JP2000149905A - Solid electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体又はゲル状の
電解質を用いた、いわゆる固体電解質電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called solid electrolyte battery using a solid or gel electrolyte.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、携帯用電子機器の小型化、軽量化
には目覚ましいものがあり、これに伴って、電源となる
二次電池についてもより軽量化、薄型化されることが望
まれている。その中でも、リチウムイオン二次電池は、
単体セルの放電平均電圧が3.7V程度あり、このよう
な用途に適した二次電池として注目されている。2. Description of the Related Art In recent years, there have been remarkable reductions in the size and weight of portable electronic devices, and accordingly, it has been desired that secondary batteries serving as power supplies be further reduced in weight and thickness. I have. Among them, lithium ion secondary batteries are
The average discharge voltage of a single cell is about 3.7 V, and is attracting attention as a secondary battery suitable for such applications.
【0003】ところで、リチウムイオン二次電池には、
電解液として非水電解液が用いれており、この液漏れを
防止するために金属製容器が用いられている。しかし、
このような金属製容器を用いることは、電池のエネルギ
ー密度を向上させる上で大変不利となっていた。そこ
で、リチウムイオン二次電池では、電池のエネルギー密
度を向上させる方法として、電池容器を金属よりも軽量
な高分子フィルムに変える方法が検討されている。[0003] By the way, lithium ion secondary batteries include:
A non-aqueous electrolyte is used as an electrolyte, and a metal container is used to prevent the leakage. But,
The use of such a metal container is very disadvantageous in improving the energy density of the battery. Then, in the lithium ion secondary battery, as a method of improving the energy density of the battery, a method of changing the battery container to a polymer film that is lighter than a metal is being studied.
【0004】しかしながら、このような二次電池では、
液状である非水電解液を用いていることから、高分子フ
ィルムに変えた場合に液漏れを起こしやすく、外装部材
としてこのような高分子フィルムを用いることは大変困
難とされてきた。However, in such a secondary battery,
Since a liquid non-aqueous electrolyte is used, liquid leakage is likely to occur when converted to a polymer film, and it has been very difficult to use such a polymer film as an exterior member.
【0005】最近、この有効な解決手段として、固体、
又はゲル状の電解質を用いた、いわゆる固体電解質電池
が提案されている。Recently, effective solutions to this problem include solids,
Alternatively, a so-called solid electrolyte battery using a gel electrolyte has been proposed.
【0006】固体電解質電池においては、高分子と電解
質塩とからなる高分子固体電解質を用いたものがある。
しかしながら、高分子固体電解質は、そのイオン伝導度
が何れも室温で10-4S/cm以下であり、且つその温
度依存性が大きいことから、最低でも一桁以上のイオン
伝導度の向上が課題として指摘されてきた。Some solid electrolyte batteries use a polymer solid electrolyte consisting of a polymer and an electrolyte salt.
However, since the solid polymer electrolyte has an ionic conductivity of 10 −4 S / cm or less at room temperature and has a large temperature dependence, it is necessary to improve the ionic conductivity by at least one digit or more. Has been pointed out.
【0007】そこで、固体電解質電池においては、イオ
ン伝導度を向上させた固体電解質として、高分子材料に
電解液を含浸保持させたゲル状電解質を用いたものが注
目されている。ゲル状電解質は、ゲルの骨格となるネッ
トワークを形成するホスト高分子と電解液との複合材料
である。イオン伝導反応は、主として含浸保持された電
解液中で生起することから、室温で電解液と同程度にイ
オン伝導度を発現し、且つその温度依存性も電解液と同
様なアレニウス式に近似できることが報告されている
(例えば、H.Akashi,et al.,J.Electrochemical Societ
y,Vol.145,No.3,P.881(1998))。[0007] Therefore, in a solid electrolyte battery, as a solid electrolyte having improved ionic conductivity, a solid electrolyte battery using a gel electrolyte obtained by impregnating and holding an electrolytic solution in a polymer material has attracted attention. The gel electrolyte is a composite material of a host polymer and an electrolyte forming a network serving as a skeleton of the gel. Since the ionic conduction reaction mainly occurs in the electrolyte solution that is impregnated and held, it exhibits ion conductivity at room temperature as much as the electrolyte solution, and its temperature dependence can be approximated by the Arrhenius equation similar to the electrolyte solution. (Eg, H. Akashi, et al., J. Electrochemical Societ)
y, Vol.145, No.3, P.881 (1998)).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな固体電解質電池においては、高分子が電解液により
可塑化されたゲル状電解質を用いた場合に、このゲル状
電解質の機械的強度が、高分子固体電解質と比較して低
くなる傾向にある。In the above-mentioned solid electrolyte battery, when a gel electrolyte in which a polymer is plasticized by an electrolytic solution is used, the mechanical strength of the gel electrolyte is reduced. It tends to be lower than that of the polymer solid electrolyte.
【0009】このため、ゲル状電解質を正極と負極との
間に配して作製された固体電解質電池においては、この
正極と負極との物理的接触に起因する内部ショートが発
生しやすくなる。結果として、電池作製時における歩留
りの低下や、充放電サイクルが劣化するといった問題が
あった。For this reason, in a solid electrolyte battery produced by disposing a gel electrolyte between a positive electrode and a negative electrode, an internal short-circuit due to physical contact between the positive electrode and the negative electrode is likely to occur. As a result, there have been problems such as a decrease in yield at the time of manufacturing the battery and a deterioration in the charge / discharge cycle.
【0010】固体電解質電池においては、このような機
械的強度の不足に対して、例えばポリオレフィン系セパ
レータのような微多孔質薄膜により補強されたゲル状電
解質を用いることが提案されている。これは、機械的強
度の高いセパレータとゲル状電解質を複合化させること
で、ゲル状電解質全体の機械的強度を向上させるもので
ある。[0010] In the case of a solid electrolyte battery, it has been proposed to use a gel electrolyte reinforced with a microporous thin film such as a polyolefin-based separator to cope with such a lack of mechanical strength. This is to improve the mechanical strength of the entire gel electrolyte by forming a composite of the separator having high mechanical strength and the gel electrolyte.
【0011】しかしながら、このようなセパレータによ
り補強された固体電解質電池においては、電池の内部抵
抗が大きくなりすぎるために、電池特性が大幅に劣化し
てしまうといった問題があった。However, in the solid electrolyte battery reinforced by such a separator, there is a problem that the internal resistance of the battery becomes too large, so that the battery characteristics are significantly deteriorated.
【0012】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、固体電解質の機械的強度
を保ちつつ、電池の内部抵抗を抑えることにより、充放
電サイクル寿命が長く、生産性に優れた固体電解質電池
を提供することを目的とする。Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and has a long charge-discharge cycle life by suppressing the internal resistance of the battery while maintaining the mechanical strength of the solid electrolyte. An object is to provide a solid electrolyte battery having excellent productivity.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らが鋭意検討を行った結果、固体電解質電
池の電池特性がセパレータに対する固体電解質の濡れ性
により顕著に変化することを見出した。Means for Solving the Problems In order to achieve this object, the present inventors have conducted intensive studies and as a result, have found that the battery characteristics of a solid electrolyte battery are significantly changed by the wettability of the solid electrolyte to a separator. I found it.
【0014】そこで、上述した目的を達成する本発明に
係る固体電解質電池は、正極と負極とがセパレータを介
して接合され、正極とセパレータとの間、及び負極とセ
パレータとの間に固体電解質が配されてなる固体電解質
電池において、セパレータには、固体電解質に含浸され
る非水溶媒に対して濡れ性を示すような微多孔質薄膜を
用いることを特徴とする。Therefore, in the solid electrolyte battery according to the present invention, which achieves the above-mentioned object, a positive electrode and a negative electrode are joined via a separator, and a solid electrolyte is provided between the positive electrode and the separator and between the negative electrode and the separator. In the solid electrolyte battery provided, a microporous thin film having wettability to a nonaqueous solvent impregnated in the solid electrolyte is used as a separator.
【0015】以上のように構成された本発明に係る固体
電解質電池によれば、固体電解質に対して高い濡れ性を
示すことにより、固体電解質の機械的強度を保ちつつ、
電池の内部抵抗を抑えることができる。According to the solid electrolyte battery of the present invention configured as described above, it exhibits high wettability with respect to the solid electrolyte, thereby maintaining the mechanical strength of the solid electrolyte.
