JP2001297792A - Nonaqueous electrolyte cell - Google Patents

Nonaqueous electrolyte cell

Info

Publication number
JP2001297792A
JP2001297792A JP2000110416A JP2000110416A JP2001297792A JP 2001297792 A JP2001297792 A JP 2001297792A JP 2000110416 A JP2000110416 A JP 2000110416A JP 2000110416 A JP2000110416 A JP 2000110416A JP 2001297792 A JP2001297792 A JP 2001297792A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
lithium
electrolyte
polymer electrolyte
present
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000110416A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mikio Okada
幹雄 岡田
Hideo Yasuda
安田  秀雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
Priority to JP2000110416A priority Critical patent/JP2001297792A/en
Publication of JP2001297792A publication Critical patent/JP2001297792A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte cell having improved charging and discharging cycle life characteristics by restraining the growth of lithium dendrite caused by repeated charging and discharging. SOLUTION: The nonaqueous electrolyte cell is provided with an electrolyte and a polymer electrolyte containing a complex of ammonium salt containing hydrogen fluoride with the concentration of more than 1×10-4 mol/L and less than 1×10-1 mol/L.

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、金属リチウム負極
を備えた非水電解質電池に関するものである。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery provided with a lithium metal anode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の発展に伴って、新しい
高性能電池の出現が期待されている。現在、電子機器の
電源としては、一次電池では二酸化マンガン・亜鉛電池
が、また二次電池ではニッケル・カドミウム電池、ニッ
ケル・亜鉛電池、ニッケル・水素化物電池等のニッケル
系電池および鉛電池が、主に使用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic devices, the appearance of new high-performance batteries is expected. Currently, the primary power sources for electronic devices are manganese dioxide / zinc batteries for primary batteries, and nickel-based batteries and lead batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, nickel-hydride batteries for secondary batteries. Used in

【0003】これらの電池の電解液には、水酸化カリウ
ム等のアルカリ水溶液や、硫酸等の水溶液が使用されて
いる。水の理論分解電圧は1.23Vである。その値以
上の電池系にすると、水の分解が起こりやすくなり、電
気エネルギ−として安定に蓄えることは困難となるた
め、たかだか起電力が2V程度のものが実用化されてい
るにすぎない。したがって、3V以上の高電圧系電池の
電解液としては、非水系の電解液を使用することにな
る。その代表的な電池として、負極にリチウムを使用す
る、いわゆるリチウム電池がある。
As an electrolyte for these batteries, an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide or an aqueous solution such as sulfuric acid is used. The theoretical decomposition voltage of water is 1.23V. If the battery system has a value higher than the above value, water is likely to be decomposed, and it is difficult to stably store the energy as electric energy. Therefore, a battery having an electromotive force of only about 2 V has been practically used. Therefore, a non-aqueous electrolyte is used as an electrolyte for a high-voltage battery of 3 V or more. As a typical battery, there is a so-called lithium battery using lithium for the negative electrode.

【0004】リチウム一次電池としては、二酸化マンガ
ン・リチウム電池、フッ化カーボン・リチウム電池等が
あり、リチウム二次電池としては、二酸化マンガン・リ
チウム電池、酸化バナジウム・リチウム電池等がある。
The lithium primary battery includes a manganese dioxide lithium battery, a carbon fluoride lithium battery and the like, and the lithium secondary battery includes a manganese dioxide lithium battery and a vanadium oxide lithium battery.

【0005】負極に金属リチウムを使用する二次電池
は、金属リチウムのデンドライト析出によって短絡が発
生しやすく、寿命が短いという欠点があり、また、金属
リチウムの反応性が高いために、安全性を確保すること
が困難である。
[0005] Secondary batteries using lithium metal for the negative electrode are disadvantageous in that short-circuits are liable to occur due to dendritic deposition of lithium metal and the life is short. In addition, safety is high due to high reactivity of lithium metal. It is difficult to secure.

【0006】そのために、金属リチウムのかわりにグラ
ファイトやカーボンを使用し、正極にコバルト酸リチウ
ムやニッケル酸リチウムを使用する、いわゆるリチウム
イオン電池が考案され、高エネルギー密度電池として用
いられてきているが、最近、用途の拡大にともない、さ
らに高性能・高エネルギー密度・高安全性の電池が求め
られてきている。
For this purpose, a so-called lithium ion battery using graphite or carbon instead of metallic lithium and using lithium cobaltate or lithium nickelate for the positive electrode has been devised and used as a high energy density battery. Recently, with the expansion of applications, batteries with higher performance, higher energy density and higher safety have been demanded.

【0007】特に、負極に金属リチウムを使用すると高
エネルギー密度電池となるが、充電時にリチウムがデン
ドライト状に析出して充放電効率が低くなって、十分な
サイクル寿命性能が得られないことが問題となってい
る。
In particular, when metallic lithium is used for the negative electrode, a high energy density battery is obtained. However, when the lithium is deposited, lithium is deposited in a dendrite shape and charging / discharging efficiency is lowered, so that sufficient cycle life performance cannot be obtained. It has become.

【0008】この問題点を解決するため、HF錯体であ
る(C254NF(HF)4を添加剤として電解液に加
えることによって、金属リチウム負極のデンドライト析
出を抑制して、充放電効率を向上させることが試みられ
ている(S.Shiraishi et.al.,Rece
nt Res. Devel in Pure &Ap
plied Chem.,,p45(1997)、
K.Kanamuraet. al.,J.Fluor
ine Chem.,87,p235(1998)、畑
中、金村、梅垣 第40回電池討論会要旨集、p467
(1999))。
To solve this problem, by adding (C 2 H 5 ) 4 NF (HF) 4 HF complex as an additive to the electrolyte, it is possible to suppress the dendrite deposition on the lithium metal negative electrode and to fill the electrolyte. Attempts have been made to improve discharge efficiency (S. Shiraishi et al., Rec.
nt Res. Level in Pure & Ap
plied Chem. , 1 , p45 (1997),
K. Kanamuraet. al. , J. et al. Fluor
ine Chem. , 87 , p235 (1998), Hatanaka, Kanamura, Umegaki The 40th Battery Symposium Abstracts, p467
(1999)).

【0009】しかし、この場合においても十分なサイク
ル寿命性能は得られていない。これは、充電によって、
デンドライト状ではなく粒子状に析出した金属リチウム
と、電解液との反応によって形成された表面被膜が、放
電時のリチウム粒子サイズの減少に追随できずに剥離
し、新たに被膜が形成されることによって金属リチウム
が消費されるためであると考えられる。
However, even in this case, sufficient cycle life performance has not been obtained. This is due to charging
The surface film formed by the reaction between the lithium metal, which is deposited in the form of particles instead of the dendrite, and the electrolyte, peels off without being able to follow the reduction in lithium particle size during discharge, and a new film is formed This is considered to be due to the consumption of metallic lithium.

