JP2003068329A - リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法 - Google Patents
リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極の物性を損なうことなく、電極との接触
抵抗を低く確保しながら、高分子固体電解質膜の厚さを
薄くして電気化学装置のエネルギー効率及び電流密度を
向上させること。 【解決手段】 電極の表面に、延伸多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された高分子
固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を高分子固
体電解質の溶媒又は溶液を用いて一体に形成した高分子
固体電解質・電極接合体。特にリチウム電池用の高分子
固体電解質・電極接合体。上記の高分子固体電解質の両
面に電極を一体に形成してもよい。
抵抗を低く確保しながら、高分子固体電解質膜の厚さを
薄くして電気化学装置のエネルギー効率及び電流密度を
向上させること。 【解決手段】 電極の表面に、延伸多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された高分子
固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を高分子固
体電解質の溶媒又は溶液を用いて一体に形成した高分子
固体電解質・電極接合体。特にリチウム電池用の高分子
固体電解質・電極接合体。上記の高分子固体電解質の両
面に電極を一体に形成してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高分子固体電解質・
電極接合体に係わる。より詳しくは、イオン導電性高分
子固体電解質を使用する電気化学装置の電極・高分子固
体電解質接合体に係わり、例えば、リチウムイオン伝導
性固体電解質を使用したリチウム電池或いはプロトン伝
導性固体電解質を使用した水電解装置等に利用し得る
が、最適にはプロトン伝導性固体電解質を使用する高分
子固体電解質型燃料電池に使用するものである。
電極接合体に係わる。より詳しくは、イオン導電性高分
子固体電解質を使用する電気化学装置の電極・高分子固
体電解質接合体に係わり、例えば、リチウムイオン伝導
性固体電解質を使用したリチウム電池或いはプロトン伝
導性固体電解質を使用した水電解装置等に利用し得る
が、最適にはプロトン伝導性固体電解質を使用する高分
子固体電解質型燃料電池に使用するものである。
【０００２】
【従来の技術】高分子固体電解質を使用した電気化学装
置ではエネルギー効率の一層の向上が求められており、
そのため電極構造を工夫し、電極反応点を三次元化して
反応活性点を増す様にすると共に高分子固体電解質を電
極内部にも配置し、速やかにイオンが移動できる様にし
ている。発生したイオンを速やかに対極まで移動できる
様にするためには、電極内の固体電解質と隔膜である固
体電解質膜との接触が良く、又固体電解質膜自体の膜抵
抗が低い必要があり、そのためには膜厚はできるだけ薄
い方が好ましい。更に、燃料電池で使用されている高分
子固体電解質膜は常に湿潤状態で使用しなければイオン
伝導性の低下や、分極が発生して性能が低下するため、
反応ガスに加湿して、間接的に湿潤状態を維持するよう
にしているが、高分子固体電解質膜が薄いほど加湿効率
が良く、限界電流密度の向上が期待できる。
置ではエネルギー効率の一層の向上が求められており、
そのため電極構造を工夫し、電極反応点を三次元化して
反応活性点を増す様にすると共に高分子固体電解質を電
極内部にも配置し、速やかにイオンが移動できる様にし
ている。発生したイオンを速やかに対極まで移動できる
様にするためには、電極内の固体電解質と隔膜である固
体電解質膜との接触が良く、又固体電解質膜自体の膜抵
抗が低い必要があり、そのためには膜厚はできるだけ薄
い方が好ましい。更に、燃料電池で使用されている高分
子固体電解質膜は常に湿潤状態で使用しなければイオン
伝導性の低下や、分極が発生して性能が低下するため、
反応ガスに加湿して、間接的に湿潤状態を維持するよう
にしているが、高分子固体電解質膜が薄いほど加湿効率
が良く、限界電流密度の向上が期待できる。
【０００３】また、従来は、固体電解質膜と電極をそれ
ぞれ別に用意し、これらを重ね合わせた後ホットプレス
により接合する方法が一般的に行われており、高分子固
体電解質としては市販品として膜状に成形されたもの
（例えば米国デュポン社製ナフィオン＃１１５等）や、
