JP2000123633A - Solid electrolyte and electrochemical device using it - Google Patents

Solid electrolyte and electrochemical device using it

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JP2000123633A JP10315392A JP31539298A JP2000123633A JP 2000123633 A JP2000123633 A JP 2000123633A JP 10315392 A JP10315392 A JP 10315392A JP 31539298 A JP31539298 A JP 31539298A JP 2000123633 A JP2000123633 A JP 2000123633A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device with excellent discharge characteristics, excellent high temperature characteristics, and capable of realizing a thin and large area by including electrochemically inactive, inorganic particles, a polymer, and an electrolyte, and specifying the weight ratio of the inorganic particles and the polymer in a specified range. SOLUTION: A solid electrolyte is preferable to have a weight ratio of inorganic particles and a polymer of 55:45 to 99:10, and an average particle size of inorganic particles of 0.2-5 μm. The solid electrolyte has ionic conductivity similar to a gel electrolyte using a PVDF family copolymer, high characteristics, especially has excellent rate characteristics, and less drop in discharge capacity even in high rate discharge current. Compared with the gel electrolyte using PVDF family copolymer, strength is high, and forming of a thin film is made possible. The film thickness of the solid electrolyte is possible to make 60 μm, especially 15 μm or lower. Since the solid electrolyte does not deform, short circuit between a positive electrode and a negative electrode can be prevented. Storage characteristics are excellent at high temperature near 80 deg.C, capacity deterioration is very low, the generation of internal short circuit is decreased, and charge/discharge characteristics at high temperature are enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電池、キャパシ
タ、ディスプレイ、センサー等の電気化学デバイスに好
適に用いられる固体電解質と、この固体電解質を用いた
電気化学デバイスに関する。
The present invention relates to a solid electrolyte suitably used for an electrochemical device such as a battery, a capacitor, a display, a sensor, and the like, and an electrochemical device using the solid electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、様々な形の電池が、エレクトロニ
クスの分野から自動車用途、あるいは電力貯蔵を意図し
た大型電池まで広く利用されている。
2. Description of the Related Art At present, various types of batteries are widely used from the field of electronics to automotive applications or large batteries intended for power storage.

【0003】通常、このような電池の電解質には液体が
用いられているが、電解質を固体状にできれば、液漏れ
の防止やシート構造化が可能となる。このため、固体電
解質を利用する電池は、次世代タイプの電池として注目
を集めている。特に、現在、ノート型パソコン、携帯電
話等での利用が急速に広まっているリチウムイオン2次
電池等をシート化あるいは積層小型化することができれ
ば、さらに応用範囲が広がるものと期待されている。
[0003] Usually, a liquid is used as the electrolyte of such a battery, but if the electrolyte can be made solid, it is possible to prevent liquid leakage and to form a sheet. For this reason, batteries using solid electrolytes have attracted attention as next-generation batteries. In particular, if a lithium-ion secondary battery or the like, which has been rapidly used in notebook personal computers, mobile phones, and the like, can be made into a sheet or stacked in a smaller size, it is expected that the range of application will be further expanded.

【0004】こうした固体状の電解質を用いる場合、セ
ラミックス材料、高分子材料、あるいは、それらを複合
化した材料が提案されている。中でも、高分子電解質と
電解液等とを用い、可塑化したゲル電解質は、液体系の
高導電率と高分子系のプラスチック性とを兼ね備えてお
り、電解質開発の上で有望視されている。
When such a solid electrolyte is used, a ceramic material, a polymer material, or a composite material thereof has been proposed. Above all, a gel electrolyte plasticized by using a polymer electrolyte and an electrolyte solution has both high liquid-based electrical conductivity and high polymer-based plasticity, and is considered promising in electrolyte development.

【0005】また、このような固体電解質を用いた電池
の長所の一つとして、薄型大面積化、すなわちシート状
形態化を可能にする点がある。これにより、さらに応用
用途の展開が加速される。
One of the advantages of a battery using such a solid electrolyte is that the battery can be made thinner and larger, that is, formed into a sheet. This further accelerates the development of applied applications.

【0006】ところで、ゲル状の高分子固体電解質(ゲ
ル電解質)を電池に利用した例は、すでに米国特許第
3,985,574号明細書に開示されている。その中
で、過塩素酸アンモニウム等の支持電解質と、プロピレ
ン・カーボネート等の溶媒とを取り込んでゲル化したポ
リアセタールを、セパレータや正極に用いる例が示され
ており、負極にはリチウムを用いて電池を構成してい
る。
[0006] An example in which a gel polymer solid electrolyte (gel electrolyte) is used in a battery is already disclosed in US Pat. No. 3,985,574. Among them, an example is shown in which a supporting electrolyte such as ammonium perchlorate and a solvent such as propylene carbonate are taken and gelled polyacetal is used for a separator and a positive electrode. Is composed.

【0007】また、米国特許第5,296,318号明
細書、同5,418,091号明細書では、フッ化ビニ
リデン(VDF)と8〜25重量%の6フッ化プロピレ
ン(HFP)の共重合体〔P(VDF−HFP)〕に、
リチウム塩が溶解した溶液が20〜70重量%含まれて
いるゲル電解質と、これを用いたリチウム・インターカ
レーション電池が開示されている。この電池は、従来の
ゲル電解質を用いた電池に比べて、イオン伝導度、放電
特性に優れており、特にレート特性が優れている。つま
り、放電電流を大きくしても放電容量があまり低下しな
い。
In US Pat. Nos. 5,296,318 and 5,418,091, there is disclosed a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and 8 to 25% by weight of propylene hexafluoride (HFP). Polymer [P (VDF-HFP)]
A gel electrolyte containing 20 to 70% by weight of a solution in which a lithium salt is dissolved and a lithium intercalation battery using the same are disclosed. This battery has excellent ionic conductivity and discharge characteristics, and particularly excellent rate characteristics, as compared with a battery using a conventional gel electrolyte. That is, even if the discharge current is increased, the discharge capacity does not decrease so much.

【0008】しかしながら、このようなVDF−HFP
共重合体等のPVDF系コポリマーを用いたゲル電解質
は優れた特性を有するものの、以下のような問題があ
る。
However, such a VDF-HFP
Although a gel electrolyte using a PVDF-based copolymer such as a copolymer has excellent characteristics, it has the following problems.

【0009】まず、PVDF系コポリマーは、コポリマ
ー化して結晶化度を低下しているいるため、電解液によ
り膨潤しやすく、高特性が得られる反面、例えば同じP
VDF系ホモポリマーと比べて変形しやすく、強度も弱
くなっている。これは、材料の本質的な性質に起因する
と考えられる。その結果として、実用上使用可能な膜厚
としては60μm 以上となる。前述の米国特許第5,2
96,318号明細書、同5,418,091号明細書
では、膜厚を50μm としているが、この膜厚では十分
な強度が得られず、正極と負極とが短絡しやすく、実用
的ではない。そのため、従来の溶液系のリチウムイオン
電池において使用されているセパレータが通常25μm
であること比べて、膜厚の点で不利であり、薄膜化とい
う点において、固体電解質を用いた電池としての特徴を
活かすまでには至っていない。
First, the PVDF copolymer is copolymerized and has a reduced crystallinity, so that it is easily swelled by an electrolytic solution and high characteristics can be obtained.
It is easier to deform and has lower strength than VDF homopolymer. This is believed to be due to the intrinsic properties of the material. As a result, a practically usable film thickness is 60 μm or more. The aforementioned U.S. Pat.
In JP-A-96,318 and JP-A-5,418,091, the film thickness is set to 50 μm. However, sufficient strength cannot be obtained with this film thickness, and the positive electrode and the negative electrode are easily short-circuited. Absent. Therefore, the separator used in the conventional solution-based lithium ion battery is usually 25 μm
However, it is disadvantageous in terms of film thickness, and it has not been possible to make full use of the characteristics of a battery using a solid electrolyte in terms of thinning.

【0010】さらには、強度が弱く、やわらかいため
に、正極と負極とが短絡しやすい。例えば、集電体とし
てエキスパンドメタルを用いる場合、電極部にエキスパ
ンドメタルが食い込むためにそれに対応してPVDF系
コポリマー電解質部分も局所的に薄くなる部分があり、
正極と負極とが短絡しやすくなって電池作製上の大きな
障害となっている。
Furthermore, since the strength is weak and soft, the positive electrode and the negative electrode are easily short-circuited. For example, when an expanded metal is used as the current collector, there is a portion where the PVDF-based copolymer electrolyte portion is locally thinned correspondingly because the expanded metal bites into the electrode portion,
The positive electrode and the negative electrode are easily short-circuited, which is a major obstacle in battery production.