【0010】また、(C254NF(HF)4を添加剤
として電解液に加えた場合には、充放電サイクルの初期
においては金属リチウムが粒子状に析出するものの、剥
離した被膜の負極表面での堆積が均一なリチウムイオン
拡散の障害となるため、やがて電流集中が生じて、金属
リチウムがデンドライト状に析出するようになる。結果
として、デンドライト状金属リチウムが内部短絡の原因
となって、サイクル寿命が大幅に低下することが問題と
なっている。
When (C 2 H 5 ) 4 NF (HF) 4 is added to the electrolyte as an additive, metallic lithium precipitates in the form of particles at the beginning of the charge / discharge cycle, but the peeled coating film is formed. Deposition on the surface of the negative electrode hinders uniform diffusion of lithium ions, so that current concentration eventually occurs, and metallic lithium precipitates in a dendrite shape. As a result, the problem is that the dendritic metallic lithium causes an internal short circuit, and the cycle life is greatly reduced.

【0011】また、非水電解質電池においては、一般に
可燃性有機溶媒が電解液に用いられるため、電池の誤使
用によって発熱および発煙などが生じる可能性がある。
このため、様々な安全素子を使用する必要があり、これ
らの素子の重量および体積を考慮したエネルギー密度が
低くなる、コストが高くなるなどの問題点があった。
In a non-aqueous electrolyte battery, since a flammable organic solvent is generally used for an electrolyte, there is a possibility that erroneous use of the battery generates heat and smoke.
For this reason, it is necessary to use various safety elements, and there has been a problem that the energy density in consideration of the weight and volume of these elements is low and the cost is high.

【0012】この問題点を克服するために、電極との反
応性が電解液よりも低いポリマー電解質の適用が多く試
みられてきた。しかし、ポリマー電解質中はリチウムイ
オンの拡散係数が小さいため、高率での充放電特性に劣
るという問題点があった。この問題点を解決するため、
ポリマー電解質を多孔性として、その孔中に電解液を含
ませることが提案されており、いくつかの報告がなされ
ている(第39回電池討論会要旨集、平成10年、p3
37)。
In order to overcome this problem, many attempts have been made to apply a polymer electrolyte having lower reactivity with an electrode than an electrolyte. However, since the diffusion coefficient of lithium ions in the polymer electrolyte is small, there is a problem that the charge / discharge characteristics at a high rate are poor. To solve this problem,
It has been proposed that a polymer electrolyte be made porous and an electrolyte be contained in the pores, and some reports have been made (Summary of the 39th Battery Symposium, 1998, p.3).
37).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】金属リチウムを使用す
る非水電解質電池電池は、充放電サイクルを繰り返す
と、充電時に金属リチウムのデンドライトが生成して、
放電が困難な微細な金属リチウムが負極近傍に蓄積して
容量が低下するだけでなく、電池が短絡すると放電容量
が大幅に低下することが問題となる。
In a non-aqueous electrolyte battery using lithium metal, when charge and discharge cycles are repeated, dendrites of lithium metal are generated during charging,
The problem is that not only fine metal lithium, which is difficult to discharge, accumulates in the vicinity of the negative electrode and the capacity is reduced, but also if the battery is short-circuited, the discharge capacity is significantly reduced.

【0014】なお、負極にグラファイト等のリチウムイ
オンを吸蔵・放出可能な炭素材料を使用した、いわゆる
リチウムイオン電池においても、過充電に際しては炭素
材料の表面に金属リチウムが析出してデンドライトが生
成するという、負極に金属リチウムを使用した電池と同
様の問題がある。
Incidentally, even in a so-called lithium ion battery using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions such as graphite for the negative electrode, when overcharging, metallic lithium is deposited on the surface of the carbon material to generate dendrites. There is a problem similar to that of a battery using metallic lithium for the negative electrode.

【0015】そこで本発明は、上記問題点に鑑みなされ
たものであり、充放電サイクル寿命性能が著しく向上し
た非水電解質電池を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte battery having significantly improved charge / discharge cycle life.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明になる非水電解質
電池は、フッ化水素を含むアンモニウム塩の錯体を1×
10-4mol/L以上1×10-1mol/L以下の濃度
で含む電解液およびポリマー電解質を備えたことを特徴
とする。
The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises a 1 × ammonium salt complex containing hydrogen fluoride.
It is characterized by comprising an electrolytic solution and a polymer electrolyte containing at a concentration of 10 −4 mol / L or more and 1 × 10 −1 mol / L or less.

【0017】また、本発明になる前記非水電解質電池
は、ポリマー電解質が負極に接して取り付けられている
ことを特徴とする。
Further, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention is characterized in that a polymer electrolyte is attached in contact with a negative electrode.

【0018】さらに、本発明になる前記非水電解質電池
は、ポリマー電解質が多孔性であることを特徴とする。
Further, the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention is characterized in that the polymer electrolyte is porous.

【0019】また、本発明になる前記非水電解質電池
は、ポリマー電解質が、炭素、珪素、錫またはアルミニ
ウムの粉末を含むことを特徴とする。
The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention is characterized in that the polymer electrolyte contains carbon, silicon, tin or aluminum powder.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明においては、フッ化水素を
含むアンモニウム塩の錯体を含む電解液を用いることに
よって、負極の表面に厚さが薄く均一なフッ化リチウム
被膜が形成されるため、充電電流の集中が抑制され、デ
ンドライト状ではなく半球状に金属リチウムを析出させ
ることができる。このため、負極近傍での、放電が困難
な微細な金属リチウムの蓄積が抑制され、充放電効率が
向上して電池のサイクル寿命性能が向上する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a thin and uniform lithium fluoride film is formed on the surface of a negative electrode by using an electrolytic solution containing a complex of an ammonium salt containing hydrogen fluoride. Concentration of charging current is suppressed, and metallic lithium can be deposited not in a dendrite shape but in a hemispherical shape. Therefore, the accumulation of fine metallic lithium that is difficult to discharge in the vicinity of the negative electrode is suppressed, the charge / discharge efficiency is improved, and the cycle life performance of the battery is improved.

【0021】また、本発明においては、ポリマー電解質
を適用することによって金属リチウム負極を圧迫でき、
放電時の被膜の剥離を抑制することができる。したがっ
て、新たな被膜形成が生じにくくなり、充放電効率が向
上して、優れたサイクル寿命性能が得られるようにな
る。
Further, in the present invention, the metallic lithium anode can be pressed by applying the polymer electrolyte,
Peeling of the coating film at the time of discharge can be suppressed. Therefore, formation of a new film is less likely to occur, and the charge / discharge efficiency is improved, and excellent cycle life performance can be obtained.

【0022】この場合、電解液での膨潤のしやすさを調
節して、ポリマー電解質の硬さを適度なものとすること
によって、ポリマー電解質と負極との界面が半球状の金
属リチウム析出に追随して形状変化するようにすること
ができる。したがって、半球状に析出した金属リチウム
の個々の粒子全体をポリマー電解質によって圧迫でき、
セパレータなどの形状が変化しにくい硬い膜による圧迫
よりも、非常に優れた皮膜剥離抑制効果が得られる。
In this case, the interface between the polymer electrolyte and the negative electrode follows the hemispherical deposition of metallic lithium by adjusting the degree of swelling in the electrolyte to make the hardness of the polymer electrolyte appropriate. Thus, the shape can be changed. Therefore, the entire individual particles of metallic lithium deposited in a hemispherical shape can be pressed by the polymer electrolyte,
An extremely excellent effect of suppressing film peeling can be obtained as compared with compression by a hard film whose shape such as a separator is hard to change.

