JP2000164205A - Full solid secondary battery - Google Patents

Full solid secondary battery

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JP2000164205A
JP2000164205A JP10331647A JP33164798A JP2000164205A JP 2000164205 A JP2000164205 A JP 2000164205A JP 10331647 A JP10331647 A JP 10331647A JP 33164798 A JP33164798 A JP 33164798A JP 2000164205 A JP2000164205 A JP 2000164205A
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negative electrode
positive electrode
secondary battery
solid
porosity
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JP10331647A
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Japanese (ja)
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Takayoshi Ono
高義 小野
Haruhiko Ueda
晴彦 上田
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a full solid secondary battery having excellent rate characteristic and cycle lifetime characteristic, especially a full solid Li secondary battery. SOLUTION: A film material of the high molecular solid electrolyte mainly composed of acrylonitrile-butadien copolymer having the bridge structure, ethylene carbonate, chain carbonate and alkali metal salt is interposed between a positive electrode carrying the positive mix in a positive electrode collector and a negative electrode so as to form a full solid secondary battery having a power generating element. Porosity of the positive electrode mix is set at 32-39%. As the alkali metal salt, Li salt is used and the negative electrode carries the negative electrode mix mainly composed of the carbonaceous material in a negative electrode collector, and porosity of the negative electrode mix is desirably set at 3-37%.

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】本発明は高分子固体電解質を
用いた全固体型二次電池に関し、更に詳しくは、レート
特性やサイクル寿命特性に優れている全固体型二次電
池、とりわけ全固体型Li二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an all-solid-state secondary battery using a polymer solid electrolyte, and more particularly to an all-solid-state secondary battery having excellent rate characteristics and cycle life characteristics. It relates to a Li secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話,ビデオカメラ,パソコ
ンなどの電子機器では小型化,軽量化が進んでおり、そ
の駆動電源として軽量かつ高エネルギー密度のLi二次
電池が用いられている。このLi二次電池としては、後
述する正極と同じく後述する負極を電気絶縁性と保液性
を有するセパレータを介して対向配置することにより発
電要素を構成し、この発電要素を電池外装缶の中に挿入
し、更に、Li塩を溶解する非水電解液を注液し、全体
を密閉した構造になっているものが一般に用いられてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices such as mobile phones, video cameras, and personal computers have been reduced in size and weight, and lightweight and high-energy-density Li secondary batteries have been used as driving power supplies for such devices. In this Li secondary battery, a power generating element is configured by arranging a negative electrode, which will be described later, similarly to a positive electrode, which is described later, with a separator having electrical insulation and liquid retaining properties facing each other. And a non-aqueous electrolyte solution in which the Li salt is dissolved is injected, and the whole structure is closed.

【0003】ここで、正極は次のようにして製造されて
いるのが通例である。まず、正極活物質として機能する
例えばLiCoO2,LiMn24,LiNiO2,V2
5,TiO2などの粉末と、カーボンブラックのような
導電材粉末と、ポリフッ化ビニリデンのような結着剤と
の混合物に、1−メチル−2−ピロリドンのような非水
溶媒を添加したのち混練して正極合剤のペーストを調製
する。ついで、このペーストを、ステンレス鋼箔,Al
箔,Ni箔,Ti箔のような正極集電体に均一に塗布し
たのち乾燥して前記非水溶媒を揮散せしめ、更に圧縮成
形やロール成形を行って、所望する形状や大きさの正極
にする。
[0003] Here, the positive electrode is usually manufactured as follows. First, for example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , V 2
A non-aqueous solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone was added to a mixture of powders such as O 5 and TiO 2 , a conductive material powder such as carbon black, and a binder such as polyvinylidene fluoride. Thereafter, the mixture is kneaded to prepare a paste of the positive electrode mixture. Then, paste this paste into stainless steel foil, Al
After uniformly applying to a positive electrode current collector such as a foil, a Ni foil, or a Ti foil, drying is performed to evaporate the nonaqueous solvent, and then compression molding or roll molding is performed to obtain a positive electrode having a desired shape and size. I do.

【0004】したがって、この正極においては、乾燥し
て硬くなっていて、前記正極活物質の粉末と導電材の粉
末が結着剤で結着されて、多孔質構造になっている前記
正極合剤が正極集電体の表面に担持されている。一方、
負極としては、従来から金属LiやLi合金の箔がその
まま用いられてきているが、最近では、上記した箔を用
いた電池に比べてそのエネルギー密度は低いとはいえ、
安全性が高いということから次のような負極が主に用い
られている。
Therefore, in this positive electrode, the positive electrode mixture is dried and hardened, and the powder of the positive electrode active material and the powder of the conductive material are bound with a binder to form a porous structure. Is carried on the surface of the positive electrode current collector. on the other hand,
As the negative electrode, a metal Li or Li alloy foil has been used as it is, but recently, although its energy density is lower than that of a battery using the above-described foil,
The following negative electrodes are mainly used because of their high safety.

【0005】すなわち、無定形炭素や人造黒鉛のような
炭素質材料の粉末と、ポリフッ化ビニリデンのような結
着剤の粉末との混合物に、1−メチル−2−ピロリドン
のような非水溶媒を添加したのち混練して負極合剤のペ
ーストを調製する。ついで、このペーストを、Cu箔,
ステンレス鋼箔,Ni箔,Ti箔のような負極集電体に
均一に塗布したのち乾燥して前記非水溶媒を揮散せし
め、更に圧縮成形やロール成形を行って、所望する形状
や大きさの負極にする。
That is, a mixture of a powder of a carbonaceous material such as amorphous carbon or artificial graphite and a powder of a binder such as polyvinylidene fluoride is mixed with a non-aqueous solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone. And then kneading to prepare a paste of the negative electrode mixture. Then, paste this paste into Cu foil,
The coating is uniformly applied to a negative electrode current collector such as a stainless steel foil, a Ni foil, or a Ti foil, and then dried to volatilize the non-aqueous solvent, and further subjected to compression molding or roll molding to obtain a desired shape and size. Make it a negative electrode.

【0006】したがって、この負極の場合も、乾燥して
硬くなっていて、前記した炭素質材料の粉末が結着剤で
結着されて多孔質構造になっている負極合剤が負極集電
体の表面に担持されている。ところで、非水電解液を用
いたLi二次電池は、液漏れの可能性を常時抱えてい
る。そしてそのことは、液漏れによる充放電サイクル寿
命特性の低下や搭載機器の故障などを引き起こす要因で
あるため、この問題がLi二次電池の長期に亘る信頼性
を低めている。
Therefore, also in the case of the negative electrode, the negative electrode mixture, which is hardened by drying, has a porous structure in which the above-mentioned powder of the carbonaceous material is bound by the binder, is used as the negative electrode current collector. Carried on the surface of By the way, a Li secondary battery using a non-aqueous electrolyte always has a possibility of liquid leakage. Since this is a factor that causes a decrease in charge / discharge cycle life characteristics due to liquid leakage, a failure of mounted equipment, and the like, this problem lowers the long-term reliability of the Li secondary battery.

