらの溶液に低温特性を向上させるための
    酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢
    酸エチル(EA)、プロピオン酸エチル(EP)の何れ
    か一つ以上の成分を加えた溶液、から選択された何れか
    一つの電解質からなることを特徴とする請求項25に記
    載のリチウムイオン高分子電池。
  27. 【請求項27】 ラミネーション工程により、アノード
    の両面に請求項1〜7の何れか一項に係る固体ポリマー
    アロイ電解質を接合し固体ポリマーアロイ電解質/アノ
    ード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物を形成し、該
    構造物を所定の大きさに切断する工程と、 該切断された構造物と、それらの構造物よりも少し小さ
    く切断されたカソードと、を交互に複数回積層して積層
    体を形成する工程と、 該積層体のアノード及びカソードの夫々に端子を連結し
    電池ケースに挿入する工程と、 前記積層体に有機溶媒電解質を注入して真空密封する工
    程と、を順次行うことを特徴とするリチウムイオン高分
    子電池の製造方法。
  28. 【請求項28】 前記有機溶媒電解質の注入は、真空密
    封工程でなく積層体の形成工程で行われることを特徴と
    する請求項27に記載のリチウムイオン高分子電池の製
    造方法。
  29. 【請求項29】 前記アノードは、黒鉛、コークス、ハ
    ードカーボン及び錫酸化物と、それらをリチウム化した
    物質と、リチウム及びリチウム合金とから選択された何
    れか一つ以上の物質を有し、前記カソードは、LiCo
    2 ,LiMn2 4 ,LiNiO2 ,V2 5 及びV
    6 13の何れか一つ以上の物質を有することを特徴とす
    る請求項27又は28に記載のリチウムイオン高分子電
    池の製造方法。
  30. 【請求項30】 前記カソード及びアノードはグリッド
    を有し、このグリッドは、薄板(plate )、気孔が穿孔
    形成された薄板(Punched plate )及び拡張された薄板
    (extended plate)の中から選択された何れか一つ以上
    の薄板からなることを特徴とする請求項27〜29のい
    ずれかに記載のリチウムイオン高分子電池の製造方法。
  31. 【請求項31】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が
    溶解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DM
    C)溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸
    ジエチル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解さ
    れた炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)
    溶液並びにそれらの溶液に低温特性を向上させるための
    酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢
    酸エチル(EA)、プロピオン酸エチル(EP)の何れ
    か一つ以上の成分を加えた溶液、から選択された何れか
    一つ以上の物質からなることを特徴とする請求項27〜
    30のいずれかに記載のリチウムイオン高分子電池の製
    造方法。
  32. 【請求項32】 ラミネーション工程により、アノード
    の一面に請求項1〜7の何れか一項に係る固体ポリマー
    アロイ電解質を接合しアノード/固体ポリマーアロイ電
    解質の構造物を形成し、該構造物を所定の大きさに切断
    する工程と、 ラミネーション工程により、カソードの一面に請求項1
    〜7中の何れか一項に係る固体ポリマーアロイ電解質を
    接合しカソード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物を
    形成し、該構造物を所定の大きさに切断する工程と、 前記カソード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物と、
    アノード/固体ポリマーアロイ電解質の構造物と、を交
    互に複数回積層して積層体を形成する工程と、該積層体
    のアノード及びカソードに夫々端子を連結し電池ケース
    に挿入する工程と、 前記積層体に有機溶媒電解質を注入して真空密封する工
    程と、を順次行うことを特徴とするリチウムイオン高分
    子電池の製造方法。
  33. 【請求項33】 前記有機溶媒電解質の注入は、真空密
    封工程でなく積層体の形成工程で行われることを特徴と
    する請求項32に記載のリチウムイオン高分子電池の製
    造方法。
  34. 【請求項34】 前記アノードは、黒鉛、コークス、ハ
    ードカーボン及び錫酸化物と、それらをリチウム化した
    物質と、リチウム及びリチウム合金とから選択された何