【0023】本発明による非水電解質電池において、電
解液に添加するフッ化水素を含むアンモニウム塩の錯体
としては、(CH34NF(HF)4、(C254NF
(HF)4、(C374NF(HF)4等を使用するこ
とができる。また、配位するHFの数は4個である必要
はなく、1〜4のあいだのいずれの数であってもよい。
In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, (CH 3 ) 4 NF (HF) 4 and (C 2 H 5 ) 4 NF are used as complexes of ammonium salts containing hydrogen fluoride to be added to the electrolytic solution.
(HF) 4 , (C 3 H 7 ) 4 NF (HF) 4 and the like can be used. Further, the number of HFs to be coordinated does not need to be four, and may be any number from 1 to 4.

【0024】本発明は、主に負極に金属リチウムを使用
した非水電解質電池に適用できるものであるが、負極に
グラファイト等のリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭
素材料を使用した、いわゆるリチウムイオン電池におい
ても、過充電に際しては炭素材料の表面に金属リチウム
が析出してデンドライトが生成するという、負極に金属
リチウムを使用した電池と同様の問題があるため、本発
明はリチウムイオン電池についても適用できる。
The present invention is mainly applicable to a non-aqueous electrolyte battery using lithium metal for the negative electrode. However, a so-called lithium ion using a carbon material such as graphite capable of occluding and releasing lithium ions for the negative electrode. The present invention also applies to lithium-ion batteries because batteries have the same problem that lithium metal precipitates on the surface of a carbon material and dendrites are generated when overcharged. it can.

【0025】すなわち、負極材料としては、金属リチウ
ムのみを用いる場合に限定されるものではなく、Al、
Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合金、
スズ酸化物、LiFe23、WO2、MoO2等の遷移金
属酸化物、グラファイト、低結晶性カーボン等の炭素質
材料、Li5(Li3N)等の窒化リチウム又はこれらの
混合物を使用できる。また、これらと金属リチウムとを
組み合わせて用いてもよい。なお、これらの負極材料の
形状は、球状、繊維状、塊状、鱗片状、針状のいずれで
あってもよい。
That is, the anode material is not limited to the case where only metallic lithium is used.
Alloys of lithium with Si, Pb, Sn, Zn, Cd, etc.,
Tin oxide, used LiFe 2 O 3, WO 2, MoO transition metal oxides such as 2, graphite, carbonaceous material such as low-crystalline carbon, Li 5 (Li 3 N) lithium nitride, or mixtures thereof such as it can. Also, these may be used in combination with metallic lithium. In addition, the shape of these negative electrode materials may be any of spherical, fibrous, massive, scale-like, and needle-like.

【0026】また、本発明において用いるポリマー電解
質を多孔性とすることによって、半球状の金属リチウム
析出に追随してその形状がさらに変化しやすくなり、金
属リチウム粒子を、より均一に圧迫することが可能とな
る。ポリマー電解質は、有機電解液と比較して粘性が高
いために、リチウムイオンの拡散係数が小さい。したが
ってポリマー電解質を用いた場合には、充電時の濃度分
極が増大して、金属リチウムがデンドライト状に析出し
にくくなる。
Further, by making the polymer electrolyte used in the present invention porous, the shape thereof is more easily changed following the deposition of hemispherical metallic lithium, so that the metallic lithium particles can be pressed more uniformly. It becomes possible. Since the polymer electrolyte has a higher viscosity than the organic electrolyte, the diffusion coefficient of lithium ions is small. Therefore, when a polymer electrolyte is used, the concentration polarization during charging increases, and it becomes difficult for metallic lithium to precipitate in the form of dendrites.

【0027】さらに、ポリマー電解質を多孔性とした場
合には、孔中の電解液を通ってイオンが速やかに拡散で
きるため、充電時の濃度分極が小さくなり、金属リチウ
ムのデンドライト状析出を抑制することができる。
Further, when the polymer electrolyte is made porous, ions can be rapidly diffused through the electrolyte in the pores, so that the concentration polarization at the time of charging is reduced and the dendritic deposition of metallic lithium is suppressed. be able to.

【0028】このような理由においても、ポリマー電解
質は多孔性であることが好ましい。ポリマー電解質の多
孔度は10%から90%が望ましく、その孔径は0.0
03μm以上であって金属リチウムの粒径よりも小さい
ことが好ましい。
For such reasons, it is preferable that the polymer electrolyte is porous. The porosity of the polymer electrolyte is desirably 10% to 90%, and the pore size is 0.0%.
It is preferably at least 03 μm and smaller than the particle size of metallic lithium.

【0029】本発明による非水電解質電池に使用するポ
リマー電解質のポリマー材質としては、次のような高分
子を単独で、あるいは混合して用いてもよい:ポリエチ
レンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテ
ル、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオライ
ド、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、
ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ
メタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニ
ルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、
ポリスチレン、ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴ
ム、ニトリルゴムおよびこれらの誘導体。また、上記高
分子を構成する各種モノマーを共重合させた高分子を用
いてもよい。
As the polymer material of the polymer electrolyte used in the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention, the following polymers may be used alone or in combination: polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; Polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polymethyl methacrylate,
Polymethyl acrylate, polyvinyl alcohol, polymethacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene imine, polybutadiene,
Polystyrene, polyisoprene, styrene butadiene rubber, nitrile rubber and derivatives thereof. Further, a polymer obtained by copolymerizing various monomers constituting the above polymer may be used.

【0030】また、本発明による非水電解質電池におい
ては、電解液として次の溶媒を使用することができる:
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメ
チルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチ
ルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジ
メチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエ
タン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラ
ン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メ
チルアセテート等の極性溶媒およびこれらの混合物。
Further, in the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, the following solvents can be used as the electrolyte:
Ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, Polar solvents such as 2-methyltetrahydrofuran, dioxolan, methyl acetate and the like, and mixtures thereof.

【0031】さらに、リチウムイオン伝導性高分子中お
よび非水系電解液に含有させるリチウム塩としては、L
iPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、Li
SCN、LiI、LiCl、LiBr、LiCF3
2、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiN
(SO2CF2CF32、LiN(COCF32およびL
iN(COCF2CF32などのリチウム塩およびこれ
らの混合物を用いてもよい。また、イオン伝導性高分子
中と非水系電解液中で異なる塩を用いてもよい。
Further, the lithium salt contained in the lithium ion conductive polymer and in the non-aqueous electrolyte may be L
iPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 , LiClO 4, Li
SCN, LiI, LiCl, LiBr, LiCF 3 C
O 2 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN
(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 and L
Lithium salts such as iN (COCF 2 CF 3 ) 2 and mixtures thereof may be used. Further, different salts may be used in the ion conductive polymer and the non-aqueous electrolyte.

【0032】また、本発明による非水電解質電池におい
ては、ポリマー電解質中に炭素、珪素、錫またはアルミ
ニウムの粉末を含ませることによって、優れた充放電サ
イクル特性が得られる。なお、炭素としては、グラファ
イト、ハードカーボンまたは低結晶性カーボン等を用い
ることができる。
In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained by including a powder of carbon, silicon, tin or aluminum in the polymer electrolyte. Note that as the carbon, graphite, hard carbon, low-crystalline carbon, or the like can be used.