【0011】また、PVDF系コポリマーは、HFPが
PVDFの結晶化度を低下しているため、耐薬品性の低
下、融点の低下という欠点がある。例えば、エルフ・ア
トケム社製PVDF(ホモポリマー、商品名KYNAR
700番シリーズ)の融点は170℃に対し、同じくエ
ルフ・アトケム社製VDF−HFP共重合体、例えばK
YNAR2801の融点は145℃である。耐薬品性の
低下は電池の電解液にも溶解しやすくなるということで
あり、電解液を含浸させたPVDF系コポリマーを高温
下に保存したところ、ホモポリマーとは異なり、電解液
に溶解してしまう。このようなVDF−HFP共重合体
をリチウムイオン2次電池や電気2重層キャパシタ等の
電気化学デバイスに使用した場合、電極・集電体等との
密着性等に問題を生じる。例えば、前記VDF−HFP
共重合体を電池に用いた場合、電池の保存特性が劣化す
る。電池を室温あるいは高温(40℃、60℃、80
℃、100℃)で保存した場合、容量劣化が起き、さら
には内部ショートが発生することも多々ある。また、融
点の低下によって、高温での使用が制限されたり、上記
のように高温保存特性が悪くなる。
[0011] In addition, the PVDF copolymer has a drawback that HFP lowers the crystallinity of PVDF, so that the chemical resistance is lowered and the melting point is lowered. For example, PVDF (homopolymer, trade name KYNAR, manufactured by Elf Atchem)
700 series) has a melting point of 170 ° C. and a VDF-HFP copolymer also manufactured by Elf Atochem, for example, K
The melting point of YNAR2801 is 145 ° C. The decrease in chemical resistance means that the PVDF copolymer impregnated with the electrolyte is stored at a high temperature, and unlike the homopolymer, it dissolves in the electrolyte. I will. When such a VDF-HFP copolymer is used for an electrochemical device such as a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor, a problem arises in adhesion to an electrode, a current collector, or the like. For example, the VDF-HFP
When a copolymer is used for a battery, the storage characteristics of the battery deteriorate. Battery at room temperature or high temperature (40 ° C, 60 ° C, 80 ° C)
(100.degree. C., 100.degree. C.), capacity deterioration occurs, and internal short-circuiting often occurs. In addition, the lowering of the melting point limits the use at high temperatures and deteriorates the high-temperature storage characteristics as described above.

【0012】以上をまとめると、PVDF系コポリマー
を用いたゲル電解質の課題は下記の事項になる。
In summary, the problems of the gel electrolyte using the PVDF copolymer are as follows.

【0013】1)強度が弱く、変形しやすい 2)実用上、膜厚を60μm 未満にすることは不可能 3)正極と負極とが短絡しやすい 4)高温での保存特性、さらには、高温での充放電特性
が悪い
1) Low strength and easy to deform 2) Practically it is impossible to make the film thickness less than 60 μm 3) Positive short circuit between positive electrode and negative electrode 4) Storage characteristics at high temperature and high temperature Charging / discharging characteristics are poor

【0014】また、ゲル電解質のセパレータの製造方法
としては、高分子を溶媒に溶解し、そこに電解液等を混
合した後、これを種々の方法で基材に塗布し、溶媒を揮
発させてゲル電解質フィルムを得る方法が一般的であ
る。また、高分子を直接電解液に溶解させ、塗布あるい
は押出法によりゲル電解質フィルムを製造する方法も提
案されている。しかしながら、電気化学デバイスに用い
られる電解液は一般に水を嫌うため、これらの方法を用
いて工業的にゲル電解質を製造しようとする場合、全工
程をドライな雰囲気に維持する必要があり、多額な設備
投資・維持費が必要になると共に、工程内の在庫管理も
容易ではない。
Further, as a method for producing a gel electrolyte separator, a polymer is dissolved in a solvent, an electrolytic solution and the like are mixed therein, and the mixture is applied to a substrate by various methods to evaporate the solvent. A method for obtaining a gel electrolyte film is generally used. A method has also been proposed in which a polymer is directly dissolved in an electrolytic solution and a gel electrolyte film is produced by coating or extrusion. However, the electrolytic solution used for the electrochemical device generally dislikes water, so when industrially producing a gel electrolyte by using these methods, it is necessary to maintain the entire process in a dry atmosphere, which is expensive. Capital investment and maintenance costs are required, and inventory management in the process is not easy.

【0015】前述の米国特許第5,418,091号に
は、高分子溶液に可塑剤を加え、これを基材に塗布後、
溶媒を揮発させてフィルムを作製し、ここから可塑剤を
抽出し、形成された空隙に電解液を含浸させるというセ
パレータの製造方法が記載されている。この方法では、
電解液を用いるのは含浸工程、封入工程のみで、それよ
り前の工程では通常環境下で作業できることから、設備
投資・維持費が大幅に低減できる。また、塗布・乾燥
後、あるいは可塑剤抽出後にセパレータをフィルム状態
でストックできるため、在庫管理が容易となる。しか
し、この方法では抽出工程として、多量の溶媒に可塑剤
含有高分子フィルムを複数回浸漬させる必要があり、こ
の工程が生産性、量産性を大きく低下させると共に、多
量の廃溶剤の処理が必要となり、公害の点でも問題があ
る。また、抽出は可塑剤含有高分子フィルムを減圧下で
加熱することでも達成されるが、この場合も生産性、量
産性に大きく影響し、設備の導入、コストの上昇が不可
避である。
In the above-mentioned US Pat. No. 5,418,091, a plasticizer is added to a polymer solution, and after this is applied to a substrate,
A method for producing a separator is described in which a solvent is volatilized to produce a film, a plasticizer is extracted therefrom, and a formed void is impregnated with an electrolytic solution. in this way,
The electrolytic solution is used only in the impregnation process and the encapsulation process. In the processes before that, the work can be performed in a normal environment, so that capital investment and maintenance costs can be greatly reduced. In addition, since the separator can be stocked in a film state after coating / drying or after extracting the plasticizer, inventory management becomes easy. However, in this method, it is necessary to immerse the plasticizer-containing polymer film in a large amount of solvent a plurality of times as an extraction step, and this step greatly reduces productivity and mass productivity, and requires treatment of a large amount of waste solvent. There is also a problem in terms of pollution. Extraction can also be achieved by heating the plasticizer-containing polymer film under reduced pressure. However, in this case, productivity and mass productivity are greatly affected, and introduction of equipment and an increase in cost are inevitable.

【0016】このように、ゲル電解質は生産性、量産性
が低いという問題もある。
As described above, the gel electrolyte also has a problem that productivity and mass productivity are low.

【0017】以上、電池を例に説明したが、電気2重層
キャパシタ等のそのほかの電気化学デバイスでも、ゲル
電解質と同等の特性を有し、さらに強度が強く、薄膜化
可能な固体電解質が求められている。
Although a battery has been described as an example, other electrochemical devices such as an electric double layer capacitor are required to have a solid electrolyte which has properties equivalent to that of a gel electrolyte, has higher strength, and can be formed into a thin film. ing.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イオ
ン伝導度が高く、放電特性、特にレート特性に優れ、強
度が強く、薄膜化でき、短絡しにくく、さらには、高温
特性に優れ、また、生産性、量産性にも優れた固体電解
質、および、この固体電解質を用いることで薄型大面積
化可能な電気化学デバイスを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide high ionic conductivity, excellent discharge characteristics, particularly excellent rate characteristics, high strength, thin film, short circuit, and excellent high temperature characteristics. Another object of the present invention is to provide a solid electrolyte that is excellent in productivity and mass productivity, and an electrochemical device that can be thinned and have a large area by using the solid electrolyte.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
の本発明により達成される。
This and other objects are achieved by the present invention described below.

【0020】(1) 電気化学的に不活性な無機粒子、
高分子および電解液を含有し、前記無機粒子と前記高分
子の重量比が55:45〜90:10である固体電解
質。 (2) 前記無機粒子の平均粒径が0.2〜10μm で
ある上記(1)の固体電解質。 (3) 前記無機粒子のバルクにおける導電率が10-9
S・cm-1以下である上記(1)または(2)の固体電解
質。 (4) 前記無機粒子が酸化ケイ素、酸化アルミニウ
ム、酸化チタン、酸化マグネシウムおよびチタン酸バリ
ウムのいずれか1種以上である上記(1)〜(3)のい
ずれかの固体電解質。 (5) 前記高分子がフッ素を含有する上記(1)〜
(4)のいずれかの固体電解質。 (6) 前記高分子がフッ化ビニリデン単位を含有する
上記(5)の固体電解質。 (7) 前記電解液を除いた乾燥時の空孔率が30%以
上である上記(1)〜(6)のいずれかの固体電解質。 (8) 膜厚が5〜60μm である上記(1)〜(7)
のいずれかの固体電解質。 (9) 上記(1)〜(8)のいずれかの固体電解質を
用いた電気化学デバイス。 (10) リチウム2次電池である上記(9)の電気化
学デバイス。 (11) 電気2重層キャパシタである上記(9)の電
気化学デバイス。
(1) inorganic particles which are electrochemically inert,
A solid electrolyte containing a polymer and an electrolyte, wherein the weight ratio of the inorganic particles to the polymer is 55:45 to 90:10. (2) The solid electrolyte according to (1), wherein the inorganic particles have an average particle size of 0.2 to 10 μm. (3) The conductivity of the inorganic particles in the bulk is 10 −9.
The solid electrolyte according to the above (1) or (2), which has a S · cm −1 or less. (4) The solid electrolyte according to any one of (1) to (3), wherein the inorganic particles are at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, and barium titanate. (5) The above (1) to wherein the polymer contains fluorine.
The solid electrolyte according to any of (4). (6) The solid electrolyte according to the above (5), wherein the polymer contains a vinylidene fluoride unit. (7) The solid electrolyte according to any one of the above (1) to (6), wherein the porosity at the time of drying excluding the electrolytic solution is 30% or more. (8) The above (1) to (7) wherein the film thickness is 5 to 60 μm.
Any of the solid electrolytes. (9) An electrochemical device using the solid electrolyte according to any one of (1) to (8). (10) The electrochemical device according to (9), which is a lithium secondary battery. (11) The electrochemical device according to (9), which is an electric double-layer capacitor.

