JP2002056893A - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Nonaqueous electrolyte battery

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JP2002056893A
JP2002056893A JP2000240467A JP2000240467A JP2002056893A JP 2002056893 A JP2002056893 A JP 2002056893A JP 2000240467 A JP2000240467 A JP 2000240467A JP 2000240467 A JP2000240467 A JP 2000240467A JP 2002056893 A JP2002056893 A JP 2002056893A
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JP
Japan
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battery
electrolyte
polymer
polymer electrolyte
negative electrode
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Pending
Application number
JP2000240467A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Iwamoto
達也 岩本
Mikio Okada
幹雄 岡田
Hideki Sasaki
佐々木  秀樹
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve safety of a battery while maintaining battery performance in the case of using organic electrolyte, even when solid high polymer electrolyte is used and to realize high capacity of the battery by improving a utilization rate of an active material. SOLUTION: In this nonaqueous electrolyte battery, porous solid high polymer electrolyte provided with a high polymer shown in the following formula for instance, is provided within the battery: -(CH2-CH2-O)x-(CH2-C(CH2Cl)H-O)y-.

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、非水電解質電池に
関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-aqueous electrolyte battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在市販されているリチウムイオン二次
電池は、正極にコバルト酸リチウム等の遷移金属の複合
酸化物活物質を、負極にグラファイト等の炭素系活物質
を用い、ポリエチレン又はポリプロピレン等の多孔性セ
パレータを介在させてこれらの正・負極を対向させた構
造となっている。そして、エチレンカーボネート、エチ
ルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート等の各種炭酸エステルにLiPF6、L
iBF4等のリチウム塩を溶解させた非水系溶液を電解
液として用いている。
2. Description of the Related Art Currently, commercially available lithium ion secondary batteries use a composite oxide active material of a transition metal such as lithium cobalt oxide for a positive electrode, a carbon-based active material such as graphite for a negative electrode, and use polyethylene or polypropylene. The positive and negative electrodes face each other with a porous separator interposed therebetween. Then, various carbonates such as ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate are added to LiPF6, LPF
A non-aqueous solution in which a lithium salt such as iBF4 is dissolved is used as an electrolyte.

【0003】リチウムイオン二次電池の正・負極は、活
物質粒子、結着剤としての高分子、そして活物質の電子
伝導性が不十分である場合にはアセチレンブラック等の
導電剤を混練したものを集電体に塗布し、プレスして製
作している。このようにして製作した正・負極は、活物
質粒子の隙間が孔となっており、その孔に電解液を染み
込ませることによって、電極反応に必要なリチウムイオ
ンの移動経路を確保し、電池性能を得ることができる。
The positive and negative electrodes of a lithium ion secondary battery are kneaded with active material particles, a polymer as a binder, and a conductive agent such as acetylene black when the active material has insufficient electron conductivity. The object is applied to the current collector and pressed to produce. The positive / negative electrode fabricated in this way has pores in the gaps between the active material particles, and by impregnating the pores with an electrolyte, a lithium ion transfer path necessary for the electrode reaction is secured, and the battery performance is improved. Can be obtained.

【0004】上記のリチウムイオン電池及び負極に金属
リチウムを使用したリチウム電池等の非水電解質電池
は、電解質に水溶液を使用した鉛蓄電池、ニッケル・カ
ドミウム電池、ニッケル・水素電池などと異なり、電解
質に可燃性の有機電解液を使用するため、その安全性上
の問題から、活物質の利用率を制限する必要があり電池
の容量が制限される問題や、また、安全弁、保護回路、
PTC素子等の、様々な安全化素子を備える必要があ
り、コストが高くなるという問題がある。
[0004] Non-aqueous electrolyte batteries such as the above-mentioned lithium ion battery and lithium battery using metal lithium for the negative electrode are different from lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, etc., which use an aqueous solution for the electrolyte. Because of the use of flammable organic electrolytes, due to safety issues, it is necessary to limit the utilization rate of the active material, which limits the capacity of the battery, as well as safety valves, protection circuits,
It is necessary to provide various safety elements such as a PTC element, and there is a problem that the cost increases.

【0005】従って、有機電解液の代わりに、より化学
反応性に乏しい固体高分子電解質を用いることによって
電池の安全性を向上させ、上記の安全化素子を省略する
ことが試みられている。また、電池形状の柔軟性、製造
工程の簡易化、製造コストの削減等の目的においても固
体高分子電解質の適用が試みられている。
Therefore, it has been attempted to improve the safety of a battery by using a solid polymer electrolyte having a lower chemical reactivity in place of the organic electrolyte, and to omit the safety element. Also, application of solid polymer electrolytes has been attempted for the purpose of flexibility of battery shape, simplification of manufacturing process, reduction of manufacturing cost, and the like.