【0033】ポリマー電解質中に、炭素、珪素、錫また
はアルミニウムの粉末を含ませることによって、ポリマ
ー電解質中に存在する炭素、珪素、錫またはアルミニウ
ムの粉末と、充放電によって生じた放電が困難なリチウ
ム粒子やデンドライトとが反応して、リチウムインター
カレーション物質が生じる。その結果、短絡要因として
の金属リチウム粒子が少なくなるばかりでなく、電子伝
導性のネットワークが形成すると、やがて放電にも再び
寄与するようになるために、容量低下を著しく抑制で
き、優れた充放電サイクル特性が得られる。
By including carbon, silicon, tin or aluminum powder in the polymer electrolyte, the carbon, silicon, tin or aluminum powder present in the polymer electrolyte and lithium which is difficult to discharge due to charge and discharge can be obtained. The particles and dendrites react to produce lithium intercalation material. As a result, not only the metallic lithium particles as a short-circuiting factor are reduced, but also when the electron conductive network is formed, it eventually contributes to the discharge again. Cycle characteristics can be obtained.

【0034】なお、電池の充電時に、金属リチウムの負
極への析出よりも優先して、ポリマー電解質中に存在す
る炭素、珪素、錫またはアルミニウムの粉末が充電され
ないように、電池組立時には、ポリマー電解質中に存在
する炭素、珪素、錫またはアルミニウムの粉末の大多数
は負極から電子伝導において切り離されている必要があ
る。
When the battery is assembled, the carbon, silicon, tin or aluminum powder present in the polymer electrolyte is not charged in preference to the deposition of metallic lithium on the negative electrode. Most of the carbon, silicon, tin or aluminum powder present therein must be separated from the negative electrode in electronic conduction.

【0035】炭素、珪素、錫またはアルミニウムを含む
ポリマー電解質として、多孔性のポリマー膜やリチウム
イオン伝導性ポリマー膜を適用すると、従来の放電性能
が損なわれない。
When a porous polymer film or a lithium ion conductive polymer film is used as a polymer electrolyte containing carbon, silicon, tin or aluminum, the conventional discharge performance is not impaired.

【0036】また、ポリマー電解質を多孔性として、そ
の孔中に電解液を保持させることによって、負極から遊
離して充放電不能となった粒子状やデンドライト状金属
リチウムが、充放電時の活物質の体積変化によって生じ
る電解液の流れによって、ポリマー膜孔中を移動し、膜
が含む炭素、珪素、錫またはアルミニウムの粉末に到達
することができるようになる。
Further, by making the polymer electrolyte porous and retaining the electrolyte in the pores, the particulate lithium or dendritic metallic lithium which has been released from the negative electrode and cannot be charged or discharged becomes active material during charging and discharging. Due to the flow of the electrolytic solution caused by the change in the volume of the electrolyte, the electrolyte moves in the pores of the polymer membrane and can reach the powder of carbon, silicon, tin or aluminum contained in the membrane.

【0037】したがって、炭素、珪素、錫またはアルミ
ニウムの粉末によって吸収されない、負極から遊離した
金属リチウムの量が少なくなるために、微少短絡による
容量低下が抑制でき、電池の安全性および充放電サイク
ル特性が著しく向上する。
Therefore, since the amount of metallic lithium released from the negative electrode, which is not absorbed by the powder of carbon, silicon, tin or aluminum, is reduced, it is possible to suppress a decrease in capacity due to a minute short circuit, and to improve the safety and charge / discharge cycle characteristics of the battery. Is significantly improved.

【0038】充放電サイクル特性向上のためには、ポリ
マー膜の多孔度は10%から90%が望ましく、その孔
径は0.003μmから10μmが望ましい。
In order to improve the charge / discharge cycle characteristics, the porosity of the polymer film is desirably 10% to 90%, and the pore diameter is desirably 0.003 μm to 10 μm.

【0039】さらに、正極材料たるリチウムを吸蔵・放
出可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式
LixMO2、またはLiy24(ただしM は遷移金
属、0≦x≦1、0≦y≦2 )で表される、複合酸化
物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属
カルコゲン化物を用いることができる。その具体例とし
ては、LiCoO2 、LiNiO2、LiMn24 、L
2Mn24 、MnO2、FeO2、V25、V613
TiO2、TiS2、NiOOH、FeOOH、FeS、
LiMnO2等が挙げられる。また、有機化合物として
は、例えばポリアニリン等の導電性ポリマー等が挙げら
れる。さらに、無機化合物、有機化合物を問わず、上記
各種活物質を混合して用いてもよい。
Further, as the compound capable of occluding and releasing lithium as the positive electrode material, as the inorganic compound, a composition formula Li x MO 2 or Li y M 2 O 4 (where M is a transition metal, 0 ≦ x ≦ 1) , 0 ≦ y ≦ 2), a composite oxide, an oxide having tunnel-like vacancies, and a metal chalcogenide having a layered structure can be used. Specific examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , L
i 2 Mn 2 O 4 , MnO 2 , FeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 ,
TiO 2 , TiS 2 , NiOOH, FeOOH, FeS,
LiMnO 2 and the like. Examples of the organic compound include a conductive polymer such as polyaniline. Further, the above-mentioned various active materials may be mixed and used regardless of an inorganic compound or an organic compound.

【0040】また、本発明になる非水電解質電池におい
て、短絡防止膜としては、ポリマー電解質や有孔性ポリ
マー電解質に限らず、ポリマー電解質に電解液を含有さ
せたゲル状電解質等も使用できる。また、ポリマー電解
質として有孔性ポリマー電解質を使用する場合、ポリマ
ー中に含有させる電解液と、ポリマーの細孔中に含有さ
せる電解液とが異なっていてもよい。
In the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, the short-circuit preventing film is not limited to the polymer electrolyte and the porous polymer electrolyte, but may be a gel electrolyte in which the polymer electrolyte contains an electrolyte. When a porous polymer electrolyte is used as the polymer electrolyte, the electrolyte contained in the polymer may be different from the electrolyte contained in the pores of the polymer.

【0041】さらに、短絡防止膜としては絶縁性の微多
孔膜とポリマー電解質等を組み合わせて使用してもよ
い。この場合、ポリマー電解質を適用することによって
負極を圧迫でき、放電時の被膜の剥離を抑制するために
は、ポリマー電解質は負極に接して取り付けられている
ことが好ましい。
Further, as the short-circuit preventing film, a combination of an insulating microporous film and a polymer electrolyte may be used. In this case, it is preferable that the polymer electrolyte is applied in contact with the negative electrode in order to apply pressure to the negative electrode by applying the polymer electrolyte and to suppress peeling of the coating during discharge.

【0042】[0042]

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を用いて説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described.

【0043】[実施例1]LiCoO270Wt%、ア
セチレンブラック6Wt%、ポリビニリデンフルオライ
ド(PVDF)9Wt%、n−メチルピロリドン(NM
P)15Wt%を混合したものを幅20mm、厚さ20
μmのアルミニウム箔上に塗布し、150℃で乾燥して
NMPを蒸発させた。以上の操作をアルミニウム箔の両
面におこなった後にプレスをして正極とした。また、厚
さ10μm、幅21mmのニッケル箔を負極とした。
Example 1 LiCoO 2 70 Wt%, acetylene black 6 Wt%, polyvinylidene fluoride (PVDF) 9 Wt%, n-methylpyrrolidone (NM)
P) A mixture of 15 Wt% is 20 mm wide and 20 mm thick.
It was applied on a μm aluminum foil and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. After the above operation was performed on both surfaces of the aluminum foil, it was pressed to obtain a positive electrode. A nickel foil having a thickness of 10 μm and a width of 21 mm was used as a negative electrode.