The internal resistance of the battery can be suppressed.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態
として示すポリマーリチウムイオン二次電池1は、図1
及び図2に示すように、巻回電極体2に接続された外部
接続用端子となる正極リード線3及び負極リード線4を
外部へ導出しつつ、この巻回電極体2が、外装部材5で
ある上部ラミネートフィルム6と下部ラミネートフィル
ム7とにより封入されてなる。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. A polymer lithium ion secondary battery 1 shown as an embodiment of the present invention has a structure shown in FIG.
As shown in FIG. 2 and FIG. 2, while the positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 serving as external connection terminals connected to the spirally wound electrode body 2 are led out, the spirally wound electrode body 2 is Is enclosed by the upper laminated film 6 and the lower laminated film 7.
【0017】巻回電極体2は、図3に示すように、正極
8と負極9とがセパレータ10を介して積層され、この
正極8とセパレータ10との間、及び負極9とセパレー
タ8との間にそれぞれゲル状電解質層11が形成され
て、図中矢印Aの方向に多数巻回されてなる。As shown in FIG. 3, the wound electrode body 2 has a positive electrode 8 and a negative electrode 9 laminated on each other with a separator 10 interposed between the positive electrode 8 and the separator 10 and between the negative electrode 9 and the separator 8. A gel electrolyte layer 11 is formed between them, and a large number is wound in the direction of arrow A in the figure.
【0018】正極8は、図4に示すように、正極集電体
12の両面に正極活物質層13が形成されてなる。ま
た、正極8には、その両面の正極活物質層13上にゲル
状電解質層11が形成されている。As shown in FIG. 4, the positive electrode 8 is formed by forming a positive electrode active material layer 13 on both surfaces of a positive electrode current collector 12. Further, in the positive electrode 8, a gel electrolyte layer 11 is formed on the positive electrode active material layers 13 on both surfaces thereof.
【0019】正極集電体12としては、例えば、アルミ
ニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔を使用
することができる。これら金属箔は、多孔性金属箔とす
ることが好ましい。金属箔を多孔性金属箔とすること
で、集電体と電極層との接着強度を高めることができ
る。このような多孔性金属箔としては、パンチングメタ
ルやエキスパンドメタルの他、エッチング処理のよって
多数の開口部を形成した金属箔等を使用することができ
る。As the positive electrode current collector 12, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, and a stainless steel foil can be used. These metal foils are preferably porous metal foils. By making the metal foil a porous metal foil, the adhesive strength between the current collector and the electrode layer can be increased. As such a porous metal foil, in addition to a punching metal and an expanded metal, a metal foil having a large number of openings formed by an etching process can be used.
【0020】正極活物質層13を形成するには、正極活
物質として、目的とする電池の種類に応じて金属酸化
物、金属硫化物又は特定の高分子材料を用いることがで
きる。より好ましくは、LixMO2(Mは1種類以上の
遷移金属、好ましくはCo、Ni、又はMnを表し、x
は電池充放電状態によって異なり、0.05≦x≦1.
12である。)を主体とするリチウム複合酸化物等を使
用することが好ましい。このリチウム複合酸化物を構成
する遷移金属としては、Co、Ni、Mn等が好まし
い。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、
LiCoO2、LiNiO2 、LiNiyCo(1-y)O2
(但し、0<y<1)、LiMn2O4等を挙げることが
できる。また、正極活物質層13を形成するには、これ
ら正極活物質を単独又は2種類以上混合して使用しても
よい。To form the positive electrode active material layer 13, a metal oxide, a metal sulfide, or a specific polymer material can be used as the positive electrode active material, depending on the type of the intended battery. More preferably, Li x MO 2 (M represents one or more transition metals, preferably Co, Ni or Mn, x
Varies depending on the battery charge / discharge state, and 0.05 ≦ x ≦ 1.
Twelve. ) Is preferably used. As a transition metal constituting the lithium composite oxide, Co, Ni, Mn, or the like is preferable. Specific examples of such a lithium composite oxide include:
LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi y Co (1-y) O 2
(However, 0 <y <1), LiMn 2 O 4 and the like. To form the positive electrode active material layer 13, these positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
【0021】なお、このようなリチウム複合酸化物は、
リチウム化合物と遷移金属化合物、例えばリチウム遷移
金属の炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酸化物、水酸化物、ハ
ロゲン化合物等を原料として製造することができる。例
えば、所望の組成に応じてリチウム塩原料及び遷移金属
原料をそれぞれ計量し、十分に混合した後、酸素存在雰
囲気中、600〜1000℃の温度範囲で加熱焼成する
ことによりリチウム複合酸化物を製造することができ
る。この場合、各成分の混合方法は、特に限定されるも
のではなく、粉体状の塩類をそのまま乾式の状態で混合
してもよく、或いは粉体状の塩類を水に溶解して水溶液
の状態で混合してもよい。Incidentally, such a lithium composite oxide is as follows:
Lithium compounds and transition metal compounds, for example, lithium transition metal carbonates, nitrates, sulfates, oxides, hydroxides, halogen compounds and the like can be produced as raw materials. For example, a lithium salt raw material and a transition metal raw material are each weighed and mixed sufficiently according to a desired composition, and then heated and fired in an oxygen-containing atmosphere at a temperature range of 600 to 1000 ° C. to produce a lithium composite oxide. can do. In this case, the method of mixing each component is not particularly limited, and the powdery salts may be mixed in a dry state as they are, or the powdery salts may be dissolved in water to form an aqueous solution. May be mixed.
【0022】なお、このような正極活物質から正極8を
作製する場合には、正極活物質の粉末と必要に応じてカ
ーボンブラックやグラファイト等の導電剤や、ポリフッ
化ビニリデン等のバインダ樹脂とを均一に混合して正極
合剤を調製し、それを圧縮成型することによりコイン型
セル用のペレット形状の正極を作製することができる。
或いは、正極活物質の粉末に導電材料とバインダ樹脂と
を加えて、さらにジメチルホルムアルデヒドやn−メチ
ルピロリドン等の溶媒を添加してペースト状の正極合剤
組成物を調製し、それを正極集電体に塗布し乾燥するこ
とにより、巻回し型セル用の正極を作製することができ
る。When the positive electrode 8 is prepared from such a positive electrode active material, a powder of the positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent such as carbon black or graphite, or a binder resin such as polyvinylidene fluoride are used. By uniformly mixing to prepare a positive electrode mixture, and compression-molding the same, a pellet-shaped positive electrode for a coin-type cell can be produced.
Alternatively, a conductive material and a binder resin are added to the powder of the positive electrode active material, and a solvent such as dimethylformaldehyde or n-methylpyrrolidone is further added to prepare a paste-like positive electrode mixture composition. A positive electrode for a wound cell can be prepared by applying the composition to a body and drying the applied body.
【0023】正極8は、図5に示すように、長手方向の
一方端部に、正極リード線3の幅に合わせて正極集電体
12が露呈した正極集電体露呈部分12aを有してい
る。この正極集電体露呈部分12aには、正極リード線
3が幅方向の一方端部から導出されるように取り付けら
れる。As shown in FIG. 5, the positive electrode 8 has, at one end in the longitudinal direction, a positive electrode current collector exposed portion 12a in which the positive electrode current collector 12 is exposed according to the width of the positive electrode lead wire 3. I have. The positive electrode lead wire 3 is attached to the positive electrode current collector exposed portion 12a so as to be led out from one end in the width direction.
【0024】負極9は、図6に示すように、負極集電体
14の両面に負極活物質層15が形成されてなる。ま
た、負極9には、その両面の負極活物質層15上にゲル
状電解質層11が形成されている。As shown in FIG. 6, the negative electrode 9 has a structure in which a negative electrode active material layer 15 is formed on both surfaces of a negative electrode current collector 14. In the negative electrode 9, the gel electrolyte layer 11 is formed on the negative electrode active material layers 15 on both surfaces thereof.
【0025】負極集電体14としては、例えば、銅箔、
ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔等を使用すること
ができる。これら金属箔は、多孔性金属箔とすることが
好ましい。金属箔を多孔性金属箔とすることで、集電体
と電極層との接着強度を高めることができる。このよう
な多孔性金属箔としては、パンチングメタルやエキスパ
ンドメタルの他、エッチング処理のよって多数の開口部
を形成した金属箔等を使用することができる。As the negative electrode current collector 14, for example, copper foil,
A metal foil such as a nickel foil and a stainless steel foil can be used. These metal foils are preferably porous metal foils. By making the metal foil a porous metal foil, the adhesive strength between the current collector and the electrode layer can be increased. As such a porous metal foil, in addition to a punching metal and an expanded metal, a metal foil having a large number of openings formed by an etching process can be used.