【0006】高分子電解質としては、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とアル
カリ金属塩との錯体が多く研究されている。しかし、ポ
リエーテルは十分な機械的強度を保ったまま高いイオン
導電性を得ることが困難であり、しかも導電率が温度に
大きく影響されるために室温では十分な導電率が得られ
ないことから、ポリエーテルを側鎖に有するくし型高分
子、ポリエーテル鎖と他のモノマーの共重合体、ポリエ
ーテルを側鎖に有するポリシロキサンまたはポリフォス
ファゼン、ポリエーテルの架橋体などが試みられてい
る。
As the polymer electrolyte, many studies have been made on complexes of polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide with alkali metal salts. However, polyether is difficult to obtain high ionic conductivity while maintaining sufficient mechanical strength, and since conductivity is greatly affected by temperature, sufficient conductivity cannot be obtained at room temperature. , Comb-type polymers having polyethers in side chains, copolymers of polyether chains and other monomers, polysiloxanes or polyphosphazenes having polyethers in side chains, cross-linked polyethers, etc. have been attempted. .

【0007】また、特開平9−324114号公報、特
開平11−7980号公報あるいは特開平11−399
40号公報等において、グリシジルエーテルとエチレン
オキシドを主体とする高分子固体電解質が提案されてい
るが、リチウム電池に適用した場合の充放電特性、とく
に高率放電特性は充分でない。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-324114, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-7980, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-399
In Japanese Patent Publication No. 40, etc., a polymer solid electrolyte mainly composed of glycidyl ether and ethylene oxide is proposed, but the charge / discharge characteristics when applied to a lithium battery, particularly high-rate discharge characteristics, are not sufficient.

【0008】さらに、高分子に電解液を含浸させること
によってゲル状の固体電解質を製作し、非水電解質電池
に適用することも試みられている。このゲル状の固体電
解質において使用されている高分子には、ポリアクリロ
ニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポ
リビニルサルフォン、ポリビニルピロリジノン等があ
る。フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの
共重合体を用いることによって高分子の結晶化度を低下
させ、電解液を含浸し易くして導電率を向上させること
も試みられている。
Further, it has been attempted to produce a gel-like solid electrolyte by impregnating a polymer with an electrolytic solution and to apply it to a non-aqueous electrolyte battery. Polymers used in the gel solid electrolyte include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyvinyl sulfone, polyvinyl pyrrolidinone, and the like. Attempts have also been made to reduce the crystallinity of the polymer by using a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, to facilitate impregnation with an electrolytic solution, and to improve the electrical conductivity.

【0009】また、ニトリルゴム、スチレンブタジエン
ゴム、ポリブタジエン、ポリビニルピロリドン等のラテ
ックスの乾燥によって高分子膜を製作し、これに電解液
を含浸させることによってリチウムイオン導電性高分子
膜を製作することも試みられている。
Further, it is also possible to produce a polymer film by drying a latex such as nitrile rubber, styrene-butadiene rubber, polybutadiene, polyvinylpyrrolidone and the like, and to impregnate it with an electrolytic solution to produce a lithium ion conductive polymer film. Attempted.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機電
解液の代わりに前述のような固体電解質を使用した非水
電解質電池は、固体電解質中のイオンの拡散速度が有機
電解液と比較して非常に遅いために、電極反応に必要な
リチウムイオンの供給が充分におこなわれず、高率ある
いは低温で充放電をおこなった場合に充分な電池性能が
得られないという問題点があった。
However, in a non-aqueous electrolyte battery using the above-described solid electrolyte instead of the organic electrolyte, the diffusion rate of ions in the solid electrolyte is extremely large as compared with the organic electrolyte. Because of the slowness, the supply of lithium ions required for the electrode reaction is not sufficiently performed, and there has been a problem that sufficient battery performance cannot be obtained when charging and discharging are performed at a high rate or at a low temperature.

【0011】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、固体高分子電解質を用いた場合にも、有機電
解液を使用した場合の電池性能を維持したまま電池の安
全性を向上させ、結果として、活物質の利用率の向上に
よる電池の高容量化及び安全化素子の省略による電池の
低コスト化を可能とするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and improves the safety of a battery even when a solid polymer electrolyte is used, while maintaining the battery performance when an organic electrolyte is used. As a result, it is possible to increase the capacity of the battery by improving the utilization rate of the active material and to reduce the cost of the battery by omitting the safety element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の非水電解質電池
は、化7〜化12に示す群から選択される少なくとも1
種類の高分子を備えた有孔性固体高分子電解質を電池内
に備えたことを特徴とする。ここで、x、y、z、m、
nは自然数を、R、R1、R2は炭素数が1〜12のアル
キル基を示し、R1=R2またはR1≠R2とする。
The non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises at least one selected from the group consisting of
The present invention is characterized in that a porous solid polymer electrolyte having various kinds of polymers is provided in the battery. Where x, y, z, m,
n is a natural number, R, R 1 and R 2 each represent an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and R 1 = R 2 or R 1 ≠ R 2 .