【0044】NMPと分子量約100,000のポリア
クリロニトリル(PAN)とを重量比率10:1で混合
したものを10時間攪拌して、PANをNMPに溶解さ
せた。このようにして製作したペーストをガラス板上に
均一な厚さで塗布した後、85℃で2時間熱乾燥して、
NMPを除去することによってPANを固化して製膜し
た。PAN膜の厚さは25μm、多孔度は計算上0%と
なった。
A mixture of NMP and polyacrylonitrile (PAN) having a molecular weight of about 100,000 at a weight ratio of 10: 1 was stirred for 10 hours to dissolve PAN in NMP. After applying the paste thus produced in a uniform thickness on a glass plate, the paste was dried by heating at 85 ° C. for 2 hours.
The PAN was solidified by removing NMP to form a film. The thickness of the PAN film was 25 μm, and the porosity was calculated to be 0%.

【0045】上記のようにして製作した正極、負極およ
びPAN膜とを用いて、正極、PAN膜、負極、PAN
膜の順に重ねて巻き、高さ47.0mm、幅22.2m
m、厚さ7.0mmの角形のアルミニウムケース中に挿
入した。エチレンカーボネート(EC)とジメトキシエ
タン(DME)を体積比率1:1で混合し、1mol/
lのLiClO4を加え、さらにHF錯体である(C2
54NF(HF)4を添加した電解液を注液して、本発
明による電池を製作した。完成した電池の容量は、約9
00mAhである。
Using the positive electrode, negative electrode and PAN film manufactured as described above, a positive electrode, a PAN film, a negative electrode,
Layered and wound in the order of the membrane, height 47.0 mm, width 22.2 m
m, and inserted into a square aluminum case having a thickness of 7.0 mm. Ethylene carbonate (EC) and dimethoxyethane (DME) were mixed at a volume ratio of 1: 1 and 1 mol / mol
l of LiClO 4 were added, and the HF complex (C 2 H
5 ) A battery according to the present invention was manufactured by injecting an electrolytic solution to which 4 NF (HF) 4 was added. The capacity of the completed battery is about 9
00 mAh.

【0046】電池内でPANは電解液によって膨潤し
て、リチウムイオン伝導性を示すポリマー電解質膜とな
った。この電池においては、電池組立時には、負極に金
属リチウムは存在しないが、充電によって負極上に金属
リチウムが析出する。上記アルミニウムケースには溝を
堀り(いわゆる非復帰式の安全弁)、電池の内圧が上昇
するとその溝の部分に亀裂が生じて電池内部のガスが放
出されるようにし、電池ケースが破裂しないようにし
た。
In the battery, the PAN was swollen by the electrolyte to form a polymer electrolyte membrane exhibiting lithium ion conductivity. In this battery, metallic lithium does not exist on the negative electrode at the time of battery assembly, but metallic lithium is deposited on the negative electrode by charging. A groove is formed in the aluminum case (a so-called non-return type safety valve). When the internal pressure of the battery increases, a crack is generated in the groove to release gas inside the battery, so that the battery case does not rupture. I made it.

【0047】なお、電解液への(C254NF(H
F)4の添加量がそれぞれ1×10-4mol/L、1×
10-3mol/L、1×10-2mol/L、1×10-1
mol/Lである4種類の電池を製作し、順に本発明に
よる電池(A)、(B)、(C)および(D)とした。
It should be noted that (C 2 H 5 ) 4 NF (H
F) The added amount of 4 is 1 × 10 −4 mol / L and 1 ×, respectively.
10 −3 mol / L, 1 × 10 −2 mol / L, 1 × 10 −1
Four types of batteries having a mol / L ratio were manufactured, and the batteries (A), (B), (C), and (D) according to the present invention were sequentially formed.

【0048】また、PAN膜の代わりに、標準的な多孔
度40%のポリエチレンセパレータを用いたこと以外
は、本発明による電池(A)、(B)、(C)および
(D)と同様にして、従来から公知である比較電池
(E)、(F)、(G)および(H)を製作した。これ
らの比較電池においては、ポリエチレンセパレータは電
解液で膨潤せず、孔以外の部分がイオン伝導性を示さな
いため、ポリマー電解質とはならない。
Also, batteries (A), (B), (C) and (D) according to the present invention were used in the same manner except that a standard polyethylene separator having a porosity of 40% was used instead of the PAN membrane. Thus, conventionally known comparative batteries (E), (F), (G) and (H) were produced. In these comparative batteries, the polyethylene separator does not become a polymer electrolyte because the polyethylene separator does not swell with the electrolytic solution and the portions other than the pores do not exhibit ionic conductivity.

【0049】また、電解液に(C254NF(HF)4
を添加しないこと以外は、本発明による電池(A)、
(B)、(C)および(D)と同様にして、従来から公
知である比較電池(I)を製作した。
Further, (C 2 H 5 ) 4 NF (HF) 4
Except that no battery is added, the battery (A) according to the invention,
A conventionally known comparative battery (I) was manufactured in the same manner as (B), (C) and (D).

【0050】上記のようにして製作した本発明による電
池(A)、(B)、(C)、(D)および比較電池
(E)、(F)、(G)、(H)、(I)を用いて、5
0サイクルの寿命試験を実施した。寿命試験において
は、45mAで4.2Vに達するまでの定電流充電後の
4.2Vでの2時間の定電圧充電および45mAでの
3.0Vまでの定電流放電を1サイクルとした。
The batteries (A), (B), (C) and (D) according to the present invention and the comparative batteries (E), (F), (G), (H) and (I) ) Using 5
A zero cycle life test was performed. In the life test, one cycle consisted of constant-voltage charging at 4.2 V for 2 hours after constant-current charging until the voltage reached 4.2 V at 45 mA and constant-current discharging to 3.0 V at 45 mA.

【0051】これらの電池のサイクル寿命試験結果を図
1に示した。図1から、本発明による電池(A)、
(B)、(C)および(D)はすべて、比較電池
(E)、(F)、(G)、(H)および(I)よりもサ
イクル寿命性能が向上していることがわかった。
FIG. 1 shows the cycle life test results of these batteries. From FIG. 1, the battery (A) according to the present invention,
(B), (C) and (D) were all found to have improved cycle life performance compared to comparative batteries (E), (F), (G), (H) and (I).

【0052】これは、本発明による電池(A)、
(B)、(C)および(D)においては、フッ化水素を
含むアンモニウム塩の錯体を含む電解液を用いることに
より、金属リチウム負極の表面でのデンドライト状リチ
ウムの析出を抑制し、同時にポリマー電解質を用いるこ
とにより、金属リチウム負極を圧迫でき、放電時の被膜
の剥離をより効果的に抑制することができるものであ
る。
This corresponds to the battery (A) according to the present invention,
In (B), (C) and (D), the use of an electrolyte containing a complex of an ammonium salt containing hydrogen fluoride suppresses the precipitation of dendritic lithium on the surface of the metal lithium anode, and at the same time, the polymer By using the electrolyte, the metallic lithium negative electrode can be pressed, and the peeling of the coating film during discharge can be more effectively suppressed.

