JP2001167797A - Gel phase electrolyte and gel phase electrolyte cell - Google Patents

Gel phase electrolyte and gel phase electrolyte cell

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JP2001167797A JP37534599A JP37534599A JP2001167797A JP 2001167797 A JP2001167797 A JP 2001167797A JP 37534599 A JP37534599 A JP 37534599A JP 37534599 A JP37534599 A JP 37534599A JP 2001167797 A JP2001167797 A JP 2001167797A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide gel phase electrolyte having good chemical stability to negative electrode, strength, and liquid maintaining property, and to provide a gel phase electrolyte cell having a large capacity, cycle property, load property, low temperature property by using the gel phase electrolyte. SOLUTION: The nonaqueous electrolyte in which lithium containing solvent electrolyte salt is dissolved in the nonaqueous solvent and is formed is gel phase with matrix polymer to contain derivative of vinylene carbonate or vinylere carbonate in a range of 0.05 wt.%-5 wt.% with respect to the nonaqueous electrolyte.

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、非水溶媒にリチウ
ム含有電解質塩が溶解されてなる非水電解液が、マトリ
クスポリマによってゲル状とされてなるゲル状電解質及
びそれを用いたゲル状電解質電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium-containing electrolyte salt in a non-aqueous solvent is gelled by a matrix polymer, and a gel electrolyte using the same. Battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯型電子機器の電源として、産業上電
池が重要な位置を占めてきている。機器の小型軽量化実
現のために、電池は軽く、かつ機器内の収納スペースを
効率的に使うことが求められている。これにはエネルギ
ー密度、出力密度の大きいリチウム電池が最も適格であ
る。
2. Description of the Related Art As a power source of a portable electronic device, an industrial battery is occupying an important position. In order to reduce the size and weight of the device, it is required that the battery be light and the storage space in the device be used efficiently. A lithium battery having a high energy density and a high power density is most suitable for this.

【0003】その中でも柔軟な形状自由度が高い電池、
あるいは薄型大面積のシート型電池、薄型小面積のカー
ド型電池が望まれているが、従来用いられている金属製
の缶を外装に用いる手法では、薄型大面積の電池を作る
のは難しい。
[0003] Among them, a flexible battery having a high degree of freedom in shape,
Alternatively, a thin, large-area sheet-type battery or a thin, small-area card-type battery is desired, but it is difficult to produce a thin, large-area battery by using a conventional metal can for the exterior.

【0004】これを解決するために、有機・無機の固体
電解質や、高分子ゲルを用いるゲル状電解質を用いる電
池が検討されている。これらの電池は電解質が固定化さ
れるため、電解質の厚みが固定され、電極と電解質の間
に接着力があり接触を保持できる。このため、金属製外
装により電解液を閉じこめたり、電池素子に圧力をかけ
る必要がない。そのためフィルム状の外装が使用でき、
電池を薄く作ることが可能となる。
In order to solve this problem, batteries using an organic / inorganic solid electrolyte or a gel electrolyte using a polymer gel have been studied. In these batteries, since the electrolyte is fixed, the thickness of the electrolyte is fixed, and there is an adhesive force between the electrode and the electrolyte, so that contact can be maintained. For this reason, it is not necessary to confine the electrolytic solution by the metal exterior or to apply pressure to the battery element. Therefore, a film-like exterior can be used,
The battery can be made thin.

【0005】全固体の電解質はイオン伝導性が小さく、
電池への実用化はまだ難しいために、ゲル状電解質が有
力視されている。外装としては高分子膜や金属薄膜など
から構成される多層フィルムを用いることが考えられ
る。特に、熱融着樹脂層、金属箔層から構成される防湿
性多層フィルムは、ホットシールによって容易に密閉構
造が実現できることと、多層フィルム自体の強度や気密
性が優れ、金属製外装よりも軽量で薄く、安価であるこ
とからも外装材の候補として有望である。
[0005] All-solid electrolytes have low ionic conductivity,
Since practical application to batteries is still difficult, gel electrolytes are considered promising. It is conceivable to use a multilayer film composed of a polymer film, a metal thin film, or the like as the exterior. In particular, a moisture-proof multilayer film composed of a heat-sealing resin layer and a metal foil layer can easily achieve a hermetic structure by hot sealing, and has excellent strength and airtightness of the multilayer film itself, and is lighter than a metal exterior. It is promising as a candidate for exterior materials because it is thin and inexpensive.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲル状
電解質中の非水溶媒は、マトリクスポリマと相溶性があ
る溶媒でないとゲル状電解質を構成しない。また、フィ
ルムを電池外装に用いた場合、低沸点の溶媒を用いる
と、電池が高温環境下におかれた場合、その溶媒の蒸気
圧の上昇により電池の内圧が高まり膨れを生じるおそれ
がある。そのため、溶媒の選択に制限がある。
However, the non-aqueous solvent in the gel electrolyte does not constitute the gel electrolyte unless the solvent is compatible with the matrix polymer. In addition, when the film is used for the exterior of a battery and a low-boiling solvent is used, when the battery is placed in a high-temperature environment, the internal pressure of the battery may increase due to an increase in the vapor pressure of the solvent, causing swelling. Therefore, there is a limitation in selecting a solvent.

【0007】リチウムイオン電池に用いられている低沸
点溶媒、例えば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などは凝固点が高く
粘度が低いため、電解質の低温でのイオン伝導性を高め
るのに極めて有効であるが、上述したように相溶性や沸
点による溶媒選択の制約のため、外装に多層フィルムを
用いるゲル状電解質電池はこれらを多量には使用できな
い。
[0007] Low boiling solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate and the like used in lithium ion batteries have a high freezing point and a low viscosity, so that they are extremely effective in increasing the ionic conductivity of the electrolyte at low temperatures. However, as described above, gel electrolyte batteries using a multilayer film for the outer package cannot be used in large quantities due to restrictions on solvent selection due to compatibility and boiling point.

【0008】電池用ゲル状電解質の溶媒としては、沸点
が高く電池性能を損なうような分解反応などをしない物
質として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート等が利用可能である。さらに我々はこれらの溶媒と
相溶性に優れ、化学的安定性、ゲルの強度、保液性に優
れたマトリクスポリマとして、ヘキサフルオロプロピレ
ンを重量比で7.5%以下の範囲で共重合させたポリフ
ッ化ビニリデンとの共重合体を開発した。
As a solvent for the gel electrolyte for a battery, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like can be used as a substance having a high boiling point and not causing a decomposition reaction that impairs battery performance. Furthermore, we have copolymerized hexafluoropropylene in a weight ratio of 7.5% or less as a matrix polymer having excellent compatibility with these solvents, chemical stability, gel strength, and liquid retention. A copolymer with polyvinylidene fluoride was developed.

【0009】また、非水溶媒としてエチレンカーボネー
トとプロピレンカーボネートとを混合して用いる場合、
プロピレンカーボネートが多いと低温特性や負荷特性は
良くなるが、初回充放電効率が悪いために電池容量が小
さく、またサイクル特性も悪化する。したがって、電池
容量、サイクル特性、負荷特性、低温特性の全てが優れ
たゲル状電解質電池を作るのは難しかった。
Further, when ethylene carbonate and propylene carbonate are used as a mixture as a non-aqueous solvent,
When the amount of propylene carbonate is large, the low temperature characteristics and the load characteristics are improved, but the initial charge / discharge efficiency is poor, so that the battery capacity is small and the cycle characteristics are also deteriorated. Therefore, it was difficult to produce a gel electrolyte battery having excellent battery capacity, cycle characteristics, load characteristics, and low-temperature characteristics.

【0010】本発明は、上述したような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、化学的安定性、強度、保液
性に優れたゲル状電解質及びそのゲル状電解質を用いる
ことにより電池容量、サイクル特性、負荷特性、低温特
性を満足させたゲル状電解質電池を提供することを目的
とする。
[0010] The present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and a gel electrolyte having excellent chemical stability, strength, and liquid retaining property, and a battery using the gel electrolyte. An object of the present invention is to provide a gel electrolyte battery satisfying capacity, cycle characteristics, load characteristics, and low-temperature characteristics.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のゲル状電解質
は、非水溶媒にリチウム含有電解質塩が溶解されてなる
非水電解液が、マトリクスポリマによってゲル状とされ
てなるとともに、ビニレンカーボネート又はビニレンカ
ーボネートの誘導体を、上記非水電解液に対して0.0
5重量%以上、5重量%以下の範囲で含有することを特
徴とする。
The gel electrolyte of the present invention comprises a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium-containing electrolyte salt in a non-aqueous solvent, which is made into a gel form by a matrix polymer, and is formed of vinylene carbonate or vinylene carbonate. The derivative of vinylene carbonate was added to the above non-aqueous electrolyte at 0.0
It is characterized in that it is contained in a range of 5% by weight or more and 5% by weight or less.