【0013】[0013]

【化7】 Embedded image

【0014】[0014]

【化8】 Embedded image

【0015】[0015]

【化9】 Embedded image

【0016】[0016]

【化10】 Embedded image

【0017】[0017]

【化11】 Embedded image

【0018】[0018]

【化12】 Embedded image

【0019】また、前記の有孔性固体高分子電解質が、
正極表面、正極の孔中、負極表面、負極の孔中、正極・
負極の間のいずれか1箇所以上に備えられることを特徴
とする。
Further, the above-mentioned porous solid polymer electrolyte comprises:
Positive electrode surface, in positive electrode hole, negative electrode surface, negative electrode hole, positive electrode
It is provided at any one or more locations between the negative electrodes.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明における非水電解質電池
は、電解液で膨潤又は湿潤する有孔性高分子電解質を電
池内、好ましくは、正極表面、正極の孔中、負極表面、
負極の孔中、正極・負極の間のいずれか1箇所以上に備
えるものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises a porous polymer electrolyte which swells or wets with an electrolytic solution inside the battery, preferably on the positive electrode surface, in the positive electrode hole, on the negative electrode surface,
It is provided at one or more places between the positive electrode and the negative electrode in the hole of the negative electrode.

【0021】本発明に使用する有孔性高分子電解質は、
化7〜化12に示す群から選択される少なくとも1種類
の高分子を備えたものである。これらの高分子は、化7
〜化12に示すように、ポリエチレンオキシドの側鎖に
種々の官能基を導入したものであり、ポリエチレンオキ
シドはこれらの側鎖を持つことにより、高分子電解質と
した場合に、側鎖を持たない場合に比べてイオン導電率
が高くなり、この高分子電解質を用いることによって高
率放電特性に優れた非水電解質電池が得られる。
The porous polymer electrolyte used in the present invention comprises:
It is provided with at least one polymer selected from the group shown in Chemical formulas 7 to 12. These polymers are
As shown in Chemical formula 12, various functional groups are introduced into the side chain of polyethylene oxide, and polyethylene oxide does not have a side chain when used as a polymer electrolyte by having these side chains. As compared with the case, the ionic conductivity becomes higher, and by using this polymer electrolyte, a non-aqueous electrolyte battery having excellent high-rate discharge characteristics can be obtained.

【0022】その有孔性高分子は、電解液で膨潤又は湿
潤する性質を有するために、電池への注液量が少ない場
合であっても、電解液を吸収して電極全体に均一に行き
渡らせることができる。従って、有孔性の高分子電解質
の孔及び、電極の孔などの孔のすべてを占めるのに十分
な電解液量よりも少量の電解液を電池に保持した場合、
すなわち有孔性の高分子電解質の孔中又は、電極の孔中
などに気体の部分が残るようにした場合であっても、電
解液を電極全体に行き渡らせて十分な電池性能を得るこ
とができる。
Since the porous polymer has the property of swelling or wetting with the electrolytic solution, even if the amount of liquid injected into the battery is small, the porous polymer absorbs the electrolytic solution and spreads evenly over the entire electrode. Can be made. Therefore, when the battery holds a smaller amount of electrolyte than the amount of electrolyte sufficient to occupy all the pores such as the pores of the porous polymer electrolyte and the electrodes,
That is, even in the case where a gas portion remains in the pores of the porous polymer electrolyte or in the pores of the electrode, it is possible to obtain sufficient battery performance by spreading the electrolyte over the entire electrode. it can.

【0023】この場合、釘刺し等の安全性試験をおこな
った場合、圧力上昇に対してクッションとなる気体が電
極近傍に存在するために、内部短絡箇所の発熱によって
その近辺の電解液が気化した場合であっても、局所的な
圧力上昇が大幅に緩和され、発熱連鎖反応の発端となる
反応が生じ難くなり、その安全性が向上する。そのた
め、電池の安全性が向上し、制限されていた活物質の利
用率を向上させることが可能となるために高容量の電池
とすることができ、また、様々な安全化素子を省略する
ことが可能になるためにコストを低くすることができ
る。
In this case, when a safety test such as nail penetration is performed, since a gas serving as a cushion against the pressure rise is present near the electrode, the heat generated in the internal short-circuited portion causes the electrolytic solution in the vicinity to evaporate. Even in such a case, a local pressure rise is greatly reduced, and a reaction which is a starting point of the exothermic chain reaction hardly occurs, thereby improving safety. Therefore, the safety of the battery is improved, and the utilization rate of the restricted active material can be improved, so that the battery can be a high-capacity battery, and various safety elements can be omitted. The cost can be reduced because of the above.