【0053】すなわち、フッ化水素を含むアンモニウム
塩の錯体を含む電解液を用いることにより、金属リチウ
ム負極の表面に、厚さが薄く均一なフッ化リチウム被膜
が形成されて充電電流の集中が抑制され、デンドライト
状ではなく半球状に金属リチウムを析出させることがで
き、負極近傍での放電が困難な微細な金属リチウムの蓄
積が抑制され、充放電効率が向上するものである。
That is, by using the electrolytic solution containing the complex of the ammonium salt containing hydrogen fluoride, a thin and uniform lithium fluoride film is formed on the surface of the lithium metal negative electrode, and the concentration of the charging current is suppressed. As a result, metallic lithium can be deposited in a hemispherical shape instead of a dendrite shape, and the accumulation of fine metallic lithium, which is difficult to discharge near the negative electrode, is suppressed, and the charge / discharge efficiency is improved.

【0054】これに加えて、ポリマー電解質を適用する
ことによって金属リチウム負極を圧迫でき、放電時の被
膜の剥離をより効果的に抑制することができることによ
るものと考えられる。この場合、被膜の剥離が抑制され
たため、新たな被膜形成が生じにくくなり、充放電効率
が向上して、優れたサイクル寿命性能が得られるように
なる。
In addition to this, it is considered that the application of the polymer electrolyte makes it possible to press the metallic lithium negative electrode, and it is possible to more effectively suppress the peeling of the film during the discharge. In this case, since the peeling of the coating is suppressed, it is difficult to form a new coating, the charge / discharge efficiency is improved, and excellent cycle life performance can be obtained.

【0055】本発明による電池においては、ポリマー電
解質の硬さが適度となっており、特に、ポリマー電解質
を負極に接して取り付けた場合、ポリマー電解質と負極
との界面が、半球状の金属リチウム析出に追随して形状
変化して、半球状に析出した金属リチウムの個々の粒子
全体をポリマー電解質によって圧迫できたことが、サイ
クル寿命性能が向上した主な理由であると思われる。
In the battery according to the present invention, the hardness of the polymer electrolyte is moderate. In particular, when the polymer electrolyte is attached in contact with the negative electrode, the interface between the polymer electrolyte and the negative electrode has a hemispherical metallic lithium deposition. The main reason why the cycle life performance was improved was that the shape of the metal lithium was changed in accordance with the above and the entire individual particles of the metal lithium deposited in a hemispherical shape could be pressed by the polymer electrolyte.

【0056】比較例の電池(E)、(F)、(G)およ
び(H)は、フッ化水素を含むアンモニウム塩の錯体を
含む電解液を用いてはいるが、ポリマー電解質を使用し
ていないために、フッ化水素を含むアンモニウム塩の錯
体を含まない電解液を用いた比較例の電池Iと比較した
場合、サイクル寿命性能はわずかに改善されているにす
ぎなかった。
The batteries (E), (F), (G) and (H) of the comparative examples use an electrolyte containing a complex of an ammonium salt containing hydrogen fluoride, but use a polymer electrolyte. For this reason, the cycle life performance was only slightly improved when compared with the battery I of the comparative example using the electrolyte solution containing no ammonium salt complex containing hydrogen fluoride.

【0057】なお、電解液への(C254NF(H
F)4の添加量が1×10-4mol/L未満、または1
×10-1mol/Lを超える場合においても、本発明に
よる電池と同様にして電池製作をおこなったが、これら
の電池のサイクル寿命特性は、(C254NF(H
F)4を添加していない電池Iと同程度であり、本発明
による電池のような十分なサイクル寿命特性は得られな
かった。
It should be noted that (C 2 H 5 ) 4 NF (H
F) The addition amount of 4 is less than 1 × 10 −4 mol / L, or 1
Even when the concentration exceeds × 10 -1 mol / L, batteries were manufactured in the same manner as the batteries according to the present invention, but the cycle life characteristics of these batteries were (C 2 H 5 ) 4 NF (H
F) It was comparable to Battery I without the addition of 4 , and did not have sufficient cycle life characteristics as the battery according to the present invention.

【0058】[実施例2]ポリマー電解質として用いる
PAN膜を多孔性としたこと以外は、実施例1における
本発明による電池(C)と同様にして、本発明による電
池(J)を製作した。
Example 2 A battery (J) according to the present invention was manufactured in the same manner as the battery (C) according to the present invention in Example 1, except that the PAN membrane used as the polymer electrolyte was made porous.

【0059】多孔性PAN膜はつぎの通り製作した。N
MPと分子量約100,000のポリアクリロニトリル
(PAN)とを重量比率10:1で混合したものを10
時間攪拌して、PANをNMPに溶解させた。このよう
にして製作したペーストをガラス板上に均一な厚さで塗
布した後、水中に浸漬してNMPを除去することによっ
てPANを固化して製膜した。ポリマーが固化する際、
水中でNMPが抜け出る経路が孔となるため、できあが
った膜は連通孔を有する多孔膜となった。
The porous PAN film was manufactured as follows. N
A mixture of MP and polyacrylonitrile (PAN) having a molecular weight of about 100,000 at a weight ratio of 10: 1
After stirring for an hour, the PAN was dissolved in the NMP. The paste produced in this manner was applied to a glass plate at a uniform thickness, then immersed in water to remove NMP, thereby solidifying the PAN to form a film. When the polymer solidifies,
Since the path through which NMP escapes in water is a hole, the resulting film is a porous film having communication holes.

【0060】この膜を65℃で10時間真空乾燥して水
分を除去した後、プレスによって25μmの厚さの膜と
した。プレス後の多孔度は50%、平均孔径は0.1μ
mとなった。
This film was vacuum-dried at 65 ° C. for 10 hours to remove water, and then pressed to form a film having a thickness of 25 μm. The porosity after pressing is 50% and the average pore size is 0.1μ
m.

【0061】上記のようにして製作した本発明による電
池(J)と、実施例1において製作した本発明による電
池(C)とを用いて、実施例1と同様の充放電サイクル
寿命試験をおこなった。その結果を図2に示した。
Using the battery (J) according to the present invention manufactured as described above and the battery (C) according to the present invention manufactured in Example 1, the same charge / discharge cycle life test as in Example 1 was performed. Was. The result is shown in FIG.

【0062】図2から、本発明による電池(J)は、本
発明による電池(C)よりも優れた充放電サイクル寿命
性能を示していることがわかった。これは、ポリマー電
解質を多孔性とすることによって、半球状の金属リチウ
ム析出に追随してその形状がさらに変化しやすくなり、
金属リチウム粒子を、より均一に圧迫することが可能と
なるためであると考えられる。
From FIG. 2, it was found that the battery (J) according to the present invention exhibited better charge / discharge cycle life performance than the battery (C) according to the present invention. This is because, by making the polymer electrolyte porous, the shape can be more easily changed following hemispherical lithium metal deposition,
This is considered to be because it becomes possible to press the metal lithium particles more uniformly.

【0063】また、ポリマー電解質は、有機電解液と比
較して粘性が高いために、リチウムイオンの拡散係数が
小さい。したがってポリマー電解質を用いた場合には、
充電時の濃度分極が増大して、金属リチウムがデンドラ
イト状に析出しやすくなる。
Further, since the polymer electrolyte has a higher viscosity than the organic electrolyte, the diffusion coefficient of lithium ions is small. Therefore, when using a polymer electrolyte,
The concentration polarization at the time of charging increases, and metallic lithium tends to precipitate in the form of dendrite.