【0021】[0021]

【作用】本発明の固体電解質は、電気化学的に不活性な
無機粒子、高分子および電解液を含有し、無機粒子と高
分子の重量比が55:45〜90:10である。無機粒
子の平均粒径は0.2〜5μm であることが好ましい。
従来の高分子固体電解質(ゲル電解質)は、可塑剤によ
り高分子に微多孔を生成させ、電解液を含浸させてゲル
化したものである。それに対し、本発明の固体電解質
は、無機粒子と高分子とにより電解液をゲル化、固体状
としたもので、無機粒子によって3次元的に形成されて
いる微多孔中に電解液が保持されて固体状電解質が形成
されている。高分子は、この無機粒子を結着するバイン
ダであり、電解液によって膨潤しないものでもかまわな
い。従って、無機粒子、高分子の存在が不可欠であり、
どちらかが欠けても固体電解質として機能しない。現状
では理由は定かではないが、孔のサイズ、無機粒子の表
面状態、高分子の保液性が特性に関与していると考えら
れる。すなわち、本発明による固体状の電解質は、単に
無機粒子と電解液とを混合したものでは膜化しないため
に作製できず、また、本発明で開示する高分子/電解液
の比率では自立膜の作製は不可能であり、組成の点のみ
を考えても従来示されているようなゲル化電解質膜とも
異なっている。
The solid electrolyte of the present invention contains inorganic particles, a polymer and an electrolyte which are electrochemically inactive, and the weight ratio of the inorganic particles to the polymer is 55:45 to 90:10. The average particle size of the inorganic particles is preferably from 0.2 to 5 μm.
A conventional polymer solid electrolyte (gel electrolyte) is a polymer obtained by generating microporosity in a polymer with a plasticizer and impregnating the polymer with an electrolytic solution to form a gel. On the other hand, the solid electrolyte of the present invention is a solid electrolyte in which the electrolyte is gelled and solidified by inorganic particles and a polymer, and the electrolyte is held in micropores three-dimensionally formed by the inorganic particles. Thus, a solid electrolyte is formed. The polymer is a binder that binds the inorganic particles, and may not be swelled by the electrolytic solution. Therefore, the presence of inorganic particles and polymers is indispensable,
If either is missing, it will not function as a solid electrolyte. At present, the reason is not clear, but it is considered that the pore size, the surface state of the inorganic particles, and the liquid retaining property of the polymer are involved in the properties. That is, the solid electrolyte according to the present invention cannot be produced because it is not formed into a film by simply mixing the inorganic particles and the electrolytic solution, and the polymer / electrolyte ratio disclosed in the present invention cannot be used to form a self-supporting film. Fabrication is impossible, and it is different from a gelled electrolyte membrane as heretofore shown even if only the composition is considered.

【0022】本発明の固体電解質は、このような構成に
することにより、従来のPVDF系コポリマーを用いた
ゲル電解質と同等のイオン伝導度を有し、優れた特性を
有する。特にレート特性に優れ、放電電流を大きくして
も放電容量の低下が少ない。そのため、ゲル電解質と同
等の放電率の電池を作製することができる。
The solid electrolyte of the present invention, having such a structure, has an ion conductivity equivalent to that of a gel electrolyte using a conventional PVDF-based copolymer, and has excellent characteristics. In particular, the rate characteristics are excellent, and the discharge capacity is hardly reduced even when the discharge current is increased. Therefore, a battery having a discharge rate equal to that of the gel electrolyte can be manufactured.

【0023】さらには、従来のPVDF系コポリマーを
用いたゲル電解質と比較して、強度が強く、薄膜化が可
能である。本発明の固体電解質は、膜厚を60μm以
下、さらには40μm 以下、特に15μm 以下にするこ
とができる。また、変形しないので、正極と負極とが短
絡(ショート)しにくい。
Further, as compared with a gel electrolyte using a conventional PVDF copolymer, the strength is high and a thin film can be formed. The solid electrolyte of the present invention can have a film thickness of 60 μm or less, more preferably 40 μm or less, and especially 15 μm or less. In addition, since the positive electrode and the negative electrode are not deformed, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode hardly occurs.

【0024】また、耐熱性、耐薬品性に劣るPVDF系
コポリマーを使用しなくてもよいし、使用しても従来の
ゲル電解質と比べて非常に少量ですむので、高温(85
℃程度まで)での保存特性が高く、容量劣化が非常に小
さく、内部ショートが発生することも少ない。しかも、
高温での充放電特性にも優れている。
Further, it is not necessary to use a PVDF copolymer having inferior heat resistance and chemical resistance. Even if it is used, a very small amount is required as compared with a conventional gel electrolyte.
(Up to about ° C), the capacity deterioration is very small, and the occurrence of internal short-circuits is small. Moreover,
Excellent charge / discharge characteristics at high temperatures.

【0025】さらには、固体電解質、これを用いた電
池、キャパシタ等の電気化学デバイスの作製が可塑剤を
用いる必要がないので、従来よりも容易になる。
Furthermore, since it is not necessary to use a plasticizer to manufacture a solid electrolyte and an electrochemical device such as a battery and a capacitor using the same, it is easier than before.

【0026】なお、前述の米国特許第5,418,09
1号では、膜の強度を高め、電解液の含浸率を向上する
ために、高分子固体電解質にアルミナやシリカのフィラ
ーを20wt%混合しているが、それでも本発明の固体電
解質と比べて強度が弱い。そのため、薄膜化できず、シ
ョートが発生しやすい。また、前述の通り、耐熱性、耐
薬品性の低い高分子を用いているので、高温特性が悪
い。加えて、この公報による可塑剤の抽出方法は生産
性、量産性の点で大きなデメリットがある。
Note that the aforementioned US Pat. No. 5,418,09
In No. 1, in order to increase the strength of the membrane and improve the impregnation rate of the electrolytic solution, 20 wt% of alumina or silica filler is mixed into the polymer solid electrolyte, but the strength is still higher than the solid electrolyte of the present invention. Is weak. Therefore, the film cannot be thinned, and short-circuits are likely to occur. In addition, as described above, since a polymer having low heat resistance and low chemical resistance is used, high-temperature characteristics are poor. In addition, the method of extracting a plasticizer according to this publication has significant disadvantages in terms of productivity and mass productivity.

【0027】また、特開平9−293636号公報に
は、含フッ素ポリマーイオン交換樹脂で結着せしめた無
機繊維シートから成るセパレータが開示されている。ま
た、特開平9−293637号公報には、ガラス繊維シ
ートを電解液に対し不溶性の樹脂(ポリフッ化ビニリデ
ン等)で結着させたセパレータが開示されている。しか
しながら、これらは繊維を用いているので、粒状のもの
を用いる本発明に比べて適当な径の細孔が得られず、ま
た、空孔率(ガラス繊維シートの空孔率:70〜90
%)が小さくなって電解液が十分に含浸されず、十分な
イオン伝導度が得られない。さらには、膜厚も30〜2
00μm 、実施例では160μm であり、本発明のもの
のように薄膜化できない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-293636 discloses a separator made of an inorganic fiber sheet bound with a fluorine-containing polymer ion exchange resin. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-293637 discloses a separator in which a glass fiber sheet is bound with a resin (such as polyvinylidene fluoride) which is insoluble in an electrolytic solution. However, since these use fibers, fine pores having an appropriate diameter cannot be obtained as compared with the present invention using granules, and the porosity (porosity of glass fiber sheet: 70 to 90)
%) Is small, and the electrolyte is not sufficiently impregnated, and sufficient ionic conductivity cannot be obtained. Further, the film thickness is 30 to 2
The thickness is 00 μm, and 160 μm in the embodiment, and cannot be made thin as in the present invention.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】<無機粒子>本発明に用いられる
無機粒子は、固体電解質中に電解液を含浸させるための
細孔を形成するものであり、電気化学的に不活性なもの
であれば特に制限されない。無機粒子のバルクにおける
導電率は10-9S・cm-1以下、特に10-15S・cm- 1
下であることが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <Inorganic Particles> The inorganic particles used in the present invention form pores for impregnating an electrolyte in a solid electrolyte, and may be electrochemically inert. It is not particularly limited. The conductivity in the bulk of the inorganic particles 10 -9 S · cm -1 or less, particularly 10 -15 S · cm - is preferably 1 or less.

【0029】本発明で用いる無機粒子は、平均粒径は
0.2〜10μm 、特に0.5〜5μm であることが好
ましい。このような粒子を用いることで、適当な細孔径
と空孔率が得られ、優れた特性が得られる。粒径が小さ
すぎると粒子が詰まりすぎてしまう。粒径が大きすぎる
と、薄膜化に支障をきたす場合がある。なお、従来フィ
ラーとして固体電解質に含有される酸化ケイ素等の粒径
は、本発明と比べて非常に小さく、通常、0.01〜
0.1μm 程度である。粒度分布としては、比較的狭い
方が径が均一な空隙が得られるので好ましく、平均粒径
の1/2〜2倍に全粒子の50wt%以上が存在すること
が好ましい。
The inorganic particles used in the present invention preferably have an average particle size of 0.2 to 10 μm, particularly preferably 0.5 to 5 μm. By using such particles, an appropriate pore diameter and porosity can be obtained, and excellent characteristics can be obtained. If the particle size is too small, the particles will be clogged too much. If the particle size is too large, thinning may be hindered. The particle size of silicon oxide or the like conventionally contained in the solid electrolyte as a filler is much smaller than that of the present invention, and is usually 0.01 to
It is about 0.1 μm. The particle size distribution is preferably relatively narrow because voids having a uniform diameter can be obtained, and it is preferable that 50% by weight or more of all particles exist in 1/2 to 2 times the average particle size.

【0030】無機粒子は、その形状は特に限定されず、
適当な細孔が形成されればよく、不定形砕片状、不定形
状、球状等いずれであってもよい。
The shape of the inorganic particles is not particularly limited.
It is sufficient that an appropriate pore is formed, and it may be any of irregular shaped flakes, irregular shapes, and spheres.