【0024】また、本発明においては、従来の固体電解
質電池と異なり、高分子が気体と遊離の電解液とを保持
した孔を有するために、遊離の電解液中をイオンが高速
で拡散して十分な電池性能が得られる。
Further, in the present invention, unlike the conventional solid electrolyte battery, since the polymer has pores holding the gas and the free electrolyte, ions diffuse at a high speed in the free electrolyte. Sufficient battery performance is obtained.

【0025】本発明において使用する、電解液で膨潤又
は湿潤する有孔性高分子は、電池中で高分子電解質とし
て作用するために、高分子の孔中の電解液中のみでな
く、電解液で膨潤又は湿潤した高分子の部分をもイオン
が移動可能となる。従って、従来のイオン伝導性を示さ
ないポリエチレン又はポリプロピレンのセパレータの代
わりに有孔性高分子電解質を備えた膜を用いることによ
って、膜の孔中の電解液量を減らした場合であっても電
池性能の低下を防ぐことが可能となり、電池の安全性を
向上させることができる。
The porous polymer used in the present invention, which swells or wets with an electrolytic solution, acts as a polymer electrolyte in a battery. Thus, ions can move even in the portion of the polymer swollen or wet. Therefore, even if the amount of electrolyte in the pores of the membrane is reduced by using a membrane having a porous polymer electrolyte instead of a conventional polyethylene or polypropylene separator that does not exhibit ion conductivity, the battery It is possible to prevent the performance from lowering, and it is possible to improve the safety of the battery.

【0026】また、電極の高分子によって覆われた部分
へも十分にイオンの供給が行われ、イオンは高分子電解
質の孔中の電解液中を高速に移動することができ、ま
た、電極の高分子電解質に覆われた部分から高分子電解
質の孔までの距離は非常に短い。従って、高分子電解質
中のイオンの拡散係数が電解液と比較して小さい場合で
あっても、速やかに電極へのイオンの供給が行われ、十
分な電池性能が得られる。
Also, ions are sufficiently supplied to the portion of the electrode covered with the polymer, and the ions can move at high speed in the electrolyte in the pores of the polymer electrolyte. The distance from the portion covered with the polymer electrolyte to the pores of the polymer electrolyte is very short. Therefore, even when the diffusion coefficient of the ions in the polymer electrolyte is smaller than that of the electrolyte, the ions are quickly supplied to the electrodes, and sufficient battery performance can be obtained.

【0027】電極と正・負極間の高分子電解質とで単位
体積当たりの高分子量を比較した場合、電極においては
活物質の隙間の孔のみにしか高分子を充填することがで
きないために、正・負極間の高分子電解質の方が単位体
積当たりの高分子量は数倍多くなる。従って、電池への
注液量が少ない場合であっても、正・負極間に電解液で
膨潤又は湿潤する高分子を用いた場合には、正・負極間
の高分子が電解液を速やかに吸収して電池全体に行き渡
らせることができるために、注液から短時間のうちに十
分な電池性能が得られる。
When comparing the high molecular weight per unit volume between the electrode and the polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, the polymer can be filled only in the pores of the active material in the electrode. -The polymer electrolyte per unit volume of the polymer electrolyte between the negative electrodes is several times higher. Therefore, even when the amount of liquid injected into the battery is small, when a polymer that swells or wets with the electrolyte between the positive and negative electrodes is used, the polymer between the positive and negative electrodes quickly converts the electrolyte. Since the battery can be absorbed and spread over the entire battery, sufficient battery performance can be obtained in a short time after the injection.

【0028】また、有孔性高分子電解質を備えた正・負
極を用いることによって、正・負極中に電解液を均一に
分布させることが可能となるため、充放電時の正・負極
中での電流分布が均一になり、高率での充放電が可能と
なり、また充電時の負極へのアルカリ金属のデンドライ
ト析出を防止することができ、より安全な電池とするこ
とができる。
Further, by using the positive and negative electrodes provided with the porous polymer electrolyte, the electrolyte can be uniformly distributed in the positive and negative electrodes. Current distribution becomes uniform, charging and discharging at a high rate become possible, and dendritic deposition of alkali metal on the negative electrode during charging can be prevented, so that a safer battery can be obtained.