【0026】負極活物質層15を形成するには、リチウ
ム金属、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、
リチウムをドープ・脱ドープすることが可能な材料、例
えば、グラファイト、難黒鉛化炭素系材料、易黒鉛系炭
素材料等がある。このような炭素材料としては、熱分解
炭素類、コークス類(例えば、ピッチコークス、ニード
ルコークス、石油コークス等)、グラファイト類、ガラ
ス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(例えば、セルロ
ース、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼
成したもの。)、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料、或
いはポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ジ
スルフィド系電極等のポリマー電極を挙げることができ
る。また、負極活物質層15を形成するには、これら負
極活物質を単独又は2種類以上混合して使用してもよ
い。To form the negative electrode active material layer 15, a lithium alloy such as lithium metal, lithium aluminum alloy,
There are materials capable of doping and undoping lithium, for example, graphite, non-graphitizable carbon-based materials, easily graphitic carbon materials, and the like. Examples of such carbon materials include pyrolytic carbons, cokes (eg, pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, and organic polymer compound fired bodies (eg, cellulose, phenolic resin). , Calcined furan resin at an appropriate temperature.), Carbonaceous materials such as carbon fiber and activated carbon, and polymer electrodes such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, and disulfide-based electrodes. To form the negative electrode active material layer 15, these negative electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
【0027】なお、このような負極活物質から負極9を
作製する場合には、板状のリチウム金属やリチウム合金
を所望の形状に打ち抜くことで負極を作製することがで
きる。また、炭素粉末とポリフッ化ビニリデン等のバイ
ンダ樹脂とを均一に混合して負極合剤を調製し、それを
圧縮成型することによりコイン型セル用のペレット形状
の負極を作製することができる。或いは、正極活物質の
粉末に導電材料とバインダ樹脂とを加えて、さらにジメ
チルホルムアルデヒドやn−メチルピロリドン等の溶媒
を添加してペースト状の正極合剤組成物を調製し、それ
を負極集電体に塗布し乾燥することにより、巻回し型セ
ル用の負極を作製することができる。When the negative electrode 9 is manufactured from such a negative electrode active material, the negative electrode can be manufactured by punching a plate-shaped lithium metal or lithium alloy into a desired shape. Also, a carbon powder and a binder resin such as polyvinylidene fluoride are uniformly mixed to prepare a negative electrode mixture, and the resultant mixture is compression-molded to produce a pellet-shaped negative electrode for a coin-type cell. Alternatively, a conductive material and a binder resin are added to the powder of the positive electrode active material, and a solvent such as dimethylformaldehyde or n-methylpyrrolidone is further added to prepare a paste-like positive electrode mixture composition. A negative electrode for a wound cell can be manufactured by applying the composition to a body and drying the applied body.
【0028】負極9は、図7に示すように、長手方向の
一方端部に、負極リード線4の幅に合わせて負極集電体
14が露呈した負極集電体露呈部分14aを有してい
る。この負極集電体露呈部分14aには、負極リード線
4が幅方向の一方端部から導出されるように取り付けら
れる。As shown in FIG. 7, the negative electrode 9 has, at one end in the longitudinal direction, a negative electrode current collector exposed portion 14a in which the negative electrode current collector 14 is exposed according to the width of the negative electrode lead wire 4. I have. The negative electrode lead wire 4 is attached to the negative electrode current collector exposed portion 14a so as to be led out from one end in the width direction.
【0029】セパレータ10としては、ポリオレフィン
を主成分とする微多孔質薄膜を使用することができ、例
えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はその複合体
等を使用することができる。As the separator 10, a microporous thin film containing polyolefin as a main component can be used. For example, polypropylene, polyethylene, or a composite thereof can be used.
【0030】セパレータ10においては、気孔率につい
て特に限定するものでないが、その気孔率を30〜60
%とすることが好ましい。気孔率を30%以上としたの
は、それよりも低い場合に、電池の出力特性が過渡に低
下してしまうからである。また、気孔率を60%以下と
したのは、これよりも高い場合に、機械的強度が低下し
てしまうからである。また、セパレータ10において
は、その空孔の孔径や膜厚についても特に限定するもの
でないが、内部ショートの防止と空孔閉塞によるシャッ
トダウン効果とを発現させるために、空孔の孔径を1μ
m以下とすることが好ましい。また、セパレータ10と
しては、5〜35μm程度の膜厚のものを用いることが
できるが、膜の機械的強度と電気抵抗との相互関係を考
慮すると、膜厚を7〜20μm程度とすることが好まし
い。The porosity of the separator 10 is not particularly limited.
% Is preferable. The reason for setting the porosity to 30% or more is that when the porosity is lower than 30%, the output characteristics of the battery are transiently reduced. Further, the porosity is set to 60% or less because if the porosity is higher than 60%, the mechanical strength is reduced. Further, in the separator 10, the pore diameter and the film thickness of the pores are not particularly limited, but the pore diameter of the pores is set to 1 μm in order to prevent an internal short circuit and to exhibit a shutdown effect due to the pore closure.
m or less. As the separator 10, a film having a thickness of about 5 to 35 μm can be used. However, in consideration of the correlation between the mechanical strength and the electric resistance of the film, the thickness is preferably about 7 to 20 μm. preferable.
【0031】ゲル状電解質層11を形成するには、非水
溶媒として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラ
クトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テト
ラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,
3−ジオキサン、酢酸メチル、プロピレン酸メチル、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネート、2,4−ジフルオロアニソール、
2,6−ジフルオロアニソール、4−ブロモベラトロー
ル等を単独若しくは2種類以上の混合溶媒として使用す
ることができる。To form the gel electrolyte layer 11, as a non-aqueous solvent, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, γ-valerolactone, diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran , 1,
3-dioxane, methyl acetate, methyl propylene acid, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 2,4-difluoroanisole,
2,6-difluoroanisole, 4-bromoveratrol and the like can be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.
【0032】ここで、非水溶媒としては、外装部材5と
して防湿性を有する柔らかい高分子フィルムを使用した
場合、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、又はγ−ブチルラクトン、2,4−ジフルオロアニ
ソール、2,6−ジフルオロアニソール、4−ブロモベ
ラトロール等の沸点が150℃以上の溶媒を組み合わせ
て使用することが好ましい。Here, as the non-aqueous solvent, when a moisture-proof soft polymer film is used as the exterior member 5, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyl lactone, 2,4-difluoroanisole, It is preferable to use a combination of solvents having a boiling point of 150 ° C. or higher, such as 6-difluoroanisole and 4-bromoveratrol.
【0033】この場合、ゲル状電解質にこのような高沸
点溶媒を用いることにより、高温下での電池形状の変形
を防ぐことができる。In this case, by using such a high boiling point solvent for the gel electrolyte, deformation of the battery shape at high temperature can be prevented.
【0034】しかしながら、上述したポリエチレン等の
ポリオレフィン系セパレータは、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート又はγ−ブチルラクトン等
の高沸点溶媒に対して疎液性が強く、これを用いた固体
電解質電池においては、その内部抵抗が大きくなりすぎ
るため、電池特性が著しく劣化してしまう。However, the above-mentioned polyolefin separator such as polyethylene has strong lyophobicity to a high boiling point solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate or γ-butyl lactone, and in a solid electrolyte battery using the same, Since the internal resistance becomes too large, the battery characteristics are significantly deteriorated.
【0035】また、固体電解質電池においては、ポリオ
レフィン系セパレータに対して良好な濡れ性を示す溶媒
として、ジメチルカーボネート等の比較的沸点の低い直
鎖状エステル化合物を混合することが考えられるが、上
述した高温下での電池形状の変形を防ぐためにこのよう
な溶媒を用いることは困難である。In a solid electrolyte battery, it is conceivable to mix a linear ester compound having a relatively low boiling point such as dimethyl carbonate as a solvent having good wettability with a polyolefin separator. It is difficult to use such a solvent in order to prevent the deformation of the battery shape at high temperatures.
【0036】そこで、セパレータ10としては、上述し
た固体電解質に含浸される非水溶媒に対して濡れ性を示
すような微多孔質薄膜が用いられている。Therefore, as the separator 10, a microporous thin film having wettability with respect to the non-aqueous solvent impregnated in the solid electrolyte is used.
【0037】セパレータ10においては、この固体電解
質に含浸される非水溶媒に対して良好な濡れ性を示すた
めに、表面に界面活性処理が施されている。微多孔質薄
膜の界面活性処理の方法としては、界面活性剤による親
液処理、プラズマ処理、コロナ放電処理等、多岐にわた
り特定の手法に限定されるものではない。The surface of the separator 10 has been subjected to a surface active treatment in order to exhibit good wettability with respect to the nonaqueous solvent impregnated in the solid electrolyte. The method for surface-active treatment of the microporous thin film is not limited to a wide variety of specific methods such as lyophilic treatment with a surfactant, plasma treatment, corona discharge treatment, and the like.
