JP2002190318A - Solid state electrolyte and nonaqueous electrolytic solution battery using the electrolyte - Google Patents

Solid state electrolyte and nonaqueous electrolytic solution battery using the electrolyte

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JP2002190318A
JP2002190318A JP2000386028A JP2000386028A JP2002190318A JP 2002190318 A JP2002190318 A JP 2002190318A JP 2000386028 A JP2000386028 A JP 2000386028A JP 2000386028 A JP2000386028 A JP 2000386028A JP 2002190318 A JP2002190318 A JP 2002190318A
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monomer
electrolyte
battery
solid electrolyte
electrolytic solution
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Inventor
Koji Hataya
耕二 幡谷
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte which has higher performance of, such as charge/discharge capacity, and by which a battery of high performance can be easily manufactured, and to provide the battery of high performance and productivity using the solid electrolyte. SOLUTION: The solid state electrolyte contains an electrolytic solution and a polymer crosslinked structure, and the crosslinking density of the polymer crosslinked structure specified by a formula (1) (wherein n is the number of kinds of monomers used as precursor of the polymer crosslinked structure; Fi is the molecular weight of the monomer of i-th kind; si is the number of polymerizable double bonds contained in one molecule of the monomer of the i-th kind; and pi is a percentage of mass of monomer of the i-th kind to the total mass of all the kinds of the monomers; and the sum of pi when i is 1 to n is 1) is 0.08 to 0.34.

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、リチウム塩などを
含有する非水系電解液を高分子架橋構造体内に含浸して
有する固体状電解質、およびそれを用いた非水電解液系
電池に関する。
The present invention relates to a solid electrolyte having a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt or the like impregnated in a polymer crosslinked structure, and a non-aqueous electrolyte battery using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ポータブル電話機、ビデオカメ
ラ、ノート型パソコン等の小型化および携帯化、あるい
は電気自動車の実用化に向けて、より高エネルギー密度
の蓄電池が要望されているが、その中でも有機溶剤に塩
を溶解させた電解液を用いることにより3V以上の出力
が可能な非水電解液電池は期待されている。その代表例
としては現在既に上市されているリチウムイオン二次電
池が挙げられる。これらの非水電解液系電池の正極に
は、LiMn等のスピネル構造化合物や、一般的
にLiMOで表されるα−NaFeO構造を有する
リチウム含有遷移金属複合酸化物等が利用できる。ここ
でMはCo,Ni,Al,Mn,Ti,Fe等から選ば
れる単独もしくは2種類以上の金属元素である。さらに
はリチウムの挿入可能なMnOやV等の金属酸
化物やTiSやZnS等の金属硫化物、電気化学的
酸化還元活性を有するポリアニリンやポリピロール等の
π共役系高分子、分子内に硫黄−硫黄結合の形成―開裂
を利用するジスルフィド化合物等を用いることも可能で
ある。
2. Description of the Related Art In recent years, storage batteries with higher energy density have been demanded for miniaturization and portability of portable telephones, video cameras, notebook personal computers, and the like, or practical use of electric vehicles. A non-aqueous electrolyte battery capable of outputting 3 V or more by using an electrolyte in which a salt is dissolved in a solvent is expected. A typical example is a lithium-ion secondary battery that is already on the market. The positive electrode of these non-aqueous electrolyte based batteries, and spinel structure compound such as LiMn 2 O 4, typically a lithium-containing transition metal composite oxide having an alpha-NaFeO 2 structure represented by LiMO 2 and the like utilized it can. Here, M is a single metal element or two or more metal elements selected from Co, Ni, Al, Mn, Ti, Fe and the like. Further, metal oxides such as MnO 2 and V 2 O 5 into which lithium can be inserted, metal sulfides such as TiS 2 and ZnS 2 , π-conjugated polymers such as polyaniline and polypyrrole having electrochemical redox activity, It is also possible to use a disulfide compound utilizing the formation and cleavage of a sulfur-sulfur bond in the molecule.

【0003】一方、負極としては、金属リチウムもしく
は各種リチウム合金、SnO2等の各種金属酸化物、あ
るいはリチウムを吸蔵放出可能な炭素材料を用いること
ができる。炭素材料としては天然に産出される黒鉛もし
くは有機原料を2000℃以上の高温で焼成し、グラフ
ァイト構造が発達した平坦な電位特性を有する黒鉛系炭
素材料、あるいは有機材料を1000℃以下の比較的低
温で焼成し、黒鉛系材科よりも大きな充放電容量が期待
できるコークス系炭素材料等が用いられる。現在上市さ
れているリチウムイオン二次電池における正極と負極の
組み合わせとしては、正極にLiCoO2やLiMn2
4等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を、負極に各種
炭素材料を用いたものが多い。上記電極には、電極の電
子伝導性を向上させることを目的として、粉末や繊維状
の金属もしくは炭素を加える場合がある。金属として
は、銅、銀、アルミ等が、炭素としては、黒鉛、カーボ
ンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック
等を用いることができる。
On the other hand, as the negative electrode, metallic lithium or various lithium alloys, various metal oxides such as SnO 2 , or a carbon material capable of inserting and extracting lithium can be used. As a carbon material, naturally produced graphite or an organic material is fired at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and a graphite-based carbon material having a flat potential characteristic with a developed graphite structure or an organic material at a relatively low temperature of 1000 ° C. or lower. A coke-based carbon material or the like that can be expected to have a larger charge / discharge capacity than the graphite-based material family is used. As the combination of the positive electrode and the negative electrode in the lithium ion secondary batteries currently on the market, LiCoO 2 or LiMn 2 O
In many cases, lithium-containing transition metal composite oxides such as 4 and various kinds of carbon materials are used for the negative electrode. Powder or fibrous metal or carbon may be added to the electrode for the purpose of improving the electron conductivity of the electrode. As the metal, copper, silver, aluminum or the like can be used, and as the carbon, graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black or the like can be used.

【0004】また電極の製造方法としては、結着剤の役
目をする少量の高分子材科、例えばポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)を1−メチル−2−ピロリドン等の溶剤
に溶解したものに、各種活物質および適宜炭素や金属の
微粉体からなる導電助剤を分散させてペースト状にした
電極合剤を、電極芯材となる厚さ数十μmの金属箔の両
面又は片面に塗布した後、有機溶剤を除去する方法が広
く行われている。その他の結着剤の例としては、エチレ
ン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPゴム)、フ
ッ化ビニリデン−プロピレン共重合体やフッ化ビニリデ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の各種フッ素
ゴム等を溶剤に均一に溶解させたものや、あるいはポリ
テトラフルオロエチレン(PTFE)やSBR、NBR
等の高分子のラテックスやディスパージョンに、ポリア
クリル酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロース(C
MC)等の水溶性高分子を増粘剤として加えたものを結
着剤として利用する方法もある。
[0004] In addition, as a method of manufacturing an electrode, a small amount of a polymer material serving as a binder, for example, a material obtained by dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) in a solvent such as 1-methyl-2-pyrrolidone is used. After applying the electrode mixture made into a paste by dispersing the active material and a conductive auxiliary agent composed of fine powder of carbon or metal as appropriate, on both sides or one side of a metal foil having a thickness of several tens μm serving as an electrode core material, A method for removing an organic solvent is widely used. Examples of other binders include various fluorine rubbers such as ethylene-propylene-diene terpolymer (EP rubber), vinylidene fluoride-propylene copolymer and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer as a solvent. Uniformly dissolved or polytetrafluoroethylene (PTFE), SBR, NBR
Sodium polyacrylate and carboxymethylcellulose (C
There is also a method of using a binder obtained by adding a water-soluble polymer such as MC) as a thickener.