【0012】上述したような本発明に係るゲル状電解質
では、ビニレンカーボネート又はビニレンカーボネート
の誘導体を、上記非水電解液に対して0.05重量%以
上、5重量%以下の範囲で含有しているので、負極とゲ
ル状電解質の化学的安定性が優れたものとなる。そし
て、このゲル状電解質を用いたゲル状電解質電池は、初
回充放電効率及び容量が改善されたものとなる。
The gel electrolyte according to the present invention as described above contains vinylene carbonate or a derivative of vinylene carbonate in an amount of 0.05% by weight or more and 5% by weight or less based on the nonaqueous electrolyte. Therefore, the chemical stability of the negative electrode and the gel electrolyte becomes excellent. And the gel electrolyte battery using this gel electrolyte has improved initial charge / discharge efficiency and capacity.

【0013】また、本発明のゲル状電解質電池は、リチ
ウム金属、リチウム合金又はリチウムをドープ・脱ドー
プ可能な炭素材料のいずれかを有する負極と、リチウム
と遷移金属との複合酸化物を有する正極と、上記負極と
上記正極とを介在し、ゲル状電解質とを備える。そし
て、本発明のゲル状電解質電池は、上記ゲル状電解質
が、非水溶媒にリチウム含有電解質塩が溶解されてなる
非水電解液がマトリクスポリマによってゲル状とされて
なるとともに、ビニレンカーボネート又はビニレンカー
ボネートの誘導体を、上記非水電解液に対して0.05
重量%以上、5重量%以下の範囲で含有することを特徴
とする。
Further, the gel electrolyte battery of the present invention comprises a negative electrode having any one of lithium metal, a lithium alloy and a carbon material capable of doping and undoping lithium, and a positive electrode having a composite oxide of lithium and a transition metal. And a gel electrolyte with the negative electrode and the positive electrode interposed therebetween. The gel electrolyte battery according to the present invention is characterized in that the gel electrolyte is a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium-containing electrolyte salt in a non-aqueous solvent, which is formed into a gel by a matrix polymer, and that vinylene carbonate or vinylene is used. The derivative of carbonate was added to the above non-aqueous electrolyte at 0.05%.
It is characterized in that it is contained in a range of not less than 5% by weight and not more than 5% by weight.

【0014】上述したような本発明に係るゲル状電解質
電池では、上記ゲル状電解質が、ビニレンカーボネート
又はビニレンカーボネートの誘導体を、上記非水電解液
に対して0.05重量%以上、5重量%以下の範囲で含
有しているので、上記ゲル状電解質は負極との化学的安
定性に優れたものとなる。そして、そのようなゲル状電
解質を用いた本発明のゲル状電解質電池は、優れた初回
充放電効率、電池容量を満足させるものとなる。それば
かりでなく、ガス発生による膨れの抑制効果があり、電
池の寸法形状の変化を防ぐことができる。
In the gel electrolyte battery according to the present invention as described above, the gel electrolyte comprises vinylene carbonate or a derivative of vinylene carbonate in an amount of 0.05% by weight or more and 5% by weight or less with respect to the nonaqueous electrolyte. Since the gel electrolyte is contained in the following range, the gel electrolyte has excellent chemical stability with the negative electrode. Then, the gel electrolyte battery of the present invention using such a gel electrolyte satisfies excellent initial charge / discharge efficiency and battery capacity. In addition, there is an effect of suppressing swelling due to gas generation, and it is possible to prevent a change in the size and shape of the battery.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0016】本実施の形態に係るゲル状電解質電池の一
構成例を図1乃至図3に示す。このゲル状電解質電池1
は、図3に示すように、帯状の正極2と、正極2と対向
して配された帯状の負極3と、正極2と負極3との間に
配されたゲル状電解質層4とを備える。そして、このゲ
ル状電解質電池1は、正極2と負極3とがゲル状電解質
層4を介して積層されるとともに長手方向に巻回され
た、図2及び図3に示す電極巻回体5が、絶縁材料から
なる外装フィルム6により覆われて密閉されている。そ
して、正極2には正極端子7が、負極3には負極端子8
がそれぞれ接続されており、これらの正極端子7と負極
端子8とは、外装フィルム6の周縁部である封口部に挟
み込まれている。
FIGS. 1 to 3 show one structural example of the gel electrolyte battery according to the present embodiment. This gel electrolyte battery 1
As shown in FIG. 3, includes a strip-shaped positive electrode 2, a strip-shaped negative electrode 3 disposed opposite to the positive electrode 2, and a gel electrolyte layer 4 disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. . The gel electrolyte battery 1 has an electrode winding body 5 shown in FIGS. 2 and 3 in which the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are stacked via the gel electrolyte layer 4 and wound in the longitudinal direction. , And is covered and sealed by an exterior film 6 made of an insulating material. The positive electrode 2 has a positive electrode terminal 7, and the negative electrode 3 has a negative electrode terminal 8.
Are connected to each other, and the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8 are sandwiched by a sealing portion which is a peripheral portion of the exterior film 6.

【0017】正極2は、正極活物質を含有する正極活物
質層が、正極集電体の両面上に形成されている。この正
極集電体としては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が
用いられる。
The positive electrode 2 has a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material formed on both surfaces of a positive electrode current collector. As the positive electrode current collector, for example, a metal foil such as an aluminum foil is used.

【0018】正極活物質層は、まず、例えば正極活物質
と、導電材と、結着材とを均一に混合して正極合剤と
し、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にす
る。次にこのスラリーをドクターブレード法等により正
極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛
ばすことにより形成される。ここで、正極活物質、導電
材、結着材及び溶剤は、均一に分散していればよく、そ
の混合比は問わない。
The positive electrode active material layer is prepared by, for example, uniformly mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder to form a positive electrode mixture, and dispersing the positive electrode mixture in a solvent to form a slurry. I do. Next, the slurry is uniformly applied onto the positive electrode current collector by a doctor blade method or the like, dried at a high temperature to remove the solvent, and formed. Here, the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent only need to be uniformly dispersed, and the mixing ratio thereof does not matter.

【0019】ここで、正極活物質としてはリチウムと遷
移金属との複合酸化物が用いられる。具体的に、正極活
物質としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2
4、LiAlO2等が例示される。遷移金属元素は1種
類のみの使用だけでなく、2種類以上の使用も可能であ
る。LiNi0.5Co0.52、LiNi0.8Co0.22
がその例として挙げられる。
Here, a composite oxide of lithium and a transition metal is used as the positive electrode active material. Specifically, as the positive electrode active material, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2
O 4 and LiAlO 2 are exemplified. The transition metal element can be used not only in one kind but also in two or more kinds. Examples thereof include LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 .

【0020】また、導電材としては、例えば炭素材料等
が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ
化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例
えばN−メチルピロリドン等が用いられる。
As the conductive material, for example, a carbon material or the like is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride or the like is used. As the solvent, for example, N-methylpyrrolidone or the like is used.

【0021】また、正極2は長さ方向の他端部に、スポ
ット溶接又は超音波溶接で接続された正極端子7を有し
ている。この正極端子7は、金属箔、網目状のものが望
ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通が
とれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端
子7の材料としては、例えばアルミニウム等が挙げられ
る。
The positive electrode 2 has a positive terminal 7 connected to the other end in the longitudinal direction by spot welding or ultrasonic welding. The positive electrode terminal 7 is desirably a metal foil or mesh-like one, but there is no problem even if it is not a metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can conduct. The material of the positive electrode terminal 7 includes, for example, aluminum.

【0022】正極端子7は、負極端子8と同じ方向に出
ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能に
も問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題
はない。また、正極端子7の接続箇所は、電気的接触が
とれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方
法は上記の例に限られない。
It is preferable that the positive electrode terminal 7 extends in the same direction as the negative electrode terminal 8. However, as long as no short circuit or the like occurs and there is no problem in battery performance, there is no problem in which direction the positive electrode terminal 7 extends. In addition, as long as the connection location of the positive electrode terminal 7 is in electrical contact, the location and method of attachment are not limited to the above examples.

【0023】また、負極3は、負極活物質を含有する負
極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されている。
この負極集電体としては、例えば銅箔等の金属箔が用い
られる。
In the negative electrode 3, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on both surfaces of a negative electrode current collector.
As the negative electrode current collector, for example, a metal foil such as a copper foil is used.