【0038】親液処理方法としては、親液性の高い化学
物質を微多孔質薄膜上へ塗布する手法、又は液状物質で
あれば、予め電解液に添加する手法を用いることができ
る。As the lyophilic treatment method, a method of applying a chemical substance having a high lyophilic property onto a microporous thin film, or a liquid substance, which is previously added to an electrolytic solution, can be used.
【0039】用いられる界面活性剤としては、例えばヘ
キサノール、ヘプタノール、n−オクタノール、n−デ
カノール、シクロヘキサノール、フェニルエチルアルコ
ール、ベンジルアルコール等を使用することができ、こ
れらを単独、又は2種類以上混合して使用できる。ま
た、界面活性剤としては、ポリイミド、ポリアセタノー
ル、ポリアルキレンスルファイド、ポリアルキレンオキ
サイド、セルロースエステル、ポリビニルアルコール、
ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、シリ
コングリコール、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル
酸、ポリエーテル変性シロキサン、ポリエチレンオキサ
イド、アミド系化合物、アミン系化合物、リン酸系化合
物等を単独、又は2種類以上混合して使用することがで
きる。もちろん、上述した規定を満たすものであれば限
定されない。As the surfactant used, for example, hexanol, heptanol, n-octanol, n-decanol, cyclohexanol, phenylethyl alcohol, benzyl alcohol and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. Can be used. Further, as a surfactant, polyimide, polyacetanol, polyalkylene sulfide, polyalkylene oxide, cellulose ester, polyvinyl alcohol,
Polybenzimidazole, polybenzothiazole, silicon glycol, vinyl acetate, acrylic acid, methacrylic acid, polyether-modified siloxane, polyethylene oxide, amide compound, amine compound, phosphoric acid compound, etc. alone or in combination of two or more Can be used. Of course, there is no limitation as long as the above-mentioned rules are satisfied.
【0040】また、プラズマ処理による微多孔質薄膜の
親液処理方法として、例えば「プラズマ重合」第二章
(長田著、東京化学同人刊、1986)に記載された汎
用的な手法により行うことができる。同様に、大気コロ
ナ放電処理方法も汎用の手法により行うことができる。
もちろん、上述した規定を満たすものであれば特に限定
されるものではない。The lyophilic treatment method of the microporous thin film by the plasma treatment may be performed by a general-purpose method described in, for example, Chapter 2 of “Plasma Polymerization” (by Nagata, Tokyo Chemical Dojin, 1986). it can. Similarly, the atmospheric corona discharge treatment method can be performed by a general-purpose method.
Of course, there is no particular limitation as long as the above conditions are satisfied.
【0041】このようなセパレータ10となる表面に界
面活性処理が施された微多孔質薄膜の濡れ性について
は、以下の方法により評価した。The wettability of the microporous thin film having the surface serving as the separator 10 subjected to the surface active treatment was evaluated by the following method.
【0042】先ず、図8に示すように、予めエチレンカ
ーボネートとプロピレンカーボネートとを1:1の体積
比率で混合した溶媒を作製した後、この混合液を皺がよ
らないように固定したセパレータ10上に適量滴下する
ことで半球状液20を形成する。このときの接触角θを
記録し、さらに1分間放置した後、接触角θに減少が認
められれば、本発明に用いて好適な微多孔質薄膜とし
た。First, as shown in FIG. 8, after preparing a solvent in which ethylene carbonate and propylene carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1 in advance, this mixed solution is fixed on a separator 10 fixed without wrinkles. To form a hemispherical liquid 20. At this time, the contact angle θ was recorded, and after further leaving for 1 minute, if a decrease was observed in the contact angle θ, a microporous thin film suitable for use in the present invention was obtained.
【0043】なお、接触角θは、(新実験化学講座 日
本化学会偏 丸善)に記載された方法により測定を行っ
た。1分後の接触角θは、試験サンプルの気孔率や空孔
の孔径により異なるので、一義的な値を示すことは困難
であるが、理想的には0゜に近い方が好ましい。The contact angle θ was measured by the method described in (New Experimental Chemistry Course, Chemical Society of Japan, Maruzen). Since the contact angle θ after one minute differs depending on the porosity and pore diameter of the test sample, it is difficult to show a unique value, but ideally it is preferably closer to 0 °.
【0044】ゲル状電解質層11を形成するには、電解
質塩として、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiB
F4、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3S
O2)2N、LiC4F9SO3等のリチウム塩を単独若し
くは2種類以上混合して使用することができる。なお、
電解質塩の添加量は、良好なイオン伝導度が得られるよ
うにゲル状電解質中の非水電解液におけるモル濃度が
0.8〜2.0mol/lなるように調製することが好
ましい。[0044] To form the gel electrolyte layer 11 is, as an electrolyte salt, e.g., LiPF 6, LiAsF 6, LiB
F 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 S
Lithium salts such as O 2 ) 2 N and LiC 4 F 9 SO 3 can be used alone or in combination of two or more. In addition,
The addition amount of the electrolyte salt is preferably adjusted so that the molar concentration in the nonaqueous electrolyte in the gel electrolyte is 0.8 to 2.0 mol / l so that good ion conductivity is obtained.
【0045】ゲル状電解質層11を形成するには、ゲル
状電解質に用いられる高分子材料として、ポリフッ化ビ
ニリデン及びポリフッ化ビニリデンの共重合体を使用す
ることができ、共重合モノマーとしては、例えば、ヘキ
サフルオロプロピレンやテトラフルオロエチレン等を挙
げることができる。To form the gel electrolyte layer 11, polyvinylidene fluoride and a copolymer of polyvinylidene fluoride can be used as the polymer material used for the gel electrolyte. , Hexafluoropropylene and tetrafluoroethylene.
【0046】また、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、例えば、ポリアクリロニトリル及びポリア
クリロニトリルの共重合体を使用することができる。共
重合モノマー(ビニル系モノマー)としては、例えば、
酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチ
ル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン
酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレ
ート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデ
ン、塩化ビニリデン等を挙げることができる。さらに、
アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルブ
タジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ポリエチ
レンプロピレンジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル
塩化ビニル樹脂、アクリロニトリルメタアクリレート樹
脂、アクリロニトリルアクリレート樹脂等を使用するこ
とができる。As the polymer material used for the gel electrolyte, for example, polyacrylonitrile and a copolymer of polyacrylonitrile can be used. Examples of the copolymerizable monomer (vinyl-based monomer) include, for example,
Examples thereof include vinyl acetate, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, itaconic acid, methyl acrylate hydride, ethyl acrylate, acrylamide, vinyl chloride, vinylidene fluoride, and vinylidene chloride. further,
Acrylonitrile butadiene rubber, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile chloride polyethylene propylene diene styrene resin, acrylonitrile vinyl chloride resin, acrylonitrile methacrylate resin, acrylonitrile acrylate resin and the like can be used.
【0047】また、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、ポリエチレンオキサイド及びポリエチレン
オキサイドの共重合体を使用することができる。共重合
モノマーとしては、例えば、ポリプロピレンオキサイ
ド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリ
ル酸メチル、アクリル酸ブチル等を挙げることができ
る。As the polymer material used for the gel electrolyte, polyethylene oxide and a copolymer of polyethylene oxide can be used. Examples of the copolymerizable monomer include polypropylene oxide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, and the like.
【0048】その他、ゲル状電解質に用いられる高分子
材料としては、ポリエーテル変性シロキサン、及びその
共重合体を使用することができる。In addition, as the polymer material used for the gel electrolyte, a polyether-modified siloxane and a copolymer thereof can be used.
【0049】なお、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、これらを単独又は2種類以上混合して使用
することができる。As the polymer material used for the gel electrolyte, these can be used alone or in combination of two or more.
【0050】また、ゲル状電解質層11においては、固
体電解質としてゲル状電解質を用いたが、室温で1mS
/cm以上のイオン伝導度を示すものであればゲル状の
固体電解質に限定されるものではなく、例えば、上述し
た高分子と電解質塩とからなる高分子固体電解質であっ
てもよい。高分子固体電解質に用いられる高分子材料と
しては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピ
レンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン
等を使用することができる。In the gel electrolyte layer 11, a gel electrolyte was used as a solid electrolyte.
The solid electrolyte is not limited to a gel solid electrolyte as long as it has an ion conductivity of / cm or more. For example, a polymer solid electrolyte composed of the above-described polymer and an electrolyte salt may be used. As the polymer material used for the polymer solid electrolyte, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, and the like can be used.