【0007】このようなことから、最近では、液漏れを
引き起こす心配がなく、高分子材料に電解液を含浸せし
めて膨潤させた高分子固体電解質を用いた全固体型Li
二次電池が注目され、その開発研究が精力的に進められ
ている。この全固体型Li二次電池としては、例えば前
記した正極と負極の間にLiイオンを導電する高分子固
体電解質のフィルムを介装して発電要素とし、この発電
要素を気密な例えばアルミラミネートシートのような外
装材を用いて密封した構造になっているシートまたはフ
ィルム型の形態をしたものが代表例としてある。この電
池の場合は、液漏れの心配がないだけではなく、全体が
フィルム状の薄形であり、また適度な可撓性も備えてい
るので、形状自由度の高い電池設計が可能になるという
利点がある。
[0007] For these reasons, recently, there has been no fear of causing liquid leakage, and an all-solid-state Li using a polymer solid electrolyte in which a polymer material is impregnated with an electrolytic solution and swollen.
Attention has been paid to secondary batteries, and research on their development is being vigorously pursued. As this all-solid-state Li secondary battery, for example, a polymer solid electrolyte film that conducts Li ions is interposed between the positive electrode and the negative electrode to form a power generation element, and this power generation element is hermetically sealed, for example, an aluminum laminate sheet. A typical example is a sheet or film type having a sealed structure using an exterior material as described above. In the case of this battery, not only is there no fear of liquid leakage, but also the whole is a thin film, and it has a suitable flexibility, so that a battery with a high degree of freedom in shape can be designed. There are advantages.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高分子
固体電解質は非水電解液に比べてイオン導電率が小さ
く、また、フィルム形状をした固体の状態で正負極間に
介装されているので、正極に担持されている正極合剤中
の活物質や負極との接触状態は不充分になり、界面抵抗
が大きいという問題がある。
However, the solid polymer electrolyte has a lower ionic conductivity than the non-aqueous electrolyte, and is interposed between the positive and negative electrodes in a solid state in the form of a film. There is a problem that the contact state between the active material in the positive electrode mixture carried on the positive electrode and the negative electrode becomes insufficient and the interface resistance is large.

【0009】そのため、高分子固体電解質を用いた電池
の場合は、非水電解液を用いた電池の場合に比べてレー
ト特性やサイクル寿命特性が大きく低下するという問題
が生ずる。このような問題に対しては、高分子固体電解
質と活物質とを混合して複合電極を成形することが提案
されている。この方法によれば高分子固体電解質と活物
質との接触界面の面積が増加して、フィルム状の場合に
比べれば正・負極との界面抵抗は低下するという改善は
行われているとはいえ、非水電解液を用いた場合に対比
して依然としてレート特性やサイクル寿命特性は大きく
劣っている。
Therefore, in the case of a battery using a solid polymer electrolyte, there is a problem that the rate characteristics and cycle life characteristics are greatly reduced as compared with a battery using a non-aqueous electrolyte. To solve such a problem, it has been proposed to form a composite electrode by mixing a polymer solid electrolyte and an active material. According to this method, although the area of the contact interface between the solid polymer electrolyte and the active material is increased, the interface resistance between the positive electrode and the negative electrode is reduced as compared with the case of a film, although the improvement is performed. However, the rate characteristics and the cycle life characteristics are still significantly inferior to the case where a non-aqueous electrolyte is used.

【0010】本発明は、高分子固体電解質を用いた全固
体型二次電池における上記した問題を解決し、レート特
性やサイクル寿命特性が向上した全固体型二次電池、と
りわけ全固体型Li二次電池の提供を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems in an all-solid-state secondary battery using a polymer solid electrolyte, and improves the rate characteristics and cycle life characteristics of the all-solid-state secondary battery. The purpose is to provide a secondary battery.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した目
的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、高分子固体
電解質として後述するある特定の高分子固体電解質を用
いると同時に、正極における正極合剤の多孔質構造を後
述する状態にすると、従来から知られている全固体型二
次電池に比べてレート特性やサイクル寿命特性が飛躍的
に向上するという事実を見出し、この事実に基づいて本
発明の全固体型二次電池を開発するに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, while using a specific polymer solid electrolyte described later as a polymer solid electrolyte, When the porous structure of the positive electrode mixture is brought to the state described below, the fact that the rate characteristics and cycle life characteristics are dramatically improved as compared with conventionally known all-solid-state secondary batteries has been found. This led to the development of the all-solid-state secondary battery of the present invention.

【0012】すなわち、本発明の全固体型二次電池は、
架橋構造を有するアクリロニトリル−ブタジエン共重合
体と、エチレンカーボネートと、鎖状カーボネートと、
アルカリ金属塩とを主成分とする高分子固体電解質のフ
ィルム状物を、正極集電体に正極合剤が担持されている
正極と負極との間に介装して成る発電要素を有する全固
体型二次電池であって、前記正極合剤の気孔率が32〜
39%であることを特徴とする。
That is, the all-solid-state secondary battery of the present invention comprises:
Acrylonitrile-butadiene copolymer having a crosslinked structure, ethylene carbonate, and a chain carbonate,
An all-solid-state power generation element comprising a polymer solid electrolyte film containing an alkali metal salt as a main component and a positive electrode current collector carrying a positive electrode mixture interposed between a positive electrode and a negative electrode. Type secondary battery, wherein the porosity of the positive electrode mixture is 32 to
It is characterized by being 39%.

【0013】具体的には、前記アルカリ金属塩がLi塩
であり、かつ前記負極が金属LiまたはLi合金の箔か
ら成る全固体型Li二次電池(以下、電池Iという)、
および、前記アルカリ金属塩がLi塩であり、かつ前記
負極が炭素質材料を主成分とする負極合剤を負極集電体
に担持せしめて成り、前記負極合剤の気孔率が3〜37
%である全固体型Li二次電池(以下、電IIという)が
提供される。
More specifically, an all-solid Li secondary battery (hereinafter referred to as battery I) in which the alkali metal salt is a Li salt and the negative electrode is made of a metal Li or Li alloy foil;
And the negative electrode is formed by supporting a negative electrode mixture mainly composed of a carbonaceous material on a negative electrode current collector, wherein the alkali metal salt is a Li salt, and the porosity of the negative electrode mixture is 3 to 37.
% Of an all-solid-state Li secondary battery (hereinafter, referred to as Den II).

【0014】そして、後者の電池の場合、前記炭素質材
料が無定形炭素から成り、かつ負極合剤の気孔率が26
〜37%である全固体型Li二次電池(以下、電池II−
1という)と、前記炭素質材料が人造黒鉛から成り、か
つ負極合剤の気孔率が7〜18%である全固体型Li二
次電池。(以下、電池II−2という)と、前記炭素質材
料が炭素繊維から成り、かつ負極合剤の気孔率が3〜1
3%である全固体型二次電池(以下、電池II−3とい
う)が提供される。
In the latter battery, the carbonaceous material is made of amorphous carbon, and the porosity of the negative electrode mixture is 26%.
-37% all solid-state Li secondary battery (hereinafter referred to as Battery II-
1), wherein the carbonaceous material is made of artificial graphite and the porosity of the negative electrode mixture is 7 to 18%. (Hereinafter referred to as battery II-2), wherein the carbonaceous material is made of carbon fiber, and the porosity of the negative electrode mixture is 3 to 1
A 3% all-solid-state secondary battery (hereinafter referred to as Battery II-3) is provided.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】上記した本発明の電池は、いずれ
も、正極と負極の間に後述する高分子固体電解質のフィ
ルム状物を介装させて発電要素が構成される。用いる高
分子固体電解質は、以下に説明するものである。すなわ
ち、後述する架橋構造を有するアクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体を骨格とする高分子マトリックスの中
に、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートから成る
非水溶媒、およびこの非水溶媒に溶解して電解質として
機能するアルカリ金属塩が保持されているものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In each of the above-mentioned batteries of the present invention, a power generating element is formed by interposing a film-like material of a polymer solid electrolyte described later between a positive electrode and a negative electrode. The solid polymer electrolyte used is described below. That is, in a polymer matrix having an acrylonitrile-butadiene copolymer having a crosslinked structure described later as a skeleton, a non-aqueous solvent composed of ethylene carbonate and a chain carbonate, and functions as an electrolyte by being dissolved in the non-aqueous solvent. An alkali metal salt is retained.