【0024】負極活物質層は、まず、例えば負極活物質
と、必要に応じて導電材と、結着材とを均一に混合して
負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラ
リー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法
等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させ
て溶剤を飛ばすことにより形成される。ここで、負極活
物質、導電材、結着材及び溶剤は、均一に分散していれ
ばよく、その混合比は問わない。
In the negative electrode active material layer, first, for example, a negative electrode active material, and if necessary, a conductive material and a binder are uniformly mixed to form a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent. To make a slurry. Next, the slurry is uniformly applied on the negative electrode current collector by a doctor blade method or the like, dried at a high temperature to remove the solvent, and formed. Here, the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the solvent only need to be uniformly dispersed, and the mixing ratio does not matter.

【0025】負極活物質としては、リチウム金属、リチ
ウム合金又はリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材
料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドー
プ可能な炭素材料としては、グラファイト、難黒鉛化炭
素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。
As the negative electrode active material, a lithium metal, a lithium alloy or a carbon material capable of doping and undoping lithium is used. Specifically, examples of the carbon material that can be doped with and dedoped with lithium include graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon.

【0026】また、導電材としては、例えば炭素材料等
が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ
化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例
えばN−メチルピロリドン等が用いられる。
As the conductive material, for example, a carbon material or the like is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride or the like is used. As the solvent, for example, N-methylpyrrolidone or the like is used.

【0027】また、負極3は長さ方向の他端部に、スポ
ット溶接又は超音波溶接で接続された負極端子8を有し
ている。この負極端子8は、金属箔、網目状のものが望
ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通が
とれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端
子8の材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられ
る。
The negative electrode 3 has a negative terminal 8 connected to the other end in the longitudinal direction by spot welding or ultrasonic welding. The negative electrode terminal 8 is preferably made of a metal foil or mesh. However, there is no problem even if it is not a metal as long as it is electrochemically and chemically stable and can conduct electricity. Examples of the material of the negative electrode terminal 8 include copper and nickel.

【0028】負極端子8は、正極端子7と同じ方向に出
ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能に
も問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題
はない。また、負極端子8の接続箇所は、電気的接触が
とれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方
法は上記の例に限られない。
It is preferable that the negative electrode terminal 8 protrudes in the same direction as the positive electrode terminal 7. However, as long as no short circuit or the like occurs and there is no problem in battery performance, there is no problem in any direction. In addition, as long as the connection location of the negative electrode terminal 8 is in electrical contact, the location and method of attachment are not limited to the above examples.

【0029】ゲル状電解質は、非水溶媒と、電解質塩
と、マトリクスポリマとを含有する。また、後述するよ
うに、本発明のゲル状電解質電池1では、ゲル状電解質
中にビニレンカーボネート又はその誘導体が添加されて
いる。
The gel electrolyte contains a non-aqueous solvent, an electrolyte salt, and a matrix polymer. Further, as described later, in the gel electrolyte battery 1 of the present invention, vinylene carbonate or a derivative thereof is added to the gel electrolyte.

【0030】非水溶媒としては、非水電解液の非水溶媒
として用いられている公知の溶媒を用いることが出来
る。具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、γ−ブチロラクトン、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、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネ
ート、又はこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに
置換した溶媒等が挙げられる。
As the non-aqueous solvent, a known solvent used as a non-aqueous solvent for a non-aqueous electrolyte can be used. Specifically, solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, or a solvent obtained by substituting the hydrogen of a carbonic acid ester with a halogen, etc. Can be

【0031】これらの溶媒は1種類を単独で用いてもよ
いし、複数種を所定の組成で混合してもよい。その中で
も特に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネー
トとが重量比で15:85〜75:25の範囲で混合さ
れてなる混合溶媒を用いることが好ましい。これよりエ
チレンカーボネートが多すぎるとゲル状電解質電池1の
低温特性を損ねてしまい、また、プロピレンカーボネー
トが多すぎると初回充放電効率や電池容量、サイクル特
性が良好でなくなる。
One of these solvents may be used alone, or a plurality thereof may be mixed with a predetermined composition. Among them, it is particularly preferable to use a mixed solvent in which ethylene carbonate and propylene carbonate are mixed in a weight ratio of 15:85 to 75:25. If the amount of ethylene carbonate is too large, the low-temperature characteristics of the gel electrolyte battery 1 will be impaired. If the amount of propylene carbonate is too large, the initial charge / discharge efficiency, battery capacity, and cycle characteristics will not be good.

【0032】電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解す
るものを用いることができる。カチオンにはリチウム等
のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンが挙げ
られる。また、アニオンとしては、BF4 -、PF6 -、C
3SO3 -、(CF3SO22-、(C25SO22-
等が挙げられる。そして、これらのカチオンとアニオン
とを組み合わせて得られる電解質塩が用いられる。用い
られる電解質塩としては、例えばLiPF6、LiB
4、LiN(CF3SO22、LiN(C25
22、LiClO4等が挙げられる。
As the electrolyte salt, those soluble in the above-mentioned non-aqueous solvent can be used. Examples of the cation include an alkali metal ion such as lithium and an alkaline earth metal ion. Further, as anions, BF 4 , PF 6 , C
F 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N
And the like. Then, an electrolyte salt obtained by combining these cations and anions is used. As the electrolyte salt used, for example, LiPF 6 , LiB
F 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 S
O 2 ) 2 and LiClO 4 .

【0033】なお、電解質塩濃度としては、上記溶媒に
溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウ
ムイオン濃度が非水溶媒に対して0.4mol/kg以
上、1.0mol/kg以下の範囲であることが好まし
い。リチウムイオン塩濃度が1.0mol/kgを越え
ると、ゲル状電解質電池1の低温特性とサイクル特性と
を劣化させてしまう。また、リチウムイオン濃度が0.
4mol/kgよりも薄いと、十分な容量を確保するこ
とができない。
There is no problem with the concentration of the electrolyte salt as long as it can be dissolved in the above-mentioned solvent, but the lithium ion concentration is 0.4 mol / kg or more and 1.0 mol / kg or less with respect to the non-aqueous solvent. Is preferably within the range. If the lithium ion salt concentration exceeds 1.0 mol / kg, the low temperature characteristics and the cycle characteristics of the gel electrolyte battery 1 will be deteriorated. Further, when the lithium ion concentration is 0.1.
If it is less than 4 mol / kg, a sufficient capacity cannot be secured.

【0034】そして、マトリクスポリマは、上記非水溶
媒に上記電解質塩が溶解されてなる非水電解液をゲル化
するものである。このようなマトリクスポリマとして
は、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、
ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポ
リメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマが挙
げられる。このようなポリマは、1種類を単独で用いて
もよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。
The matrix polymer gels a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving the electrolyte salt in the non-aqueous solvent. Such matrix polymers include polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide,
Examples include polymers containing polypropylene oxide, polyacrylonitrile, and polymethacrylonitrile in the repeating unit. One of these polymers may be used alone, or two or more may be used in combination.

【0035】その中でも特に、マトリクスポリマとし
て、ポリフッ化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンに
ヘキサフルオロプロピレンが7.5%以下の割合で導入
された共重合体を用いることが好ましい。このようなポ
リマは、数平均分子量が50万〜70万の範囲である
か、又は重量平均分子量が21万〜31万の範囲であ
り、固有粘度が1.7〜2.1の範囲とされている。
Among them, it is particularly preferable to use, as the matrix polymer, polyvinylidene fluoride or a copolymer in which hexafluoropropylene is introduced into polyvinylidene fluoride at a ratio of 7.5% or less. Such a polymer has a number average molecular weight in the range of 500,000 to 700,000 or a weight average molecular weight in the range of 210,000 to 310,000 and an intrinsic viscosity of 1.7 to 2.1. ing.

【0036】外装フィルム6は、正極2と負極3とがゲ
ル状電解質層4を介して積層されるとともに長手方向に
巻回されてなる電極巻回体5を密閉パックするものであ
る。この外装フィルムは、例えばアルミニウム箔が一対
の樹脂フィルムで挟まれた防湿性、絶縁性の多層フィル
ムからなる。
The exterior film 6 is for hermetically packing an electrode wound body 5 in which the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are laminated via the gel electrolyte layer 4 and wound in the longitudinal direction. This exterior film is made of, for example, a moisture-proof and insulating multilayer film in which an aluminum foil is sandwiched between a pair of resin films.