【0005】また電極芯材は集電体とも呼ばれ、一般に
は正極側にアルミ箔が、負極側に銅箔が用いられること
が多い。塗布−乾燥直後の電極では、乾燥過程で溶剤が
抜けることにより、電極内に空隙が生じ、充填率が低く
なりすぎる場合がある。それにより電極合剤中の粒子同
士の接触が弱くなり、電子伝導性が不十分となる。その
ため、ロールプレス等により、所望の厚みに加圧成型す
ることにより電極の充填率を高め、電極の電子伝導性を
向上させることが行われる場合が多い。
The electrode core material is also called a current collector. Generally, an aluminum foil is often used on the positive electrode side and a copper foil is often used on the negative electrode side. In the electrode immediately after coating and drying, the solvent may be removed during the drying process, so that voids are formed in the electrode and the filling rate may be too low. Thereby, the contact between the particles in the electrode mixture becomes weak, and the electron conductivity becomes insufficient. Therefore, in many cases, the filling rate of the electrode is increased by pressure molding to a desired thickness by a roll press or the like, and the electron conductivity of the electrode is improved.

【0006】通常は上記のような方法で作製した正極と
負極とを、両者が対向する形で、隔膜となる高分子製の
微孔質フィルムを介して、形が崩れないように何層にも
しっかり巻き取り、それを金属製の電池缶に挿入し、最
終的に電解液を注入した後、機械的な方法でカシメる
か、もしくはレーザー溶接等の方法で完全に密閉するこ
とにより電池が製造される。
[0006] Usually, the positive electrode and the negative electrode produced by the above-described method are layered so as not to be deformed through a polymer microporous film serving as a diaphragm so that both sides face each other. After firmly winding it up, inserting it into a metal battery can and finally injecting the electrolyte, caulking it by a mechanical method or completely sealing it by laser welding etc. Manufactured.

【0007】ここで隔膜としては、ポリプロピレンやポ
リエチレン製の微孔質膜が使用され、また電解液として
は、通常リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水系電解液
が用いられる。有機溶媒として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、ス
ルホラン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、2−メチル
−テトラヒドロフラン、各種グライム類等を単独もしく
は2種類以上混合したものが用いられる。リチウム塩と
しては、電解液にしたときのイオン伝導度が高い、ある
いは電池の利用電位の範囲で電気化学的に安定である、
等の理由から、主に六フッ化リン酸リチウム(LiPF
)、過塩素酸リチウム(LiClO)、四フッ化ほ
う酸リチウム(LiBF)等が使用される。リチウム
イオン二次電池に代表される上記のような非水電解液系
電池においては、高容量化および長寿命化が望まれてい
るが、その一方で安全性の向上や電池形状の自由度の向
上等の観点から、固体もしくは固体状の電解質の利用が
検討されている。すなわち、流動性を有する電解液に代
えて、高分子化合物にリチウム塩を溶解しイオン伝導性
を持たせた電解質や、高分子架橋構造体に電解液を保持
させることにより流動性を抑えたゲル状の電解質、ある
いはイオン導電性を有する無機セラミックス、ガラス等
の使用が検討されている。このような固体状の電解質か
らなるフィルムを正極と負極との間に挟み込んで電池を
作製することにより、電解液の液漏れが防止でき、また
電池形状自体をフィルム状にすることも可能となる。
Here, a microporous membrane made of polypropylene or polyethylene is used as the diaphragm, and a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is usually used as the electrolyte. As the organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, 2-methyl-tetrahydrofuran, a mixture of two or more types of glymes or the like are used. Can be As a lithium salt, the ionic conductivity when the electrolyte is high, or electrochemically stable in the range of the use potential of the battery,
For the reasons, etc., mainly lithium hexafluorophosphate (LiPF
6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and the like are used. In non-aqueous electrolyte batteries as described above, such as lithium ion secondary batteries, high capacity and long life are desired, but on the other hand, improvement of safety and freedom of battery shape are required. From the viewpoint of improvement and the like, utilization of a solid or solid electrolyte has been studied. In other words, instead of a liquid electrolyte having fluidity, an electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in a polymer compound to have ionic conductivity, or a gel in which fluidity is suppressed by holding the electrolyte solution in a polymer crosslinked structure The use of electrolytes in the form of an electrolyte, inorganic ceramics having ionic conductivity, glass, and the like has been studied. By sandwiching a film made of such a solid electrolyte between a positive electrode and a negative electrode to form a battery, it is possible to prevent electrolyte leakage and to make the battery shape itself into a film shape. .

【0008】このような固体もしくは固体状の電解質の
中では、室温でのイオン伝導性や成膜性などから、電解
液を含むゲル状の電解質が多く検討されている。すなわ
ち室温で電池として動作させるには、室温でのイオン伝
導率が1mS/cmオーダーもしくはそれに準ずる値で
あり、かつ薄膜化が可能である必要がある。したがって
現時点においては高分子架橋構造体で電解液を固定した
ゲル状の電解質を利用することが最も現実的である。ゲ
ル状電解質としてまず考えられるのは、直鎖状の高分子
量ポリマーを電解液で可塑化した系である。すなわちポ
リマーを電解液に高温で溶解させ、成膜した後室温に戻
してゲル化させる方法や、ポリマーと電解液の組み合わ
せにさらに低沸点溶剤で希釈して流動性を持たせた後、
低沸点溶剤を揮散させて成膜することにより作製される
もので、このような系ではポリマーに化学的な架橋構造
はないものの、極端に高粘性であるか、もしくは電解液
と高分子成分との部分的な相分離による物理的な架橋に
より流動性がなくなり、実質的に固体として扱える。具
体的にはポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ
ド、エチレングリコール−プロピレングリコール共重合
体、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデンな
どの比較的分子量の大きいポリマーを電解液で可塑化し
たゲル状の電解質が知られている。これらの系では、電
解質の製造において高粘性の溶液を扱う必要があること
や、化学的な架橋構造を持たないため高温下で流動化し
てしまう等の欠点がある。
[0008] Among such solid or solid electrolytes, gel electrolytes containing an electrolytic solution have been widely studied from the viewpoints of ionic conductivity and film-forming properties at room temperature. That is, in order to operate as a battery at room temperature, it is necessary that the ionic conductivity at room temperature be on the order of 1 mS / cm or a value equivalent thereto, and that a thin film can be formed. Therefore, at present, it is most practical to use a gel electrolyte in which an electrolyte is fixed with a polymer crosslinked structure. The first conceivable gel electrolyte is a system in which a linear high molecular weight polymer is plasticized with an electrolytic solution. That is, after dissolving the polymer in the electrolytic solution at a high temperature, returning to room temperature after forming the film and gelling, or after diluting the combination of the polymer and the electrolytic solution with a low boiling point solvent to have fluidity,
It is produced by evaporating a low-boiling solvent to form a film.In such a system, although the polymer does not have a chemical cross-linking structure, it is extremely viscous, or the electrolyte and the polymer component The fluidity is lost due to physical cross-linking due to partial phase separation, and the solid can be treated substantially as a solid. Specifically, a gel electrolyte in which a polymer having a relatively large molecular weight such as polyacrylonitrile, polyethylene oxide, ethylene glycol-propylene glycol copolymer, polymethyl methacrylate, or polyvinylidene fluoride is plasticized with an electrolyte is known. I have. These systems have drawbacks such as the necessity of handling a highly viscous solution in the production of the electrolyte and the lack of a chemical cross-linking structure, which causes fluidization at high temperatures.