    れか一つ以上の物質を有し、前記カソードは、LiCo
    2 ,LiMn2 4 ,LiNiO2 ,V2 5 及びV
    6 13の何れか一つ以上の物質を有することを特徴とす
    る請求項32又は33に記載のリチウムイオン高分子電
    池の製造方法。
  35. 【請求項35】 前記カソード及びアノードはグリッド
    を有し、このグリッドは、薄板(plate )、気孔が穿孔
    形成された薄板(Punched plate )及び拡張された薄板
    (extended plate)の中から選択された何れか一つ以上
    の薄板からなることを特徴とする請求項32〜34のい
    ずれかに記載のリチウムイオン高分子電池の製造方法。
  36. 【請求項36】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が
    溶解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DM
    C)溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸
    ジエチル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解さ
    れた炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)
    溶液と、それらの溶液に低温特性を向上させるための酢
    酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢酸
    エチル(EA)、プロピオン酸エチル(EP)の何れか
    一つ以上の成分を加えた溶液と、から選択された何れか
    一つの電解質からなることを特徴とする請求項32〜3
    5のいずれかに記載のリチウムイオン高分子電池の製造
    方法。
  37. 【請求項37】 アノードの両面に請求項1〜7の何れ
    か一項に係る固体ポリマーアロイ電解質を接合し、該固
    体ポリマーアロイ電解質の両面にカソードを配置した
    後、ラミネーション工程により、カソード/固体ポリマ
    ーアロイ電解質/アノード/固体ポリマーアロイ電解質
    /アノードの構造物を形成し、該構造物を所定の大きさ
    に切断する工程と、 前記工程で切断された構造物を交互に複数回積層して積
    層体を形成する工程と、 該積層体のアノード/カソードに夫々端子を連結し電池
    ケースに挿入する工程と、 前記積層体に有機溶媒電解質を注入して真空密封する工
    程と、を順次行うことを特徴とするリチウムイオン高分
    子電池の製造方法。
  38. 【請求項38】 前記有機溶媒電解質の注入は、真空密
    封段階ではなく積層体の形成段階で行われることを特徴
    とする請求項37記載のリチウムイオン高分子電池の製
    造方法。
  39. 【請求項39】 前記アノードは、黒鉛、コークス、ハ
    ードカーボン及び錫酸化物と、それらをリチウム化した
    物質と、リチウム及びリチウム合金とから選択された何
    れか一つ以上の物質を有し、前記カソードは、LiCo
    2 ,LiMn2 4 ,LiNiO2 ,V2 5 及びV
    6 13の何れか一つ以上の物質を有することを特徴とす
    る請求項37又は38記載のリチウムイオン高分子電池
    の製造方法。
  40. 【請求項40】 前記カソード及びアノードはグリッド
    を有し、このグリッドは、薄板(plate )、気孔が穿孔
    形成された薄板(Punched plate )及び拡張された薄板
    (extended plate)から選択された何れか一つ以上の薄
    板からなることを特徴とする請求項37〜39のいずれ
    かに記載のリチウムイオン高分子電池の製造方法。
  41. 【請求項41】 前記有機溶媒電解質は、リチウム塩が
    溶解された炭酸エチレン−炭酸ジメチル(EC−DM
    C)溶液、リチウム塩が溶解された炭酸エチレン−炭酸
    ジエチル(EC−DEC)溶液及びリチウム塩が溶解さ
    れた炭酸エチレン−炭酸エチルメチル(EC−EMC)
    溶液並びにそれらの溶液に低温特性を向上させるための
    酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)、酢
    酸エチル(EA)、プロピオン酸エチル(EP)の何れ
    か一つ以上の成分を加えた溶液、から選択された何れか
    一つの物質からなることを特徴とする請求項37〜40
    のいずれかに記載のリチウムイオン高分子電池の製造方
    法。
JP11046527A 1998-09-10 1999-02-24 均質状の固体ポリマーアロイ電解質及びその製造方法、それを利用した複合電極、並びにリチウム高分子電池及びリチウムイオン高分子電池並びにそれらの製造方法 Expired - Fee Related JP3085532B2 (ja)

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