【0037】そして、本発明にかかるゲル状電解質電池
では、ゲル状電解質にビニレンカーボネート又はその誘
導体が添加されている。ゲル状電解質にビニレンカーボ
ネート又はその誘導体を添加することで、当該ゲル状電
解質の負極に対する化学的安定性を高めることが出来
る。そして、負極に対する化学的安定性に優れたゲル状
電解質を用いることで、ゲル状電解質電池1の初回充放
電効率を改善し、高い電池容量を得ることができる。
In the gel electrolyte battery according to the present invention, vinylene carbonate or a derivative thereof is added to the gel electrolyte. By adding vinylene carbonate or a derivative thereof to the gel electrolyte, the chemical stability of the gel electrolyte with respect to the negative electrode can be increased. Then, by using a gel electrolyte having excellent chemical stability with respect to the negative electrode, the initial charge / discharge efficiency of the gel electrolyte battery 1 can be improved, and a high battery capacity can be obtained.

【0038】また、上述したように、ゲル状電解質電池
は外装に軽量の多層フィルムを使用できることが大きな
利点の1つである。しかし、リチウムイオン二次電池の
場合のように、初回充電時に非水溶媒の分解等によりガ
スが発生すると、外装に多層フィルムを用いたゲル状電
解質電池では、電池が膨らんでしまうという大きな問題
があった。
As described above, one of the great advantages of the gel electrolyte battery is that a lightweight multilayer film can be used for the exterior. However, when a gas is generated due to decomposition of a non-aqueous solvent at the time of the first charge as in the case of a lithium ion secondary battery, the gel electrolyte battery using a multilayer film for the exterior has a major problem that the battery swells. there were.

【0039】本発明者は、ゲル状電解質にビニレンカー
ボネート又はその誘導体を添加することで、上述したよ
うな効果の他にも、充電に伴うガス発生を抑制し、電池
の膨張を防止できることを見出した。
The present inventor has found that by adding vinylene carbonate or a derivative thereof to the gel electrolyte, in addition to the above-described effects, it is possible to suppress gas generation due to charging and to prevent battery expansion. Was.

【0040】ビニレンカーボネート又はその誘導体の添
加量としては、ゲル状電解質中の溶媒に対して0.05
重量%以上、5重量%以下の範囲とするのが好ましい。
ビニレンカーボネートの添加量が0.05重量%よりも
少ないと、充放電効率を向上させる効果が十分に得られ
ず、高い電池容量や初回充放電効率を得ることが出来な
い。また、ビニレンカーボネートの添加量が5重量%を
越えると、低温における放電特性が却って低下してしま
う。
The amount of vinylene carbonate or a derivative thereof added is 0.05 to 0.05% of the solvent in the gel electrolyte.
It is preferable to be in the range of not less than 5% by weight and not more than 5% by weight.
If the amount of vinylene carbonate is less than 0.05% by weight, the effect of improving the charge / discharge efficiency cannot be sufficiently obtained, and a high battery capacity and initial charge / discharge efficiency cannot be obtained. On the other hand, if the amount of vinylene carbonate exceeds 5% by weight, the discharge characteristics at low temperatures are rather deteriorated.

【0041】したがって、ビニレンカーボネート又はそ
の誘導体の添加量をゲル状電解質中の溶媒に対して0.
05重量%以上、5重量%以下の範囲とすることで、低
温における放電特性を低下させることなく、充放電効率
を向上させて、高い電池容量やサイクル特性を得ること
が出来る。さらに、より好ましいビニレンカーボネート
又はその誘導体の添加量は、ゲル状電解質中の溶媒に対
して0.5重量%以上、3重量%以下の範囲である。ビ
ニレンカーボネートの添加量を、ゲル状電解質中の溶媒
に対して0.5重量%以上、3重量%以下の範囲とする
ことで、上述したような特性を、より向上させることが
出来る。
Therefore, the amount of vinylene carbonate or a derivative thereof added to the solvent in the gel electrolyte is set to 0.1.
When the content is in the range of 05% by weight or more and 5% by weight or less, the charge / discharge efficiency can be improved without lowering the discharge characteristics at a low temperature, and a high battery capacity and cycle characteristics can be obtained. Further, the more preferable addition amount of vinylene carbonate or its derivative is in the range of 0.5% by weight or more and 3% by weight or less based on the solvent in the gel electrolyte. By setting the amount of vinylene carbonate to be in the range of 0.5% by weight or more and 3% by weight or less based on the solvent in the gel electrolyte, the above-described characteristics can be further improved.

【0042】さらに、このゲル状電解質を構成する非水
電解液中に、ジフルオロアニソール(DFA)が添加さ
れていることが好ましい。非水電解液中に、ジフルオロ
アニソールを添加することで、ゲル状電解質電池1の充
放電効率を向上させ、高い放電容量を得ることができ
る。ジフルオロアニソールの添加量としては、非水電解
液に対して0.2重量%以上、2重量%以下の範囲とす
ることが好ましい。
Further, it is preferable that difluoroanisole (DFA) is added to the non-aqueous electrolyte constituting the gel electrolyte. By adding difluoroanisole to the non-aqueous electrolyte, the charge and discharge efficiency of the gel electrolyte battery 1 can be improved, and a high discharge capacity can be obtained. The addition amount of difluoroanisole is preferably in the range of 0.2% by weight or more and 2% by weight or less based on the nonaqueous electrolyte.

【0043】上述したような構成を有する本発明のゲル
状電解質電池1は、ゲル状電解質にビニレンカーボネー
ト又はその誘導体が添加されているので、電池の初回充
放電効率が向上し、高い電池容量を有するものとなり、
さらにサイクル特性にも優れた電池となる。その上、ゲ
ル状電解質にビニレンカーボネート又はその誘導体が添
加されている本発明のゲル状電解質電池1は、充放電に
伴うガス発生が抑制されるので、外装に多層フィルムを
用いても電池の膨張が無く、信頼性の高いものとなる。
In the gel electrolyte battery 1 of the present invention having the above-described structure, since the gel electrolyte is added with vinylene carbonate or a derivative thereof, the initial charge / discharge efficiency of the battery is improved, and a high battery capacity is obtained. Will have
Further, the battery has excellent cycle characteristics. In addition, the gel electrolyte battery 1 of the present invention in which vinylene carbonate or a derivative thereof is added to the gel electrolyte suppresses gas generation due to charge and discharge. And has high reliability.

【0044】なお、ゲル状電解質電池1において、図1
乃至図3に示すように外装フィルム6と正極端子7及び
負極端子8との接触部分に樹脂片9が配されていること
が好ましい。外装フィルム6と正極端子7及び負極端子
8との接触部分に樹脂片9を配することで、外装フィル
ム6のバリ等によるショートが防止され、また、外装フ
ィルム6と正極端子7及び負極端子8との接着性が向上
する。
In the gel electrolyte battery 1, FIG.
As shown in FIG. 3 to FIG. 3, it is preferable that a resin piece 9 is disposed at a contact portion between the exterior film 6 and the positive electrode terminal 7 and the negative electrode terminal 8. By arranging the resin pieces 9 at the contact portions between the exterior film 6 and the positive terminal 7 and the negative terminal 8, short-circuiting of the exterior film 6 due to burrs and the like is prevented, and the exterior film 6, the positive terminal 7 and the negative terminal 8 are prevented. And the adhesiveness with the resin is improved.

【0045】なお、ゲル状電解質電池1において、ゲル
状電解質層4中に、セパレータが配されていても良い。
ゲル状電解質層4中に、セパレータを配することで、正
極2と負極3との接触による内部短絡を防止することが
出来る。
In the gel electrolyte battery 1, a separator may be provided in the gel electrolyte layer 4.
By disposing the separator in the gel electrolyte layer 4, an internal short circuit due to the contact between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 can be prevented.

【0046】また、上述した実施の形態では、ゲル状電
解質電池1として、帯状の正極2と帯状の負極3とをゲ
ル状電解質層4を介して積層し、さらに長手方向に巻回
されてなる電極巻回体5を用いた場合を例に挙げて説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、正極
と負極とをゲル状電解質層を介して積層してなる積層型
電極体を用いた場合や、巻回せずにいわゆるつづら折り
にされたつづら折り型電極体を用いた場合についても適
用可能である。
In the above-described embodiment, the gel electrolyte battery 1 is formed by laminating a strip-shaped positive electrode 2 and a strip-shaped negative electrode 3 with a gel electrolyte layer 4 interposed therebetween, and further wound in the longitudinal direction. Although the case where the electrode winding body 5 is used has been described as an example, the present invention is not limited to this, and a laminated electrode body obtained by laminating a positive electrode and a negative electrode via a gel electrolyte layer. The present invention is also applicable to a case in which the electrode is used, or a case in which a so-called serpentine-shaped electrode body is formed without being wound.