【0051】ここで、ゲル状電解質層11においては、
ゲル状電解質としてポリアクリロニトリル又はポリアク
リロニトリルを含む共重合体からなるゲル状電解質を用
いて形成されていることが好ましい。これにより、より
機械的強度の高いゲル状電解質を得ることができる。Here, in the gel electrolyte layer 11,
The gel electrolyte is preferably formed using a gel electrolyte made of polyacrylonitrile or a copolymer containing polyacrylonitrile. Thereby, a gel electrolyte having higher mechanical strength can be obtained.
【0052】また、ゲル状電解質層11においては、ゲ
ル状電解質としてポリフッ化ビニリデンを使用する場合
に、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ四フッ化エチ
レン等が共重合された多元系高分子からなるゲル状電解
質を用いて形成されていることが好ましい。さらに好ま
しくは、ポリフッ化ビニリデン及びポリヘキサフルオロ
プロピレンとの共重合体からなるゲル状電解質を用いて
形成されていることが好ましい。これにより、より機械
的強度の高いゲル状電解質を得ることができる。In the gel electrolyte layer 11, when polyvinylidene fluoride is used as the gel electrolyte, the gel electrolyte made of a multi-component polymer obtained by copolymerizing polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene or the like is used. It is preferably formed using an electrolyte. More preferably, it is preferably formed using a gel electrolyte made of a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene. Thereby, a gel electrolyte having higher mechanical strength can be obtained.
【0053】また、ゲル状電解質層11においては、ポ
リフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンと
の共重合体からなり、このポリフッ化ビニリデンとポリ
ヘキサフルオロプロピレンとの共重合体に対するポリフ
ッ化ビニリデンの共重合比が0.9以下であることが機
械的強度を高める上でより好ましい。The gel electrolyte layer 11 is made of a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene. The copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene is copolymerized with polyvinylidene fluoride. It is more preferable that the ratio be 0.9 or less in order to increase the mechanical strength.
【0054】ポリフッ化ビニリデンの共重合比が0.9
以下としたのは、ポリヘキサフルオロプロピレンを共重
合することによる溶媒保持能力の向上の効果が不足し、
十分な量の溶媒を保持できないからである。When the copolymerization ratio of polyvinylidene fluoride is 0.9
The reason for the following is that the effect of improving the solvent holding capacity by copolymerizing polyhexafluoropropylene is insufficient,
This is because a sufficient amount of the solvent cannot be held.
【0055】なお、ゲル状電解質層11においては、良
好なゲル状電解質とするために、高分子材料の添加量を
電解液の重量に対して例えば5〜50%程度の重量とな
るように添加することが好ましい。In the gel electrolyte layer 11, in order to obtain a good gel electrolyte, the amount of the polymer material to be added is, for example, about 5 to 50% of the weight of the electrolyte. Is preferred.
【0056】正極リード線3及び負極リード線4は、ア
ルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属材料を
使用することができ、例えば、薄板状又はメッシュ状に
加工される。正極リード線3及び負極リード線4は、例
えば、抵抗溶接、超音波溶接等の方法を用いて正極集電
体露呈部分12a及び負極露呈部分14aにそれぞれ取
り付けられる。The positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 can be made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, and stainless steel, and are processed into, for example, a thin plate or a mesh. The positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 are attached to the positive electrode current collector exposed portion 12a and the negative electrode exposed portion 14a, respectively, using a method such as resistance welding or ultrasonic welding.
【0057】外装部材5は、図9に示すように、防湿性
を有するものであればよく、例えば、厚さ25μmのナ
イロンフィルム16a、厚さ20μmのポリエチレンフ
ィルム17a、厚さ15μmのアルミニウム箔18、厚
さ25μmのナイロンフィルム16b、及び厚さ80μ
mのポリエチレンフィルム17bをこの順に張り合わせ
た5層から形成されてなる。外装部材5においては、図
1及び図2に示すように、上部ラミネートフィルム6が
巻回電極体2を収納するのに合わせて融着部分となる外
縁部分6aを残して膨らみを持たせた形状とされてい
る。As shown in FIG. 9, the exterior member 5 only needs to have a moisture-proof property. For example, a nylon film 16a having a thickness of 25 μm, a polyethylene film 17a having a thickness of 20 μm, and an aluminum foil 18 having a thickness of 15 μm are provided. , 25 μm thick nylon film 16b, and 80 μm thick
m of polyethylene film 17b in this order. As shown in FIGS. 1 and 2, the outer member 5 has a shape in which the upper laminate film 6 has a bulge except for an outer edge portion 6 a serving as a fusion portion in order to accommodate the wound electrode body 2. It has been.
【0058】外装部材5においては、巻回電極体2を封
入する際、上部ラミネートフィルム6と下部ラミネート
フィルム7とが互いのポリエチレンフィルム17b側を
内面として、この上部ラミネートフィルム6の外縁部分
6aと下部ラミネートフィルム7とが熱融着により張り
合わされ、減圧封止される。このとき、外装部材5は、
正極リード線3及び負極リード線4をこの外装部材5か
ら外部に導出しつつ、巻回電極体2を封入することにな
る。In the exterior member 5, when the wound electrode body 2 is sealed, the upper laminated film 6 and the lower laminated film 7 are connected to the outer edge portion 6 a of the upper laminated film 6 with the polyethylene film 17 b side as the inner surface. The lower laminate film 7 is bonded to the lower laminate film 7 by heat fusion, and is sealed under reduced pressure. At this time, the exterior member 5
The wound electrode body 2 is sealed while the positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 are led out from the exterior member 5.
【0059】なお、外装部材5おいては、係る構成に限
定されるものでなく、例えば、略袋状に成形されたラミ
ネートフィルムにより巻回電極体2が封入される構成で
あってもよい。この場合、外装部材5の内部に巻回電極
体2を収納した後、この収納口から正極リード線3及び
負極リード線4を外部に導出しつつ、減圧封止される。The exterior member 5 is not limited to such a configuration. For example, the exterior member 5 may have a configuration in which the wound electrode body 2 is sealed by a substantially bag-shaped laminated film. In this case, after the spirally wound electrode body 2 is housed inside the exterior member 5, the positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 are drawn out from the housing holes and sealed under reduced pressure.
【0060】ここで、巻回電極体2を外装部材5に封入
するに際しては、図1、図2及び図10に示すように、
外装部材5と正極リード線3及び負極リード線4との接
触部分に、ポリオレフィン樹脂からなる上下2枚の融着
フィルム19がこの正極リード線3及び負極リード線4
を挟み込むように設けられている。Here, when enclosing the wound electrode body 2 in the exterior member 5, as shown in FIGS. 1, 2 and 10,
Two upper and lower fusion films 19 made of a polyolefin resin are provided on the contact portions between the exterior member 5 and the positive electrode lead wires 3 and the negative electrode lead wires 4.
Is provided so as to sandwich it.
【0061】融着フィルム19としては、正極リード線
3及び負極リード線4の対して接着性を有するものであ
ればよく、例えば、ポリオレフィン樹脂としてポリエチ
レン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプ
ロピレン、及びこれらの共重合体等を挙げることができ
る。なお、融着フィルム19おいては、その熱融着前の
厚みが20〜200μmの範囲にあることが好ましい。
この熱融着前の厚みを20以上としたのは、これよりも
薄い場合に取扱性が悪くなるからである。逆に、この熱
融着前の厚みを200μm以下としたのは、これよりも
厚い場合に水分が透過しやすくなり電池内部の気密性を
保つことが困難となるからである。The fusion film 19 may be any film having adhesiveness to the positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4. For example, as the polyolefin resin, polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, modified polypropylene, and these polyolefin resins may be used. Copolymers and the like can be mentioned. In addition, it is preferable that the thickness of the fusion film 19 before thermal fusion is in the range of 20 to 200 μm.
The reason why the thickness before the heat fusion is set to 20 or more is that if the thickness is smaller than this, the handleability becomes poor. Conversely, the reason for setting the thickness before the heat fusion to 200 μm or less is that if the thickness is larger than this, moisture easily permeates and it becomes difficult to maintain the airtightness inside the battery.
【0062】したがって、巻回電極体2を外装部材5に
封入するに際しては、融着フィルム19が熱融着により
溶融することで、正極リード線3及び負極リード線4と
外装部材5との密着性をより向上させることができる。Therefore, when enclosing the wound electrode body 2 in the exterior member 5, the fusion film 19 is melted by heat fusion, so that the positive electrode lead wire 3 and the negative electrode lead wire 4 and the exterior member 5 are adhered to each other. Properties can be further improved.