【0029】また、高分子電解質は有機電解液よりも化
学反応性に乏しい又は化学反応速度が遅いため、有孔性
高分子電解質を備えた正・負極を用いることによって、
正極での電解液の酸化、及び負極での電解液の還元を抑
制することができ、電池の自己放電を抑制し、電池を長
寿命化することができる。
Further, since the polymer electrolyte has poorer chemical reactivity or a lower chemical reaction rate than the organic electrolyte, the use of a positive / negative electrode provided with a porous polymer electrolyte allows
Oxidation of the electrolytic solution at the positive electrode and reduction of the electrolytic solution at the negative electrode can be suppressed, self-discharge of the battery can be suppressed, and the battery can have a long life.

【0030】また、正・負極において有孔性高分子電解
質が一定の体積を占めるため、正・負極の孔中及び近傍
の電解液量を減らすことができ、短絡時等の電解液の気
化による正・負極近傍での内圧上昇を抑制することがで
きる。そのために、炭素系負極活物質がより高いレベル
まで充電された場合においても負極中のリチウムと炭素
との反応によるリチウムカーバイド(Li)の生
成および、それに伴う発熱および急激な電池の内圧上昇
を抑制することができ、電池の安全性を向上させること
ができる。
Further, since the porous polymer electrolyte occupies a certain volume in the positive and negative electrodes, the amount of the electrolyte in and around the pores of the positive and negative electrodes can be reduced, and the electrolyte is vaporized due to a short circuit or the like. The internal pressure rise near the positive and negative electrodes can be suppressed. For this reason, even when the carbon-based negative electrode active material is charged to a higher level, lithium carbide (Li 2 C 2 ) is generated by the reaction between lithium and carbon in the negative electrode, and the resulting heat generation and rapid internal pressure of the battery are caused. The rise can be suppressed, and the safety of the battery can be improved.

【0031】また、正極が高分子電解質を保持している
ため、電池の異常発熱時に正極から放出された酸素の負
極への移動速度を低下させることができ、酸素と負極と
の急激な発熱反応を抑制することができるため、電池の
安全性を向上させることができる。
Further, since the positive electrode holds the polymer electrolyte, the speed of movement of oxygen released from the positive electrode to the negative electrode during abnormal heat generation of the battery can be reduced, and a rapid exothermic reaction between oxygen and the negative electrode can occur. Therefore, the safety of the battery can be improved.

【0032】また、正極、負極及び正・負極間のすべて
に有孔性高分子電解質が存在すると、正極、負極及び正
・負極間のすべてが均等に電解液の保液能を有する。従
って、高温で充放電サイクルを繰り返すことによる電解
液の正・負極での分解によって電解液量が減少した場合
であっても、正極、負極及び正・負極間のいずれかにお
いて局所的に電解液が不足することがなく、高温でのサ
イクル寿命に優れた電池となる。
When the porous polymer electrolyte exists between the positive electrode, the negative electrode, and the positive and negative electrodes, the entirety between the positive electrode, the negative electrode, and the positive and negative electrodes has the ability to retain the electrolyte evenly. Therefore, even if the amount of the electrolyte decreases due to the decomposition of the electrolyte at the positive and negative electrodes by repeating the charge and discharge cycle at a high temperature, the electrolytic solution is locally located between the positive electrode, the negative electrode, and the positive and negative electrodes. And a battery with excellent cycle life at high temperatures.

【0033】本発明の電池においては、非水電解液の溶
媒としては、、エチレンカーボネート(EC)、プロピ
レンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(D
MC)、ジエチルカーボネート(DEC)、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、
もしくはこれらの混合物を使用してもよい。
In the battery of the present invention, the solvent of the non-aqueous electrolyte is ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (D
MC), diethyl carbonate (DEC), γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolan, Polar solvents such as methyl acetate,
Alternatively, a mixture thereof may be used.

【0034】さらに非水電解液に含有させる塩として
は、LiPF、LiBF、LiAsF、LiClO
、LiSCN、LiI、LiCFSO、LiCl、
LiBr、LiCFCO等のリチウム塩、もしくは
これらの混合物を用いてもよい。
Further, the salts contained in the non-aqueous electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , and LiClO.
4 , LiSCN, LiI, LiCF 3 SO 3 , LiCl,
A lithium salt such as LiBr and LiCF 3 CO 2 or a mixture thereof may be used.