【0064】ポリマー電解質を多孔性とした場合には、
孔中の電解液を通ってイオンが速やかに拡散できるた
め、充電時の濃度分極が小さくなり、金属リチウムのデ
ンドライト状析出を抑制することができることも、本発
明による電池(J)が、本発明による電池(C)よりも
優れた充放電サイクル寿命性能を示している理由の一つ
であると考えられる。
When the polymer electrolyte is made porous,
Since the ions can be quickly diffused through the electrolyte in the pores, the concentration polarization during charging is reduced, and the dendritic precipitation of lithium metal can be suppressed. This is considered to be one of the reasons why the battery shows superior charge-discharge cycle life performance than the battery (C).

【0065】本発明による電池(J)においては、ポリ
マー電解質であるPAN膜の多孔度を50%としたが、
PAN膜の多孔度を10%から90%までの範囲で変化
させた場合においても本発明による電池(J)と同様の
結果が得られた。
In the battery (J) according to the present invention, the PAN film as the polymer electrolyte had a porosity of 50%.
Even when the porosity of the PAN film was changed in the range of 10% to 90%, the same result as the battery (J) according to the present invention was obtained.

【0066】また、本発明による電池(J)において
は、ポリマー電解質であるPAN膜の孔径を0.1μm
としたが、PAN膜の孔径を0.01μmから3μmま
での範囲で変化させた場合においても本発明による電池
(J)と同様の結果が得られた。
In the battery (J) according to the present invention, the pore diameter of the PAN membrane, which is a polymer electrolyte, is 0.1 μm.
However, even when the pore diameter of the PAN film was changed in the range of 0.01 μm to 3 μm, the same result as the battery (J) according to the present invention was obtained.

【0067】また、本発明による電池(J)において
は、電解液への(C254NF(HF)4の添加量を1
×10-2mol/Lとしたが、(C254NF(H
F)4の添加量を1×10-4mol/Lから1×10-1
mol/Lまでの範囲で変化させた場合においても本発
明による電池(J)と同様の結果が得られた。
In the battery (J) according to the present invention, the amount of (C 2 H 5 ) 4 NF (HF) 4 added to the electrolyte was 1
× 10 -2 mol / L, but (C 2 H 5 ) 4 NF (H
The amount of F) 4 from 1 × 10 -4 mol / L 1 × 10 -1
The same result as in the battery (J) according to the present invention was obtained when the concentration was changed in the range up to mol / L.

【0068】[実施例3]PAN膜に炭素粉末を含ませ
たこと以外は、実施例2における本発明による電池
(J)と同様にして、本発明による電池(K)を製作し
た。
Example 3 A battery (K) according to the present invention was manufactured in the same manner as the battery (J) according to the present invention in Example 2 except that carbon powder was included in the PAN film.

【0069】炭素粉末を含むPAN膜はつぎの通り製作
した。NMPと分子量約100,000のポリアクリロ
ニトリル(PAN)と、粒径2μmの球状グラファイト
粉末とを重量比率50:5:1で混合したものを10時
間攪拌して、PANをNMPに溶解させた。このように
して製作したペーストをガラス板上に均一な厚さで塗布
した後、水中に浸漬してNMPを除去することによって
PANを固化して、グラファイト粒子を含むPAN膜を
製作した。ポリマーが固化する際、水中でNMPが抜け
出る経路が孔となるため、できあがった膜は連通孔を有
する多孔膜となった。
A PAN film containing carbon powder was manufactured as follows. A mixture of NMP, polyacrylonitrile (PAN) having a molecular weight of about 100,000, and spherical graphite powder having a particle size of 2 μm in a weight ratio of 50: 5: 1 was stirred for 10 hours to dissolve PAN in NMP. The paste prepared as described above was applied to a glass plate at a uniform thickness, then immersed in water to remove NMP, thereby solidifying the PAN, thereby producing a PAN film containing graphite particles. When the polymer solidifies, the path through which NMP escapes in water is a hole, and the resulting film is a porous film having communication holes.

【0070】この膜を65℃で10時間真空乾燥して水
分を除去した後、プレスによって25μmの厚さの膜と
した。プレス後の多孔度は50%、平均孔径は0.1μ
mとなった。なお、本明細書に記述しているポリマー膜
の多孔度とは、孔を含む膜の見掛け体積からポリマーお
よび炭素などの固形物の体積を差し引いた孔体積が、前
記見掛け体積に占める割合を意味する。
This film was vacuum-dried at 65 ° C. for 10 hours to remove water, and then pressed to form a film having a thickness of 25 μm. The porosity after pressing is 50% and the average pore size is 0.1μ
m. Note that the porosity of the polymer membrane described in the present specification means a ratio of the pore volume obtained by subtracting the volumes of solids such as polymer and carbon from the apparent volume of the membrane containing pores to the apparent volume. I do.

【0071】上記のようにして製作した本発明による電
池(K)と、実施例2において製作した本発明による電
池(J)とを用いて、実施例1と同様の充放電条件で1
50サイクルの寿命試験をおこなった。その結果を図3
に示した。
Using the battery (K) according to the present invention manufactured as described above and the battery (J) according to the present invention manufactured in Example 2, 1 was obtained under the same charge / discharge conditions as in Example 1.
A life test of 50 cycles was performed. The result is shown in FIG.
It was shown to.

【0072】図3から、本発明による電池(K)は、本
発明による電池(J)よりも優れた充放電サイクル寿命
性能を示していることがわかった。これは、炭素を含む
ポリマー膜を、正極と負極との間に備えることによっ
て、内在した炭素と、充放電によって生じた放電が困難
なリチウム粒子やデンドライトとが反応して、リチウム
インターカレーション物質が生じて、短絡要因としての
金属リチウム粒子が少なくなったためであると考えられ
る。
From FIG. 3, it was found that the battery (K) according to the present invention exhibited better charge / discharge cycle life performance than the battery (J) according to the present invention. This is because by providing a polymer film containing carbon between the positive electrode and the negative electrode, the intrinsic carbon reacts with lithium particles or dendrites, which are difficult to discharge due to charging and discharging, and form a lithium intercalation substance. This is considered to be due to the fact that metallic lithium particles as a short-circuit factor were reduced.

【0073】また、充電による金属リチウムの析出によ
って、負極の電子伝導性のネットワークが炭素粉末まで
形成されると、やがて放電にも再び寄与するようになる
ために、容量低下を著しく抑制でき、優れた充放電サイ
クル特性が得られたものと考えられる。
Further, when the electron conductive network of the negative electrode is formed up to the carbon powder due to the deposition of metallic lithium by charging, the decrease in capacity can be suppressed remarkably because the network eventually contributes again to discharging. It is considered that the obtained charge / discharge cycle characteristics were obtained.

【0074】また、炭素を含むポリマー膜が多孔性であ
ることから、その孔中に電解液を保持させることによっ
て、負極から遊離して充放電不能となった粒子状やデン
ドライト状金属リチウムが、充放電時の活物質の体積変
化によって生じる電解液の流れによって、ポリマー膜孔
中を移動し、膜が含む炭素に到達することができるよう
になったものと考えられる。
Further, since the polymer film containing carbon is porous, by holding the electrolytic solution in the pores, lithium particles and dendritic metal lithium which have been released from the negative electrode and cannot be charged or discharged can be removed. It is considered that the flow of the electrolytic solution caused by the change in the volume of the active material at the time of charging / discharging moved the pores of the polymer membrane to reach the carbon contained in the membrane.