【0031】このような無機粒子の材質としては、特に
制限されず、例えば、酸化ケイ素(SiO2)、酸化ア
ルミニウム(Al23)、酸化チタン(TiO2)、酸
化マグネシウム(MgO)、チタン酸バリウム(Ba2
TiO3)等が挙げられ、中でも、酸化ケイ素、酸化ア
ルミニウム等が好ましい。これらは、1種を用いても2
種以上を併用してもかまわない。なお、これらは化学量
論組成から多少偏倚していてもかまわない。
The material of such inorganic particles is not particularly limited. For example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), magnesium oxide (MgO), titanium oxide Barium acid (Ba 2
TiO 3 ) and the like, among which silicon oxide and aluminum oxide are preferable. These are 2
More than one species may be used in combination. Note that these may slightly deviate from the stoichiometric composition.

【0032】<高分子>本発明に用いられる高分子は、
特に限定されるものではなく、バインダとして無機粒子
を結着させるものであればよい。中でも、フッ素を含有
するものが好ましく、特にフッ化ビニリデン単位を含有
するものが好ましい。
<Polymer> The polymer used in the present invention is:
The binder is not particularly limited as long as the binder binds the inorganic particles. Among them, those containing fluorine are preferred, and those containing vinylidene fluoride units are particularly preferred.

【0033】このようなフッ素系高分子としては、例え
ば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体
〔P(VDF−HFP)〕、フッ化ビニリデン−塩化3
フッ化エチレン(CTFE)共重合体〔P(VDF−C
TFE)〕、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピ
レンフッ素ゴム〔P(VDF−HFP)〕、フッ化ビニ
リデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロ
ピレンフッ素ゴム〔P(VDF−TFE−HFP)〕、
フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−パーフル
オロアルキルビニルエーテルフッ素ゴム等が好ましい。
フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴ
ム、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレンフッ素ゴムの組成域は、おおよそ
VDF−HFP二元共重合体でのVDFが50〜85モ
ル%の組成に、さらにTFEを0〜35モル%加えた組
成域である。フッ化ビニリデン系ポリマーとしては、フ
ッ化ビニリデンが50重量%以上、特に70重量%以上
(上限値は97重量%程度である)であるものが好まし
く、特に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化
ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体
〔P(VDF−HFP)〕、フッ化ビニリデンと塩化3
フッ化エチレンとの共重合体〔P(VDF−CTF
E)〕が好ましい。共重合体とすることにより、結晶性
が低くなって電解液を含浸しやすくなり、また、これを
保持しやすくなる。本発明では、膨潤性の高い高分子を
用いても、PVDF等の膨潤性の低い高分子を用いても
よいが、PVDF等は溶解性が低いので、取り扱いが難
しく、作業性に劣る。
Examples of such fluorine-based polymers include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (HFP) copolymer [P (VDF-HFP)], vinylidene fluoride-chloride 3
Fluorinated ethylene (CTFE) copolymer [P (VDF-C
TFE)], vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluoro rubber [P (VDF-HFP)], vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluoro rubber [P (VDF-TFE-HFP)],
Vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether fluororubber is preferred.
The composition range of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluororubber is approximately VDF-HFP binary copolymer with a VDF of 50 to 85 mol%, Further, this is a composition region in which TFE is added in an amount of 0 to 35 mol%. As the vinylidene fluoride-based polymer, those having a vinylidene fluoride content of 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more (the upper limit is about 97% by weight) are preferable. In particular, polyvinylidene fluoride (PVDF), fluorinated Copolymer of vinylidene and hexafluoropropylene [P (VDF-HFP)], vinylidene fluoride and chloride 3
Copolymer with fluorinated ethylene [P (VDF-CTF
E)] is preferred. By using a copolymer, the crystallinity is reduced, so that the electrolyte is easily impregnated and retained. In the present invention, a polymer having a high swelling property or a polymer having a low swelling property such as PVDF may be used. However, since PVDF and the like have low solubility, handling is difficult and workability is poor.

【0034】このようなフッ化ビニリデン系ポリマーは
市販されており、VDF−CTFE共重合体は、例えば
セントラル硝子(株)から商品名「セフラルソフト(G
150,G180)」として、日本ソルベイ(株)から
商品名「ソレフ31508」等として販売されている。
また、VDF−HFP共重合体は、エルフアトケム社か
ら商品名「KynarFlex2750(VDF:HFP=85:15wt%) 」、「Ky
narFlex2801(VDF:HFP=90:10wt%) 」等として、日本ソル
ベイ(株)から商品名「ソレフ11008」、「ソレフ
11010」、「ソレフ21508」、「ソレフ215
10」等として販売されている。
Such a vinylidene fluoride-based polymer is commercially available, and a VDF-CTFE copolymer is available from Central Glass Co., Ltd. under the trade name “Sefuralsoft (G
150, G180) "sold by Solvay Japan Limited under the trade name" Solef 31508 ".
Also, VDF-HFP copolymers are commercially available from Elf Atochem under the trade names “KynarFlex2750 (VDF: HFP = 85: 15wt%)”, “KynarFlex2750”
narFlex2801 (VDF: HFP = 90: 10wt%) ”and other product names from Solvay Japan, Ltd.“ Solef 11008 ”,“ Solef 11010 ”,“ Solef 21508 ”,“ Solef 215 ”
10 "and the like.

【0035】また、他にもラテックス、例えば、日本ゼ
オン(株)社製「Nipol AR-32」等や、ウレタン系高分
子材料等も使用することができる。
In addition, latex, for example, "Nipol AR-32" manufactured by Zeon Corporation, or a urethane polymer material can be used.

【0036】無機粒子と高分子の重量比は、55:45
〜90:10、特に60:40〜85:15であること
が好ましい。高分子の含有量がこれより多くなると、空
孔率が減少するため十分な伝導度が得られなくなってく
る。高分子の含有量がこれより少なくなると、無機粒子
を十分結着することができず、十分なシート強度が得ら
れず、薄膜化が困難になってくる。
The weight ratio between the inorganic particles and the polymer is 55:45.
9090: 10, particularly preferably 60: 40-85: 15. If the content of the polymer is more than this, sufficient conductivity cannot be obtained because the porosity decreases. When the content of the polymer is lower than this, the inorganic particles cannot be sufficiently bound, sufficient sheet strength cannot be obtained, and it becomes difficult to form a thin film.

【0037】<電解液>電解液は一般に電解質塩と溶媒
よりなる。リチウム電池への応用を考えると電解質塩に
はリチウムが含有されている必要があり、具体的にはL
iPF6 、LiClO4 、LiBF4 、LiAsF6
LiSO3 CF3 、LiN(CF3 SO22 等の電解
質塩が適用可能である。また、電気2重層キャパシタに
用いる場合は、上記のLiを含むアルカリ金属塩の他
に、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、ホウフッ化テ
トラエチルアンモニウム等の四級アンモニウム塩等が使
用できる。その他、応用する電気化学デバイスに応じ
て、後述の溶媒と相溶する電解質塩を適宜選択すればよ
い。このような電解質塩は単独で用いてもよいし、複数
の塩を所定の比率で混合して用いてもよい。
<Electrolyte> The electrolyte generally comprises an electrolyte salt and a solvent. Considering the application to a lithium battery, the electrolyte salt needs to contain lithium, and specifically, L
iPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 ,
Electrolyte salts such as LiSO 3 CF 3 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 are applicable. When used for an electric double layer capacitor, quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium perchlorate and tetraethylammonium borofluoride can be used in addition to the above-mentioned alkali metal salts containing Li. In addition, an electrolyte salt compatible with a solvent described below may be appropriately selected depending on an applied electrochemical device. Such an electrolyte salt may be used alone, or a plurality of salts may be mixed at a predetermined ratio.

【0038】電解質用の有機溶媒としては、上記高分子
材料、電解質塩との相溶性の良好なものであれば特に限
定されるものではないが、リチウム電池やキャパシタ等
の電気化学デバイスへの応用を考えると、高い電圧をか
けた場合にも分解の起こらないものが好ましく、例え
ば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボ
ネート(PC)、ブチレンカーボネート、ジメチルカー
ボネート(DMC)、ジエチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネート等のカーボネート類、テトラヒドロフ
ラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等の環
式エーテル、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキ
ソラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン等のラク
トン、スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメトキシ
エタン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、
エチルジグライム等を好ましく用いることができる。こ
られは単独で用いても、混合して用いてもかまわない。
その他、応用するデバイス等に応じて公知の溶媒の中か
ら好適なものを適宜選択すればよい。
The organic solvent for the electrolyte is not particularly limited as long as it has good compatibility with the above-mentioned polymer material and electrolyte salt, but is not limited to an application to electrochemical devices such as lithium batteries and capacitors. In consideration of the above, it is preferable that decomposition does not occur even when a high voltage is applied. For example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, etc. Carbonates, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran, cyclic ethers such as 1,3-dioxolane and 4-methyldioxolane, lactones such as γ-butyrolactone, sulfolane, 3-methylsulfolane and dimethoxy Ethane, diethoxy Tan, ethoxy methoxy ethane,
Ethyl diglyme or the like can be preferably used. These may be used alone or as a mixture.
In addition, a suitable solvent may be appropriately selected from known solvents according to a device to be applied.

【0039】電解液における電解質塩の濃度は、好まし
くは0.3〜5 mol/lであり、通常1 mol/l近辺で
最も高い伝導性を示す。
The concentration of the electrolyte salt in the electrolyte is preferably from 0.3 to 5 mol / l, and usually shows the highest conductivity near 1 mol / l.