【0063】以上のように構成された本発明に係るポリ
マーリチウムイオン二次電池1によれば、固体電解質に
含浸される非水溶媒に対して濡れ性を示すようなセパレ
ータ10を用いることにより、固体電解質の機械的強度
を保ちつつ、電池の内部抵抗を抑えることができ、充放
電サイクル特性を向上させることができる。According to the polymer lithium ion secondary battery 1 of the present invention having the above-described structure, by using the separator 10 having wettability with respect to the nonaqueous solvent impregnated in the solid electrolyte, The internal resistance of the battery can be suppressed while maintaining the mechanical strength of the solid electrolyte, and the charge / discharge cycle characteristics can be improved.
【0064】また、電池製造時における歩留りを向上さ
せることができ、生産性に優れた固体電解質電池を提供
することができる。Further, the yield during battery production can be improved, and a solid electrolyte battery having excellent productivity can be provided.
【0065】なお、本発明に係る固体電解質電池は、電
池形状について特に限定されることはなく、円筒型、角
型、コイン型、ボタン型等の種々の形状にすることがで
きるが、好ましくは、金属製の電池缶の代わりに防湿性
ラミネートフィルムを使用することが重量エネルギー密
度を向上させる上で好ましい。また、電池内部に収納さ
れる電極体についても特に限定されることはなく、上述
した巻回構造の他に、つづら状に折り畳まれた折り畳み
構造や、正極及び負極を順に多数重ね合わせた積み重ね
構造であってもよい。The shape of the solid electrolyte battery according to the present invention is not particularly limited, and may be various shapes such as a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a button shape. From the viewpoint of improving the weight energy density, it is preferable to use a moisture-proof laminated film instead of a metal battery can. Further, the electrode body housed inside the battery is not particularly limited, and in addition to the above-described wound structure, a folded structure folded in a zigzag shape, or a stacked structure in which a large number of positive and negative electrodes are sequentially stacked. It may be.
【0066】また、本発明に係る固体電解質電池は、二
次電池に限定されるものではなく、一次電池であっても
よいが、好ましくは、リチウムイオン電池又はリチウム
金属電池であることが好ましい。The solid electrolyte battery according to the present invention is not limited to a secondary battery, but may be a primary battery, but is preferably a lithium ion battery or a lithium metal battery.
【0067】[0067]
【実施例】以下、本発明に係るポリマーリチウムイオン
二次電池を実際に作製した実施例について説明する。ま
た、これら実施例と比較するために作製した比較例につ
いて説明する。EXAMPLES Examples in which a polymer lithium ion secondary battery according to the present invention was actually manufactured will be described below. Further, a comparative example manufactured for comparison with these examples will be described.
【0068】実施例1 実施例1では、正極を作製するのに、先ず、平均粒径5
μmのLiCoO2を91重量%、導電剤としてカーボ
ンブラックを6重量%、及び結着剤としてポリフッ化ビ
ニリデンを3重量%を混合して正極合剤とした。そし
て、この正極合剤をn−メチルピロリドン中に分散させ
てスラリー(ペースト状)とする。次に、得られた正極
合剤スラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミ
ニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、ローラ
プレス機により圧縮成型して帯状正極を作製した。この
とき、正極の大きさは、縦55mm、横400mmであ
った。 Example 1 In Example 1, to produce a positive electrode, first, an average particle size of 5
A positive electrode mixture was prepared by mixing 91% by weight of LiCoO 2 of μm, 6% by weight of carbon black as a conductive agent, and 3% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. Then, this positive electrode mixture is dispersed in n-methylpyrrolidone to form a slurry (paste). Next, the obtained positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both sides of a 20 μm-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector, dried, and then compression-molded with a roller press to produce a belt-shaped positive electrode. At this time, the size of the positive electrode was 55 mm long and 400 mm wide.
【0069】負極を作製するには、先ず、平均粒径20
μmの黒鉛90重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリ
デンを10重量%を混合して負極合剤とした。そして、
この負極合剤をn−メチルピロリドン中に分散させてス
ラリー(ペースト状)とする。次に、この得られた負極
合剤スラリーを負極集電体となる厚さ15μmの銅箔の
両面に均一に塗布し、乾燥させた後、ローラプレス機に
より圧縮成型して帯状負極を作製した。このとき、負極
の大きさは、縦55mm、横430mmであった。To produce a negative electrode, first, an average particle diameter of 20
A negative electrode mixture was prepared by mixing 90% by weight of μm graphite and 10% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. And
This negative electrode mixture is dispersed in n-methylpyrrolidone to form a slurry (paste). Next, the obtained negative electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a 15 μm-thick copper foil serving as a negative electrode current collector, dried, and then compression-molded with a roller press to prepare a belt-shaped negative electrode. . At this time, the size of the negative electrode was 55 mm in length and 430 mm in width.
【0070】正極には、網状アルミニウムからなる正極
リード線をスポット溶接するとともに、負極には、網状
銅からなる負極リード線をスポット溶接し、これらを外
部接続用端子とした。A positive electrode lead wire made of reticulated aluminum was spot-welded to the positive electrode, and a negative electrode lead wire made of reticulated copper was spot-welded to the negative electrode to form external connection terminals.
【0071】ゲル状電解質層を形成するには、先ず、ポ
リアクリルニトリル10重量部を、エチレンカーボネー
ト50重量部、プロピレンカーボネート8重量部及びγ
−ブチルラクトン40重量部を混合した溶液に分散させ
た後、これをホモジナイザーにて100℃に加熱しなが
ら攪拌した。無色透明な高分子溶液が得られた時点で加
熱を一旦終了し、この混合液にLiPF615重量部を
添加した後、再び加熱攪拌を5分間行った。これをドク
ターブレードを用いて上述した正極及び負極の両面にそ
れぞれ均一に塗布した後、70℃に調製された乾燥炉に
3分間置くことで、正極及び負極の表面に、それぞれ厚
さ約25μmとなるゲル状電解質層を形成させた。To form the gel electrolyte layer, first, 10 parts by weight of polyacrylonitrile were mixed with 50 parts by weight of ethylene carbonate, 8 parts by weight of propylene carbonate, and γ.
After dispersing 40 parts by weight of -butyllactone in a mixed solution, the mixture was stirred while being heated to 100 ° C. with a homogenizer. When a colorless and transparent polymer solution was obtained, the heating was once stopped, and 15 parts by weight of LiPF 6 was added to the mixed solution, followed by heating and stirring again for 5 minutes. This was uniformly applied to both surfaces of the above-described positive electrode and negative electrode using a doctor blade, and then placed in a drying oven prepared at 70 ° C. for 3 minutes, so that the surface of each of the positive electrode and the negative electrode had a thickness of about 25 μm. The resulting gel electrolyte layer was formed.
【0072】以上のように作製された負極と正極とをセ
パレータとなる界面活性処理が施された厚さ25μmの
プロピレン製微多孔質薄膜(商品名セルガード350
1、セパレーションプロプロダクツジャパン社製)を介
して積層させ、多数回巻回することで巻回電極体を作製
した。このようにして得られた巻回電極体を負極リード
線及び正極リード線を外部へ導出しつつ、ラミネートフ
ィルムに減圧封入し、ポリマーリチウムイオン二次電池
を作製した。The negative electrode and the positive electrode produced as described above were used as separators, and were subjected to a surface active treatment to give a 25 μm-thick microporous propylene thin film (trade name: Celgard 350).
1, manufactured by Separation Products Japan Co., Ltd.) and wound many times to produce a wound electrode body. The wound electrode body thus obtained was sealed under reduced pressure in a laminate film while leading the negative electrode lead and the positive electrode lead to the outside, to produce a polymer lithium ion secondary battery.
【0073】実施例2 実施例2では、ゲル状電解質として、ポリフッ化ビニリ
デンとヘキサフルオロプロピレンとが93:7の重量比
でブロック共重合された高分子材料を用いる以外は、実
施例1と同様にして作製した。 Example 2 Example 2 was the same as Example 1 except that a polymer material obtained by block copolymerization of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene in a weight ratio of 93: 7 was used as the gel electrolyte. It was produced.