【0009】次に、各種(メタ)アクリレートモノマー
やビニルモノマーを重合する方法がある。すなわち重合
可能な二重結合を有するモノマーを電解液に溶解してお
き、熱、光、放射線、あるいはラジカル開始剤を用いて
モノマーを重合させる方法である。その際、一部多官能
性のモノマーを加えておくことにより、重合反応時に架
橋構造が形成され、流動性を失い、電解液を保持したま
ま系全体を固化させることができる。このような例とし
ては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等の各
種(メタ)アクリル酸エステルモノマーや酢酸ビニル、
スチレンおよびその誘導体等のモノマーを電解液中に溶
解しておいて重合させるものがあり、このとき多官能性
のジメタクリル酸エチレングリコールやジメタクリル酸
エチレン等を共存させ、それらを共重合させることによ
り、架橋構造体が形成され、系全体が流動性を失う。そ
の他には、ポリエチレングリコールエチルエーテルメタ
クリレートやポリエチレングリコールジメタクリレート
等のマクロモノマーを電解液中で重合させたものが知ら
れている。またこれらの重合方法としては、紫外線や電
子線照射による光重合、あるいは過酸化ジベンゾイルや
アゾビスイソブチロニトリル等のラジカル開始剤の存在
下で熱重合させる方法がある。また、同様にウレタン化
やエポキシ反応等の重付加型の化学反応を用いて架橋構
造を形成させることにより系全体を固化させる方法もあ
る。重合法もしくは化学架橋法により固体状電解質を作
製する場合は、必ずしも高粘性の溶液を扱う必要はな
く、電池の製造において最終的な形状で固化させるため
安定性及び保液性に優れ、かつ、化学的な架橋構造を有
するため耐熱性も高いものとなる。また、あらかじめ原
液を多孔質体や不織布等に含浸させておいて固化させる
ことにより、薄くて強度の高い電解質膜を得ることも可
能である。その他、電解液との親和性の高いポリマーで
あらかじめフィルムを作製しておき、それに電解液を膨
潤させることにより、イオン導電性を付与させる方法も
ある。具体的にはポリフッ化ビニリデン系共重合体、ア
クリロニトリル−ブタジエンゴムなどの系で検討されて
いる。これらの系では、強度の増強あるいは膨潤後の体
積変化を考慮して、あらかじめポリマー膜を多孔質化あ
るいは架橋させておく場合もある。これらの系は後から
電解液を含浸させるため保液性に劣り、経時的に電解液
が染み出すといった問題もある。
Next, there is a method of polymerizing various (meth) acrylate monomers and vinyl monomers. That is, this is a method in which a monomer having a polymerizable double bond is dissolved in an electrolytic solution, and the monomer is polymerized using heat, light, radiation, or a radical initiator. At this time, by adding a partially polyfunctional monomer, a crosslinked structure is formed during the polymerization reaction, the fluidity is lost, and the entire system can be solidified while holding the electrolytic solution. Such examples include various (meth) acrylate monomers such as methyl methacrylate and ethyl methacrylate, vinyl acetate,
Some monomers are polymerized by dissolving monomers such as styrene and its derivatives in the electrolyte.At this time, polyfunctional ethylene glycol dimethacrylate and ethylene dimethacrylate coexist and they are copolymerized. Thereby, a crosslinked structure is formed, and the entire system loses fluidity. In addition, those obtained by polymerizing a macromonomer such as polyethylene glycol ethyl ether methacrylate or polyethylene glycol dimethacrylate in an electrolytic solution are known. Examples of the polymerization method include photopolymerization by irradiation with ultraviolet rays or electron beams, or thermal polymerization in the presence of a radical initiator such as dibenzoyl peroxide or azobisisobutyronitrile. Similarly, there is a method of solidifying the entire system by forming a crosslinked structure using a polyaddition type chemical reaction such as urethanation or epoxy reaction. When producing a solid electrolyte by a polymerization method or a chemical cross-linking method, it is not always necessary to handle a highly viscous solution, and is excellent in stability and liquid retention because it is solidified in a final shape in the production of a battery, and Since it has a chemical cross-linking structure, it has high heat resistance. In addition, it is possible to obtain a thin and high-strength electrolyte membrane by impregnating the undiluted solution in advance into a porous body, a nonwoven fabric, or the like and solidifying it. In addition, there is a method in which a film is prepared in advance from a polymer having a high affinity for an electrolytic solution, and the electrolytic solution is swelled to impart ionic conductivity. Specifically, studies are being made on systems such as polyvinylidene fluoride copolymers and acrylonitrile-butadiene rubber. In these systems, the polymer film may be made porous or crosslinked in advance in consideration of an increase in strength or a change in volume after swelling. These systems are inferior in liquid retention because they are impregnated with an electrolytic solution later, and have a problem that the electrolytic solution oozes out over time.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記のようにして製造
される固体状電解質自体の性質及び性能も重要ではある
が、これらの電解質を用いた電池の生産性と性能がより
重要であることは言うまでもない。ゲル電解質を含む固
体状電解質を電池に用いた場合、原理的にイオン伝導性
が低いため、電解液のみを使用した電池よりも電池性能
は低くなる。さらに電解質と電池の界面の制御も難し
く、電池性能は電池の製造方法に大きく依存する。ま
た、上記のようなゲル電解質は単独では機械的強度が低
く、取扱いが困難である場合が多い。さらにゲル電解質
自体やその原料は水分に対して極めて敏感であり、超乾
燥雰囲気下で扱うことが必要となる。電池の製造上、超
乾燥雰囲気下での工程が多いことや複雑な工程が存在す
ることは、大幅なコストの上昇を招くこととなる。よっ
て充放電容量などの性能が高く、かつ、それを用いて高
性能の電池を生産性よく製造しうる固体状電解質の開発
が強く要望されていた。
Although the properties and performance of the solid electrolytes produced as described above are important, the productivity and performance of batteries using these electrolytes are more important. Needless to say. When a solid electrolyte containing a gel electrolyte is used for a battery, the battery performance is lower than that of a battery using only an electrolytic solution because the ion conductivity is low in principle. Further, it is difficult to control the interface between the electrolyte and the battery, and the battery performance greatly depends on the manufacturing method of the battery. Further, the gel electrolyte as described above alone has low mechanical strength and is often difficult to handle. Furthermore, the gel electrolyte itself and its raw material are extremely sensitive to moisture and must be handled in an ultra-dry atmosphere. The large number of steps in an ultra-dry atmosphere and the presence of complicated steps in the manufacture of batteries lead to a significant increase in cost. Therefore, there has been a strong demand for the development of a solid electrolyte that has high performance such as charge / discharge capacity and that can be used to produce a high-performance battery with high productivity.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題に鑑
み鋭意研究した結果、電解液を保持する高分子架橋構造
体の架橋密度を所定範囲内となるようコントロールする
ことで上記課題を解決しうることを見出し、この知見に
基づき本発明をなすに至った。すなわち本発明は、
(1)電解液および高分子架橋構造体を含んでなり、下
記式(1)で規定される該高分子架橋構造体の架橋密度
が0.08〜0.34であることを特徴とする固体状電
解質、
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies in view of the above problems, and as a result, have solved the above problems by controlling the crosslink density of a polymer crosslinked structure holding an electrolyte solution within a predetermined range. The present inventors have found that the present invention can be performed, and have accomplished the present invention based on this finding. That is, the present invention
(1) A solid comprising an electrolyte solution and a polymer crosslinked structure, wherein the polymer crosslinked structure defined by the following formula (1) has a crosslink density of 0.08 to 0.34. Electrolyte,

【0012】[0012]