【0035】さらにアルカリ金属を吸蔵放出可能な正極
物質としては、無機化合物として、組成式LixMO
又はLiy(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、LiCo
、LiNiO、LiMn、LiMn
MnO、FeOOH、FeO、V、V13
TiO、TiS2、オキシ水酸化ニッケル等が挙げられ
る。また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等
の導電性有機高分子等が挙げられる。さらに、無機化合
物、有機化合物を問わず、前記各種活物質を混合して用
いてもよい。
Further, as a positive electrode material capable of inserting and extracting an alkali metal, as an 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. As a specific example, LiCo
O 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ,
MnO 2 , FeOOH, FeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 ,
TiO 2 , TiS 2 , nickel oxyhydroxide and the like can be mentioned. Examples of the organic compound include a conductive organic polymer such as polyaniline. Furthermore, regardless of an inorganic compound or an organic compound, the above-mentioned various active materials may be mixed and used.

【0036】さらに、負極材料たる化合物としては、A
l、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合
金、LiFe等の遷移金属複合酸化物、Mo
、スズ酸化物等の遷移金属酸化物、グラファイト、
カーボン等の炭素質材料、Li(LiN)等の窒化
リチウムを用いることができ、又は金属リチウム箔とこ
れらの混合物を用いてもよい。
Further, as a compound as a negative electrode material, A
Alloys of lithium with l, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, etc., transition metal composite oxides such as LiFe 2 O 3 , Mo
Transition metal oxides such as O 2 and tin oxide, graphite,
A carbonaceous material such as carbon, lithium nitride such as Li 5 (Li 3 N) can be used, or a metal lithium foil and a mixture thereof may be used.

【0037】[0037]

【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.

【0038】[実施例1]オキシ水酸化ニッケル70w
t%、アセチレンブラック6wt%、PVdF9wt
%、NMP15wt%を混合したものを幅20mm、長
さ480mm、厚さ20μmのアルミニウム箔上に塗布
し、100℃で乾燥してNMPを蒸発させた。この作業
をアルミニウム箔の両面に対しておこない、両面に活物
質層を備えた正極を製作した。
[Example 1] Nickel oxyhydroxide 70w
t%, acetylene black 6wt%, PVdF9wt
% And 15 wt% of NMP were applied on an aluminum foil having a width of 20 mm, a length of 480 mm and a thickness of 20 μm, and dried at 100 ° C. to evaporate NMP. This operation was performed on both sides of the aluminum foil to produce a positive electrode having an active material layer on both sides.

【0039】負極には、厚さ20μmの金属リチウム箔
を、集電体としての厚さ14μmの銅箔の両面に圧着す
ることによって製作した。
The negative electrode was manufactured by pressing a metal lithium foil having a thickness of 20 μm on both sides of a copper foil having a thickness of 14 μm as a current collector.

【0040】つぎに、正・負極間の短絡防止膜として用
いる、有孔性リチウムイオン伝導性高分子膜を、つぎの
ように湿式法によって製作した。化8で示される分子量
が約1,500,000の固体高分子粉末(ただし、R
=CH3)12gを88gのジオキサンに溶解し、ペー
ストを製作した。このペーストを、ポリエチレンコート
したリケイ紙上にドクターブレード法によって塗布し、
水中に浸漬してジオキサンを水で置換することによっ
て、連通孔を有する多孔度約80%、厚さ約25μmの
高分子膜を製作した。
Next, a porous lithium ion conductive polymer film used as a film for preventing short circuit between the positive electrode and the negative electrode was manufactured by a wet method as follows. A solid polymer powder having a molecular weight of about 1,500,000 represented by Chemical Formula 8 (provided that R
= CH 3 ) was dissolved in 88 g of dioxane to prepare a paste. This paste was applied on polyethylene coated silica gel by the doctor blade method,
By immersing in water and replacing dioxane with water, a polymer membrane having a porosity of about 80% and a thickness of about 25 μm having communication holes was produced.

【0041】このようにして準備した有孔性高分子膜、
正極及び負極を重ねて巻き、高さ47.0mm、幅2
2.2mm、厚さ6.4mmのステンレスケース中に挿
入して、角形電池を組み立てた。この電池の内部に、エ
チレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート
(DEC)とを体積比率1:1で混合し、1mol/l
のLiPF6を加えた電解液を真空注液によって加え、
正・負極間の有孔性高分子膜を電解液で膨潤させて、有
孔性の高分子電解質とした、公称容量400mAhの本
発明電池(A)を製作した。
The porous polymer membrane thus prepared,
A positive electrode and a negative electrode are stacked and wound, and a height of 47.0 mm and a width of 2
The battery was inserted into a 2.2 mm, 6.4 mm thick stainless steel case to assemble a prismatic battery. Inside the battery, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 and mixed at 1 mol / l.
Of LiPF6 was added by vacuum injection,
The battery (A) of the present invention having a nominal capacity of 400 mAh was manufactured by swelling the porous polymer membrane between the positive electrode and the negative electrode with an electrolytic solution to obtain a porous polymer electrolyte.