【0047】上述したような本実施の形態に係るゲル状
電解質電池1は、円筒型、角型等、その形状については
特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々
の大きさにすることができる。また、本発明は、一次電
池についても二次電池についても適用可能である。
The shape of the gel electrolyte battery 1 according to the present embodiment as described above is not particularly limited, such as a cylindrical shape and a square shape, and various sizes such as a thin shape and a large size. Can be Further, the present invention is applicable to both primary batteries and secondary batteries.

【0048】[0048]

【実施例】以下に示す実施例では、本発明の効果を確認
すべく、上述したような構成のゲル状電解質電池を作製
し、その特性を評価した。
EXAMPLES In the following examples, in order to confirm the effects of the present invention, a gel electrolyte battery having the above-described structure was manufactured and its characteristics were evaluated.

【0049】〈サンプル1〉まず、正極を以下のように
して作製した。
<Sample 1> First, a positive electrode was prepared as follows.

【0050】正極を作製するには、まず、コバルト酸リ
チウム(LiCoO2)を92重量%と、粉状ポリフッ
化ビニリデンを3重量%と、粉状黒鉛を5重量%とを、
N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状の正極合
剤を調製した。次に、この正極合剤を、正極集電体とな
るアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、100℃で2
4時間減圧乾燥することにより正極活物質層を形成し
た。そして、これをロールプレス機で加圧成形すること
により正極シートとし、当該正極シートを50mm×3
00mmの帯状に切り出して正極とした。正極集電体の
活物質層非形成部分にアルミニウム製のリードを溶接し
て正極端子とした。
To manufacture the positive electrode, first, 92% by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), 3% by weight of powdered polyvinylidene fluoride, and 5% by weight of powdered graphite were prepared.
The slurry was dispersed in N-methylpyrrolidone to prepare a slurry positive electrode mixture. Next, this positive electrode mixture was uniformly applied to both surfaces of an aluminum foil serving as a positive electrode current collector.
By drying under reduced pressure for 4 hours, a positive electrode active material layer was formed. Then, this was pressed into a positive electrode sheet by a roll press, and the positive electrode sheet was 50 mm × 3.
The positive electrode was cut out into a 00 mm band. An aluminum lead was welded to a portion of the positive electrode current collector where the active material layer was not formed to form a positive electrode terminal.

【0051】次に、負極を以下のようにして作製した。Next, a negative electrode was prepared as follows.

【0052】負極を作製するには、まず、人造黒鉛を9
1重量%と、粉状ポリフッ化ビニリデンを9重量%と
を、N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状の負
極合剤を調製した。次に、この負極合剤を、負極集電体
となる銅箔の両面に均一に塗布し、120℃で24時間
減圧乾燥することにより負極活物質層を形成した。そし
て、これをロールプレス機で加圧成形することにより負
極シートとし、当該負極シートを52mm×320mm
の帯状に切り出して負極とした。負極集電体の活物質層
非形成部分にニッケル製のリードを溶接して負極端子と
した。
To manufacture the negative electrode, first, artificial graphite was
1% by weight and 9% by weight of powdered polyvinylidene fluoride were dispersed in N-methylpyrrolidone to prepare a slurry negative electrode mixture. Next, the negative electrode mixture was uniformly applied to both surfaces of a copper foil serving as a negative electrode current collector, and dried under reduced pressure at 120 ° C. for 24 hours to form a negative electrode active material layer. This was pressed into a negative electrode sheet by a roll press, and the negative electrode sheet was 52 mm × 320 mm.
Was cut out to form a negative electrode. A nickel lead was welded to a portion of the negative electrode current collector where the active material layer was not formed to form a negative electrode terminal.

【0053】そして、以上のようにして作製された正極
及び負極上にゲル状電解質層を形成した。ゲル状電解質
層を形成するには、まず、ヘキサフルオロプロピレンが
6.9%の割合で共重合されたポリフッ化ビニリデン
と、非水電解液と、ジメチルカーボネートとを混合し、
撹拌、溶解させてゾル状の高分子電解質溶液を得た。
Then, a gel electrolyte layer was formed on the positive electrode and the negative electrode produced as described above. To form a gel electrolyte layer, first, polyvinylidene fluoride copolymerized with hexafluoropropylene at a ratio of 6.9%, a non-aqueous electrolyte, and dimethyl carbonate are mixed.
The mixture was stirred and dissolved to obtain a sol-like polymer electrolyte solution.

【0054】ここで、非水電解液は、エチレンカーボネ
ート(EC)と、プロピレンカーボネート(PC)とが
6:4の割合で混合されてなる混合溶媒に、LiPF6
を0.85mol/kgの割合で溶解させた。さらに
2,4−ジフルオロアニソール(DFA)を1重量%の
割合で、ビニレンカーボネート(VC)を0.5重量%
の割合で添加して調製した。
Here, the non-aqueous electrolyte solution was prepared by mixing LiPF 6 with ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) in a mixed solvent of 6: 4.
Was dissolved at a rate of 0.85 mol / kg. Further, 2,4-difluoroanisole (DFA) was added at a ratio of 1% by weight, and vinylene carbonate (VC) was added at a ratio of 0.5% by weight.
In the ratio of

【0055】次に、得られたゾル状の高分子電解質溶液
を正極及び負極の両面に均一に塗布した。その後、乾燥
させて溶剤を除去した。このようにして、正極及び負極
の両面にゲル状電解質層を形成した。
Next, the obtained sol-like polymer electrolyte solution was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode and the negative electrode. After that, it was dried to remove the solvent. Thus, gel electrolyte layers were formed on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode.

【0056】次に、上述のようにして作製された、両面
にゲル状電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲ
ル状電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層
体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回するこ
とにより電極巻回体を得た。
Next, a strip-shaped positive electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides and a strip-shaped negative electrode having gel electrolyte layers formed on both sides, which were produced as described above, were laminated. The laminate was wound in the longitudinal direction to obtain a wound electrode.

【0057】最後に、この巻回体を、アルミニウム箔が
一対の樹脂フィルムで挟まれてなる外装フィルムで挟
み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着すること
によって封口し、巻回体を外装フィルム中に密閉した。
なお、このとき、正極端子と負極端子に樹脂片をあてが
い、当該部分を外装フィルムの封口部に挟み込んだ。こ
のようにしてゲル状電解質電池を完成した。
Finally, the wound body is sandwiched by an exterior film in which an aluminum foil is sandwiched between a pair of resin films, and the outer peripheral edge of the exterior film is heat-sealed under reduced pressure to seal the winding. The body was sealed in an exterior film.
At this time, a resin piece was applied to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, and the relevant portion was sandwiched between the sealing portions of the exterior film. Thus, a gel electrolyte battery was completed.

【0058】〈サンプル2〉〜〈サンプル69〉ゾル状
の電解質溶液を構成する非水電解液の組成を、表1〜表
4に示すようにしたこと以外は、サンプル1と同様にし
てゲル状電解質電池を完成した。
<Sample 2> to <Sample 69> Except that the composition of the non-aqueous electrolyte constituting the sol-state electrolyte solution was as shown in Tables 1 to 4, a gel-like solution was prepared in the same manner as in Sample 1. The electrolyte battery was completed.

【0059】なお、サンプル40では、マトリクスポリ
マとしてポリアクリロニトリルとポリメタクリロニトリ
ルとを混合して用いた。分子量が20万のポリアクリロ
ニトリルと、分子量が18万のポリメタクリロニトリル
と、エチレンカーボネートと、プロピレンカーボネート
と、LiPF6とを、重量比で1:1:9:9:1.7
の割合で混合し、90℃でポリマを溶解した。これをサ
ンプル1の場合と同様にして電極上に塗布し、徐冷して
ゲル化させた。そして、ゲル状電解質層が形成された帯
状の正極と負極とを、多孔質ポリオレフィンからなるセ
パレータを介して積層して積層体とし、さらにこの積層
体をその長手方向に巻回することにより電極巻回体を得
た。この電極巻回体をサンプル1と同様に外装フィルム
中に密閉した。
In the sample 40, a mixture of polyacrylonitrile and polymethacrylonitrile was used as a matrix polymer. Polyacrylonitrile having a molecular weight of 200,000, polymethacrylonitrile having a molecular weight of 180,000, ethylene carbonate, propylene carbonate, and LiPF 6 are mixed in a weight ratio of 1: 1: 9: 9: 1.7.
At 90 ° C. to dissolve the polymer at 90 ° C. This was applied on the electrode in the same manner as in the case of Sample 1, and was gradually cooled to gel. Then, a belt-like positive electrode and a negative electrode on which a gel electrolyte layer is formed are laminated via a separator made of porous polyolefin to form a laminate, and the laminate is further wound in the longitudinal direction to form an electrode. I got a body. This wound electrode body was sealed in an exterior film in the same manner as in Sample 1.