【数2】 (Equation 2)

【0013】(式中、nは高分子架橋構造体の前駆物質
として用いたモノマーの種類数であり、Fはi番目の
種類のモノマーの分子量、sはi番目の種類のモノマ
ー1分子中に含まれる重合可能な二重結合の数である。
は全種類のモノマーの質量の合計に対するi番目の
モノマーの種類の質量の割合であって、iが1からnま
でのpの総和は1である。)(2)高分子架橋構造体
が、あらかじめ電解液に溶解させておいた(メタ)アク
リレートモノマーの重合反応により形成されたものであ
ることを特徴とする(1)項記載の固体状電解質、
(3)(メタ)アクリレートモノマーがジメタクリル酸
エチレンを含有していることを特徴とする(2)項記載
の固体状電解質、(4)単一の反応点を持つモノマーと
2個もしくはそれ以上の反応点を持つモノマーのそれぞ
れ少なくとも1種を電解液中で共重合させ、上記式
(1)で規定される架橋密度が0.08〜0.34であ
る高分子架橋構造体を形成させることを特徴とする
(1)、(2)又は(3)項記載の固体状電解質の製造
方法、(5)(1)、(2)又は(3)項記載の固体状
電解質を有してなることを特徴とする非水電解液系電
池、及び(6)正極、負極及び隔膜を最終的な電池形態
に加工した電池セルに、(メタ)アクリレートモノマー
と電解液を含んでなる(1)、(2)又は(3)項記載
の固体状電解質の原液を注入して含浸させ、次いで固化
させることを特徴とする非水電解液系電池の製造方法を
提供するものである。ここで高分子架橋構造体とは、電
解液を含浸して安定に保持する保持性を有するものをい
う。
[0013] (wherein, n is the number of types of monomer used as precursors of the polymeric crosslinked structure, F i is the molecular weight of i-th type of monomer, s i is the i-th type of monomer molecule The number of polymerizable double bonds contained therein.
p i is the ratio of the mass of the i-th monomer type to the sum of the masses of all types of monomers, and the sum of p i from 1 to n is 1. (2) The solid electrolyte according to (1), wherein the polymer crosslinked structure is formed by a polymerization reaction of a (meth) acrylate monomer previously dissolved in an electrolytic solution.
(3) The solid electrolyte according to (2), wherein the (meth) acrylate monomer contains ethylene dimethacrylate, (4) a monomer having a single reaction point and two or more monomers. At least one kind of monomer having a reaction point of the following is copolymerized in an electrolytic solution to form a polymer crosslinked structure having a crosslinking density defined by the above formula (1) of 0.08 to 0.34. (1) The method for producing a solid electrolyte according to (1), (2) or (3), and (5) comprising the solid electrolyte according to (1), (2) or (3). A non-aqueous electrolyte battery, and (6) a battery cell obtained by processing a positive electrode, a negative electrode and a diaphragm into a final battery form, comprising a (meth) acrylate monomer and an electrolyte (1). Inject the undiluted solution of the solid electrolyte described in (2) or (3) Impregnated Te, then there is provided a method of manufacturing a nonaqueous electrolyte based batteries, characterized in that to solidify. Here, the polymer crosslinked structure refers to a structure having a retaining property of stably retaining the polymer by impregnating the electrolyte.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明においては、固体状電解質
に含まれる高分子架橋構造体の架橋密度を制御すること
により、固体状電解質とそれを用いた電池の性能を向上
させることができる。すなわち、高分子架橋構造体を形
成する高分子化合物自体はほとんど同じであっても、本
発明で規定する所定の割合の架橋構造を導入すること
で、劇的に固体状電解質及びそれを用いた電池の性能を
向上させることができる。従来のゲル電解質の製造にお
いて、電解液中で重合可能なモノマーを重合させる場
合、架橋点を導入するための多官能性モノマーは全モノ
マーの質量の合計に対し数%のオーダーで使用される。
本発明においては固体状電解質の高分子架橋構造体の架
橋密度が下記式(1)で規定される値で0.08〜0.
34、好ましくは0.11〜0.25となるようにする
ため、多官能性モノマーを、通常、全モノマーの質量の
数十%のオーダーで使用する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the present invention, the performance of a solid electrolyte and a battery using the same can be improved by controlling the crosslink density of a polymer crosslinked structure contained in the solid electrolyte. That is, even though the polymer compound itself forming the polymer crosslinked structure is almost the same, the solid electrolyte and the solid electrolyte were dramatically used by introducing a predetermined ratio of the crosslinked structure defined in the present invention. The performance of the battery can be improved. In the production of a conventional gel electrolyte, when a polymerizable monomer is polymerized in an electrolytic solution, a polyfunctional monomer for introducing a crosslinking point is used in an order of several% based on the total mass of all the monomers.
In the present invention, the cross-linking density of the polymer cross-linked structure of the solid electrolyte is 0.08 to 0.1 in a value defined by the following formula (1).
Polyfunctional monomers are usually used in the order of tens of percent of the total monomer mass in order to achieve a value of 34, preferably 0.11 to 0.25.

【0015】[0015]

【数3】 (Equation 3)

【0016】(式中、nは高分子架橋構造体の前駆物質
として用いたモノマーの種類数であり、Fはi番目の
種類のモノマーの分子量、sはi番目の種類のモノマ
ー1分子中に含まれる重合可能な二重結合の数である。
は全種類のモノマーの質量の合計に対するi番目の
種類のモノマーの質量の割合であって、iが1からnま
でのpの総和は1である。) 上記式(1)中の(s−1)は、そのモノマーから生
じる架橋点の数を表わしている。例えばメタクリル酸メ
チルやメタクリル酸エチルのようなs=1のモノマーか
らは直鎖ポリマーが得られるだけで架橋点は生じず、ジ
メタクリル酸エチレンのようなs=2のモノマーからは
架橋点が1個生じる。また、トリアクリレート化合物な
どのs=3のモノマーからは架橋点が2個生じる。よっ
て式(1)は、本発明の固体状電解質に含まれる高分子
架橋構造体の前駆物質として用いるモノマー1モルあた
りの架橋点の数を表わしている。本発明においては上記
式(1)を用いて高分子架橋構造体の架橋密度を規定す
ることにより、重合した高分子架橋構造体の化学構造に
よらずに架橋密度を定量することができる。
[0016] (wherein, n is the number of types of monomer used as precursors of the polymeric crosslinked structure, F i is the molecular weight of i-th type of monomer, s i is the i-th type of monomer molecule The number of polymerizable double bonds contained therein.
p i is the ratio of the mass of the i-th monomer to the sum of the masses of all the monomers, and the sum of p i from 1 to n is 1. ) (S i -1) in the above formula (1) represents the number of crosslinking points generated from the monomer. For example, a monomer having s = 1, such as methyl methacrylate or ethyl methacrylate, can only produce a linear polymer, and does not cause a crosslinking point, and a monomer having s = 2, such as ethylene dimethacrylate, has a crosslinking point of one. Come out. Further, two crosslink points are generated from a monomer having s = 3 such as a triacrylate compound. Therefore, the formula (1) represents the number of crosslinking points per 1 mol of the monomer used as a precursor of the polymer crosslinked structure contained in the solid electrolyte of the present invention. In the present invention, by defining the crosslink density of the polymer crosslinked structure using the above formula (1), the crosslink density can be determined regardless of the chemical structure of the polymerized polymer crosslinked structure.