【0016】まず、骨格成分である架橋構造を有するア
クリロニトリル−ブタジエン共重合体は、アクリロニト
リル−ブタジエン共重合体の主鎖または側鎖内に存在す
る二重結合を開裂させ、付加反応や環化反応などによ
り、分子内または分子間で架橋構造を形成させたもので
ある。このように、この高分子固体電解質の場合は、そ
の骨格成分が架橋構造になっているので、最終的に電解
液を含浸せしめた状態になっていてもその機械的強度の
低下が起こりづらくなる。
First, an acrylonitrile-butadiene copolymer having a crosslinked structure, which is a skeleton component, cleaves a double bond present in a main chain or a side chain of the acrylonitrile-butadiene copolymer, and performs an addition reaction or a cyclization reaction. A crosslinked structure is formed within a molecule or between molecules by, for example, the above. As described above, in the case of this polymer solid electrolyte, since the skeleton component has a crosslinked structure, the mechanical strength is unlikely to decrease even if the electrolyte is finally impregnated with the electrolyte. .

【0017】この架橋構造は、通常、アクリロニトリル
−ブタジエン共重合体に、ジークミルパーオキサイド,
tert−ブチルクミルパーオキサイドのような有機過
酸化物;いおう,チウラムのような有機いおう化合物;
キノンジオキシウム;等の架橋剤を添加し、加熱処理を
行うことにより形成することができる。なお、アクリロ
ニトリル−ブタジエン共重合体の主鎖または側鎖にメチ
ロールアミド基,水酸基,カルボキシル基,アミノ基,
エポキシ基,カルボニル基のような反応性官能基が存在
する場合には、上記した架橋剤を添加することなく、単
に加熱するだけで架橋構造を形成することも可能であ
る。
This crosslinked structure is usually formed by adding acrylonitrile-butadiene copolymer to dicumyl peroxide,
organic peroxides such as tert-butylcumyl peroxide; organic sulfur compounds such as sulfur and thiuram;
It can be formed by adding a crosslinking agent such as quinone dioxium; and performing a heat treatment. The main chain or side chain of the acrylonitrile-butadiene copolymer has a methylolamide group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group,
When a reactive functional group such as an epoxy group or a carbonyl group is present, it is possible to form a crosslinked structure simply by heating without adding the above-mentioned crosslinking agent.

【0018】また、アクリロニトリル−ブタジエン共重
合体としては、その主鎖または側鎖にカルボキシル基を
直接導入してカルボキシル変性させたものを用いてもよ
い。具体的には、アクリロニトリル−ブタジエン共重合
体に、アクリル酸,メタクリル酸,マレイン酸,イタコ
ン酸のような不飽和カルボン酸を共重合せしめたもので
ある。
Further, as the acrylonitrile-butadiene copolymer, those obtained by carboxyl modification by directly introducing a carboxyl group into the main chain or side chain thereof may be used. Specifically, it is obtained by copolymerizing an acrylonitrile-butadiene copolymer with an unsaturated carboxylic acid such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and itaconic acid.

【0019】エチレンカーボネートと鎖状カーボネート
は、いずれも、他の必須成分であるアルカリ金属塩を溶
解する非水溶媒として機能し、両者は混合して使用され
る。鎖状カーボネートとしては、アルカリ金属塩を溶解
できるものであれば何であってもよく格別限定されるも
のではないが、ジメチルカーボネート,エチルメチルカ
ーボネート,ジエチルカーボネートを好適なものとして
あげることができる。これらは単独で用いてもよく、ま
た2種以上を混合して用いてもよい。
Both ethylene carbonate and chain carbonate function as non-aqueous solvents for dissolving the alkali metal salt, which is another essential component, and both are used as a mixture. The chain carbonate is not particularly limited as long as it can dissolve the alkali metal salt, and dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate are preferred. These may be used alone or as a mixture of two or more.

【0020】上記非水溶媒におけるエチレンカーボネー
トと鎖状カーボネートとの混合割合は、エチレンカーボ
ネートの割合が90重量%を超えるとイオン移動が低下
し、イオン導電率が大幅に低下するので、エチレンカー
ボネート10〜90重量%,鎖状カーボネート90〜1
0重量%に設定することが好ましい。また、この高分子
固体電解質における上記非水溶媒の割合は、前記架橋構
造を有するアクリロニトリル−ブタジエン共重合体10
0重量部に対し、50〜95重量部に設定することが好
ましい。50重量部より少ない場合は、充分なイオン導
電率が得られず、また95重量部より多くなると機械的
強度の低下傾向を示すようになるからである。
The mixing ratio of ethylene carbonate and chain carbonate in the above non-aqueous solvent is such that when the proportion of ethylene carbonate exceeds 90% by weight, ion migration is reduced and ionic conductivity is significantly reduced. 90% by weight, chain carbonate 90-1
It is preferably set to 0% by weight. The ratio of the non-aqueous solvent in the polymer solid electrolyte is determined by the acrylonitrile-butadiene copolymer 10 having the crosslinked structure.
It is preferable to set 50 to 95 parts by weight with respect to 0 parts by weight. If the amount is less than 50 parts by weight, sufficient ionic conductivity cannot be obtained, and if the amount is more than 95 parts by weight, the mechanical strength tends to decrease.

【0021】なお、この非水溶媒には、更にプロピレン
カーボネート,γ−ブチロラクトン,テトラヒドロフラ
ン,ジメトキシエタンなど、他の非水溶媒が少量添加さ
れていてもよい。電解質として機能するアルカリ金属塩
としては、格別限定されるものではないが、Li+,N
+,K+などのアルカリ金属カチオンと、ClO4 -,B
4 -,PF6 -,AsF6 -,CF3SO3 -などのアニオン
との組み合わせから成るアルカリ金属塩をあげることが
できる。
Incidentally, a small amount of other non-aqueous solvents such as propylene carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran and dimethoxyethane may be added to the non-aqueous solvent. The alkali metal salt that functions as an electrolyte is not particularly limited, but includes Li + , N
alkali metal cations such as a + and K + , and ClO 4 and B
An alkali metal salt comprising a combination with an anion such as F 4 , PF 6 , AsF 6 , and CF 3 SO 3 can be given.

【0022】なお、製造する電池がLi二次電池である
場合には、用いるアルカリ金属塩はLiClO4,Li
BF4,LiPF6,LiAsF6,LiCF3SO3のよ
うなLi塩でなければならないことはいうまでもない。
このアルカリ金属塩の固体電解質における含有量は、こ
のアルカリ金属塩を前記非水溶媒に溶解せしめたとき
に、その濃度が0.3〜2モル/Lとなるような量であ
ることが好ましい。この濃度が0.3モル/Lより低い
場合は、高いイオン導電率を得ることが困難であり、ま
た2モル/Lより高くしようとしても充分に溶解しなく
なるからである。
When the battery to be manufactured is a Li secondary battery, the alkali metal salt used is LiClO 4 , Li
Needless to say, it must be a Li salt such as BF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 .
The content of the alkali metal salt in the solid electrolyte is preferably such that when the alkali metal salt is dissolved in the non-aqueous solvent, the concentration is 0.3 to 2 mol / L. If the concentration is lower than 0.3 mol / L, it is difficult to obtain a high ionic conductivity, and if the concentration is higher than 2 mol / L, it will not be sufficiently dissolved.