その溶液をキャストして薄膜状に成形したもの等が使用
されている。またホットプレスせずに機械的にはさみこ
んで使用することも提案されている。
ぞれ別に用意し、これらを重ね合わせた後ホットプレス
により接合する方法が一般的に行われており、高分子固
体電解質としては市販品として膜状に成形されたもの
（例えば米国デュポン社製ナフィオン＃１１５等）や、
その溶液をキャストして薄膜状に成形したもの等が使用
されている。またホットプレスせずに機械的にはさみこ
んで使用することも提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホット
プレスによる接合に於いては、温度により膜が軟化した
ところで圧力が加えられるため、膜厚をあまり薄くする
と膜が破壊されて、ガス漏れを生じたり、電極間の短絡
が発生したりしやすいという問題があった。このことは
電極の平滑性が悪いときには更に難しい問題となるた
め、極端に膜厚を薄くすることは困難であった。またホ
ットプレス時に電極自体も圧密化されるため、高電流密
度での作動を可能にするための電極の重要な要素である
通気性を損なうという問題もあった。
プレスによる接合に於いては、温度により膜が軟化した
ところで圧力が加えられるため、膜厚をあまり薄くする
と膜が破壊されて、ガス漏れを生じたり、電極間の短絡
が発生したりしやすいという問題があった。このことは
電極の平滑性が悪いときには更に難しい問題となるた
め、極端に膜厚を薄くすることは困難であった。またホ
ットプレス時に電極自体も圧密化されるため、高電流密
度での作動を可能にするための電極の重要な要素である
通気性を損なうという問題もあった。
【０００５】これら等の問題を解決し、またホットプレ
ス工程そのものを省略できるということで、機械的には
さみこんで使用する方法も提案されているが、電極との
接触を一様に保つこと及び接触抵抗自体を低く保つため
には、かなりの圧力を必要とし、膜厚を薄くした場合、
ホットプレスと同様の問題があった。また複数セルを積
み重ねて構成される燃料電池に於いては、電極または膜
の応力緩和等により長期にわたって一定の接触抵抗を保
つことは困難であり信頼性の低いものになってしまう。
ス工程そのものを省略できるということで、機械的には
さみこんで使用する方法も提案されているが、電極との
接触を一様に保つこと及び接触抵抗自体を低く保つため
には、かなりの圧力を必要とし、膜厚を薄くした場合、
ホットプレスと同様の問題があった。また複数セルを積
み重ねて構成される燃料電池に於いては、電極または膜
の応力緩和等により長期にわたって一定の接触抵抗を保
つことは困難であり信頼性の低いものになってしまう。
【０００６】これらの問題を解決する為に、電極触媒、
好ましくはシート状に成形された電極または電極触媒面
上に、高分子固体電解質樹脂の溶液を塗布乾燥すること
により直接固体電解質膜を形成して接合体とし、更にこ
の様にして成形された接合体どうしを固体電解質膜面を
つき合わせてホットプレスするか、または高分子固体電
解質樹脂溶液またはその溶媒を塗布した後つき合わせて
一体化した後溶媒を除去するか、または電極面に高分子
固体電解質樹脂の溶液を塗布した後未乾燥状態のうちに
やはり電極または電極面に高分子固体電解質溶液を塗布
または塗布乾燥したものをつき合わせた後、溶媒を除去
してカソード／膜／アノード一体成形品とすることも提
案されている。しかしながら、電極触媒層面上に高分子
固体電解質樹脂溶液を塗布して膜を成形する方法では、
電極構造によっては造膜性が悪く、過度に溶液を塗布す
る必要があり、そのため電極触媒層内への高分子固体電
解質樹脂の浸透が過剰になり、ガス拡散性を阻害する可
能性があった。また均一な膜厚とすることも難しく、膜
厚を薄くしようとする場合、やはり電極間の短絡を生じ
る可能性が高いものであった。
好ましくはシート状に成形された電極または電極触媒面
上に、高分子固体電解質樹脂の溶液を塗布乾燥すること
により直接固体電解質膜を形成して接合体とし、更にこ
の様にして成形された接合体どうしを固体電解質膜面を
つき合わせてホットプレスするか、または高分子固体電
解質樹脂溶液またはその溶媒を塗布した後つき合わせて
一体化した後溶媒を除去するか、または電極面に高分子
固体電解質樹脂の溶液を塗布した後未乾燥状態のうちに
やはり電極または電極面に高分子固体電解質溶液を塗布
または塗布乾燥したものをつき合わせた後、溶媒を除去
してカソード／膜／アノード一体成形品とすることも提
案されている。しかしながら、電極触媒層面上に高分子
固体電解質樹脂溶液を塗布して膜を成形する方法では、