【0042】[比較例1]正・負極間の短絡防止膜とし
て、孔を有しない高分子膜をつぎのようにして製作し
た。化8に示す分子量が約1,500,000の固体高
分子粉末12gを88gのジオキサンに溶解し、ペース
トを製作した。このペーストを、ポリエチレンコートし
たリケイ紙上にドクターブレード法によって塗布したの
ち乾燥して、厚さ約25μmの孔を有しない高分子膜を
製作した。
Comparative Example 1 As a short-circuit preventing film between a positive electrode and a negative electrode, a polymer film having no holes was manufactured as follows. A paste was prepared by dissolving 12 g of a solid polymer powder having a molecular weight of about 1,500,000 shown in Chemical formula 8 in 88 g of dioxane. This paste was applied on a polyethylene-coated silica paper by a doctor blade method and then dried to produce a polymer film having a thickness of about 25 μm and having no holes.

【0043】この孔を有しない高分子膜を用いたこと以
外は、本発明による(A)と同様にして、公称容量40
0mAh程度の従来から公知である固体高分子電解質を
用いた比較電池(B)を製作した。
Except for using the polymer membrane having no pores, the same procedure as in (A) of the present invention was carried out, and the nominal capacity was 40%.
A comparative battery (B) using a conventionally known solid polymer electrolyte of about 0 mAh was manufactured.

【0044】[比較例2]正・負極間の短絡防止膜とし
て、多孔度40%のポリエチレン製セパレータ膜を用い
たこと以外は、本発明による(A)と同様にして、公称
容量400mAh程度の従来から公知である固体高分子
電解質を用いない比較電池(C)を製作した。なお、実
施例および比較例に示した膜の多孔度は、膜の重量、寸
法と膜の材質の真比重とから計算して求めた値である。
[Comparative Example 2] A nominal capacity of about 400 mAh was obtained in the same manner as in (A) according to the present invention, except that a polyethylene separator having a porosity of 40% was used as a short-circuit preventing film between the positive electrode and the negative electrode. A comparative battery (C) using no conventionally known solid polymer electrolyte was manufactured. The porosity of the films shown in Examples and Comparative Examples is a value calculated from the weight and size of the film and the true specific gravity of the material of the film.

【0045】これらの本発明電池A、比較電池Bおよび
Cを5個づつ用意し、25℃において、1サイクル目の
放電として、0.2、0.5、1および2CAの電流で
2.0Vまで放電した。ついで、1CAの電流で4.1
Vまで充電し、続いて4.1Vの定電圧で2時間充電し
た後、1サイクル目と同様の条件で放電する充放電を5
サイクル繰り返した。1サイクル目および6サイクル目
の放電容量の比較を、表1に示す。なお、表1の放電容
量は、各電池の5セルの平均値である。
Each of the battery A of the present invention and the comparative batteries B and C was prepared in a quantity of five, and discharged at 25 ° C. in the first cycle at a current of 0.2, 0.5, 1 and 2 CA at 2.0 V. Until discharge. Then, at a current of 1 CA, 4.1
V, followed by charging at a constant voltage of 4.1 V for 2 hours, and then discharging and discharging under the same conditions as in the first cycle.
The cycle was repeated. Table 1 shows a comparison of the discharge capacity at the first cycle and the sixth cycle. In addition, the discharge capacity of Table 1 is an average value of 5 cells of each battery.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】本発明の有孔性固体高分子電解質膜を用い
た電池Aの放電容量は、従来の固体高分子電解質を用い
ない電池Cと同等の放電特性であり、有孔性でない固体
高分子電解質を用いた電池Bに比べて、とくに高率での
放電性能が向上したことがわかった。また、サイクルを
経過した後も同様の結果が得られた。
The discharge capacity of the battery A using the porous solid polymer electrolyte membrane of the present invention has the same discharge characteristics as that of the conventional battery C without using the solid polymer electrolyte. It was found that the discharge performance at a particularly high rate was improved as compared with the battery B using the electrolyte. Similar results were obtained after a lapse of the cycle.

【0048】また、本発明電池Aおよび比較電池Cの各
1個を用いて、つぎのような安全性の比較試験をおこな
った。室温において、1CAの電流で4.5Vまで充電
し、続いて4.5Vの定電圧で2時間充電した後、3m
m径の釘を電池に刺して貫通させた。その結果を表2に
示す。
Further, the following safety comparison test was performed using one battery of the present invention A and one battery of the comparative battery C. At room temperature, the battery was charged to 4.5 V with a current of 1 CA, and then charged at a constant voltage of 4.5 V for 2 hours.
A nail having a diameter of m was pierced by piercing the battery. Table 2 shows the results.