【0060】以下に、サンプル1〜サンプル69につい
て、非水電解液の溶媒組成とビニレンカーボネートの添
加濃度とを示す。また、電極材料や電解質塩等、サンプ
ル1と異なる条件の場合には、それも表中に示した。特
に記載のない場合はサンプル1と同様にした。
The solvent composition of the non-aqueous electrolyte and the concentration of vinylene carbonate added are shown below for Samples 1 to 69. In the case of conditions different from those of Sample 1, such as electrode materials and electrolyte salts, such conditions are also shown in the table. Unless otherwise specified, the same as Sample 1.

【0061】なお、以下に示す表1には、サンプル1〜
サンプル15における電池の非水電解液組成を示してい
る。また、表2には、サンプル16〜サンプル40にお
ける電池の非水電解液組成を示している。また、表3に
は、サンプル41〜サンプル54における電池の非水電
解液組成を示している。また、表4には、サンプル55
〜サンプル69における電池の非水電解液組成を示して
いる。
Table 1 shown below shows samples 1 to
9 shows a nonaqueous electrolyte composition of a battery in Sample 15. Table 2 shows the compositions of the nonaqueous electrolytes of the batteries in Samples 16 to 40. Table 3 shows the compositions of the nonaqueous electrolytes of the batteries in Samples 41 to 54. Table 4 shows the sample 55
7 shows the composition of the non-aqueous electrolyte of the battery in Sample 69.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】[0064]

【表3】 [Table 3]

【0065】[0065]

【表4】 [Table 4]

【0066】以上のようにして作製されたサンプル1〜
サンプル69のゲル状電解質電池について、サイクル特
性、初回充放電効率、低温放電特性、負荷特性及び初回
放電容量の特性を評価した。
Samples 1 to 5 produced as described above
For the gel electrolyte battery of Sample 69, cycle characteristics, initial charge / discharge efficiency, low-temperature discharge characteristics, load characteristics, and characteristics of initial discharge capacity were evaluated.

【0067】なお、以下に示す評価方法において、1C
とは、電池の定格容量を1時間で放電させる電流値のこ
とであり、0.2C、0.5C、3Cとは、電池の定格
容量をそれぞれ5時間、2時間、20分で放電させる電
流値のことである。
In the following evaluation method, 1C
Is the current value at which the rated capacity of the battery is discharged in one hour, and 0.2 C, 0.5 C, and 3 C are the current values at which the rated capacity of the battery is discharged in 5 hours, 2 hours, and 20 minutes, respectively. It is a value.

【0068】サイクル特性としては、4.2V、1Cの
定電流定電圧充電と1Cの3Vカットオフ定電流放電を
行い、放電容量のサイクル毎の変化を測定した。ここで
は、300サイクル後の容量維持率で検討し、80%以
上を良とした。300サイクル後に80%容量維持率
は、現在、携帯電子機器のスペックにおいて一般的に必
要とされている値である。
As the cycle characteristics, a constant current constant voltage charge of 4.2 V and 1 C and a 3 V cut-off constant current discharge of 1 C were performed, and a change in discharge capacity for each cycle was measured. Here, the capacity retention rate after 300 cycles was examined, and 80% or more was regarded as good. The 80% capacity retention after 300 cycles is a value generally required in the specifications of portable electronic devices at present.

【0069】(300サイクル目の放電容量)/(5サ
イクル目の放電容量) 初回充放電効率としては、4.2V、0.1Cの定電流
定電圧充電、0.1C定電流放電、カットオフ3Vで初
回の充放電試験を行い、その際の充電・放電の電池容量
から評価した。この値が小さすぎると、投入した活物質
の無駄が大きくなってしまう。80%以上を良とした。
(Discharge capacity at 300th cycle) / (Discharge capacity at 5th cycle) The initial charge / discharge efficiency was 4.2 V, 0.1 C constant current / constant voltage charge, 0.1 C constant current discharge, cutoff. An initial charge / discharge test was performed at 3 V, and the charge / discharge battery capacity at that time was evaluated. If this value is too small, the waste of the input active material increases. 80% or more was regarded as good.

【0070】(初回放電容量)/(初回充電容量) 低温放電特性としては、−20℃の環境下における0.
5C放電容量と、23℃の環境下における0.5C放電
容量との比で評価した。この値が35%以上である場合
を良とした。これは、−20℃前後の寒冷地において、
携帯電話等で緊急通話を最低1回行うのに必要な電池容
量に相当する。
(Initial discharge capacity) / (initial charge capacity) The low-temperature discharge characteristics are as follows.
The evaluation was made based on the ratio between the 5C discharge capacity and the 0.5C discharge capacity in an environment of 23 ° C. The case where this value was 35% or more was regarded as good. This is in a cold region around -20 ° C,
This corresponds to the battery capacity required to make at least one emergency call with a mobile phone or the like.

【0071】(−20℃における0.5C放電容量)/
(23℃における0.5C放電容量) 負荷特性としては、室温における3C放電容量と0.5
C放電容量との比で評価した。この値が90%以上であ
る場合を良とした。携帯電話はパルス放電で電力を消費
するため、大電流性能が要求される。90%以上の値は
電話に対する要求を満たすのに必要な値である。
(0.5 C discharge capacity at −20 ° C.) /
(0.5 C discharge capacity at 23 ° C.) As load characteristics, 3C discharge capacity at room temperature and 0.5 C
The evaluation was made based on the ratio to the C discharge capacity. A case where this value was 90% or more was regarded as good. Since mobile phones consume power by pulse discharge, high current performance is required. A value of 90% or more is a value necessary to satisfy the demand for telephone.

【0072】(3C放電容量)/(0.5C放電容量) 放電容量としては、初回放電容量で評価し、電池の設計
から600mAh以上あれば良とした。
(3C discharge capacity) / (0.5C discharge capacity) The discharge capacity was evaluated based on the initial discharge capacity, and was determined to be good if it was 600 mAh or more from the battery design.

【0073】サンプル1〜サンプル69のゲル状電解質
電池についての、サイクル特性、初回充放電効率、低温
放電特性、負荷特性及び初回放電容量の特性評価結果を
表5〜表8に示す。
Tables 5 to 8 show the results of evaluating the cycle characteristics, initial charge / discharge efficiency, low-temperature discharge characteristics, load characteristics, and initial discharge capacity of the gel electrolyte batteries of Samples 1 to 69.

【0074】なお、以下に示す表5には、サンプル1〜
サンプル15における電池の特性評価結果を示してい
る。また、表6には、サンプル16〜サンプル40にお
ける電池の特性評価結果を示している。また、表7に
は、サンプル41〜サンプル54における電池の特性評
価結果を示している。また、表8には、サンプル55〜
サンプル69における電池の特性評価結果を示してい
る。
Table 5 below shows that samples 1 to
14 shows the result of evaluating the characteristics of the battery of Sample 15. Table 6 shows the battery characteristic evaluation results of Samples 16 to 40. Table 7 shows the results of evaluating the characteristics of the batteries of Samples 41 to 54. Table 8 shows samples 55-55.
19 shows the result of evaluating the characteristics of the battery in Sample 69.

【0075】[0075]

【表5】 [Table 5]

【0076】[0076]

【表6】 [Table 6]

【0077】[0077]

【表7】 [Table 7]

【0078】[0078]

【表8】 [Table 8]

【0079】以上の表5〜表8から明らかなように、エ
チレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合
溶媒を用いたゲル状電解質電池において、ゲル状電解質
中にビニレンカーボネートを添加することにより充放電
効率、電池容量を大きく向上させることができる。さら
に、プロピレンカーボネートを多く含んでいてもサイク
ル特性も向上する。
As is clear from Tables 5 to 8, in a gel electrolyte battery using a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate, the charge and discharge efficiency was improved by adding vinylene carbonate to the gel electrolyte. The battery capacity can be greatly improved. Furthermore, the cycle characteristics are improved even if a large amount of propylene carbonate is contained.