【0023】この高分子固体電解質は、例えば、次のよ
うにして製造することができる。まず、アクリロニトリ
ル−ブタジエン共重合体またはカルボキシル変性された
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体を、メチルエチ
ルケトン,トルエン,アセトンなどの有機溶媒に溶解す
る。そして、得られた溶液に架橋剤を溶解したのちその
溶液をキャストし、更に有機溶媒を揮散せしめてフィル
ム状物を製造する。
This polymer solid electrolyte can be produced, for example, as follows. First, an acrylonitrile-butadiene copolymer or a carboxyl-modified acrylonitrile-butadiene copolymer is dissolved in an organic solvent such as methyl ethyl ketone, toluene, and acetone. After dissolving the crosslinking agent in the obtained solution, the solution is cast, and the organic solvent is further volatilized to produce a film.

【0024】ついで、そのフィルム状物を非酸化性雰囲
気中で加熱して架橋構造の骨格を形成する。そして、エ
チレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合物から成
る非水溶媒にアルカリ金属塩を溶解せしめて成る非水電
解液の中に、架橋構造を有する前記フィルム状物を浸漬
して、非水電解液を架橋構造の中に含浸せしめればよ
い。
Then, the film is heated in a non-oxidizing atmosphere to form a skeleton of a crosslinked structure. Then, the film-like substance having a cross-linked structure is immersed in a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving an alkali metal salt in a non-aqueous solvent composed of a mixture of ethylene carbonate and a chain carbonate, and the non-aqueous electrolytic solution is What is necessary is just to impregnate into a bridge structure.

【0025】次に、本発明の正極について説明する。本
発明の正極は、所定の正極活物質の粉末と導電材の粉末
とが結着剤で結着され、内部に気孔が存在する多孔質構
造の正極合剤を正極集電体の表面に担持せしめたもので
あり、その場合に、上記正極合剤の気孔率が32〜39
%になっていることを特徴とする。
Next, the positive electrode of the present invention will be described. The positive electrode of the present invention has a positive electrode mixture having a porous structure in which a predetermined positive electrode active material powder and a conductive material powder are bound with a binder, and pores are present inside the positive electrode current collector. In this case, the porosity of the positive electrode mixture is 32 to 39.
%.

【0026】ここで、本発明でいう気孔率とは、気孔も
含めた上記正極合剤の見掛け上の体積に対して上記気孔
の全体積が占める割合(百分率)であり、具体的には、
次のようにして算出される値である。まず、正極合剤の
見掛け上の全体積V1が次式: V1=A×(t−t’) …(1) (ただし、Aは正極の面積(cm2),tは光学顕微鏡で
測定した正極全体の平均厚み(cm),t’は光学顕微鏡
で測定した正極集電体の平均厚み(cm)をそれぞれ表
す)に基づいて算出される。
Here, the porosity referred to in the present invention is a ratio (percentage) of the total volume of the pores to the apparent volume of the positive electrode mixture including the pores.
This is a value calculated as follows. First, the apparent total volume V 1 of the positive electrode mixture is represented by the following formula: V 1 = A × (t−t ′) (1) (where A is the area of the positive electrode (cm 2 ), and t is an optical microscope. The measured average thickness (cm) of the entire positive electrode and t ′ are calculated based on the average thickness (cm) of the positive electrode current collector measured with an optical microscope, respectively.

【0027】一方、正極合剤の実体積V2が次式: V2=v1+v2+v3 …(2) で算出される。ここで、v1,v2,v3は、正極合剤
中に占める正極活物資の実体積(cm3),正極合剤中に
占める導電材の実体積(cm3)、および正極合剤中に占
める結着剤の実体積(cm3)をそれぞれ表す。
On the other hand, the actual volume V2 of the positive electrode mixture is calculated by the following equation: V2 = v1 + v2 + v3 (2) Here, v1, v2, v3, the actual volume of the positive electrode active materials occupied in the positive electrode mixture (cm 3), the actual volume of the conductive material occupying the positive electrode mixture (cm 3), and occupying in the positive electrode mixture The actual volume (cm 3 ) of the binder is shown.

【0028】そして、これらv1,v2,v3はそれぞ
れ次式に基づいて算出される。すなわち、 v1=m1×(W−A×t’×d0)/d1 …(3) v2=m2×(W−A×t’×d0)/d2 …(4) v3=m3×(W−A×t’×d0)/d3 …(5) (ただし、m1,m2,m3は、それぞれ、正極活物
質,導電材、および結着剤の正極合剤中の重量比を表
し、m1+m2+m3=1を満足する値であり、d0
正極集電体の比重(g/cm3)を表し、d1,d2,d
3は、それぞれ、正極活物質,導電材、および結着剤の
比重(g/cm3)を表し、Wは正極全体の重量(g)を
表す。また、A,t’はいずれも(1)式の場合と同じ
意味を有する)である。
These v1, v2, and v3 are calculated based on the following equations. That, v1 = m1 × (W- A × t '× d 0) / d 1 ... (3) v2 = m2 × (W-A × t' × d 0) / d 2 ... (4) v3 = m3 × (W−A × t ′ × d 0 ) / d 3 (5) (where m1, m2, and m3 are weight ratios of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in the positive electrode mixture, respectively) Is a value satisfying m1 + m2 + m3 = 1, and d 0 is a specific gravity (g / cm 3 ) of the positive electrode current collector, and d 1 , d 2 , d
3 represents the specific gravity (g / cm 3 ) of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder, respectively, and W represents the weight (g) of the entire positive electrode. A and t ′ have the same meaning as in the case of the formula (1)).

【0029】そして、気孔率(%)が、次式: (V1−V2)×100/V1 …(6) に基づいて算出される。上記した気孔率が32%より小
さい正極合剤である場合には、高分子固体電解質中の電
解液が正極合剤の内部にまで充分に浸透することが困難
となって正極活物質と接触は不充分となり、電池のレー
ト特性やサイクル寿命特性の低下が起こるようになる。
逆に気孔率が39%より大きい正極合剤である場合に
は、高分子固体電解質中の電解液の浸透は良好な状態に
なるが、その一方では、構造的に導電性のネットワーク
の形成が不充分となって電気抵抗は大きくなり、また集
電体から正極合剤が剥離しやすくなるような問題が起こ
ってレート特性やサイクル寿命特性が低下する。正極合
剤の好ましい気孔率は32〜39%である。
Then, the porosity (%) is calculated based on the following equation: (V 1 −V 2 ) × 100 / V 1 (6) When the positive electrode mixture has a porosity of less than 32%, it is difficult for the electrolyte in the solid polymer electrolyte to sufficiently penetrate into the inside of the positive electrode mixture. It becomes insufficient, and the rate characteristics and cycle life characteristics of the battery deteriorate.
Conversely, in the case of a positive electrode mixture having a porosity of more than 39%, the electrolyte solution in the solid polymer electrolyte is in a favorable state, but on the other hand, a structurally conductive network is not formed. Insufficiently, the electric resistance becomes large, and the problem that the positive electrode mixture is easily peeled off from the current collector occurs, so that the rate characteristics and the cycle life characteristics are reduced. The preferred porosity of the positive electrode mixture is from 32 to 39%.