電極構造によっては造膜性が悪く、過度に溶液を塗布す
る必要があり、そのため電極触媒層内への高分子固体電
解質樹脂の浸透が過剰になり、ガス拡散性を阻害する可
能性があった。また均一な膜厚とすることも難しく、膜
厚を薄くしようとする場合、やはり電極間の短絡を生じ
る可能性が高いものであった。
【０００７】本発明は、高分子固体電解質膜を使用した
電気化学装置のエネルギー効率、及び高電流密度での作
動を可能とすべく、固体電解質膜の厚さを薄くすること
を可能とし、しかも電極本来の物性を損なわずに、電極
との接触抵抗を低く且つ確実に確保し、また必ずしもヒ
ートプレス工程を必要としない電極／膜接合体または電
極／膜／電極接合体を得ることを目的とする。
電気化学装置のエネルギー効率、及び高電流密度での作
動を可能とすべく、固体電解質膜の厚さを薄くすること
を可能とし、しかも電極本来の物性を損なわずに、電極
との接触抵抗を低く且つ確実に確保し、また必ずしもヒ
ートプレス工程を必要としない電極／膜接合体または電
極／膜／電極接合体を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、電極の表面に、延伸多孔質ポリテ
トラフルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された
高分子固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を一
体に形成したことを特徴とする高分子固体電解質・電極
接合体を提供する。また、上記の高分子固体電解質の両
面に電極を一体に形成した電極／高分子固体電解質／電
極接合体とすることができる。
的を達成するために、電極の表面に、延伸多孔質ポリテ
トラフルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された
高分子固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を一
体に形成したことを特徴とする高分子固体電解質・電極
接合体を提供する。また、上記の高分子固体電解質の両
面に電極を一体に形成した電極／高分子固体電解質／電
極接合体とすることができる。
【０００９】即ち、電極面上に高分子固体電解質樹脂溶
液を塗布製膜する際、延伸多孔質ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）フィルムを予め電極面上に配置して
おくことにより、殆どの樹脂分が延伸多孔質ＰＴＦＥの
空隙部に含有され、一部裏面まで浸透した樹脂が電極と
のバインダーとして接合に寄与する。一般的には、電極
内部にも電極反応点を増やすために高分子固体電解質樹
脂が含まれることが多いが、この場合には接合強度はよ
り強いものとなる。
液を塗布製膜する際、延伸多孔質ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）フィルムを予め電極面上に配置して
おくことにより、殆どの樹脂分が延伸多孔質ＰＴＦＥの
空隙部に含有され、一部裏面まで浸透した樹脂が電極と
のバインダーとして接合に寄与する。一般的には、電極
内部にも電極反応点を増やすために高分子固体電解質樹
脂が含まれることが多いが、この場合には接合強度はよ
り強いものとなる。
【００１０】同様の構造及び効果は延伸多孔質ＰＴＦＥ
膜に予め高分子固体電解質樹脂溶液を含浸したものを電
極面に配置した後に、溶媒を除去することによっても得
られる。この場合、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜内の固体電解
質樹脂が電極に過度に浸透してしまい延伸多孔質ＰＴＦ
Ｅ膜・高分子固体電解質樹脂複合膜が多孔質（ポーラ
ス）になってしまうことを防止するために、電極面に配
置する前に予め適度に溶媒を除去しておくことが好まし
いが、除去しすぎると接着力が低下し、抵抗が高くなっ
てしまう。
膜に予め高分子固体電解質樹脂溶液を含浸したものを電
極面に配置した後に、溶媒を除去することによっても得
られる。この場合、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜内の固体電解
質樹脂が電極に過度に浸透してしまい延伸多孔質ＰＴＦ
Ｅ膜・高分子固体電解質樹脂複合膜が多孔質（ポーラ
ス）になってしまうことを防止するために、電極面に配
置する前に予め適度に溶媒を除去しておくことが好まし
いが、除去しすぎると接着力が低下し、抵抗が高くなっ
てしまう。
【００１１】このため予め延伸多孔質ＰＴＦＥ膜に固体
電解質樹脂溶液を含浸した後、溶媒を除去して延伸多孔