【0017】本発明において、高分子架橋構造体の前駆
物質として用いるモノマーとしては、(メタ)アクリレ
ートモノマーが好ましい。本発明において用いることの
できるs=1のモノマーとしては例えば、メタクリル酸
メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、ア
クリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル
などがあげられる。s=2のモノマーとしては例えば、
ジメタクリル酸エチレン、ジメタクリル酸ブチレンなど
があげられる。s=3のモノマーとしては例えば、トリ
メタクリル酸グリセリンなどがあげられる。
In the present invention, a (meth) acrylate monomer is preferable as a monomer used as a precursor of the polymer crosslinked structure. Examples of the monomer having s = 1 that can be used in the present invention include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, and the like. As the monomer of s = 2, for example,
Examples include ethylene dimethacrylate and butylene dimethacrylate. Examples of the monomer having s = 3 include glycerin trimethacrylate.

【0018】また、本発明において用いることのできる
電解液としては、非水電解液として電池に通常用いられ
ているものであれば特に制限はない。従来の技術の項で
あげた単独の有機溶媒もしくは2種類以上混合した有機
溶媒混合体に対して、同様に従来の技術の項であげたリ
チウム塩を単独もしくは2種類以上混合したものを溶解
し電解液として用いる。この際、リチウム塩の濃度は、
0.2〜2.0(mol/L)が望ましく、含まれる水
分量としては、20ppm以下であることが望ましい。
The electrolytic solution that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a non-aqueous electrolytic solution that is commonly used in batteries. Similarly, a single organic solvent or a mixture of two or more kinds of the organic solvents described in the section of the prior art is dissolved in a single or a mixture of two or more kinds of the lithium salts described in the section of the prior art. Used as electrolyte. At this time, the concentration of the lithium salt is
The water content is desirably 0.2 to 2.0 (mol / L), and the water content is desirably 20 ppm or less.

【0019】本発明において固体状電解質に含まれる高
分子架橋構造体の割合としては、固体状電解質の3〜5
0質量%が好ましい。高分子架橋構造体の割合が低すぎ
ると電解質としての機械的強度に劣り、一方高すぎると
十分なイオン伝導性が得られないことがある。
In the present invention, the proportion of the polymer crosslinked structure contained in the solid electrolyte is 3 to 5 times that of the solid electrolyte.
0% by mass is preferred. If the proportion of the polymer crosslinked structure is too low, the mechanical strength as an electrolyte is poor, while if it is too high, sufficient ion conductivity may not be obtained.

【0020】本発明の固体状電解質は、好ましくは電解
液中に、高分子架橋構造体の前駆物質である低分子化合
物(モノマー)を上記式(1)で規定される架橋密度が
本発明で規定する範囲内となるような混合比で含んでな
る固体状電解質の原液を調製し、これを加熱等、通常行
われる方法でゲル化(固化)させることにより製造す
る。例えば低分子化合物の重合により高分子架橋体を形
成させる場合は、単一の反応点を持つモノマー(上記式
(1)におけるsが1の化合物、すなわち単独重合に
より直鎖状ポリマーを与えるもの)と、架橋剤として働
く2個もしくはそれ以上の反応点を持つモノマー(s
が2以上の化合物)のそれぞれ少なくとも1種を用い、
それらの使用比率を上記式(1)で規定される架橋密度
が本発明で規定する範囲内の値となるよう調整すること
で、生成する高分子架橋構造体の架橋密度を容易に制御
することができる。例えばメタクリル酸メチルとジメタ
クリル酸エチレンを用いて高分子架橋構造体を生成させ
る場合、ジメタクリル酸エチレンの比率を高くすれば高
分子架橋構造体の架橋密度は高くなる。なお、2個もし
くはそれ以上の反応点を持つモノマーの分子量を変化さ
せることで架橋密度をコントロールすることも可能であ
るが、単一の反応点を有するモノマーと2個もしくはそ
れ以上の反応点を持つモノマーを組み合わせて用いてそ
の比率を調整するほうが、架橋密度の範囲や高分子鎖の
化学構造等においてコントロールしうる範囲がはるかに
広い。
In the solid electrolyte of the present invention, a low molecular compound (monomer), which is a precursor of a polymer crosslinked structure, preferably has a crosslink density defined by the above formula (1) in the electrolytic solution. It is manufactured by preparing an undiluted solution of a solid electrolyte containing the mixture at a mixing ratio within a specified range, and gelling (solidifying) this by a usual method such as heating. For example, when a polymer crosslinked product is formed by polymerization of a low molecular weight compound, a monomer having a single reaction site (a compound having si of 1 in the above formula (1), that is, a compound giving a linear polymer by homopolymerization) ) And a monomer having two or more reactive sites (s i
Are two or more compounds).
The crosslink density of the polymer crosslinked structure to be produced can be easily controlled by adjusting the ratio of their use so that the crosslink density defined by the above formula (1) falls within the range defined by the present invention. Can be. For example, when a polymer crosslinked structure is formed using methyl methacrylate and ethylene dimethacrylate, the crosslink density of the polymer crosslinked structure increases as the ratio of ethylene dimethacrylate increases. It is possible to control the crosslinking density by changing the molecular weight of the monomer having two or more reaction points, but it is possible to control the monomer having a single reaction point with two or more reaction points. When the ratio is adjusted by using a combination of the monomers, the range in which the crosslink density and the chemical structure of the polymer chain can be controlled is much wider.

【0021】本発明の固体状電解質の原液には、電解
液、モノマーのほか、重合開始剤などを適宜含有させる
ことができる。重合開始剤は用いるモノマーの種類によ
り適宜選択することができ、例えばアゾビスイソブチロ
ニトリル等のアゾ化合物および過酸化ジベンゾイル等の
有機過酸化物などを用いることができる。
The stock solution of the solid electrolyte according to the present invention may appropriately contain a polymerization initiator and the like in addition to the electrolyte solution and the monomer. The polymerization initiator can be appropriately selected depending on the type of the monomer used. For example, an azo compound such as azobisisobutyronitrile and an organic peroxide such as dibenzoyl peroxide can be used.

【0022】上記固体状電解質を用いた本発明の非水電
解液系電池の製造においては、正極/隔膜/負極を最終
的な電池形態に組み上げたセルに、上記の固形状電解質
の原液を、通常の電解液を注入するのと同様にして注入
し、その後加熱等を行って原液をゲル化させることで、
無漏液の電池を簡便な製造工程で提供しうる。この製造
方法においては電解質膜の成膜工程や、成膜した電解質
膜を単独で取扱う工程などが一切不要であり、通常の電
解液をそのまま注入した電池の製造方法と実質的に変わ
らない方法で、固体状電解質を有する電池を製造でき
る。また、固体状電解質は隔膜や電極の細孔の中で初め
てゲル化されて形成されるため、電池としての一体性に
非常に優れたものが得られる。本発明の非水電解液系電
池は、本発明の固体状電解質を有すること以外は特に制
限はなく、その形状や、正極、負極の材質等は通常の非
水電解液系電池に用いられているものを用いることがで
きる。図1に本発明の固体状電解質を用いたフィルム状
リチウムイオン二次電池の一例を示した。図1(b)に
断面図で示すように、アルミラミネートシート製の外装
材4、LiCoO2正極1、炭素負極2、電池隔壁3か
らなる一体化電池セル内に電解質原液を減圧封入したの
ち加熱固化させることにより、図1(a)に斜視図とし
て示したフィルム状リチウムイオン二次電池を作製する
ことができる。図1中、5は正極タブ、6は負極タブ、
7は熱融着封口部を示す。図1(b)は図1(a)のA
−A断面説明図(中央部のみ)である。
In the production of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention using the solid electrolyte, the undiluted solution of the solid electrolyte is added to a cell in which the positive electrode / diaphragm / negative electrode is assembled into a final battery form. By injecting in the same manner as injecting a normal electrolytic solution, and then performing heating etc. to gel the stock solution,
A battery with no liquid leakage can be provided by a simple manufacturing process. In this manufacturing method, there is no need for a step of forming an electrolyte membrane or a step of independently handling the formed electrolyte membrane, and the method is substantially the same as a method of manufacturing a battery in which a normal electrolytic solution is directly injected. A battery having a solid electrolyte can be manufactured. In addition, since the solid electrolyte is first formed into a gel within the pores of the diaphragm and the electrode, the solid electrolyte is very excellent in integration as a battery. The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is not particularly limited except that it has the solid electrolyte of the present invention, and its shape, the positive electrode, the material of the negative electrode and the like are used for ordinary non-aqueous electrolyte batteries. Can be used. FIG. 1 shows an example of a film-shaped lithium ion secondary battery using the solid electrolyte of the present invention. As shown in the cross-sectional view of FIG. 1B, the undiluted electrolyte solution is sealed under reduced pressure in an integrated battery cell composed of an exterior material 4 made of an aluminum laminate sheet, a LiCoO 2 positive electrode 1, a carbon negative electrode 2, and a battery partition 3, and then heated. By solidifying, a film-shaped lithium ion secondary battery shown in a perspective view in FIG. 1A can be manufactured. In FIG. 1, 5 is a positive electrode tab, 6 is a negative electrode tab,
Reference numeral 7 denotes a heat-sealing sealing portion. FIG. 1B is a view showing A in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view (only a central portion).