【0040】電解液の含有量は、固体電解質の30〜7
0wt%、特に40〜60wt%であることが好ましい。含
有量がこれより多くなると、余分な電解液が多くなり、
電池を作製したとき重量的に不利になってくる。また、
含有量がこれより少なくなると、十分なイオン伝導度が
得られにくくなってくる。
The content of the electrolyte is 30 to 7% of the solid electrolyte.
It is preferably 0% by weight, particularly preferably 40 to 60% by weight. If the content is higher than this, excess electrolyte increases,
When a battery is manufactured, it becomes disadvantageous in weight. Also,
If the content is less than this, it becomes difficult to obtain sufficient ionic conductivity.

【0041】<固体電解質膜>本発明の固体電解質の膜
厚は、5〜100μm 、さらには5〜60μm 、特に1
0〜40μm であることが好ましい。本発明の固体電解
質は強度が強いので、膜厚を薄くすることができる。本
発明の固体電解質は、実用上60μm 以下にはできなか
った従来のゲル電解質と比べて薄膜化が可能であり、さ
らには、溶液系のリチウムイオン電池において使用され
ているセパレータ(通常25μm )よりも薄くできる。
そのため、固体電解質を用いる利点の一つである薄型大
面積化、すなわちシート状形態化が可能である。
<Solid Electrolyte Membrane> The solid electrolyte of the present invention has a thickness of 5 to 100 μm, more preferably 5 to 60 μm, especially 1
It is preferably from 0 to 40 μm. Since the solid electrolyte of the present invention has high strength, the thickness can be reduced. The solid electrolyte of the present invention can be made thinner than a conventional gel electrolyte which could not be reduced to 60 μm or less in practical use. Further, the solid electrolyte can be thinner than a separator (usually 25 μm) used in a solution type lithium ion battery. Can also be thin.
Therefore, it is possible to form a thin and large area, which is one of the advantages of using a solid electrolyte, that is, to form a sheet.

【0042】また、電解液を含浸させる前の乾燥時、つ
まり、無機粒子が高分子で結着された状態での空孔率が
30%以上、特に45%以上であることが好ましい。空
孔率がこれ未満であると、十分電解液を保持できず、イ
オン伝導度やレート特性が低下してくる。空孔率の上限
は、通常、70%以下である。大きすぎると強度の点で
不十分になってくる。なお、空孔率はアルキメデス法に
より測定できる。
The porosity at the time of drying before impregnation with the electrolytic solution, that is, in the state where the inorganic particles are bound with the polymer, is preferably 30% or more, particularly preferably 45% or more. If the porosity is less than this, the electrolyte cannot be held sufficiently, and the ionic conductivity and the rate characteristics decrease. The upper limit of the porosity is usually 70% or less. If it is too large, the strength will be insufficient. The porosity can be measured by the Archimedes method.

【0043】また、その平均細孔径は0.05〜2μm
、特に0.1〜0.8μm であることが好ましい。通
常、従来のゲル電解質よりも細孔径は大きい。平均細孔
径がこれより大きいと、均一な細孔径を維持するのが困
難になり、リチウムデントライトが発生する可能性があ
る。これより小さいと、Liイオンの拡散に問題が生じ
る可能性がある。細孔径は、水銀ポロシメータで測定で
きる。
The average pore diameter is 0.05 to 2 μm
Preferably, the thickness is 0.1 to 0.8 μm. Usually, the pore size is larger than that of a conventional gel electrolyte. If the average pore diameter is larger than this, it becomes difficult to maintain a uniform pore diameter, and lithium dendrites may be generated. If it is smaller than this, a problem may occur in diffusion of Li ions. The pore size can be measured with a mercury porosimeter.

【0044】<製造方法>次に、本発明の固体電解質の
具体的な作製方法を述べる。
<Manufacturing Method> Next, a specific manufacturing method of the solid electrolyte of the present invention will be described.

【0045】まず、高分子と無機粒子とを溶媒に溶解・
分散させる。このときの溶媒は高分子が溶解可能な各種
溶媒から適宜選択すればよく、工業的には高沸点で安全
性の高いものが好ましい。例えば、N、N−ジメチルホ
ルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、N−メ
チルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン(ME
K)、メチルイソブチルケトンなどを用いることが好ま
しい。溶媒に対する高分子の濃度は好ましくは5〜25
wt%である。なお、従来のゲル電解質では、通常、高分
子を可塑化するが、本発明では可塑化する必要は必ずし
もない。
First, a polymer and inorganic particles are dissolved in a solvent.
Disperse. The solvent at this time may be appropriately selected from various solvents in which the polymer can be dissolved, and industrially, a solvent having a high boiling point and high safety is preferable. For example, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, acetone, methyl ethyl ketone (ME
It is preferable to use K), methyl isobutyl ketone, or the like. The concentration of the polymer in the solvent is preferably 5 to 25.
wt%. In the conventional gel electrolyte, the polymer is usually plasticized, but in the present invention, it is not always necessary to plasticize the polymer.

【0046】分散・溶解方法としては、高分子と無機粒
子の混合物を溶媒に加え、または、高分子溶液に無機粒
子を添加し、室温あるいは必要により加熱してマグネチ
ックスターラー、ホモジナイザー等の撹拌機、ポットミ
ル、ボールミル、ス−パーサンドミル、加圧ニーダー等
の分散機を用いて分散・溶解する。
As a method for dispersing and dissolving, a mixture of a polymer and inorganic particles is added to a solvent, or an inorganic particle is added to a polymer solution, and the mixture is heated at room temperature or, if necessary, by a stirrer such as a magnetic stirrer or a homogenizer. And dispersing using a dispersing machine such as a pot mill, a ball mill, a super sand mill, and a pressure kneader.

【0047】そして、高分子と無機粒子と溶媒との混合
スラリーを基体上に塗布するか、あるいはキャスティン
グ等してフィルム状にする。この基体は平滑なものなら
何でも良い。例えばポリエステルフィルム、ポリテトラ
フルオロエチレンフィルム等の樹脂や各種ガラスなどで
ある。混合スラリーを基体に塗布するための手段は特に
限定されず、基体の材質や形状などに応じて適宜決定す
ればよい。一般に、ディップコート法、スプレーコート
法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコ
ート法、スクリーン印刷法等が使用されている。その
後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール等に
より圧延処理を行う。
Then, a mixed slurry of the polymer, the inorganic particles, and the solvent is applied on a substrate or formed into a film by casting or the like. This substrate may be anything as long as it is smooth. For example, resins such as a polyester film and a polytetrafluoroethylene film, and various types of glass. Means for applying the mixed slurry to the substrate is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material and shape of the substrate. Generally, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method and the like are used. Thereafter, if necessary, a rolling treatment is performed by a flat plate press, a calender roll, or the like.

【0048】塗布後に、混合スラリー中の溶媒を蒸発さ
せれば、無機粒子が高分子で結着されたフィルムが出来
上がる。乾燥方法は減圧乾燥しても、風乾でもよい。ま
た、加熱してもよい。
After the application, if the solvent in the mixed slurry is evaporated, a film in which the inorganic particles are bound by the polymer is completed. The drying method may be drying under reduced pressure or air drying. Moreover, you may heat.

【0049】そして、このフィルムを電解液に浸漬して
電解液を含浸させて本発明の固体電解質が得られる。
Then, this film is immersed in an electrolytic solution and impregnated with the electrolytic solution to obtain the solid electrolyte of the present invention.

【0050】<電気化学デバイス>本発明のSPEは、
リチウム2次電池、電気2重層キャパシタ、ECディス
プレイ、センサ等電気化学デバイスに用いることがで
き、特にリチウム2次電池、電気2重層キャパシタに好
適に用いることができる。
<Electrochemical Device> The SPE of the present invention comprises:
It can be used for electrochemical devices such as lithium secondary batteries, electric double layer capacitors, EC displays and sensors, and can be particularly suitably used for lithium secondary batteries and electric double layer capacitors.

【0051】<リチウム2次電池>本発明の固体電解質
を使用したリチウム2次電池の構造は特に限定されない
が、通常、正極および負極と、本発明の電解質とから構
成され、積層型電池や円筒型電池等に適用される。
<Lithium Secondary Battery> Although the structure of the lithium secondary battery using the solid electrolyte of the present invention is not particularly limited, it is usually composed of a positive electrode and a negative electrode and the electrolyte of the present invention, It is applied to type batteries.

【0052】また、固体電解質と組み合わせる電極は、
リチウム2次電池の電極として公知のものの中から適宜
選択して使用すればよく、好ましくは電極活物質とゲル
電解質、必要により導電助剤との組成物を用いる。
The electrodes combined with the solid electrolyte are:
The electrode of the lithium secondary battery may be appropriately selected from known ones and used. Preferably, a composition of an electrode active material and a gel electrolyte, and if necessary, a conductive auxiliary is used.

【0053】負極には、炭素材料、リチウム金属、リチ
ウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用
い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デ
インターカレート可能な酸化物または炭素材料のような
正極活物質を用いることが好ましい。このような電極を
用いることにより、良好な特性のリチウム2次電池を得
ることができる。
For the negative electrode, a negative electrode active material such as a carbon material, lithium metal, lithium alloy or oxide material is used. For the positive electrode, an oxide or carbon material capable of intercalating / deintercalating lithium ions is used. It is preferable to use such a positive electrode active material as described above. By using such an electrode, a lithium secondary battery having excellent characteristics can be obtained.