質ＰＴＦＥ膜・固体電解質樹脂複合膜を形成した後、改
めてバインダーとして固体電解質樹脂溶液をその表面ま
たは電極面に塗布した後、溶媒の存在下に電極面上に配
置し、その後溶媒を除去して接合体としてもよい。以上
の高分子固体電解質と電極とを接合するに当って、電極
材料の表面に予め高分子固体電解質溶液をわずかに塗布
しておくこともできる。これは高分子固体電解質と電極
との接着性を向上させる効果がある。
電解質樹脂溶液を含浸した後、溶媒を除去して延伸多孔
質ＰＴＦＥ膜・固体電解質樹脂複合膜を形成した後、改
めてバインダーとして固体電解質樹脂溶液をその表面ま
たは電極面に塗布した後、溶媒の存在下に電極面上に配
置し、その後溶媒を除去して接合体としてもよい。以上
の高分子固体電解質と電極とを接合するに当って、電極
材料の表面に予め高分子固体電解質溶液をわずかに塗布
しておくこともできる。これは高分子固体電解質と電極
との接着性を向上させる効果がある。
【００１２】一方、延伸多孔質ＰＴＦＥの片面上に予め
電極を形成しておいたものに於いても、同様の構造及び
効果が得られる。すなわち高分子固体電解質樹脂成分は
浸透できるが、触媒粉末等の固体成分は浸透出来ないよ
うな孔径を有する延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を用意し、その
表面に電極形成成分である少なくとも触媒粉末或いは電
極成分粉末及び高分子固体電解質樹脂を含む成分を有す
るインク状物またはペースト状物を塗布するか、または
これら成分を有する溶液または分散液を濾過することに
より、表面に堆積させた後これらインク状物等の溶媒ま
たは分散媒を除去して、延伸多孔質ＰＴＦＥの片面に電
極を形成した後、その裏面から更に高分子固体電解質樹
脂溶液を塗布、含浸させ、溶媒を除去して高分子固体電
解質膜を形成して接合体としても良い。
電極を形成しておいたものに於いても、同様の構造及び
効果が得られる。すなわち高分子固体電解質樹脂成分は
浸透できるが、触媒粉末等の固体成分は浸透出来ないよ
うな孔径を有する延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を用意し、その
表面に電極形成成分である少なくとも触媒粉末或いは電
極成分粉末及び高分子固体電解質樹脂を含む成分を有す
るインク状物またはペースト状物を塗布するか、または
これら成分を有する溶液または分散液を濾過することに
より、表面に堆積させた後これらインク状物等の溶媒ま
たは分散媒を除去して、延伸多孔質ＰＴＦＥの片面に電
極を形成した後、その裏面から更に高分子固体電解質樹
脂溶液を塗布、含浸させ、溶媒を除去して高分子固体電
解質膜を形成して接合体としても良い。
【００１３】また逆に高分子固体電解質膜を予め形成し
た後、その表面に電極を形成することによっても本発明
の構造、効果を得ることができる。すなわち、延伸多孔
質ＰＴＦＥの空隙中に予め高分子固体電解質樹脂溶液を
含浸したもの或いはその溶媒を適当に除去することによ
り半乾燥状態にあるもの或いは完全に除去したもののい
ずれかを用意し、その表面に、少なくとも高分子固体電
解質樹脂成分を含む電極形成成分から成るインク状また
はペースト状物を塗布し、溶媒を除去することにより接
合体とすることができる。この場合、電極形成成分溶液
が高分子固体電解質樹脂を含むことが必須条件であり、
含まない場合には接合は不完全なものとなるため、さら
にヒートブレスする必要が生じてしまい、また充分な性
能も得られない。
た後、その表面に電極を形成することによっても本発明
の構造、効果を得ることができる。すなわち、延伸多孔
質ＰＴＦＥの空隙中に予め高分子固体電解質樹脂溶液を
含浸したもの或いはその溶媒を適当に除去することによ
り半乾燥状態にあるもの或いは完全に除去したもののい
ずれかを用意し、その表面に、少なくとも高分子固体電
解質樹脂成分を含む電極形成成分から成るインク状また
はペースト状物を塗布し、溶媒を除去することにより接
合体とすることができる。この場合、電極形成成分溶液
が高分子固体電解質樹脂を含むことが必須条件であり、
含まない場合には接合は不完全なものとなるため、さら
にヒートブレスする必要が生じてしまい、また充分な性
能も得られない。
【００１４】いずれの方法においても、溶媒除去後に１
２０℃〜１８０℃程度の温度で十分に加熱することによ
り高分子固体電解質樹脂の構造が安定し、接着力も特に
プレス圧をかけなくても十分なものとなる。勿論、さら
にヒートプレスしてもよいが特に必要ではない。更に、
カソードアノードの接合に対しても同様の方法が適用で
きる。即ち、前記のようにして電極／膜接合体をカソー