【0023】なお、電解質原液に分子量の大きいマクロ
モノマーを使用すると該原液の粘度が上昇し、電極の細
孔もしくは電池に注入しにくくなる場合がある。この観
点からは電解質原液がポリエチレンオキシド等のポリア
ルキレンオキシド構造を含むマクロモノマーを含有しな
いことが好ましく、また、電解質原液に含まれるモノマ
ーの分子量が好ましくは400以下、さらに好ましくは
200以下となるようにする。なお、高分子化合物中の
ポリアルキレンオキシド構造はリチウムイオン等と強い
相互作用を生ずるため、リチウムイオン等の輸率が低
く、電池の充放電に必要なリチウムイオン等自体の移動
性に劣る場合が多い。
When a macromonomer having a large molecular weight is used in the electrolyte stock solution, the viscosity of the stock solution increases, and it may be difficult to inject the electrolyte into the pores of the electrode or the battery. From this viewpoint, the electrolyte stock solution preferably does not contain a macromonomer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide, and the molecular weight of the monomer contained in the electrolyte stock solution is preferably 400 or less, more preferably 200 or less. To In addition, since the polyalkylene oxide structure in the polymer compound causes strong interaction with lithium ions and the like, the transport number of lithium ions and the like is low, and the mobility of lithium ions and the like itself required for charging and discharging of the battery may be poor. Many.

【0024】本発明の固体状電解質は、上記の電池のほ
か、正極、隔膜、負極などからなる各種の電気化学デバ
イスに用いることができ、例えばコンデンサ、エレクト
ロクロミックデバイス(電気化学表示素子)などに利用
することができる。
The solid electrolyte of the present invention can be used for various electrochemical devices including a positive electrode, a diaphragm, a negative electrode and the like, in addition to the above-mentioned battery, for example, a capacitor, an electrochromic device (electrochemical display element) and the like. Can be used.

【0025】[0025]

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。また適宜本発明の効果をより明確にするための比
較例も併せて示す。なお実施例および比較例において
は、主に隔膜の両面に正極、負極を接合したもの、すな
わち正極/隔膜/負極が完全に一体になった一体型電池
セルを用いた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on embodiments. In addition, comparative examples for further clarifying the effects of the present invention are also shown. In Examples and Comparative Examples, a battery in which a positive electrode and a negative electrode were mainly bonded to both surfaces of a diaphragm, that is, an integrated battery cell in which the positive electrode / diaphragm / negative electrode was completely integrated was used.

【0026】1.LiCoO正極の作製活物質として
LiCoO(日興ファインプロダクツ社製)を90g
と、導電剤として黒鉛粉末(ロンザ社製、商品名KS−
6)を7gと、結着剤としてPVDFを3gと1−メチ
ル−2−ピロリドン42gを混練することにより電極合
剤ペーストを作製した。このペーストを厚さ30μmの
アルミ箔の片面に乾燥後の電極合剤の質量が約20mg
/cmになるように塗布し、100℃で加熱すること
により1−メチル−2−ピロリドンを散逸させた。その
後ロールプレス機を用いて圧縮成型することによりLi
CoO電極を作製した。この方法で作製したLiCo
電極を、以下の実施例においては単に正極と呼ぶ。
また後述の電池セル作製に際しては、部分的に電極合剤
を剥がしてタブを取った30×30mmの大きさの電極
を用いた。
1. 90 g of LiCoO 2 (manufactured by Nikko Fine Products) as an active material for producing a LiCoO 2 positive electrode
And graphite powder as a conductive agent (manufactured by Lonza, trade name KS-
6), 3 g of PVDF as a binder and 42 g of 1-methyl-2-pyrrolidone were kneaded to prepare an electrode mixture paste. The mass of the electrode mixture after drying was about 20 mg on one side of an aluminum foil having a thickness of 30 μm.
/ Cm 2 and heated at 100 ° C. to dissipate 1-methyl-2-pyrrolidone. Then, compression molding using a roll press machine
A CoO 2 electrode was made. LiCo produced by this method
The O 2 electrode, simply referred to as positive electrode in the following examples.
In the production of a battery cell described later, an electrode having a size of 30 × 30 mm was used in which the electrode mixture was partially peeled off and a tab was formed.

【0027】2.炭素負極の作製 活物質として黒鉛系炭素活物質(ペトカ社製、商品名B
L924)94gと、結着剤としてPVDF 6gと1
−メチル−2−ピロリドン70gを混練することにより
電極合剤ペーストを作製した。このペーストを厚さ20
μmの銅箔の片面に乾燥後の電極合剤の質量が約10m
g/cmになるように塗布し、100℃で加熱するこ
とにより1−メチル−2−ピロリドンを散逸させた。そ
の後ロールプレス機で圧縮成型することにより炭素電極
を作製した。この方法で作製した炭素電極を、以下の実
施例においては単に負極と呼ぶ。また後述の電池セル作
製に際しては、部分的に電極合剤を剥がしてタブを取っ
た31×31mmの大きさの電極を用いた。
2. Preparation of carbon negative electrode Graphite-based carbon active material (trade name B, manufactured by Petka Co., Ltd.)
L924) 94 g, PVDF 6 g and 1 as a binder
An electrode mixture paste was prepared by kneading 70 g of -methyl-2-pyrrolidone. This paste has a thickness of 20
The mass of the electrode mixture after drying on one side of a copper foil of
g / cm 2 and heated at 100 ° C. to dissipate 1-methyl-2-pyrrolidone. Thereafter, a carbon electrode was produced by compression molding with a roll press. The carbon electrode produced by this method is simply referred to as a negative electrode in the following examples. In the production of a battery cell to be described later, an electrode having a size of 31 × 31 mm in which the electrode mixture was partially peeled off and a tab was formed was used.