【0030】この正極は次のようにして製造することが
できる。すなわち、アルカリ金属とCoO2,Mn
24,NiO2との複合酸化物、V25,TiS2,ポリ
アニリン,ポリアセン,各種の有機いおう化合物のよう
な正極活物質の粉末と、アセチレンブラック,ケッチェ
ンブラック,黒鉛のような導電材の粉末と、ポリテトラ
フルオロエチレン,ポリフッ化ビニリデン,ポリスチレ
ン,ポリエチレン,スチレンブタジエンゴム,アクリロ
ニトリルブタジエンゴム,スチレンブタジエンエチレン
スチレンエラストマーのような結着剤とを1−メチル−
2−ピロリドンのような非水溶媒を用いて混練すること
によりペーストを調製し、そのペーストを、Al,N
i,Ti,ステンレス鋼から成る箔や網などの正極集電
体に均一に塗布し、更に乾燥して非水溶媒を揮散せしめ
たのち圧縮成形やロール成形などを行い、所望する形状
や大きさに加工する。
This positive electrode can be manufactured as follows. That is, an alkali metal and CoO 2 , Mn
Powders of a positive electrode active material such as a composite oxide with 2 O 4 and NiO 2 , V 2 O 5 , TiS 2 , polyaniline, polyacene, various organic sulfur compounds, and acetylene black, ketjen black, graphite, etc. A conductive material powder and a binder such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polyethylene, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, styrene butadiene ethylene styrene elastomer are combined with 1-methyl-
A paste is prepared by kneading using a non-aqueous solvent such as 2-pyrrolidone, and the paste is mixed with Al, N
i, Ti, and uniformly coated on a positive electrode current collector such as a foil or net made of stainless steel, dried and evaporated to evaporate the non-aqueous solvent, and then subjected to compression molding or roll molding to obtain a desired shape and size. Process into

【0031】このとき、非水溶媒の使用量を変化させた
り、また圧縮成形やロール成型時に印加する成形圧を変
化させたりして、最終的に得られた正極における正極合
剤の気孔率を上記した範囲内に調整することができる。
本発明の全固体型二次電池は、上記した高分子固体電解
質と上記した正極を用い、かつ以下に説明する負極を用
いて組み立てられる。それを、全固体型Li二次電池の
場合について説明する。
At this time, the porosity of the positive electrode mixture in the finally obtained positive electrode is changed by changing the amount of the non-aqueous solvent used or changing the molding pressure applied during compression molding or roll molding. It can be adjusted within the above range.
The all-solid-state secondary battery of the present invention is assembled using the above-described solid polymer electrolyte and the above-described positive electrode, and using the negative electrode described below. This will be described for the case of an all solid-state Li secondary battery.

【0032】まず、前記した電池I,電池II、および電
池IIの具体例である電池II−1,電池II−2,電池II−
3のいずれにおいても、高分子固体電解質の製造に用い
られるアルカリ金属塩はLi塩である。具体的には、L
iClO4,LiBF4,LiPF6,LiAsF6,Li
CF3SO3の1種または2種以上が用いられる。電池I
の場合、負極としては金属LiやLi合金の箔がそのま
ま用いられる。なお、製造する電池がLi二次電池でな
い場合は、必要なアルカリ金属,アルカリ金属合金の箔
がそのまま使用される。
First, the battery I, the battery II, and the battery II-1, the battery II-2, and the battery II-, which are specific examples of the battery II, are described.
In any of 3, the alkali metal salt used for producing the solid polymer electrolyte is a Li salt. Specifically, L
iClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , Li
One or more of CF 3 SO 3 is used. Battery I
In this case, a metal Li or Li alloy foil is used as it is as the negative electrode. When the battery to be manufactured is not a Li secondary battery, the necessary alkali metal or alkali metal alloy foil is used as it is.

【0033】電池IIの場合は、後述する炭素質材料を主
成分とする乾燥した多孔質構造の負極合剤が負極集電体
の表面に担持されたものである。具体的には、炭素質材
料の粉末と、前記した正極の製造時に用いたときのよう
な結着剤の粉末と、1−メチル−2−ピロリドンのよう
な非水溶媒とを混練してペーストを調製し、このペース
トをCu箔のような負極集電体の表面に均一に塗布した
のち乾燥して前記非水溶媒を揮散せしめ、ついで圧縮成
形やロール成形を行って製造したものである。
In the case of the battery II, a dried porous negative electrode mixture mainly composed of a carbonaceous material described later is supported on the surface of the negative electrode current collector. Specifically, a paste is prepared by kneading a powder of a carbonaceous material, a powder of a binder as used when producing the above-described positive electrode, and a non-aqueous solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone. This paste is uniformly applied to the surface of a negative electrode current collector such as a Cu foil, dried, and then the non-aqueous solvent is volatilized, followed by compression molding or roll molding.

【0034】その場合、圧縮成形やロール成形時に印加
する成形圧を適宜に調整することにより、負極集電体に
担持されている負極合剤の気孔率が3〜37%に設定さ
れる。この気孔率が3%より小さい場合は、前記した正
極の場合と同じように、高分子固体電解質中の電解液が
負極合剤の内部にまで浸透しづらくなり、また37%よ
り大きい場合は、電気抵抗の増大、集電体からの負極合
剤の剥離のような不都合が生ずるようになるからであ
る。
In this case, the porosity of the negative electrode mixture carried on the negative electrode current collector is set to 3 to 37% by appropriately adjusting the molding pressure applied during compression molding or roll molding. When the porosity is smaller than 3%, as in the case of the above-described positive electrode, the electrolyte in the solid polymer electrolyte hardly penetrates into the inside of the negative electrode mixture. This is because disadvantages such as an increase in electric resistance and peeling of the negative electrode mixture from the current collector occur.

【0035】なお、上記した負極合剤の気孔率は、正極
合剤の場合について説明した(1)式〜(6)式に準拠
して算出された値である。この電池IIのうち、電池II−
1の場合は、炭素材材料として無定形炭素が選定され
る。その場合には、負極合剤の気孔率は26〜37%に
設定されることが好ましい。より好ましくは、28〜3
4%である。
The porosity of the negative electrode mixture is a value calculated based on the equations (1) to (6) described for the positive electrode mixture. Battery II-
In the case of 1, amorphous carbon is selected as the carbon material. In that case, the porosity of the negative electrode mixture is preferably set to 26 to 37%. More preferably, 28 to 3
4%.

【0036】電池II−2の場合は、炭素質材料として人
造黒鉛が選定される。その場合には、負極合剤の気孔率
は7〜18%に設定されることが好ましい。より好まし
くは、10〜16%である。電池II−3の場合は、炭素
質材料として炭素繊維が選定される。具体的には、長尺
な炭素繊維を短尺に裁断したものが用いられる。その場
合には、負極合剤の気孔率は3〜13%に設定されるこ
とが好ましい。より好ましくは、5〜11%である。
In the case of Battery II-2, artificial graphite is selected as the carbonaceous material. In that case, the porosity of the negative electrode mixture is preferably set to 7 to 18%. More preferably, it is 10 to 16%. In the case of battery II-3, carbon fiber is selected as the carbonaceous material. Specifically, a material obtained by cutting a long carbon fiber into a short one is used. In that case, the porosity of the negative electrode mixture is preferably set to 3 to 13%. More preferably, it is 5 to 11%.

【0037】なお、本発明の全固体型二次電池の形態や
組立方法は、格別限定されるものではなく、例えば形態
としては、コイン型,シートまたはフィルム型,円筒
型,角型などの各種の形態であってもよい。
The form and assembling method of the all-solid-state secondary battery of the present invention are not particularly limited. For example, various forms such as a coin type, a sheet or film type, a cylindrical type, and a square type are available. May be used.