【0080】また、ビニレンカーボネートの添加量が、
ゲル状電解質中の非水電解液に対して0.05重量%以
上、5重量%以下の範囲、より好ましくは、0.5重量
%以上、3重量%の範囲のときに、良好な特性が得られ
ている。
The amount of vinylene carbonate added is
Good characteristics are obtained when the content is in the range of 0.05% by weight or more and 5% by weight or less, more preferably in the range of 0.5% by weight or more and 3% by weight with respect to the non-aqueous electrolyte in the gel electrolyte. Have been obtained.

【0081】ビニレンカーボネートの添加量が0.05
重量%よりも少ないと、ゲルの強度、安定性が十分に高
くなく、充放電効率を向上させる効果が十分に得られ
ず、高い電池容量やサイクル特性が得られていない。初
回充放電効率、電池容量は、ビニレンカーボネートの添
加量増加につれて大きく向上する。また、電池の膨れ抑
制の効果も高まる。しかしながら、ビニレンカーボネー
トの添加量が5重量%を越えると、負荷特性が若干低下
し、低温特性が大きく低下してしまう。
The amount of vinylene carbonate added was 0.05
If the content is less than 10% by weight, the strength and stability of the gel are not sufficiently high, the effect of improving the charge / discharge efficiency cannot be sufficiently obtained, and high battery capacity and cycle characteristics cannot be obtained. The initial charge / discharge efficiency and battery capacity are greatly improved as the amount of vinylene carbonate added is increased. In addition, the effect of suppressing battery swelling is enhanced. However, when the added amount of vinylene carbonate exceeds 5% by weight, the load characteristics are slightly reduced, and the low-temperature characteristics are significantly reduced.

【0082】一方、非水電解液の非水溶媒組成について
は、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートと
の重量比で15:85〜75:25の範囲とした場合に
良い特性を示していることがわかる。これよりエチレン
カーボネートが多すぎると低温特性を損ねてしまい、ま
た、プロピレンカーボネートが多すぎると初回充放電効
率や電池容量が良好でなくなる。
On the other hand, it can be seen that the non-aqueous solvent composition of the non-aqueous electrolyte shows good characteristics when the weight ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is in the range of 15:85 to 75:25. If the amount of ethylene carbonate is too large, the low-temperature properties will be impaired. If the amount of propylene carbonate is too large, the initial charge / discharge efficiency and battery capacity will not be good.

【0083】また、電解質塩濃度としては、非水溶媒に
対するリチウムイオン濃度が0.4mol/kg以上、
1.0mol/kgの範囲のときに良好な特性が得られ
ている。電解質塩濃度が1.0mol/kgを越える場
合には、低温特性とサイクル特性とを劣化させてしま
う。また、電解質塩濃度が0.4mol/kgよりも薄
いと、十分な容量を確保することができない。また、イ
ミド系の塩を使用することで、低温特性や電池容量を良
好なものとすることができる。
As the electrolyte salt concentration, the lithium ion concentration with respect to the non-aqueous solvent is 0.4 mol / kg or more,
Good characteristics are obtained in the range of 1.0 mol / kg. If the electrolyte salt concentration exceeds 1.0 mol / kg, low-temperature characteristics and cycle characteristics will be deteriorated. On the other hand, if the electrolyte salt concentration is lower than 0.4 mol / kg, a sufficient capacity cannot be secured. Further, by using an imide-based salt, low-temperature characteristics and battery capacity can be improved.

【0084】また、非水電解液中に、ジフルオロアニソ
ールを添加することで、ゲル状電解質電池の充放電効率
をさらに向上させ、高い放電容量を得ることができるこ
とがわかる。
Further, it can be seen that by adding difluoroanisole to the non-aqueous electrolyte, the charge / discharge efficiency of the gel electrolyte battery can be further improved and a high discharge capacity can be obtained.

【0085】また、初回充電時のガス発生に伴う電池の
膨満についても検討した。電池の膨満は、充電直前の電
池体積に対する、初回充電直後の電池体積の割合により
評価した。
Further, the swelling of the battery due to the generation of gas at the time of the first charge was also examined. The swelling of the battery was evaluated by the ratio of the battery volume immediately after the initial charge to the battery volume immediately before the charge.

【0086】その結果、VCを0.5重量%添加したサ
ンプル1〜サンプル3の電池では、充電直前に対する初
回充電直後の電池体積は103.9%であった。また、
VCを1.0重量%添加したサンプル4〜サンプル6の
電池では、充電直前に対する初回充電直後の電池体積は
103.6%であった。また、VCを2.0重量%添加
したサンプル7〜サンプル9の電池では、充電直前に対
する初回充電直後の電池体積は101.3%であった。
また、VCを3.0重量%添加したサンプル10〜サン
プル12の電池では、充電直前に対する初回充電直後の
電池体積は100.6%であった。また、VCを5.0
重量%添加したサンプル13〜サンプル15の電池で
は、充電直前に対する初回充電直後の電池体積は10
0.1%であった。一方、VCを添加しなかったサンプ
ル55〜サンプル59の電池では、充電直前に対する初
回充電直後の電池体積は109.8%であった。
As a result, in the batteries of Samples 1 to 3 to which 0.5% by weight of VC was added, the battery volume immediately after the initial charging compared to immediately before the charging was 103.9%. Also,
In the batteries of Samples 4 to 6 to which VC was added in an amount of 1.0% by weight, the battery volume immediately after initial charging and immediately after initial charging was 103.6%. In addition, in the batteries of Samples 7 to 9 to which 2.0% by weight of VC was added, the battery volume immediately after the initial charge compared to immediately before the charge was 101.3%.
In addition, in the batteries of Samples 10 to 12 to which 3.0% by weight of VC was added, the battery volume immediately after the initial charging compared to immediately before the charging was 100.6%. Also, VC is set to 5.0.
In the batteries of Samples 13 to 15 to which the weight% was added, the battery volume immediately after the first charge with respect to immediately before the charge was 10%.
0.1%. On the other hand, in the batteries of Samples 55 to 59 to which VC was not added, the battery volume immediately after the initial charging compared to immediately before the charging was 109.8%.

【0087】以上のように、エチレンカーボネートとプ
ロピレンカーボネートとの混合溶媒を用いたゲル状電解
質電池において、ゲル状電解質中にビニレンカーボネー
トを添加することにより、プロピレンカーボネートを多
く含んでいても、充電によるガス発生を抑え、電池の膨
れを防止できることがわかる。また、ビニレンカーボネ
ートの添加量が多いほど、その効果も高いことがわか
る。
As described above, in a gel electrolyte battery using a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate, by adding vinylene carbonate to the gel electrolyte, even if a large amount of propylene carbonate is contained, the charging It can be seen that gas generation can be suppressed and swelling of the battery can be prevented. Also, it is understood that the effect is higher as the amount of vinylene carbonate added is larger.

【0088】VCを6.0重量%添加したサンプル60
〜サンプル64の電池では、充電直前に対する初回充電
直後の電池体積は100.0%であり、VCを7.0重
量%添加したサンプル65〜サンプル69の電池では、
充電直前に対する初回充電直後の電池体積は100.0
%であり、電池の膨れ抑制という観点からは、ビニレン
カーボネートの量が多いほうが好ましいが、上述したよ
うに、ビニレンカーボネートの量が多すぎると、負荷特
性や低温特性が低下してしまう。
Sample 60 to which 6.0% by weight of VC was added
In the batteries of Sample 64, the battery volume immediately after the initial charge compared to immediately before the charge was 100.0%, and in the batteries of Sample 65 to Sample 69 added with 7.0% by weight of VC,
The battery volume immediately after the initial charge compared to immediately before the charge is 100.0
%, From the viewpoint of suppressing battery swelling, it is preferable that the amount of vinylene carbonate is large. However, as described above, if the amount of vinylene carbonate is too large, the load characteristics and low-temperature characteristics deteriorate.

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明のゲル状電解質は、ビニレンカー
ボネート又はその誘導体が添加されているので、ゲル状
電解質と負極との化学的安定性を高めることが出来る。
Since the gel electrolyte of the present invention contains vinylene carbonate or a derivative thereof, the chemical stability between the gel electrolyte and the negative electrode can be improved.

【0090】そして、このような化学的安定性、強度、
保液性に優れたゲル状電解質を用いた本発明のゲル状電
解質電池は、電池容量、サイクル特性、負荷特性、低温
特性を満足させた優れた電池となる。このように優れた
性能を実現した本発明のゲル状電解質電池は、携帯型電
子機器に関わる産業の発展に大きく貢献するものとな
る。
And, such chemical stability, strength,
The gel electrolyte battery of the present invention using the gel electrolyte having excellent liquid retention properties is an excellent battery satisfying battery capacity, cycle characteristics, load characteristics, and low-temperature characteristics. The gel electrolyte battery of the present invention that achieves such excellent performance greatly contributes to the development of industries related to portable electronic devices.