【0028】3.一体化電池セルの作製 ガラス瓶中で平均粒径6μmのPVDF粉末(ダイキン
工業社製、商品名VP850)2.5gとエタノール4
7.5gを混合し、超音波洗浄機内で超音波照射するこ
とにより、PVDF粉末を分散させた。このPVDF粉
末分散液をガラスシャーレに移し取り、親水性PTFE
製微孔質膜(日本ミリポア社製、商品名JGWPメンブ
ランフィルター)を35×35mmに切り抜いたものを
浸して両面を濡らしてPVDF粉末を付着させた後、取
り出して正極と負極の間に挟み込んでガラス板で両側か
ら固定した。60℃で加熱及び真空乾燥してエタノール
を散逸させた後、窒素気流中200℃×10分間加熱し
て、PVDF粉末を溶融させることにより、親水性PT
FE製微孔質膜と正極及び負極を接着させ、正極/隔膜
/負極が完全に一体化した電池セルを作製した。
3. Preparation of Integrated Battery Cell In a glass bottle, 2.5 g of PVDF powder (VP850, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) having an average particle size of 6 μm and ethanol 4
7.5 g were mixed and irradiated with ultrasonic waves in an ultrasonic cleaner to disperse the PVDF powder. This PVDF powder dispersion is transferred to a glass Petri dish, and hydrophilic PTFE is dispersed.
A microporous membrane (manufactured by Nippon Millipore Co., Ltd., trade name: JGWP membrane filter) cut out to 35 × 35 mm was immersed and wetted on both sides to adhere PVDF powder, then taken out and sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. It was fixed from both sides with a glass plate. After heating and vacuum drying at 60 ° C. to dissipate the ethanol, the polymer is heated at 200 ° C. for 10 minutes in a nitrogen stream to melt the PVDF powder, thereby obtaining hydrophilic PT.
The FE microporous membrane was bonded to the positive electrode and the negative electrode to produce a battery cell in which the positive electrode / diaphragm / negative electrode was completely integrated.

【0029】4.電解質原液の調製 メタクリル酸メチル(分子量F=100.12、重合
可能な二重結合の数s =1)とジメタクリル酸エチレ
ン(F=198.22、s=2)とを表1に示す質
量比(95:5〜40:60)で混合したモノマー混合
物を作成し、体積比1:1のエチレンカーボネートとジ
エチルカーボネートの混合物に1MのLiBF4を溶解
させた電解液とモノマー混合物を、モノマー混合物:電
解液の質量比が15:85になるように混ぜ合わせた。
そして最終的に重合開始剤としてアゾビスイソブチロニ
トリルを1000ppm添加し、電解質原液とした。な
お、電解質原液の調製及びそれ以後の取扱いは全て露点
が−60℃以下の乾燥空気中もしくはアルゴン雰囲気下
で行った。
4. Preparation of electrolyte stock solution Methyl methacrylate (molecular weight F1= 100.12, polymerization
Number of possible double bonds s 1= 1) and ethyl methacrylate
(F2= 198.22, s2= 2) and the quality shown in Table 1.
Monomer mixture mixed in quantitative ratio (95: 5 to 40:60)
And a mixture of ethylene carbonate and diethylene in a volume ratio of 1: 1.
1M LiBF in a mixture of ethyl carbonateFourDissolve
The electrolyte solution and the monomer mixture that have been
The solution was mixed so that the mass ratio of the solution was 15:85.
Finally, azobisisobutyronitrile is used as a polymerization initiator.
Tolyl was added in an amount of 1000 ppm to prepare an electrolyte stock solution. What
Note that the preparation of the electrolyte stock solution and subsequent handling are all dew points.
In dry air below -60 ° C or in an argon atmosphere
I went in.

【0030】5.電池化 一体化電池セル内に減圧下で電解質原液を注入した。す
なわち上記方法で作製した一体化電池セルを耐圧容器に
入れ、全体をドライ真空ポンプを用いて約100kPa
まで減圧しておき、そこに電池が完全に浸かるように電
解質原液を導入し、減圧状態のまま3分間および常圧に
戻し10分間放置することにより、一体化電池セル内に
電解質原液を注入した。その後電池セルを容器から取り
出し、端子の部分も完全に入るように大きめのアルミラ
ミネートシート製の袋に電池セルを封入した。この状態
で80℃で2時間加熱し、電解質原液を固化させた。電
解質原液を固化させた後、袋から電池セルを取り出し、
電解質が固化していることを確認し、また電池セル表面
の余分な電解質を取り除いた後に、最終的に図1に示す
ように端子の部分5、6を取り出すような形でアルミラ
ミネートシート製の外装材4に減圧封入することによ
り、フィルム状リチウムイオン電池No.1〜12を作
製した。
5. Battery Conversion An undiluted electrolyte solution was injected into the integrated battery cell under reduced pressure. That is, the integrated battery cell produced by the above method was put into a pressure-resistant container, and the whole was subjected to about 100 kPa using a dry vacuum pump.
The electrolyte solution was introduced so that the battery was completely immersed therein, and the electrolyte solution was injected into the integrated battery cell by leaving it in the reduced pressure state for 3 minutes and returning to normal pressure for 10 minutes. . Thereafter, the battery cell was taken out of the container, and the battery cell was sealed in a large aluminum laminate sheet bag so that the terminal portion was completely contained. In this state, the mixture was heated at 80 ° C. for 2 hours to solidify the electrolyte stock solution. After solidifying the electrolyte stock solution, take out the battery cell from the bag,
After confirming that the electrolyte has been solidified and removing excess electrolyte on the surface of the battery cell, finally, as shown in FIG. By encapsulating the film-shaped lithium ion battery No. 4 in the exterior material 4 under reduced pressure, Nos. 1 to 12 were produced.

【0031】なお、比較用として、電解質原液に代え
て、体積比1:1のエチレンカーボネートとジエチルカ
ーボネートの混合物に1MのLiBF4を溶解させた電
解液のみを注入した以外は上記と同様にしてフィルム状
リチウムイオン電池No.13を作製した。
For comparison, in the same manner as above, except that only an electrolyte obtained by dissolving 1M LiBF 4 in a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 was used instead of the electrolyte solution. Film-shaped lithium ion battery No. 13 was produced.