【0074】このゲル状電解質層を形成するには、先
ず、ジメチルカーボネート80重量部、γ−ブチルラク
トン42重量部、エチレンカーボネート50重量部、プ
ロピレンカーボネート8重量部、LiPF618重量部
の割合で混合した溶液に、ポリ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10重量部をホモジ
ナイザーにて均一に分散させた後、これを75℃で加熱
攪拌した。そして、この混合液が無色透明に変化した時
点で攪拌を終了し、これをドクターブレードを用いて上
述した正極及び負極の両面にそれぞれ均一に塗布した
後、70℃に調整された乾燥炉に3分間置くことで、正
極及び負極の表面に、それぞれ厚さ約25μmとなるゲ
ル状電解質層を形成させた。In order to form this gel electrolyte layer, first, dimethyl carbonate 80 parts by weight, γ-butyl lactone 42 parts by weight, ethylene carbonate 50 parts by weight, propylene carbonate 8 parts by weight, and LiPF 6 18 parts by weight were used. After 10 parts by weight of a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene was uniformly dispersed in the mixed solution with a homogenizer, the mixture was heated and stirred at 75 ° C. Then, when the mixture changes to a colorless and transparent state, the stirring is stopped, and the mixture is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode and the negative electrode using a doctor blade. After placing for about minutes, a gel electrolyte layer having a thickness of about 25 μm was formed on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
【0075】実施例3 実施例3では、ゲル状電解質として、ポリアクリルニト
リルと、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピ
レンとの共重合体とをそれぞれ1:2の重量比で混合し
たゲル状電解質を用いる以外は、実施例1と同様にして
作製した。 Example 3 In Example 3, a gel electrolyte in which polyacrylonitrile and a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene were mixed at a weight ratio of 1: 2 was used as the gel electrolyte. Except for the above, it was manufactured in the same manner as in Example 1.
【0076】比較例1 比較例1では、負極と正極との間にセパレータを設けな
い以外は、実施例1と同様にして作製した。COMPARATIVE EXAMPLE 1 Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that no separator was provided between the negative electrode and the positive electrode.
【0077】比較例2 比較例2では、負極と正極との間にセパレータを設けな
い以外は、実施例2と同様にして作製した。 Comparative Example 2 Comparative Example 2 was made in the same manner as in Example 2 except that no separator was provided between the negative electrode and the positive electrode.
【0078】比較例3 比較例3では、負極と正極との間にセパレータを設けな
い以外は、実施例3と同様にして作製した。 Comparative Example 3 Comparative Example 3 was made in the same manner as in Example 3 except that no separator was provided between the negative electrode and the positive electrode.
【0079】比較例4 比較例4では、負極と正極との間に界面活性処理が施さ
れていない厚さ25μmのプロピレン製微多孔質薄膜
(商品名セルガード3501、セパレーションプロプロ
ダクツジャパン社製)を設ける以外は、実施例1と同様
にして作製した。 Comparative Example 4 In Comparative Example 4, a 25 μm-thick propylene microporous thin film (trade name: Celgard 3501, manufactured by Separation Products Japan Co., Ltd.) having no surface active treatment applied between the negative electrode and the positive electrode was used. Except for providing, it was produced in the same manner as in Example 1.
【0080】比較例5 比較例5では、負極と正極との間に界面活性処理が施さ
れていない厚さ25μmのプロピレン製微多孔質薄膜
(商品名セルガード3501、セパレーションプロプロ
ダクツジャパン社製)を設ける以外は、実施例2と同様
にして作製した。 Comparative Example 5 In Comparative Example 5, a 25 μm-thick microporous propylene thin film (trade name: Celgard 3501, manufactured by Separation Products Japan) in which no surface active treatment was applied between the negative electrode and the positive electrode was used. Except for providing, it was produced in the same manner as in Example 2.
【0081】比較例6 比較例6では、負極と正極との間に界面活性処理が施さ
れていない厚さ25μmのプロピレン製微多孔質薄膜
(商品名セルガード3501、セパレーションプロプロ
ダクツジャパン社製)を設ける以外は、実施例3と同様
にして作製した。 Comparative Example 6 In Comparative Example 6, a microporous propylene thin film (trade name: Celgard 3501, manufactured by Separation Products Japan) having a thickness of 25 μm in which no surface active treatment was applied between the negative electrode and the positive electrode was used. Except for providing, it was produced in the same manner as in Example 3.
【0082】特性評価試験 上述したように作製した実施例1乃至実施例3、比較例
1乃至比較例6のポリマーリチウムイオン二次電池につ
いて、ポテンシオガルバノスタットを利用した定電流定
電圧方式により充放電を行い、ショート発生率を求め
た。 Characteristic Evaluation Test The polymer lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 manufactured as described above were charged by a constant current and constant voltage method using a potentiogalvanostat. Discharge was performed to determine the short-circuit occurrence rate.
【0083】なお、測定方法は以下の通りである。The measuring method is as follows.
【0084】先ず、200mAの電流値により充電を開
始し、閉回路電圧が4.2Vに到達した時点で定電圧充
電に切り替える。充電終了は、試験開始後8時間とし
た。続いて、200mAの定電流条件で放電を行い、閉
回路電圧が3.0Vに到達した時点で放電終了とした。
ショート発生率は、電池試作数に対する初回の充放電効
率が70%を下回った電池の個数の割合を求めることで
評価した。First, charging is started with a current value of 200 mA, and is switched to constant voltage charging when the closed circuit voltage reaches 4.2 V. The charging was completed 8 hours after the start of the test. Subsequently, discharging was performed under a constant current condition of 200 mA, and the discharging was terminated when the closed circuit voltage reached 3.0 V.
The short-circuit occurrence rate was evaluated by calculating the ratio of the number of batteries whose initial charge / discharge efficiency was less than 70% to the number of prototype batteries.
【0085】これら評価結果を表1に示す。Table 1 shows the evaluation results.
【0086】[0086]
【表1】 [Table 1]
【0087】表1から明らかなように、実施例1乃至実
施例3の電池においては、何れの電池もショート発生率
が1%以下であった。それに対して、比較例1乃至比較
例3の電池においては、正極と負極との間にセパレータ
が設けられていないことから、ゲル状電解質の材料組成
に因らずショート発生率が比較的高いことがわかる。比
較例4乃至比較例6の電池においては、実施例1乃至実
施例3の電池とほぼ同等のショート発生率であった。As is clear from Table 1, in each of the batteries of Examples 1 to 3, the occurrence rate of short circuit was 1% or less. On the other hand, in the batteries of Comparative Examples 1 to 3, since the separator was not provided between the positive electrode and the negative electrode, the occurrence rate of short circuit was relatively high regardless of the material composition of the gel electrolyte. I understand. The batteries of Comparative Examples 4 to 6 had almost the same short-circuit occurrence rate as the batteries of Examples 1 to 3.
【0088】次に、上述した初充電試験を経験させた電
池について、同様な定電流定電圧方式により充放電を行
い、容量比及びエネルギー密度を求めるのに必要な放電
容量を測定した。Next, the batteries that had undergone the above-described initial charge test were charged and discharged by the same constant current and constant voltage method, and the discharge capacity required to determine the capacity ratio and energy density was measured.
【0089】なお、測定方法は以下の通りである。The measuring method is as follows.
【0090】先ず、500mAの電流値により充電を開
始し、閉回路電圧が4.2Vに到達した時点で定電圧充
電に切り替える。充電終了は、試験開始後3時間とし
た。続いて、3000mAの定電流条件で放電を行い、
閉回路電圧が3.0Vに到達した時点で放電終了としこ
の時点での放電容量を求めた。続いて、この操作を繰り
返し行うことで、各回の放電容量をそれぞれ求めた。容
量比は、2サイクル目の放電容量に対する各回の放電容
量の比として求めることで評価した。この容量比が10
0%に近いほど、充放電サイクル特性に優れた電池であ
る。First, charging is started with a current value of 500 mA, and is switched to constant voltage charging when the closed circuit voltage reaches 4.2 V. The charging was completed 3 hours after the start of the test. Subsequently, discharge is performed under a constant current condition of 3000 mA,
Discharge was terminated when the closed circuit voltage reached 3.0 V, and the discharge capacity at this point was determined. Subsequently, by repeating this operation, the discharge capacity of each time was obtained. The capacity ratio was evaluated by obtaining the ratio of the discharge capacity in each cycle to the discharge capacity in the second cycle. This capacity ratio is 10
The closer to 0%, the better the charge / discharge cycle characteristics of the battery.
【0091】これら評価結果を図11に示す。FIG. 11 shows the evaluation results.
【0092】図11から明らかなように、実施例1乃至
実施例3の電池では、何れも200サイクル目の容量比
が80%以上となることから、優れた充放電サイクル特
性を示していることがわかる。As is apparent from FIG. 11, the batteries of Examples 1 to 3 all exhibited excellent charge / discharge cycle characteristics because the capacity ratio at the 200th cycle was 80% or more. I understand.