【0075】したがって、炭素によって吸収されない、
負極から遊離した金属リチウムの量が少なくなるため
に、微少短絡による容量低下が抑制でき、電池の充放電
サイクル特性が著しく向上したものと考えられる。
Therefore, it is not absorbed by carbon,
It is considered that since the amount of metallic lithium released from the negative electrode was reduced, the capacity reduction due to a minute short circuit could be suppressed, and the charge / discharge cycle characteristics of the battery were significantly improved.

【0076】本発明による電池(K)においては、炭素
を含むポリマー電解質であるPAN膜の多孔度を50%
としたが、この多孔度を10%から90%までの範囲で
変化させた場合においても本発明による電池(K)と同
様の結果が得られた。
In the battery (K) according to the present invention, the PAN film, which is a polymer electrolyte containing carbon, has a porosity of 50%.
However, even when the porosity was changed in the range of 10% to 90%, the same result as the battery (K) according to the present invention was obtained.

【0077】また、本発明による電池(K)において
は、炭素を含むポリマー電解質であるPAN膜の孔径を
0.1μmとしたが、この孔径を0.01μmから3μ
mまでの範囲で変化させた場合においても本発明による
電池(K)と同様の結果が得られた。
In the battery (K) according to the present invention, the pore diameter of the PAN film, which is a polymer electrolyte containing carbon, was 0.1 μm, but this pore diameter was 0.01 μm to 3 μm.
m, the same result as the battery (K) according to the present invention was obtained.

【0078】また、本発明による電池(K)において
は、電解液への(C254NF(HF)4の添加量を1
×10-2mol/Lとしたが、(C254NF(H
F)4の添加量を1×10-4mol/Lから1×10-1
mol/Lまでの範囲で変化させた場合においても本発
明による電池(K)と同様の結果が得られた。
In the battery (K) according to the present invention, the amount of (C 2 H 5 ) 4 NF (HF) 4 added to the electrolyte was 1
× 10 -2 mol / L, but (C 2 H 5 ) 4 NF (H
The amount of F) 4 from 1 × 10 -4 mol / L 1 × 10 -1
The same result as that of the battery (K) according to the present invention was obtained when the concentration was changed in the range up to mol / L.

【0079】また、本発明による電池(K)において
は、ポリマー電解質に含ませる炭素としてグラファイト
を用いているが、グラファイトの代わりに低結晶性カー
ボンを用いた場合においても本発明による電池(K)と
同様の結果が得られた。
In the battery (K) according to the present invention, graphite is used as carbon to be contained in the polymer electrolyte. However, even when low-crystalline carbon is used instead of graphite, the battery (K) according to the present invention is used. The same result was obtained.

【0080】[0080]

【発明の効果】非水電解質電池において、フッ化水素を
含むアンモニウム塩の錯体を1×10 -4mol/L以上
1×10-1mol/L以下の濃度で含む電解液およびポ
リマー電解質を備えることによって、エネルギー密度が
高く、充放電サイクル寿命性能に優れた非水電解質電池
が可能となる。
In the nonaqueous electrolyte battery, hydrogen fluoride is used.
1 × 10 -Fourmol / L or more
1 × 10-1mol / L or less
The energy density is increased by providing the rimer electrolyte
Non-aqueous electrolyte battery with high charge and discharge cycle life
Becomes possible.

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

【図1】実施例A〜Dおよび比較例E〜Iの電池の、サ
イクル寿命試験結果を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing cycle life test results of batteries of Examples A to D and Comparative Examples EI.

【図2】実施例CおよびJの電池の、サイクル寿命試験
結果を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a cycle life test result of the batteries of Examples C and J.

【図3】実施例JおよびKの電池の、サイクル寿命試験
結果を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a cycle life test result of the batteries of Examples J and K.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ化水素を含むアンモニウム塩の錯体
を1×10-4mol/L以上1×10-1mol/L以下
の濃度で含む電解液およびポリマー電解質を備えたこと
を特徴とする非水電解質電池。
1. An electrolyte comprising a complex of an ammonium salt containing hydrogen fluoride at a concentration of 1 × 10 -4 mol / L or more and 1 × 10 -1 mol / L or less, and a polymer electrolyte. Non-aqueous electrolyte battery.
【請求項2】 ポリマー電解質が負極に接して取り付け
られていることを特徴とする請求項1記載の非水電解質
電池。
2. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the polymer electrolyte is attached in contact with the negative electrode.
【請求項3】 ポリマー電解質が多孔性であることを特
徴とする請求項1または2記載の非水電解質電池。
3. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the polymer electrolyte is porous.
【請求項4】 ポリマー電解質が、炭素、珪素、錫また
はアルミニウムの粉末を含むことを特徴とする請求項
1、2または3記載の非水電解質電池。
4. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the polymer electrolyte contains carbon, silicon, tin or aluminum powder.
JP2000110416A 2000-04-12 2000-04-12 Nonaqueous electrolyte cell Pending JP2001297792A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000110416A JP2001297792A (en) 2000-04-12 2000-04-12 Nonaqueous electrolyte cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000110416A JP2001297792A (en) 2000-04-12 2000-04-12 Nonaqueous electrolyte cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001297792A true JP2001297792A (en) 2001-10-26

Family

ID=18622936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000110416A Pending JP2001297792A (en) 2000-04-12 2000-04-12 Nonaqueous electrolyte cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001297792A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022514514A (en) * 2019-04-18 2022-02-14 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Electrolyte membrane for all-solid-state battery and all-solid-state battery containing it

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022514514A (en) * 2019-04-18 2022-02-14 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Electrolyte membrane for all-solid-state battery and all-solid-state battery containing it
JP7222096B2 (en) 2019-04-18 2023-02-14 エルジー エナジー ソリューション リミテッド Electrolyte membrane for all-solid-state battery and all-solid-state battery including the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3702318B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery electrode and non-aqueous electrolyte battery using the electrode
JP4029266B2 (en) Nonaqueous electrolyte battery and method for producing nonaqueous electrolyte battery
JP4961654B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP3385516B2 (en) Non-aqueous polymer battery and method for producing polymer film for non-aqueous polymer battery
JP4975617B2 (en) 4.35V or higher lithium secondary battery
JP4035760B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2007538365A (en) Additive for lithium secondary battery
JPWO2002054524A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2002237293A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method
JP2004014405A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP3525553B2 (en) Non-aqueous polymer battery
JP3579280B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery provided with this negative electrode
JP2002216744A (en) Nonaqueous electrolyte battery and manufacturing method of positive electrode for nonaqueous electrolyte battery
JP3968772B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP2002343437A (en) Nonaqueous electrolyte battery
JP3575308B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP3775107B2 (en) Lithium secondary battery
JP2003263984A (en) Nonaqueous electrolyte cell and manufacturing method thereof
JPH1126025A (en) Cylindrical nonaqueous battery
JP2002093463A (en) Nonaqueous electrolyte battery
JP2001297792A (en) Nonaqueous electrolyte cell
JP4016712B2 (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte and polymer electrolyte battery using the same
JP2000058065A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH1140201A (en) Nonaqueous electrolyte battery
JP2002025605A (en) Electrolyte for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20051213