【0054】電極活物質として用いる炭素材料は、例え
ば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、天然あ
るいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラッ
ク、炭素繊維などから適宜選択すればよい。これらは粉
末として用いられる。中でも黒鉛が好ましく、その平均
粒子径は1〜30μm 、特に5〜25μm であることが
好ましい。平均粒子径が小さすぎると、充放電サイクル
寿命が短くなり、また、容量のばらつき(個体差)が大
きくなる傾向にある。平均粒子径が大きすぎると、容量
のばらつきが著しく大きくなり、平均容量が小さくなっ
てしまう。平均粒子径が大きい場合に容量のばらつきが
生じるのは、黒鉛と集電体との接触や黒鉛同士の接触に
ばらつきが生じるためと考えられる。
The carbon material used as the electrode active material may be appropriately selected from, for example, mesocarbon microbeads (MCMB), natural or artificial graphite, resin fired carbon material, carbon black, carbon fiber and the like. These are used as powders. Above all, graphite is preferred, and its average particle size is preferably 1 to 30 μm, particularly preferably 5 to 25 μm. If the average particle size is too small, the charge / discharge cycle life tends to be short and the variation in capacity (individual difference) tends to be large. If the average particle size is too large, the dispersion of the capacity becomes extremely large, and the average capacity becomes small. It is considered that the capacity variation occurs when the average particle size is large because the contact between the graphite and the current collector and the contact between the graphites vary.

【0055】リチウムイオンがインターカレート・デイ
ンターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む
複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO2、LiM
24、LiNiO2、LiV24などが挙げられる。
これらの酸化物の粉末の平均粒子径は1〜40μm 程度
であることが好ましい。
As the oxide capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a composite oxide containing lithium is preferable. For example, LiCoO 2 , LiM
n 2 O 4, LiNiO 2, LiV 2 O 4 and the like.
The average particle diameter of these oxide powders is preferably about 1 to 40 μm.

【0056】電極には、必要により導電助剤が添加され
る。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラ
ック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の
金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好まし
い。
A conductive assistant is added to the electrode as needed. Preferred examples of the conductive auxiliary agent include metals such as graphite, carbon black, carbon fiber, nickel, aluminum, copper, and silver. Particularly, graphite and carbon black are preferable.

【0057】電極組成は、正極では、重量比で、活物
質:導電助剤:ゲル電解質=30〜90:3〜10:1
0〜70の範囲が好ましく、負極では、重量比で、活物
質:導電助剤:ゲル電解質=30〜90:0〜10:1
0〜70の範囲が好ましい。ゲル電解質は、特に限定さ
れず、通常用いられているものを用いればよい。また、
ゲル電解質を含まない電極も好適に用いられる。この場
合、バインダとしてはフッ素樹脂、フッ素ゴム等を用い
ることができ、バインダの量は3〜30wt%程度とす
る。
The electrode composition of the positive electrode is as follows: active material: conductive additive: gel electrolyte = 30 to 90: 3 to 10: 1 by weight ratio.
The range of 0 to 70 is preferable. In the negative electrode, active material: conductive auxiliary agent: gel electrolyte = 30 to 90: 0 to 10: 1 by weight ratio.
A range from 0 to 70 is preferred. The gel electrolyte is not particularly limited, and a commonly used gel electrolyte may be used. Also,
An electrode containing no gel electrolyte is also preferably used. In this case, a fluorine resin, a fluorine rubber, or the like can be used as the binder, and the amount of the binder is about 3 to 30 wt%.

【0058】本発明では、上記負極活物質および/また
は正極活物質、好ましくは両活物質を、ゲル電解質また
はバインダ中に混合して集電体表面に接着させる。
In the present invention, the above-mentioned negative electrode active material and / or positive electrode active material, preferably both active materials are mixed in a gel electrolyte or a binder and adhered to the surface of the current collector.

【0059】電極の製造は、まず、活物質と必要に応じ
て導電助剤を、ゲル電解質溶液またはバインダ溶液に分
散し、塗布液を調製する。
In the production of the electrode, first, an active material and, if necessary, a conductive auxiliary are dispersed in a gel electrolyte solution or a binder solution to prepare a coating solution.

【0060】そして、この電極塗布液を集電体に塗布す
る。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形
状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマ
スク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレー
コート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラ
ビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。
その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール
等により圧延処理を行う。
Then, this electrode coating solution is applied to a current collector. The means for applying is not particularly limited, and may be determined as appropriate according to the material and shape of the current collector. Generally, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method, and the like are used.
Thereafter, if necessary, a rolling treatment is performed by a flat plate press, a calender roll, or the like.

【0061】集電体は、電池の使用するデバイスの形状
やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通
常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアル
ミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。
なお、集電体は金属箔、金属メッシュなどが、通常、使
用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接
触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗
が得られる。
The current collector may be appropriately selected from ordinary current collectors according to the shape of the device used by the battery, the method of arranging the current collector in the case, and the like. Generally, aluminum or the like is used for the positive electrode, and copper, nickel, or the like is used for the negative electrode.
Note that a metal foil, a metal mesh, or the like is generally used as the current collector. Although the metal mesh has lower contact resistance with the electrode than the metal foil, a sufficiently low contact resistance can be obtained even with the metal foil.

【0062】そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製す
る。塗布厚は、50〜400μm 程度とすることが好ま
しい。
Then, the solvent is evaporated to produce an electrode. The coating thickness is preferably about 50 to 400 μm.

【0063】このようにして得られた正極、固体電解
質、負極をこの順に積層し、圧着して電池素体とする。
The positive electrode, the solid electrolyte, and the negative electrode thus obtained are laminated in this order, and pressed to form a battery body.

【0064】<電気2重層キャパシタ>さらに、本発明
の固体電解質、電極は、電気2重層キャパシタにも有効
である。
<Electric Double Layer Capacitor> The solid electrolyte and electrode of the present invention are also effective for electric double layer capacitors.

【0065】分極性電極に用いられる集電体は、導電性
ブチルゴム等の導電性ゴムなどであってよく、またアル
ミニウム、ニッケル等の金属の溶射によって形成しても
よく、上記電極層の片面に金属メッシュを付設してもよ
い。
The current collector used for the polarizable electrode may be a conductive rubber such as a conductive butyl rubber or the like, or may be formed by spraying a metal such as aluminum or nickel. A metal mesh may be provided.

【0066】電気2重層キャパシタには、上記のような
分極性電極と、固体電解質とを組み合わせる。
In the electric double layer capacitor, the above-mentioned polarizable electrode and a solid electrolyte are combined.

【0067】絶縁性ガスケットとしては、ポリプロピレ
ン、ブチルゴム等の絶縁体を用いればよい。
As the insulating gasket, an insulator such as polypropylene or butyl rubber may be used.

【0068】本発明の固体電解質が使用される電気2重
層キャパシタの構造は特に限定されないが、通常、一対
の分極性電極が固体電解質を介して配置されており、分
極性電極および固体電解質の周辺部には絶縁性ガスケッ
トが配置されている。このような電気2重層キャパシタ
はコイン型、ペーパー型、積層型等と称されるいずれの
ものであってもよい。
The structure of the electric double-layer capacitor in which the solid electrolyte of the present invention is used is not particularly limited. However, usually, a pair of polarizable electrodes are arranged via the solid electrolyte, and the polarizable electrode and the periphery of the solid electrolyte are usually arranged. An insulating gasket is arranged in the part. Such an electric double layer capacitor may be any type called a coin type, a paper type, a laminated type, or the like.

【0069】[0069]

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明
する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples.

【0070】<実施例1>固体電解質成分として下記の
ものを用いた。
Example 1 The following were used as solid electrolyte components.

【0071】 無機粒子 SiO2(平均粒径1μm ) 高分子(結着剤) PVDF Kynar 2801 (エルフ・アトケム社製(VDF:HFP=90:10wt%))Inorganic Particles SiO 2 (Average Particle Size 1 μm) Polymer (Binder) PVDF Kynar 2801 (VDF: HFP = 90: 10 wt% by Elf Atochem)

【0072】上記各成分を重量比でSiO2:PVDF
=80:20となるように秤量し、さらにアセトンをア
セトン:PVDF=9:1(重量比)となるように加
え、これらをポットミルを用いて室温下で混合、溶解し
て、スラリー状の電解質溶液を得た。このスラリーは、
PVDFコポリマーのみが溶解し、SiO2は溶液中に
分散していた。
Each of the above-mentioned components is SiO 2 : PVDF in a weight ratio.
= 80: 20, acetone was further added to make acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio), and these were mixed and dissolved at room temperature using a pot mill to obtain a slurry-like electrolyte. A solution was obtained. This slurry is
Only PVDF copolymer is soluble, SiO 2 was dispersed in the solution.

【0073】そして、この電解質溶液を、ドクターブレ
ード法により、ポリエチレンテレフタレート(PET)
フィルムに塗布し、室温から50℃の範囲でアセトンを
蒸発させて固体電解質シートを得た。固体電解質シート
の膜厚(乾燥膜厚)は40μm とした。また、アルキメ
デス法により測定した空孔率を表1に示す。
Then, the electrolyte solution was subjected to polyethylene terephthalate (PET) by a doctor blade method.
The solution was applied to a film, and acetone was evaporated at a temperature in the range of room temperature to 50 ° C. to obtain a solid electrolyte sheet. The film thickness (dry film thickness) of the solid electrolyte sheet was 40 μm. Table 1 shows the porosity measured by the Archimedes method.

【0074】そして、この固体電解質シートに、電解液
(ELと略す)1M LiPF6 /EC+DMC(E
C:DMC=1:2(体積比))を含浸させ、本発明の
固体電解質を得た。
Then, an electrolytic solution (abbreviated as EL) 1 M LiPF 6 / EC + DMC (E
C: DMC = 1: 2 (volume ratio)) to obtain a solid electrolyte of the present invention.