【0093】それに対して、比較例1乃至比較例3の電
池では、何れも200サイクル目の容量比が70%以下
となるのがわかる。これは、何れも充放電反応中に正極
と負極との間で内部ショートが発生したためと推測され
る。On the other hand, in the batteries of Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that the capacity ratio at the 200th cycle is 70% or less. This is presumably because an internal short circuit occurred between the positive electrode and the negative electrode during the charge / discharge reaction.
【0094】また、比較例4乃至比較例6の電池では、
充放電サイクル特性の劣化がサイクルの初期段階から進
んでいることがわかる。これは、使用した微多孔質薄膜
に対するゲル状電解質の濡れ性が極めて低いことから、
電池の内部抵抗の増大を招いたためと推測される。Further, in the batteries of Comparative Examples 4 to 6,
It can be seen that the deterioration of the charge / discharge cycle characteristics has progressed from the initial stage of the cycle. This is because the wettability of the gel electrolyte to the used microporous thin film is extremely low,
It is presumed that the internal resistance of the battery increased.
【0095】以上のことから、固体電解質に含有される
非水溶媒に対して濡れ性を示すように、予め界面活性処
理が施された微多孔質薄膜をセパレータとして用いるこ
とは、固体電解質に対する電池の内部抵抗を抑える上で
有効であることが明らかとなった。As described above, using a microporous thin film which has been subjected to a surface active treatment in advance so as to exhibit wettability with respect to a non-aqueous solvent contained in a solid electrolyte, as a separator, requires a battery for the solid electrolyte. It is clear that this is effective in suppressing the internal resistance of the.
【0096】[0096]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る固体電解質電池によれば、固体電解質に含浸される非
水溶媒に対して濡れ性を示すような微多孔質薄膜をセパ
レータとして用いることから、固体電解質の機械的強度
を保ちつつ、電池の内部抵抗を抑えることができ、充放
電サイクル寿命が長く、生産性に優れた固体電解質電池
を得ることができる。As described in detail above, according to the solid electrolyte battery of the present invention, a microporous thin film having wettability to a nonaqueous solvent impregnated in the solid electrolyte is used as a separator. Therefore, the internal resistance of the battery can be suppressed while maintaining the mechanical strength of the solid electrolyte, and a solid electrolyte battery having a long charge / discharge cycle life and excellent productivity can be obtained.
【図1】本発明に係るポリマーリチウムイオン二次電池
の構成を説明するための分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining a configuration of a polymer lithium ion secondary battery according to the present invention.
【図2】同ポリマーリチウムイオン二次電池の構成を説
明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining a configuration of the polymer lithium ion secondary battery.
【図3】同ポリマーリチウムイオン二次電池を構成する
巻回電極体を模式的に説明するための図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a wound electrode body constituting the polymer lithium ion secondary battery.
【図4】同ポリマーリチウムイオン二次電池の正極の構
成を説明するための要部断面図である。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the configuration of a positive electrode of the polymer lithium ion secondary battery.
【図5】同ポリマーリチウムイオン二次電池の正極の構
成を説明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view illustrating a configuration of a positive electrode of the polymer lithium ion secondary battery.
【図6】同ポリマーリチウムイオン二次電池の負極の構
成を説明するための要部断面図である。FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the configuration of the negative electrode of the polymer lithium ion secondary battery.
【図7】同ポリマーリチウムイオン二次電池の負極の構
成を説明するための平面図である。FIG. 7 is a plan view for explaining a configuration of a negative electrode of the polymer lithium ion secondary battery.
【図8】接触角の測定方法を模式的に説明するための図
である。FIG. 8 is a diagram for schematically explaining a method of measuring a contact angle.
【図9】本発明に係るポリマーリチウムイオン二次電池
のラミネートフィルムの構成を説明するための要部断面
図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a laminate film of the polymer lithium ion secondary battery according to the present invention.
【図10】同ポリマーリチウムイオン二次電池の図2
中、矢印Bから見た要部側面図である。FIG. 10 is a diagram of the polymer lithium ion secondary battery.
It is the principal part side view seen from arrow B inside.
【図11】サイクル数と容量比との関係を示す特性図で
ある。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between the number of cycles and a capacity ratio.
1 ポリマーリチウムイオン二次電池、2 巻回電極
体、3 正極リード線、4 負極リード線、5 外装部
材、6 上部ラミネートフィルム、7 下部ラミネート
フィルム、8 正極、9 負極、10 セパレータ、1
1 ゲル状電解質層、12 正極集電体、13 正極活
物質層、14 負極集電体、15 負極活物質層Reference Signs List 1 polymer lithium ion secondary battery, 2 wound electrode body, 3 positive electrode lead wire, 4 negative electrode lead wire, 5 exterior member, 6 upper laminated film, 7 lower laminated film, 8 positive electrode, 9 negative electrode, 10 separator, 1
Reference Signs List 1 gel electrolyte layer, 12 positive electrode current collector, 13 positive electrode active material layer, 14 negative electrode current collector, 15 negative electrode active material layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴本 悟郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H021 AA06 BB12 CC00 EE04 EE27 HH01 HH03 5H024 AA00 AA02 AA09 AA12 BB08 DD09 EE09 FF21 GG01 HH01 HH13 5H029 AJ05 AJ06 AJ11 AK03 AK18 AL06 AL07 AL12 AL16 AL18 AM00 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ13 CJ08 DJ04 DJ13 EJ12 EJ14 HJ02 HJ04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Goro Shibamoto 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference) 5H021 AA06 BB12 CC00 EE04 EE27 HH01 HH03 5H024 AA00 AA02 AA09 AA12 BB08 DD09 EE09 FF21 GG01 HH01 HH13 5H029 AJ05 AJ06 AJ11 AK03 AK18 AL06 AL07 AL12 AL16 AL18 AM00 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ13 CJ08 DJ04 DJ13 EJ12 EJ14 HJ02 HJ04
Claims (9)
され、正極とセパレータとの間、及び負極とセパレータ
との間に固体電解質が配されてなる固体電解質電池にお
いて、 上記セパレータには、上記固体電解質に含浸される非水
溶媒に対して濡れ性を示すような微多孔質薄膜を用いる
ことを特徴とする固体電解質電池。1. A solid electrolyte battery in which a positive electrode and a negative electrode are joined via a separator, and a solid electrolyte is provided between the positive electrode and the separator, and between the negative electrode and the separator. A solid electrolyte battery using a microporous thin film having wettability to a nonaqueous solvent impregnated in the solid electrolyte.
成分とする微多孔質薄膜からなることを特徴とする請求
項1記載の固体電解質電池。2. The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the separator comprises a microporous thin film containing polyolefin as a main component.
リプロピレンを主成分とする微多孔質薄膜からなること
を特徴とする請求項2記載の固体電解質電池。3. The solid electrolyte battery according to claim 2, wherein the separator is made of a microporous thin film containing polyethylene or polypropylene as a main component.
35μmであることを特徴とする請求項3記載の固体電
解質電池。4. The separator has a thickness of 5 μm or more.
4. The solid electrolyte battery according to claim 3, wherein the thickness is 35 [mu] m.
ことを特徴とする請求項1記載の固体電解質電池。5. The solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte is a gel electrolyte.
ル又はポリアクリロニトリルを含む共重合体からなるこ
とを特徴とする請求項5記載の固体電解質電池。6. The solid electrolyte battery according to claim 5, wherein the solid electrolyte is made of polyacrylonitrile or a copolymer containing polyacrylonitrile.
ン又はポリフッ化ビニリデンを含む共重合体からなるこ
とを特徴とする請求項5記載の固体電解質電池。7. The solid electrolyte battery according to claim 5, wherein the solid electrolyte is made of polyvinylidene fluoride or a copolymer containing polyvinylidene fluoride.
ンとポリヘキサフルオロプロピレンとの共重合体からな
り、この共重合体におけるポリフッ化ビニリデンの共重
合比が0.9以下であることを特徴とする請求項7記載
の固体電解質電池。8. The solid electrolyte comprises a copolymer of polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, wherein the copolymerization ratio of polyvinylidene fluoride in the copolymer is 0.9 or less. The solid electrolyte battery according to claim 7.
ル又はポリアクリロニトリルを含む共重合体と、ポリフ
ッ化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンを含む共重合
体とを混合してなることを特徴とする請求項5記載の固
体電解質電池。9. The solid electrolyte according to claim 5, wherein the solid electrolyte is a mixture of polyacrylonitrile or a copolymer containing polyacrylonitrile, and polyvinylidene fluoride or a copolymer containing polyvinylidene fluoride. Solid electrolyte battery.
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