【0038】[0038]

【実施例】実施例1〜20,比較例1〜10 1.高分子固体電解質のフィルム状物の製造 1571(商品名、日本ゼオン(株)製のカルボキシル
変性アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテック
ス)をスピンコータを用いてシャーレ上に薄く均一に展
開し、室温,常圧下において24時間乾燥し、更に、常
温、1×10-5Mpa以下の減圧下で24時間乾燥して厚
み約0.2mmのフィルム状物を成膜した。
EXAMPLES Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 10 Production of Film-shaped Solid Polymer Electrolyte 1571 (trade name, carboxyl-modified acrylonitrile-butadiene copolymer latex manufactured by Zeon Corporation) was spread thinly and evenly on a Petri dish using a spin coater, and then at room temperature and normal pressure. For 24 hours, and further dried at room temperature under reduced pressure of 1 × 10 −5 Mpa or less for 24 hours to form a film having a thickness of about 0.2 mm.

【0039】ついで、このフィルム状物を、温度105
℃,1×10-5Mpa以下の減圧下で24時間加熱して架
橋構造を形成した。このフィルム状物をAr雰囲気下に
おいて、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート
の体積比1:2から成る非水混合溶媒にLiClO4
濃度1モル/Lとなるように溶解せしめられている非水
電解液の中に24時間浸漬した。そしてそれを取り出
し、表面の液体を拭き取った。得られたフィルム状物を
実施例電解質とする。
Next, the film-like material was heated at a temperature of 105
The mixture was heated at a temperature of 24 ° C. under a reduced pressure of 1 × 10 −5 Mpa for 24 hours to form a crosslinked structure. A non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving this film in a non-aqueous mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2 under an Ar atmosphere so that LiClO 4 has a concentration of 1 mol / L. For 24 hours. Then, it was taken out and the liquid on the surface was wiped off. The obtained film is used as an example electrolyte.

【0040】一方、前記した1571と2507H(商
品名、日本ゼオン(株)製のスチレン−ブタジエン共重
合体ラテックス)とを重量比50:50で混合し、その
混合ラテックスをスピンコータを用いてシャーレ上に薄
く均一に展開し、室温,常圧下において5時間乾燥した
のち、温度105℃、1×10-5Mpa以下の減圧下で2
4時間加熱して厚み約0.2mmのフィルム状物を得た。
On the other hand, the above-mentioned 1571 and 2507H (trade name, styrene-butadiene copolymer latex manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) were mixed at a weight ratio of 50:50, and the mixed latex was placed on a petri dish using a spin coater. And then dried at room temperature under normal pressure for 5 hours, and then dried at a temperature of 105 ° C. and a reduced pressure of 1 × 10 −5 Mpa or less.
After heating for 4 hours, a film having a thickness of about 0.2 mm was obtained.

【0041】ついで、このフィルム状物を、Ar雰囲気
下において、γ−ブチロラクトンとジメトキシエタンの
体積比1:1から成る非水混合溶媒にLiClO4が濃
度1モル/Lとなるように溶解せしめられている非水電
解液の中に24時間浸漬した。そしてそれを取り出し、
表面の液体を拭き取った。得られたフィルム状物を比較
例電解質とする。
Then, this film-like substance was dissolved in a non-aqueous mixed solvent consisting of γ-butyrolactone and dimethoxyethane in a volume ratio of 1: 1 under an Ar atmosphere so that the concentration of LiClO 4 was 1 mol / L. For 24 hours. And take it out,
The liquid on the surface was wiped off. The obtained film-like material is used as a comparative example electrolyte.

【0042】2.正極の製造 NC5N(商品名、NiKKO Rica社製のLiCoO2
末)と、TB4300(商品名、東海カーボン(株)製
のカーボンブラック)と、ポリフッ化ビニリデン粉末
(呉羽化学工業(株)製)とを、87:10:3の重量
%比で混合し、ここに50重量%相当量の1−メチル−
2−ピロリドンを添加し、全体を混練して正極合剤のペ
ーストを調製した。
2. Manufacture of positive electrode NC5N (trade name, LiCoO 2 powder manufactured by NiKKO Rica), TB4300 (trade name, carbon black manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), polyvinylidene fluoride powder (produced by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) Are mixed in a weight ratio of 87: 10: 3, in which 50% by weight of 1-methyl-
2-Pyrrolidone was added, and the whole was kneaded to prepare a paste of the positive electrode mixture.

【0043】ついで、このペーストを、直径16mm,厚
み0.05mmのAl箔の両面にドクターブレード法で均
一に塗布し、大気中、室温下に24時間放置したのち、
温度105℃,1×10-5Mpa以下の減圧下で24時間
乾燥した。ついで、リケンパワー(商品名、理研精器
(株)製の一軸プレス機)を用いた圧縮成形を行って正
極を製造した。このとき、プレス圧を調整することによ
り、表1,表2で示した気孔率を有する各種の正極にし
た。
Then, this paste was uniformly applied to both sides of an Al foil having a diameter of 16 mm and a thickness of 0.05 mm by a doctor blade method, and allowed to stand in the air at room temperature for 24 hours.
It was dried at a temperature of 105 ° C. under a reduced pressure of 1 × 10 −5 Mpa for 24 hours. Subsequently, compression molding was performed using Riken Power (trade name, uniaxial press machine manufactured by Riken Seiki Co., Ltd.) to produce a positive electrode. At this time, various positive electrodes having the porosity shown in Tables 1 and 2 were obtained by adjusting the pressing pressure.

【0044】なお、導電材であるカーボンブラックはそ
のストラクチャーが複雑であるため、正確な比重測定は
困難である。そのため、正極合剤の気孔率の算出に際し
ては、図書出版社の「カーボンブラック便覧」に記載さ
れているベンゼン浸漬置換法で算出された値:1.83
g/cm3を採用した。これらの正極は、いずれも、理論
容量は5mAhに設計されている。
Since the structure of carbon black as a conductive material is complicated, it is difficult to accurately measure specific gravity. Therefore, when calculating the porosity of the positive electrode mixture, the value calculated by the benzene immersion replacement method described in “Carbon Black Handbook” of Tosho Publishing Co .: 1.83
g / cm 3 was employed. These positive electrodes are all designed to have a theoretical capacity of 5 mAh.

【0045】3.負極の製造 厚み0.1mmの金属Li箔(本城金属(株)製)を打ち
抜いて直径16mmのディスクとした。これを負極Aとす
る。なお、この負極Aの理論容量は約20mAhである。
また、MBC−NC(商品名、三菱化学(株)製の無定
形炭素)の粉末(平均粒径29μm)とポリフッ化ビニ
リデン粉末(呉羽化学工業(株)製)とを95:5の重
量%比で混合し、ここに100重量%相当量の1−メチ
ル−2−ピロリドンを添加し、全体を混練して負極合剤
のペーストを調製した。
3. Production of Negative Electrode A metal Li foil having a thickness of 0.1 mm (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was punched into a disk having a diameter of 16 mm. This is designated as negative electrode A. The negative electrode A has a theoretical capacity of about 20 mAh.
Further, 95: 5% by weight of MBC-NC (trade name, amorphous carbon manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) powder (average particle size: 29 μm) and polyvinylidene fluoride powder (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) were used. The mixture was mixed in a ratio, and 100% by weight of 1-methyl-2-pyrrolidone was added thereto, and the whole was kneaded to prepare a negative electrode mixture paste.