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

【図1】本発明のゲル状電解質電池の一構成例を示す斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing one configuration example of a gel electrolyte battery of the present invention.

【図2】外装フィルム中に電極巻回体が収容される状態
を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a state where an electrode winding body is accommodated in an exterior film.

【図3】図2中、A−B線における断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AB in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ゲル状電解質電池、 2 正極、 3 負極、 4
ゲル状電解質層、5 電極巻回体、 6 外装フィル
ム、 7 正極端子、 8 負極端子、 9樹脂片
1 gel electrolyte battery, 2 positive electrode, 3 negative electrode, 4
Gel electrolyte layer, 5 electrode wound body, 6 exterior film, 7 positive terminal, 8 negative terminal, 9 resin piece

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 富太郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (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 (72)発明者 後藤 習志 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) 5G301 AA30 CD01 DA01 DA42 DE01 5H024 AA02 BB07 CC04 EE09 FF21 GG01 HH01 HH02 HH08 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ08 EJ12 HJ01 HJ10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomitaro Hara 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Goro Shibamoto 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Within Sony Corporation (72) Inventor Nari Goto 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term within Sony Corporation (reference) 5G301 AA30 CD01 DA01 DA42 DE01 5H024 AA02 BB07 CC04 EE09 FF21 GG01 HH01 HH02 HH08 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ08 EJ12 HJ01 HJ10

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非水溶媒にリチウム含有電解質塩が溶解
されてなる非水電解液が、マトリクスポリマによってゲ
ル状とされてなるゲル状電解質であって、 ビニレンカーボネート又はビニレンカーボネートの誘導
体を、上記非水電解液に対して0.05重量%以上、5
重量%以下の範囲で含有することを特徴とするゲル状電
解質。
1. A non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium-containing electrolyte salt in a non-aqueous solvent is a gel electrolyte obtained by gelling with a matrix polymer, wherein vinylene carbonate or a derivative of vinylene carbonate is used. 0.05% by weight or more based on the non-aqueous electrolyte, 5
A gel electrolyte characterized by being contained in a range of not more than% by weight.
【請求項2】 上記非水溶媒は、エチレンカーボネート
とプロピレンカーボネートとが重量比で15:85〜7
5:25の範囲で混合されてなる混合溶媒であることを
特徴とする請求項1記載のゲル状電解質。
2. The non-aqueous solvent comprises ethylene carbonate and propylene carbonate in a weight ratio of 15:85 to 7:
The gel electrolyte according to claim 1, wherein the mixed solvent is a mixed solvent mixed in a ratio of 5:25.
【請求項3】 上記リチウム含有電解質塩として、Li
PF6、LiBF4、LiN(CF3SO22又はLiN
(C25SO22を少なくとも含有し、上記リチウム含
有電解質塩を、上記非水溶媒に対するリチウムイオン濃
度が0.4mol/kg以上、1.0mol/kg以下
の範囲となるように含有することを特徴とする請求項1
記載のゲル状電解質。
3. The method according to claim 1, wherein the lithium-containing electrolyte salt is Li
PF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiN
(C 2 F 5 SO 2 ) 2 is contained, and the lithium-containing electrolyte salt is contained so that the lithium ion concentration with respect to the non-aqueous solvent is in the range of 0.4 mol / kg or more and 1.0 mol / kg or less. 2. The method according to claim 1, wherein
The gel electrolyte as described in the above.
【請求項4】 上記マトリクスポリマとして、ポリフッ
化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレ
ンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロ
ニトリルのうち少なくとも1種類を繰り返し単位に含む
ポリマが用いられていることを特徴とする請求項1記載
のゲル状電解質。
4. A polymer comprising at least one of polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, and polymethacrylonitrile as a repeating unit is used as the matrix polymer. 2. The gel electrolyte according to 1.
【請求項5】 上記マトリクスポリマとして、ポリフッ
化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオ
ロプロピレンが7.5%以下の割合で共重合されてなる
共重合体を含有することを特徴とする請求項4記載のゲ
ル状電解質。
5. The matrix polymer according to claim 4, wherein the matrix polymer comprises polyvinylidene fluoride or a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene at a ratio of 7.5% or less. Gel electrolyte.
【請求項6】 上記非水電解液中に、ジフルオロアニソ
ールが0.2重量%以上、2重量%以下の範囲で添加さ
れていることを特徴とする請求項1記載のゲル状電解
質。
6. The gel electrolyte according to claim 1, wherein difluoroanisole is added in an amount of 0.2% by weight or more and 2% by weight or less in said non-aqueous electrolyte.
【請求項7】 リチウム金属、リチウム合金又はリチウ
ムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料のいずれかを有す
る負極と、 リチウムと遷移金属との複合酸化物を有する正極と、 上記負極と上記正極とを介在し、ゲル状電解質とを備
え、 上記ゲル状電解質は、非水溶媒にリチウム含有電解質塩
が溶解されてなる非水電解液が、マトリクスポリマによ
ってゲル状とされてなるとともに、ビニレンカーボネー
ト又はビニレンカーボネートの誘導体を、上記非水電解
液に対して0.05重量%以上、5重量%以下の範囲で
含有することを特徴とするゲル状電解質電池。
7. A negative electrode having any one of lithium metal, a lithium alloy and a carbon material capable of doping and undoping lithium, a positive electrode having a composite oxide of lithium and a transition metal, and the negative electrode and the positive electrode An intervening, gel-like electrolyte is provided, and the above-mentioned gel-like electrolyte is formed by gelling a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium-containing electrolyte salt in a non-aqueous solvent with a matrix polymer, and vinylene carbonate or vinylene. A gel electrolyte battery comprising a carbonate derivative in an amount of 0.05% by weight or more and 5% by weight or less based on the nonaqueous electrolyte.
【請求項8】 上記非水溶媒は、エチレンカーボネート
とプロピレンカーボネートとが重量比で15:85〜7
5:25の範囲で混合されてなる混合溶媒であることを
特徴とする請求項7記載のゲル状電解質電池。
8. The non-aqueous solvent comprises ethylene carbonate and propylene carbonate in a weight ratio of 15: 85-7.
The gel electrolyte battery according to claim 7, wherein the mixed solvent is a mixed solvent mixed in a ratio of 5:25.
【請求項9】 上記リチウム含有電解質塩として、Li
PF6、LiBF4、LiN(CF3SO22又はLiN
(C25SO22を少なくとも含有し、上記リチウム含
有電解質塩を、上記非水溶媒に対するリチウムイオン濃
度が0.4mol/kg以上、1.0mol/kg以下
の範囲となるように含有することを特徴とする請求項7
記載のゲル状電解質電池。
9. The method according to claim 9, wherein the lithium-containing electrolyte salt is Li
PF 6 , LiBF 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 or LiN
(C 2 F 5 SO 2 ) 2 is contained, and the lithium-containing electrolyte salt is contained so that the lithium ion concentration with respect to the non-aqueous solvent is in the range of 0.4 mol / kg or more and 1.0 mol / kg or less. 8. The method according to claim 7, wherein
The gel electrolyte battery according to the above.
【請求項10】 上記マトリクスポリマとして、ポリフ
ッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピ
レンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリ
ロニトリルのうち少なくとも1種類を繰り返し単位に含
むポリマが用いられていることを特徴とする請求項7記
載のゲル状電解質電池。
10. A polymer comprising at least one of polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile and polymethacrylonitrile in a repeating unit as the matrix polymer. 8. The gel electrolyte battery according to 7.
【請求項11】 上記マトリクスポリマとして、ポリフ
ッ化ビニリデン又はポリフッ化ビニリデンにヘキサフル
オロプロピレンが7.5%以下の割合で共重合されてな
る共重合体を含有することを特徴とする請求項10記載
のゲル状電解質電池。
11. The matrix polymer according to claim 10, wherein the matrix polymer contains polyvinylidene fluoride or a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene at a ratio of 7.5% or less. Gel electrolyte battery.
【請求項12】 上記非水電解液中に、ジフルオロアニ
ソールが0.2重量%以上、2重量%以下の範囲で添加
されていることを特徴とする請求項7記載のゲル状電解
質電池。
12. The gel electrolyte battery according to claim 7, wherein difluoroanisole is added to the non-aqueous electrolyte in a range of 0.2% by weight or more and 2% by weight or less.
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