【0032】6.充放電サイクル試験 電池の充放電試験は25℃の恒温槽内において、充電上
限電圧を4.2Vに設定し、最大電流6mAで5時間充
電した。一方、放電は6mAの一定電流で電池電圧が
2.7Vに達するまでとした。なお充電と放電との間に
は15分間の休止時間をおいた。この試験の結果を表1
に併せて示す。
6. Charge / discharge cycle test In the charge / discharge test of the battery, the battery was charged for 5 hours at a maximum current of 6 mA in a constant temperature bath at 25 ° C. with a charging upper limit voltage of 4.2 V. On the other hand, the discharge was performed until the battery voltage reached 2.7 V at a constant current of 6 mA. In addition, a pause of 15 minutes was provided between charging and discharging. Table 1 shows the results of this test.
Are shown together.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】表1の結果から明らかなように、式(1)
で求められる架橋密度を0.08〜0.34とした本発
明例の電池は、3サイクル目で電解液をそのまま注入し
た電池の80%以上の放電容量を有しており、かつ、5
0サイクル目の放電容量も大きく、サイクル特性にも優
れていることがわかる。式(1)で規定される架橋密度
が小さすぎる電池は初期の放電容量が十分でなく、50
サイクル目の放電容量はさらに大きく低下している。一
方、式(1)で規定される架橋密度が大きすぎる電池で
は、サイクル数による放電容量の低下は少ないものの、
放電容量自体が小さく、十分な容量のものが得られてい
ない。なお、上記実施例においてはジアクリレート体で
あるジメタクリル酸エチレンを15〜50質量%含むも
の(No.3〜10)が本発明で規定する架橋密度の範
囲内となっており、全て十分な性能を有する電池が得ら
れているが、ジメタクリル酸エチレンが20〜40質量
%(式(1)で規定される架橋密度が0.11〜0.2
5)のもの(No.4〜8)は特に優れた性能を有して
いる。これらは、3サイクル目の放電容量が電解液のみ
を使用した電池の90%以上とさらに高く、かつ、サイ
クル性にも優れ、固体状電解質を用いているにもかかわ
らず、電解液をそのまま使用した電池に近い、極めて高
い電池性能を有していることがわかる。
As is clear from the results in Table 1, the expression (1)
The battery of the example of the present invention in which the crosslink density determined by the above was 0.08 to 0.34 had a discharge capacity of 80% or more of the battery into which the electrolyte was injected as it was at the third cycle, and 5%.
It can be seen that the discharge capacity at the 0th cycle is large and the cycle characteristics are also excellent. A battery having a too low crosslinking density defined by the formula (1) has insufficient initial discharge capacity, and
The discharge capacity at the cycle is much lower. On the other hand, in a battery having an excessively high cross-linking density defined by the formula (1), although the decrease in discharge capacity due to the number of cycles is small,
The discharge capacity itself is small, and a sufficient capacity is not obtained. In the above Examples, those containing 15 to 50% by mass of dimethacrylate ethylene (No. 3 to 10) are within the range of the crosslinking density defined in the present invention, and all of them are sufficient. Although a battery having performance was obtained, ethylene dimethacrylate contained 20 to 40% by mass (crosslink density defined by the formula (1) was 0.11 to 0.2%).
5) (Nos. 4 to 8) have particularly excellent performance. These batteries have a discharge capacity in the third cycle of 90% or more higher than that of a battery using only the electrolytic solution, and have excellent cyclability, and use the electrolytic solution as it is despite the use of a solid electrolyte. It can be seen that the battery has extremely high battery performance close to that of the battery.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の固体状電解質は電池等に用いた
ときに充放電容量の高いものとすることができ、充放電
を繰返しても容量の低下が少ないという優れた性質を有
し、電解液と高分子架橋構造体の前駆物質であるモノマ
ー化合物を含んでなる原液を用いて簡便に製造すること
ができる。本発明の非水電解液系電池は、上記の原液を
用いて電解液をそのまま注入するのと変わらない製造工
程で製造することができ、固体状電解質を用いているた
め液漏れが防止され、形状の自由度も高く、かつ、電解
液をそのまま用いた電池に近い、高い電池性能を有す
る。また本発明の電池は、電池の製造上、電解質膜の成
膜工程や、電解質膜を用いた電池の組立工程が無くなる
ので、超乾燥雰囲気の工程が大幅に減り、電池の製造工
程が極めてシンプルになる。
The solid electrolyte of the present invention can have a high charge / discharge capacity when used in a battery or the like, and has an excellent property that the capacity does not decrease much after repeated charge / discharge. It can be easily produced using a stock solution containing an electrolytic solution and a monomer compound which is a precursor of a polymer crosslinked structure. The non-aqueous electrolyte battery of the present invention can be manufactured in the same manufacturing process as injecting the electrolyte solution as it is using the undiluted solution, and the use of a solid electrolyte prevents liquid leakage, It has a high degree of freedom in shape and has high battery performance close to a battery using an electrolytic solution as it is. In addition, the battery of the present invention eliminates the step of forming an electrolyte membrane and the step of assembling the battery using the electrolyte membrane in the manufacture of the battery, so the number of steps in an ultra-dry atmosphere is greatly reduced, and the battery manufacturing process is extremely simple. become.

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

【図1】(a)は本発明の電池の一実施態様であるフィ
ルム状リチウムイオン電池の斜視図であり、(b)は
(a)のA−A断面説明図(中央部のみ)である。
FIG. 1A is a perspective view of a film-shaped lithium ion battery as an embodiment of the battery of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional explanatory view of AA in FIG. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 LiCoO正極 2 炭素負極 3 電池隔膜 4 アルミラミネートフィルム製外装材 5 正極タブ 6 負極タブ 7 熱融着封口部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LiCoO 2 Positive electrode 2 Carbon negative electrode 3 Battery diaphragm 4 Aluminum laminate film exterior material 5 Positive electrode tab 6 Negative electrode tab 7 Heat sealing sealing part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解液および高分子架橋構造体を含んで
なり、下記式(1)で規定される該高分子架橋構造体の
架橋密度が0.08〜0.34であることを特徴とする
固体状電解質。 【数1】 (式中、nは高分子架橋構造体の前駆物質として用いた
モノマーの種類数であり、Fはi番目の種類のモノマ
ーの分子量、sはi番目の種類のモノマー1分子中に
含まれる重合可能な二重結合の数である。pは全種類
のモノマーの質量の合計に対するi番目の種類のモノマ
ーの質量の割合であって、iが1からnまでのpの総
和は1である。)
1. A cross-linking density of the polymer cross-linked structure defined by the following formula (1), comprising an electrolyte solution and a polymer cross-linked structure: 0.08 to 0.34. Solid electrolyte. (Equation 1) (Wherein, n is the number of types of monomer used as precursors of the polymeric crosslinked structure, F i is the molecular weight of i-th type of monomer, s i is contained in the i-th type of monomer molecule P i is the ratio of the mass of the i-th monomer to the sum of the masses of all the monomers, and the sum of p i from 1 to n is 1)
【請求項2】 高分子架橋構造体が、あらかじめ電解液
に溶解させておいた(メタ)アクリレートモノマーの重
合反応により形成されたものであることを特徴とする請
求項1記載の固体状電解質。
2. The solid electrolyte according to claim 1, wherein the polymer crosslinked structure is formed by a polymerization reaction of a (meth) acrylate monomer previously dissolved in an electrolytic solution.
【請求項3】 (メタ)アクリレートモノマーがジメタ
クリル酸エチレンを含有していることを特徴とする請求
項2記載の固体状電解質。
3. The solid electrolyte according to claim 2, wherein the (meth) acrylate monomer contains ethylene dimethacrylate.
【請求項4】 単一の反応点を持つモノマーと2個もし
くはそれ以上の反応点を持つモノマーのそれぞれ少なく
とも1種を電解液中で共重合させ、上記式(1)で規定
される架橋密度が0.08〜0.34である高分子架橋
構造体を形成させることを特徴とする請求項1、2又は
3記載の固体状電解質の製造方法。
4. A copolymer having at least one of a monomer having a single reactive site and a monomer having two or more reactive sites is copolymerized in an electrolytic solution to obtain a crosslink density defined by the above formula (1). 4. The method for producing a solid electrolyte according to claim 1, wherein a polymer crosslinked structure having a value of 0.08 to 0.34 is formed. 5.
【請求項5】 請求項1、2又は3記載の固体状電解質
を有してなることを特徴とする非水電解液系電池。
5. A non-aqueous electrolyte battery comprising the solid electrolyte according to claim 1, 2, or 3.
【請求項6】 正極、負極及び隔膜を最終的な電池形態
に加工した電池セルに、(メタ)アクリレートモノマー
と電解液を含んでなる請求項1、2又は3記載の固体状
電解質の原液を注入して含浸させ、次いで固化させるこ
とを特徴とする非水電解液系電池の製造方法。
6. The undiluted solution of a solid electrolyte according to claim 1, which comprises a (meth) acrylate monomer and an electrolytic solution in a battery cell in which a positive electrode, a negative electrode and a diaphragm are processed into a final battery form. A method for producing a non-aqueous electrolyte battery, which comprises injecting, impregnating, and then solidifying.
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