【0046】ついで、このペーストを、直径16mm,厚
み0.04mmのCu箔の両面にドクターブレード法で均
一に塗布し、大気中、室温下に24時間放置したのち、
温度180℃,1×10-5Mpa以下の減圧下で24時間
乾燥した。ついで、前記したリケンパワーを用いて圧縮
成形を行った。このとき、プレス圧を調整することによ
り、表1,表2で示した気孔率を有する各種の負極にし
た。無定形炭素を用いたこれらの系列を負極Bとする。
Then, the paste was uniformly applied to both sides of a Cu foil having a diameter of 16 mm and a thickness of 0.04 mm by a doctor blade method, and allowed to stand in the air at room temperature for 24 hours.
It was dried at a temperature of 180 ° C. under a reduced pressure of 1 × 10 −5 Mpa for 24 hours. Next, compression molding was performed using the above-mentioned Riken power. At this time, various negative electrodes having the porosity shown in Tables 1 and 2 were obtained by adjusting the pressing pressure. These series using amorphous carbon are referred to as negative electrode B.

【0047】炭素質材料がMAG−B−30(商品名、
日立化成(株)製の人造黒鉛)の粉末(平均粒径27μ
m)であったことを除いては、負極Aの場合と同様にし
て負極合剤の気孔率が異なる負極を製造した。人造黒鉛
を用いたこれらの系列を負極Cとする。炭素質材料がB
L924(商品名、ロンザ社製の炭素繊維)を粒径15
μmに裁断した短繊維(繊維径の平均8.8μm)であ
ったことを除いては、負極Aの場合と同様にして負極合
剤の気孔率が異なる負極を製造した。炭素繊維を用いた
これらの系列を負極Dとする。なお、これらの負極B〜
Dの理論容量は5mAhに設計されている。
The carbonaceous material is MAG-B-30 (trade name,
Powder of Hitachi Chemical Co., Ltd. artificial graphite) (average particle size 27μ)
A negative electrode having a different porosity of the negative electrode mixture was manufactured in the same manner as in the case of the negative electrode A, except that m). These series using artificial graphite are referred to as negative electrode C. The carbonaceous material is B
L924 (trade name, carbon fiber manufactured by Lonza) with a particle size of 15
A negative electrode having a different porosity of the negative electrode mixture was produced in the same manner as in the case of the negative electrode A, except that the short fibers were cut into μm (average fiber diameter: 8.8 μm). These series using carbon fibers are referred to as a negative electrode D. In addition, these negative electrodes B ~
The theoretical capacity of D is designed to be 5 mAh.

【0048】4.電池の組立 高分子固体電解質のフィルム状物に打ち抜き加工を行っ
て直径16mmのフィルム箔にした。ついで、このフィル
ム箔を、前記した正極と負極の間に表1,表2で示した
ような組合せで挟持して各種の発電要素とし、それぞれ
の発電要素を電池缶の中に配置して外径20mm,高さ
1.2mmの密閉式コイン型のLi二次電池を組み立て
た。
4. Battery assembly A polymer solid electrolyte film was punched into a film foil having a diameter of 16 mm. Next, this film foil is sandwiched between the above-described positive electrode and negative electrode in a combination as shown in Tables 1 and 2 to form various power generating elements. A sealed coin-type Li secondary battery having a diameter of 20 mm and a height of 1.2 mm was assembled.

【0049】5.電池特性の測定 (1) レート特性の測定 各電池につき次のようにしてレート特性を調べた。すな
わち、温度25℃の大気中、常圧下において、1mAの定
電流で電池電圧が4.15Vになるまでの定電流充電を
行い、引き続き、4.15Vの定電圧で電流値が0.1mA
になるまでの定電圧充電を行い、30分間休止したの
ち、1mAの定電流で電池電圧が2.5Vになるまでの放
電を行い、再び30分の休止を行うことを1サイクルと
する充放電を5サイクル行い、6サイクル目は、充電条
件は1サイクル目と同じであるが、放電は5mAの定電流
で電池電圧が2.5Vになるまで行った。そして、1サ
イクル目(1mA放電)と6サイクル目(5mA放電)にお
ける放電容量を求め表1,表2に示した。また、6サイ
クル目(5mA放電)の放電容量の5サイクル目(1mA放
電)の放電容量に対する割合(百分率)を求め、それを
大電流放電容量比とした。この値が大きいほどレート特
性に優れている。
5. Measurement of battery characteristics (1) Measurement of rate characteristics Rate characteristics of each battery were examined as follows. That is, constant-current charging is performed at a constant current of 1 mA until the battery voltage reaches 4.15 V in the atmosphere at a temperature of 25 ° C. under normal pressure, and then the current value is 0.1 mA at a constant voltage of 4.15 V.
Charge and discharge until the battery voltage becomes 2.5 V at a constant current of 1 mA and then pause for 30 minutes again as one cycle. Was performed for 5 cycles, and in the sixth cycle, the charging conditions were the same as those in the first cycle, but the discharging was performed at a constant current of 5 mA until the battery voltage reached 2.5 V. The discharge capacities at the first cycle (1 mA discharge) and the sixth cycle (5 mA discharge) were determined and are shown in Tables 1 and 2. Further, the ratio (percentage) of the discharge capacity at the sixth cycle (5 mA discharge) to the discharge capacity at the fifth cycle (1 mA discharge) was determined, and the ratio was defined as a large current discharge capacity ratio. The larger the value, the better the rate characteristics.

【0050】(2) サイクル寿命特性の測定 各電池につき次のようにしてサイクル寿命特性を調べ
た。すなわち、温度25℃の大気中、常圧下において、
1mAの定電流で電池電圧が4.15Vになるまでの定電
流充電を行い、引き続き、4.15Vの定電圧で電流値
が0.1mAになるまでの定電圧充電を行い、30分間休
止したのち、1mAの定電流で電池電圧が2.5Vになる
までの放電を行い、再び30分の休止を行うことを1サ
イクルとする充放電を100サイクル行った。
(2) Measurement of cycle life characteristics The cycle life characteristics of each battery were examined as follows. That is, in the air at a temperature of 25 ° C. under normal pressure,
Constant current charging was performed at a constant current of 1 mA until the battery voltage reached 4.15 V, followed by constant voltage charging until the current value reached 0.1 mA at a constant voltage of 4.15 V, followed by a 30-minute pause. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 1 mA until the battery voltage reached 2.5 V, and charge / discharge was performed 100 cycles, with one cycle of resting for 30 minutes.

【0051】そして、100サイクル目の電池の放電容
量を求め、その値の1サイクル目の放電容量に対する割
合(%)を算出し、放電容量維持率とした。この放電容
量維持率が高い電池ほど、充放電サイクルの反復に伴う
容量低下が小さい、すなわち、サイクル寿命特性に優れ
ていることを示す。以上の結果を一括して表1,表2に
示す。
Then, the discharge capacity of the battery at the 100th cycle was determined, and the ratio (%) of the value to the discharge capacity at the first cycle was calculated to obtain the discharge capacity retention rate. A battery having a higher discharge capacity retention ratio has a smaller capacity decrease due to repetition of charge / discharge cycles, that is, it has better cycle life characteristics. The above results are collectively shown in Tables 1 and 2.