【0075】この固体電解質の25℃におけるイオン伝
導度を測定した。イオン伝導度の測定は、交流インピー
ダンス測定法を用い、電解質を直径15mmに切り抜き、
直径20mmの円形のSUS304製の電極で挟んで測
定した。測定装置はソーラトロン社製SI1255型イ
ンピーダンスアナライザーを用いた。その結果を表1に
示す。
The ionic conductivity of the solid electrolyte at 25 ° C. was measured. The measurement of the ionic conductivity, using an alternating current impedance measurement method, cut out the electrolyte to a diameter of 15 mm,
The measurement was carried out by sandwiching a circular SUS304 electrode having a diameter of 20 mm. The measuring apparatus used was a SI1255 type impedance analyzer manufactured by Solartron. Table 1 shows the results.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】<実施例2〜5>無機粒子と高分子の比
を、重量比で、表1に示されるように変えた他は実施例
1と同様にして固体電解質を作製し、評価した。その結
果を表1に示す。
Examples 2 to 5 Solid electrolytes were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the inorganic particles to the polymer was changed as shown in Table 1. Table 1 shows the results.

【0078】<実施例6>高分子にPVDF Kynar 74
1(エルフ・アトケム社製(PVDF))を用い、無機粒子と
高分子の比を、重量比で、表1に示されるように変えた
他は実施例1と同様にして固体電解質を作製し、評価し
た。その結果を表1に示す。
Example 6 PVDF Kynar 74 was used as a polymer.
1 (made by Elf Atchem Co., Ltd. (PVDF)), and a solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the inorganic particles to the polymer was changed as shown in Table 1. ,evaluated. Table 1 shows the results.

【0079】<比較例1>固体電解質成分として下記の
ものを用いた。
<Comparative Example 1> The following was used as a solid electrolyte component.

【0080】 高分子 PVDF Kynar 2801 (エルフ・アトケム社製(VDF:HFP=90:10wt%)) 可塑剤 ジブチルフタレート(DBP) フィラー SiO2(平均粒径16nm )Polymer PVDF Kynar 2801 (VDF: HFP = 90: 10wt%, manufactured by Elf Atochem) Plasticizer Dibutyl phthalate (DBP) Filler SiO 2 (average particle size 16 nm)

【0081】上記各成分を重量比でPVDF:DBP:
SiO2=30:50:20となるように秤量し、さら
にアセトンをアセトン:PVDF=9:1(重量比)と
なるように加え、これらを室温下で混合、溶解し、スラ
リー状のゲル電解質溶液を得た。
Each of the above components is PVDF: DBP:
The weight was weighed so that SiO 2 = 30: 50: 20, and acetone was further added so that acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio), and these were mixed and dissolved at room temperature to obtain a slurry gel electrolyte. A solution was obtained.

【0082】そして、このゲル電解質溶液を、ドクター
ブレード法により、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)フィルムに塗布し、室温でアセトンを蒸発させてゲ
ル電解質シートを得た。
Then, this gel electrolyte solution was mixed with polyethylene terephthalate (PE) by a doctor blade method.
T) It was applied to a film, and acetone was evaporated at room temperature to obtain a gel electrolyte sheet.

【0083】次いで、このゲル電解質シートをヘキサン
に浸漬させて可塑剤のDBPを抽出した。このゲル電解
質シートの膜厚(乾燥膜厚)は40μm とした。
Next, the gel electrolyte sheet was immersed in hexane to extract DBP as a plasticizer. The film thickness (dry film thickness) of this gel electrolyte sheet was 40 μm.

【0084】そして、このゲル電解質シートに、電解液
(ELと略す)1M LiPF6 /EC+DMC(E
C:DMC=1:2(体積比))を含浸させ、ゲル電解
質を得た。
Then, an electrolytic solution (abbreviated as EL) 1 M LiPF 6 / EC + DMC (E
C: DMC = 1: 2 (volume ratio)) to obtain a gel electrolyte.

【0085】このゲル電解質を実施例1と同様にして評
価した。その結果を表1に示す。
This gel electrolyte was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0086】本発明の固体電解質は、従来のゲル電解質
である比較例1のものと同等のイオン伝導度が得られ
た。また、電解質の空孔率も従来と同等であった。
The ionic conductivity of the solid electrolyte of the present invention was equivalent to that of Comparative Example 1 which is a conventional gel electrolyte. Also, the porosity of the electrolyte was equivalent to the conventional one.

【0087】また、実施例1の固体電解質のSEM写真
を図1に、比較例1のゲル電解質のSEM写真を図2に
示す。本発明の固体電解質は、従来のゲル電解質と比べ
て、無機粒子(ゲル電解質のフィラー)が大きく、細孔
径も大きいことがわかる。
FIG. 1 shows an SEM photograph of the solid electrolyte of Example 1, and FIG. 2 shows an SEM photograph of the gel electrolyte of Comparative Example 1. It can be seen that the solid electrolyte of the present invention has larger inorganic particles (gel electrolyte filler) and a larger pore diameter than the conventional gel electrolyte.

【0088】<比較例2>無機粒子と高分子の比を、重
量比で、表1に示されるように変えた他は実施例1と同
様にして固体電解質を作製し、評価した。その結果を表
1に示す。
Comparative Example 2 A solid electrolyte was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the inorganic particles to the polymer was changed as shown in Table 1. Table 1 shows the results.

【0089】本発明の固体電解質と比べて無機粒子の量
が少ない比較例2の固体電解質は、空孔率が小さくな
り、伝導度が低くなった。
The solid electrolyte of Comparative Example 2 in which the amount of inorganic particles was smaller than that of the solid electrolyte of the present invention had low porosity and low conductivity.

【0090】<比較例3>無機粒子と高分子の比を、重
量比で、95:5に変えた他は実施例1と同様にして固
体電解質の作製を試みたところ、シート強度が弱いた
め、取り扱いができず、電解質を作製できなかった。
Comparative Example 3 An attempt was made to produce a solid electrolyte in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the inorganic particles to the polymer was changed to 95: 5. And the electrolyte could not be produced.

【0091】<実施例7>さらに、実施例1〜6、比較
例2の固体電解質、比較例1のゲル電解質を用いて電池
を作製した。
Example 7 Batteries were manufactured using the solid electrolytes of Examples 1 to 6, Comparative Example 2, and the gel electrolyte of Comparative Example 1.

【0092】正極活物質としてLiCoO2 を、導電助
剤としてアセチレンブラックを、バインダとしてPVD
F Kynar 2801を用いた。
LiCoO 2 was used as a positive electrode active material, acetylene black was used as a conductive additive, and PVD was used as a binder.
F Kynar 2801 was used.

【0093】重量比でLiCoO2 :アセチレンブラッ
ク:PVDF=83:6:11となるように秤量し、さ
らにアセトンをアセトン:PVDF=9:1(重量比)
となるように加え、これらを室温下で混合して正極用ス
ラリーとした。
The weight ratio of LiCoO 2 : acetylene black: PVDF = 83: 6: 11 was weighed, and acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio).
And mixed at room temperature to obtain a positive electrode slurry.

【0094】また、負極活物質としてメソカーボンマイ
クロビーズ(MCMB)を、導電助剤としてアセチレン
ブラックを用いた。
Also, mesocarbon microbeads (MCMB) were used as the negative electrode active material, and acetylene black was used as the conductive auxiliary.

【0095】重量比でMCMB:アセチレンブラック:
PVDF=85:3:12となるように秤量し、さらに
アセトンをアセトン:PVDF=9:1(重量比)とな
るように加え、これらを室温下で混合して負極用スラリ
ーとした。
MCMB: acetylene black by weight ratio:
PVDF was weighed so as to be 85: 3: 12, acetone was further added so that acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio), and these were mixed at room temperature to obtain a slurry for a negative electrode.

【0096】比較例1のゲル電解質を用いた電池を作成
する際には、正極用スラリー、負極用スラリーともに、
さらに可塑剤としてジブチルフタレートを5〜20wt%
加えた。
In preparing a battery using the gel electrolyte of Comparative Example 1, both the positive electrode slurry and the negative electrode slurry
Furthermore, 5-20 wt% of dibutyl phthalate as a plasticizer
added.

【0097】そして、得られた正極用スラリー、負極用
スラリーをそれぞれドクターブレード法によりPETフ
ィルム上に塗布し、室温でアセトンを蒸発させてシート
化した。
Then, the obtained slurry for the positive electrode and the slurry for the negative electrode were respectively coated on a PET film by a doctor blade method, and acetone was evaporated at room temperature to form a sheet.

【0098】このようにして得られた固体電解質、正極
および負極を所定のサイズに切断して、各シートを積層
し、130〜160℃で熱ラミネートした。その後、正
極には集電体として予め導電性接着剤を塗布したアルミ
ニウムグリッドを、負極には集電体として予め導電性接
着剤を塗布した銅グリッドを熱ラミネートした。そし
て、これに電解液として1M LiPF6 /EC+DM
C(EC:DMC=1:2(体積比))を含浸させた
後、アルミラミネートパックに封入し、リチウム2次電
池を作製した。
The solid electrolyte, the positive electrode and the negative electrode thus obtained were cut into predetermined sizes, the respective sheets were laminated, and heat-laminated at 130 to 160 ° C. Thereafter, the positive electrode was thermally laminated with an aluminum grid previously coated with a conductive adhesive as a current collector, and the negative electrode was thermally laminated with a copper grid previously coated with a conductive adhesive as a current collector. Then, 1M LiPF 6 / EC + DM was used as an electrolytic solution.
After impregnating C (EC: DMC = 1: 2 (volume ratio)), the resultant was sealed in an aluminum laminate pack to produce a lithium secondary battery.

【0099】このようにして作製したリチウム2次電池
の短絡発生率を表2に示す。短絡発生率は、電池30個
中何個の電池が短絡したかによって評価した。
Table 2 shows the short-circuit occurrence rate of the lithium secondary battery manufactured as described above. The short-circuit occurrence rate was evaluated based on how many batteries out of 30 batteries were short-circuited.