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】表2の結果から、本発明による電池Aは、
従来から公知である電池Cよりも安全性に優れた電池で
あることがわかった。
From the results shown in Table 2, the battery A according to the present invention has
It was found that the battery was more excellent in safety than the conventionally known battery C.

【0051】前記実施例では、高分子電解質の高分子と
して化8に示すものを使用したが、本発明の効果はこれ
に限定されるものではなく、化8の他の高分子、もしく
はこれらの誘導体を、単独で、あるいは混合して用いて
もよい。
In the above embodiment, the polymer shown in Chemical Formula 8 was used as the polymer of the polymer electrolyte. However, the effect of the present invention is not limited to this. The derivatives may be used alone or as a mixture.

【0052】また、前記実施例においては、固体高分子
粉体を溶解させる溶媒としてジオキサンを用いたが、前
記固体高分子を溶解する性質を持つものであればいずれ
のものでもよく、例えば、アセトニトリル、テトラヒド
ロフラン(THF)あるいはNMP等を用いることが可
能である。
In the above embodiment, dioxane was used as the solvent for dissolving the solid polymer powder. However, any solvent having the property of dissolving the solid polymer may be used. For example, acetonitrile , Tetrahydrofuran (THF) or NMP can be used.

【0053】また、前記実施例における電池において
は、セパレータ部分に有孔性固体高分子電解質膜を用い
たものであるが、正極及び負極の孔中、これら極板の表
面のいずれか1箇所以上に有孔性固体高分子電解質を配
置させてもよく、いずれのように組み合わせて配置させ
ても良い。
In the battery of the above embodiment, the porous solid polymer electrolyte membrane is used for the separator portion. However, at least one of the surfaces of the electrode plates in the holes of the positive electrode and the negative electrode. The porous solid polymer electrolyte may be disposed on the surface, or may be disposed in any combination.

【0054】また、前記実施例における電池において
は、有孔性高分子電解質として湿式法によって多孔化す
る方法を示したが、高分子の多孔化法はこれに限定され
るものではなく、発泡剤を用いる方法、粉末を接着する
方法、又は、高分子中に固体を析出させる方法等、さら
にはレーザーや細針で物理的に孔を形成させてもよい。
Further, in the battery of the above embodiment, the method of making the porous polymer electrolyte porous by the wet method has been described, but the method of making the polymer porous is not limited to this, and the foaming agent may be used. , A method of adhering a powder, a method of depositing a solid in a polymer, and the like, and a hole may be physically formed with a laser or a fine needle.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる非水
電解質電池は、電池内に使用する固体高分子電解質を有
孔性とすることにより、孔を有しない従来の固体高分子
電解質を用いた電池より充放電性能を向上させることが
でき、かつ固体高分子電解質を用いない従来の公知の電
池より安全性に優れた電池を提供できるため、その工業
的価値は極めて大きいものである。
As described above, the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention is characterized in that the solid polymer electrolyte used in the battery is made porous so that the conventional solid polymer electrolyte having no pores can be used. Since the charge / discharge performance can be improved as compared with the used battery, and a battery with higher safety than a conventionally known battery using no solid polymer electrolyte can be provided, the industrial value thereof is extremely large.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ12 AK02 AK03 AK05 AK16 AK18 AL01 AL02 AL03 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 DJ14 EJ14 HJ02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H029 AJ03 AJ12 AK02 AK03 AK05 AK16 AK18 AL01 AL02 AL03 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 DJ14 EJ14 HJ02

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化1〜化6に示す群から選択される少な
くとも1種類の高分子を備えた有孔性固体高分子電解質
を電池内に備えたことを特徴とする非水電解質電池。こ
こで、x、y、z、m、nは自然数を、R、R1、R2
炭素数が1〜12のアルキル基を示し、R1=R2または
1≠R2とする。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 【化5】 【化6】
1. A non-aqueous electrolyte battery comprising a porous solid polymer electrolyte including at least one polymer selected from the group consisting of Chemical Formulas 1 to 6 in the battery. Here, x, y, z, m and n are natural numbers, R, R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, and R 1 = R 2 or R 1 ≠ R 2 . Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image
【請求項2】 前記有孔性固体高分子電解質が、正極表
面、正極の孔中、負極表面、負極の孔中、正極・負極の
間のいずれか1箇所以上に備えられ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 method according to claim 1, wherein the porous solid polymer electrolyte is provided on any one or more of the positive electrode surface, the positive electrode hole, the negative electrode surface, the negative electrode hole, and between the positive electrode and the negative electrode. The non-aqueous electrolyte battery according to claim 1.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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