【0052】[0052]

【表1】 [Table 1]

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】表1,2から次のことが明らかである。 (1) まず、固体電解質として比較例電解質を用いて組み
立てた比較例6〜10の電池は、いずれも、他の電池に
比べてサイクル寿命特性が顕著に劣化している。例え
ば、実施例2と比較例6,実施例6と比較例8,実施例
12と比較例9を対比しても明らかなように、発電要素
における正極と負極は同じものであるにもかかわらず、
比較例電解質が組み込まれている各比較例のサイクル寿
命特性は大幅に劣化している。このようなことから、実
施例電解質を用いることの有用性が明らかである。
The following is clear from Tables 1 and 2. (1) First, the batteries of Comparative Examples 6 to 10 assembled using the comparative example electrolyte as the solid electrolyte have remarkably deteriorated cycle life characteristics as compared with the other batteries. For example, as is clear from comparison of Example 2 with Comparative Example 6, Example 6 with Comparative Example 8, and Example 12 with Comparative Example 9, although the positive electrode and the negative electrode of the power generation element are the same, ,
The cycle life characteristics of each comparative example in which the comparative example electrolyte was incorporated were significantly deteriorated. Thus, the usefulness of using the electrolytes of the examples is clear.

【0055】(2) 実施例電解質を用いた電池であって
も、その正極における正極合剤の気孔率が32〜39%
から外れている場合は、いずれも、レート特性とサイク
ル寿命特性の低下が認められる。例えば、実施例1〜3
と比較例1,2の場合がそうである。また、実施例6と
比較例3,実施例12と比較例4,実施例17と比較例
5をそれぞれ対比しても明らかなように、それぞれの電
池の負極は同じものであるにもかかわらず、正極合剤の
気孔率が32〜39%から外れている比較例の場合はレ
ート特性とサイクル寿命特性が低下している。このよう
なことから、正極における正極合剤の気孔率は、負極の
種類を問わず、32〜39%に設定すべきことがわか
る。
(2) Example Even in a battery using an electrolyte, the porosity of the positive electrode mixture in the positive electrode was 32 to 39%.
In all cases, the rate characteristics and the cycle life characteristics are reduced. For example, Examples 1-3
This is the case with Comparative Examples 1 and 2. Further, as is apparent from the comparison between Example 6, Comparative Example 3, Example 12, Comparative Example 4, Example 17, and Comparative Example 5, even though the negative electrodes of the respective batteries are the same, In the case of the comparative example in which the porosity of the positive electrode mixture is out of the range of 32 to 39%, the rate characteristics and the cycle life characteristics are deteriorated. From this, it is understood that the porosity of the positive electrode mixture in the positive electrode should be set to 32 to 39% regardless of the type of the negative electrode.

【0056】(3) その場合、負極における負極合剤の好
適な気孔率は、その主成分である炭素質材料の種類に応
じて変化させるべきであることがわかる。例えば負極B
(無定形炭素)の場合、実施例4,9は実施例5〜8に
比べてレート特性とサイクル寿命の低下が認められる。
このようなことから、負極Bを組み込むときには、負極
合剤の気孔率は26〜37%に設定することが好適であ
る。
(3) In that case, it can be seen that the suitable porosity of the negative electrode mixture in the negative electrode should be changed according to the type of the carbonaceous material that is the main component. For example, negative electrode B
In the case of (amorphous carbon), the rate characteristics and the cycle life of Examples 4 and 9 are lower than those of Examples 5 to 8.
For this reason, when the negative electrode B is incorporated, the porosity of the negative electrode mixture is preferably set to 26 to 37%.

【0057】また負極C(人造黒鉛)の場合、実施例1
0,15は実施例11〜14に比べてレート特性とサイ
クル寿命の低下が認められる。このようなことから、負
極Cを組み込むときには、負極合剤の気孔率は7〜18
%に設定することが好適である。更に負極D(炭素繊
維)の場合には、実施例20は実施例16〜19に比べ
てレート特性とサイクル寿命の低下が認められる。この
ようなことから、負極Dを組み込むときには、負極合剤
の気孔率は3〜13%に設定することが好適である。
In the case of the negative electrode C (artificial graphite),
In Nos. 0 and 15, lower rate characteristics and lower cycle life are observed as compared with Examples 11 to 14. For this reason, when the negative electrode C is incorporated, the porosity of the negative electrode mixture is 7 to 18
% Is preferably set. Furthermore, in the case of the negative electrode D (carbon fiber), the rate characteristics and the cycle life of Example 20 are lower than those of Examples 16 to 19. For this reason, when the negative electrode D is incorporated, it is preferable to set the porosity of the negative electrode mixture to 3 to 13%.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レート特性とサイクル寿命特性が優れた全固体
型二次電池、とりわけ全固体型Li二次電池を得ること
ができる。これは、前記した架橋構造を有する高分子固
体電解質,前記した気孔率を有する正極合剤の正極と、
負極とを組み合わせて発電要素にしたことに基づく効果
である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to obtain an all solid-state secondary battery having excellent rate characteristics and cycle life characteristics, especially an all solid-state Li secondary battery. This is a polymer solid electrolyte having a crosslinked structure described above, a positive electrode of a positive electrode mixture having a porosity described above,
This is an effect based on combining the negative electrode and the power generating element.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 架橋構造を有するアクリロニトリル−ブ
タジエン共重合体と、エチレンカーボネートと、鎖状カ
ーボネートと、アルカリ金属塩とを主成分とする高分子
固体電解質のフィルム状物を、正極集電体に正極合剤が
担持されている正極と負極との間に介装して成る発電要
素を有する全固体型二次電池であって、前記正極合剤の
気孔率が32〜39%であることを特徴とする全固体型
二次電池。
1. A positive electrode current collector comprising: a polymer solid electrolyte film mainly composed of an acrylonitrile-butadiene copolymer having a crosslinked structure, ethylene carbonate, a chain carbonate, and an alkali metal salt. An all-solid-state secondary battery having a power generating element interposed between a positive electrode carrying a positive electrode mixture and a negative electrode, wherein the porosity of the positive electrode mixture is 32 to 39%. Characteristic all-solid-state secondary battery.
【請求項2】 前記アルカリ金属塩がLi塩であり、か
つ前記負極が金属LiまたはLi合金の箔から成る請求
項1の全固体型二次電池。
2. The all-solid-state secondary battery according to claim 1, wherein the alkali metal salt is a Li salt, and the negative electrode is made of a metal Li or Li alloy foil.
【請求項3】 前記アルカリ金属塩がLi塩であり、か
つ前記負極が炭素質材料を主成分とする負極合剤を負極
集電体に担持せしめて成り、前記負極合剤の気孔率が3
〜37%である請求項1の全固体型二次電池。
3. The method according to claim 1, wherein the alkali metal salt is a Li salt, and the negative electrode is formed by supporting a negative electrode mixture containing a carbonaceous material as a main component on a negative electrode current collector, and has a porosity of 3%.
The all-solid-state secondary battery according to claim 1, wherein the content is about 37%.
【請求項4】 前記炭素質材料が無定形炭素から成り、
かつ負極合剤の気孔率が26〜37%である請求項3の
全固体型二次電池。
4. The carbonaceous material comprises amorphous carbon,
The all-solid-state secondary battery according to claim 3, wherein the porosity of the negative electrode mixture is 26 to 37%.
【請求項5】 前記炭素質材料が人造黒鉛から成り、か
つ負極合剤の気孔率が7〜18%である請求項3の全固
体型二次電池。
5. The all-solid-state secondary battery according to claim 3, wherein the carbonaceous material is made of artificial graphite, and the porosity of the negative electrode mixture is 7 to 18%.
【請求項6】 前記炭素質材料が炭素繊維から成り、か
つ負極合剤の気孔率が3〜13%である請求項3の全固
体型二次電池。
6. The all-solid-state secondary battery according to claim 3, wherein the carbonaceous material is made of carbon fiber, and the porosity of the negative electrode mixture is 3 to 13%.
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