【0100】また、作製した電池の放電特性を調べた。
2C放電容量(800mAの定電流で放電したときの容
量)と0.2C放電容量(80mAの定電流で放電したと
きの容量)の比を表2に示す。
Further, the discharge characteristics of the manufactured batteries were examined.
Table 2 shows the ratio between the 2C discharge capacity (capacity when discharged at a constant current of 800 mA) and the 0.2 C discharge capacity (capacity when discharged at a constant current of 80 mA).

【0101】[0101]

【表2】 [Table 2]

【0102】本発明の固体電解質を用いた電池は、比較
例1のゲル電解質を用いた電池よりも短絡発生率が低か
った。また、2C放電容量と0.2C放電容量の比が比
較例1の電池と同等であり、従来のものと同等のレート
特性が得られた。
The battery using the solid electrolyte of the present invention had a lower short-circuit occurrence rate than the battery using the gel electrolyte of Comparative Example 1. Further, the ratio of the 2C discharge capacity to the 0.2C discharge capacity was equivalent to that of the battery of Comparative Example 1, and the rate characteristics equivalent to those of the conventional battery were obtained.

【0103】また、本発明の固体電解質と比べて無機粒
子の量が少ない比較例2の固体電解質を用いた電池は、
電池作製時にショートによる不良は発生しなかったが、
レート特性が悪かった。
Further, the battery using the solid electrolyte of Comparative Example 2 in which the amount of inorganic particles was smaller than that of the solid electrolyte of the present invention was as follows:
No failure due to short circuit occurred during battery fabrication,
Rate characteristics were bad.

【0104】また、85℃で充放電したところ、実施例
の電池はすべて容量の劣化が見られなかったが、比較例
1の電池はショートした。
When the battery was charged and discharged at 85 ° C., all the batteries of the example did not show any deterioration in capacity, but the battery of Comparative Example 1 was short-circuited.

【0105】<実施例8〜10>固体電解質シートの膜
厚(乾燥膜厚)を40μm から表3に示されるように変
えた他は実施例1と同様にして固体電解質、リチウム2
次電池を作製し、同様にして短絡発生率を評価した。そ
の結果を表3に示す。
<Examples 8 to 10> The solid electrolyte and lithium 2 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the thickness (dry film thickness) of the solid electrolyte sheet was changed from 40 μm as shown in Table 3.
A secondary battery was prepared, and the short-circuit occurrence rate was evaluated in the same manner. Table 3 shows the results.

【0106】[0106]

【表3】 [Table 3]

【0107】膜厚を20μm 、15μm 、10μm と薄
くしても、電池30個中1個の電池も短絡が発生しなか
った。
Even if the film thickness was reduced to 20 μm, 15 μm, or 10 μm, no short circuit occurred in one of the 30 batteries.

【0108】<実施例11>さらに、実施例1〜6の固
体電解質、比較例1のゲル電解質を用いて電気2重層キ
ャパシタを作製した。
Example 11 Further, an electric double layer capacitor was manufactured using the solid electrolytes of Examples 1 to 6 and the gel electrolyte of Comparative Example 1.

【0109】電極活物質にはやしがら活性炭粉末を、導
電助剤にはアセチレンブラックを、バインダにはPVD
F Kynar 2801を用いた。
Activated carbon powder is used as the electrode active material, acetylene black is used as the conductive additive, and PVD is used as the binder.
F Kynar 2801 was used.

【0110】重量比で活性炭:アセチレンブラック:P
VDF=7:1:2となるように秤量し、さらにアセト
ンをアセトン:PVDF=9:1(重量比)となるよう
に加え、これらを室温下で混合し、十分分散させた。そ
して、これをアルミニウム箔上に0.15mmの厚さに塗
布し、溶媒を乾燥除去した。この電極を縦30mm×横4
0mmに2枚切り抜き、この電極で直径20mmに切り抜い
た固体電解質フィルムをはさみ、これをアルミラミネー
ト袋に挿入しリード取り出し部をヒートシールして電気
2重層キャパシタを作製した。
Activated carbon: acetylene black: P
VDF was weighed so that 7: 1: 2, and acetone was further added so that acetone: PVDF = 9: 1 (weight ratio), and these were mixed at room temperature and sufficiently dispersed. Then, this was applied on an aluminum foil to a thickness of 0.15 mm, and the solvent was removed by drying. This electrode is 30mm long x 4mm wide.
Two pieces were cut out to 0 mm, and a solid electrolyte film cut out to a diameter of 20 mm was sandwiched between the electrodes, inserted into an aluminum laminate bag, and a lead take-out portion was heat-sealed to produce an electric double layer capacitor.

【0111】本発明のキャパシタは、1mA/cm2 の電流
密度で、1V −2V 間で充放電が確認でき、4Fの静電
容量を示した。また、2V 満充電時の漏れ電流は、0.
01mA以下と良好な特性であった。
The capacitor of the present invention was confirmed to be charged and discharged between 1 V and 2 V at a current density of 1 mA / cm 2 , and exhibited a capacitance of 4 F. Also, the leakage current at the time of 2V full charge is 0.
The characteristics were as good as 01 mA or less.

【0112】比較例のキャパシタは、30個中15個が
充放電ができなかった。
As for the capacitor of the comparative example, 15 out of 30 capacitors could not be charged or discharged.

【0113】また、固体電解質の膜厚を20μm 、15
μm 、10μm としても、充放電が確認でき、良好な特
性が得られた。
Further, when the thickness of the solid electrolyte is 20 μm,
Even when the thickness was set to 10 μm or 10 μm, charging and discharging were confirmed, and good characteristics were obtained.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、イオン
伝導度が高く、放電特性、特にレート特性に優れ、強度
が強く、薄膜化でき、短絡しにくく、さらには、高温特
性に優れ、また、生産性、量産性にも優れた固体電解
質、および、この固体電解質を用いることで薄型大面積
化可能な電気化学デバイスを提供できる。
As described above, according to the present invention, the ionic conductivity is high, the discharge characteristics, particularly the rate characteristics, are excellent, the strength is strong, the film can be formed into a thin film, the short circuit is difficult, and the high temperature characteristics are excellent. Further, it is possible to provide a solid electrolyte which is excellent in productivity and mass productivity, and an electrochemical device which can be made thin and has a large area by using this solid electrolyte.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図面代用写真であって、本発明の固体電解質の
SEM写真である。
FIG. 1 is a drawing substitute photograph, which is an SEM photograph of the solid electrolyte of the present invention.

【図2】図面代用写真であって、従来の固体電解質のS
EM写真である。
FIG. 2 is a photograph as a substitute for a drawing, showing a conventional solid electrolyte S
It is an EM photograph.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 哲 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 古林 眞 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 5G301 CA02 CA12 CA25 CA30 CD01 5H029 AJ02 AJ11 AK02 AK06 AL02 AL06 AL12 AM03 AM04 AM07 AM16 DJ07 DJ08 DJ09 EJ12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsu Maruyama 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Makoto Kobayashi 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK F term in the company (reference) 5G301 CA02 CA12 CA25 CA30 CD01 5H029 AJ02 AJ11 AK02 AK06 AL02 AL06 AL12 AM03 AM04 AM07 AM16 DJ07 DJ08 DJ09 EJ12

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気化学的に不活性な無機粒子、高分子
および電解液を含有し、 前記無機粒子と前記高分子の重量比が55:45〜9
0:10である固体電解質。
1. An inorganic electrochemically inert particle, a polymer and an electrolytic solution, wherein the weight ratio of the inorganic particle to the polymer is 55:45 to 9
0:10 solid electrolyte.
【請求項2】 前記無機粒子の平均粒径が0.2〜10
μm である請求項1の固体電解質。
2. The inorganic particles have an average particle size of 0.2 to 10.
2. The solid electrolyte according to claim 1, which has a size of μm.
【請求項3】 前記無機粒子のバルクにおける導電率が
10-9S・cm-1以下である請求項1または2の固体電解
質。
3. The solid electrolyte according to claim 1, wherein the conductivity of the inorganic particles in the bulk is 10 −9 S · cm −1 or less.
【請求項4】 前記無機粒子が酸化ケイ素、酸化アルミ
ニウム、酸化チタン、酸化マグネシウムおよびチタン酸
バリウムのいずれか1種以上である請求項1〜3のいず
れかの固体電解質。
4. The solid electrolyte according to claim 1, wherein said inorganic particles are at least one of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide and barium titanate.
【請求項5】 前記高分子がフッ素を含有する請求項1
〜4のいずれかの固体電解質。
5. The method according to claim 1, wherein the polymer contains fluorine.
4. The solid electrolyte according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】 前記高分子がフッ化ビニリデン単位を含
有する請求項5の固体電解質。
6. The solid electrolyte according to claim 5, wherein said polymer contains a vinylidene fluoride unit.
【請求項7】 前記電解液を除いた乾燥時の空孔率が3
0%以上である請求項1〜6のいずれかの固体電解質。
7. The porosity at the time of drying excluding the electrolytic solution is 3
The solid electrolyte according to any one of claims 1 to 6, which is 0% or more.
【請求項8】 膜厚が5〜60μm である請求項1〜7
のいずれかの固体電解質。
8. A film according to claim 1, wherein said film has a thickness of 5 to 60 μm.
Any of the solid electrolytes.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかの固体電解質を
用いた電気化学デバイス。
9. An electrochemical device using the solid electrolyte according to claim 1.
【請求項10】 リチウム2次電池である請求項9の電
気化学デバイス。
10. The electrochemical device according to claim 9, which is a lithium secondary battery.
【請求項11】 電気2重層キャパシタである請求項9
の電気化学デバイス。
11. An electric double layer capacitor.
Electrochemical device.
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