ド、アノードそれぞれに対して準備するか、又はいずれ
か一方を準備した後、その膜側の表面かまたはそれと接
する対向電極の表面に高分子固体電解質溶液をバインダ
ーとして適量塗布した後、つき合わせ、溶剤を除去し、
加熱することによりカソード／膜／アノード接合体また
はカソード／膜／膜／アノード接合体を得ることができ
る。勿論、電極／膜接合体を準備した後ではなく、電極
／膜／電極を一工程で構成することも可能である。即
ち、下記の如くして電極／膜／電極接合体を製造するこ
ともできる。
２０℃〜１８０℃程度の温度で十分に加熱することによ
り高分子固体電解質樹脂の構造が安定し、接着力も特に
プレス圧をかけなくても十分なものとなる。勿論、さら
にヒートプレスしてもよいが特に必要ではない。更に、
カソードアノードの接合に対しても同様の方法が適用で
きる。即ち、前記のようにして電極／膜接合体をカソー
ド、アノードそれぞれに対して準備するか、又はいずれ
か一方を準備した後、その膜側の表面かまたはそれと接
する対向電極の表面に高分子固体電解質溶液をバインダ
ーとして適量塗布した後、つき合わせ、溶剤を除去し、
加熱することによりカソード／膜／アノード接合体また
はカソード／膜／膜／アノード接合体を得ることができ
る。勿論、電極／膜接合体を準備した後ではなく、電極
／膜／電極を一工程で構成することも可能である。即
ち、下記の如くして電極／膜／電極接合体を製造するこ
ともできる。
【００１５】（i） 電極／高分子固体電解質接合体の
高分子固体電解質面に高分子固体電解質樹脂の溶媒また
は溶液を塗布し、同様の電極／高分子固体電解質接合体
または電極をつき合わせた後、溶媒を除去し、その後熱
処理する。 （ii） 電極上に延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を配置した後、
その表面に高分子固体電解質樹脂溶液を塗布含浸させ、
さらにその表面に同様の電極／高分子固体電解質接合体
または電極を配置し、次いで溶媒を除去し、その後熱処
理する。
高分子固体電解質面に高分子固体電解質樹脂の溶媒また
は溶液を塗布し、同様の電極／高分子固体電解質接合体
または電極をつき合わせた後、溶媒を除去し、その後熱
処理する。 （ii） 電極上に延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を配置した後、
その表面に高分子固体電解質樹脂溶液を塗布含浸させ、
さらにその表面に同様の電極／高分子固体電解質接合体
または電極を配置し、次いで溶媒を除去し、その後熱処
理する。
【００１６】（iii） 電極触媒層面上に、予め延伸多
孔質ＰＴＦＥの空隙部に高分子固体電解質樹脂溶液を塗
布含浸させた膜を配置し、さらにその表面に電極を配置
した後溶媒を除去し、その後熱処理する。 （iv） 予め延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部に高分子固
体電解質樹脂溶液を含浸し、溶媒を除去して得た延伸多
孔質ＰＴＦＥ膜・高分子固体電解質樹脂−複合電解質を
用意し、その表面または電極面に高分子固体電解質樹脂
の溶媒または溶液を塗布した後、その複合電解質の両面
に電極を配置し、溶媒を除去した後、熱処理する。
孔質ＰＴＦＥの空隙部に高分子固体電解質樹脂溶液を塗
布含浸させた膜を配置し、さらにその表面に電極を配置
した後溶媒を除去し、その後熱処理する。 （iv） 予め延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部に高分子固
体電解質樹脂溶液を含浸し、溶媒を除去して得た延伸多
孔質ＰＴＦＥ膜・高分子固体電解質樹脂−複合電解質を
用意し、その表面または電極面に高分子固体電解質樹脂
の溶媒または溶液を塗布した後、その複合電解質の両面
に電極を配置し、溶媒を除去した後、熱処理する。
【００１７】（ｖ） （iii）または（iv）と同様に予
め延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部に高分子固体電解質樹
脂溶液を含浸したもの、或いはこれから一旦溶媒を除去
したもの、或いは溶媒除去後更に高分子固体電解質溶液
を塗布したものの両表面に、電極形成成分（例えば触媒
粉末と高分子固体電解質樹脂またはＰＴＦＥまたはこれ
らの混合物）を有するペースト状またはインク状成分を
塗布後に、溶媒を除去し、その後熱処理する。
め延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部に高分子固体電解質樹
脂溶液を含浸したもの、或いはこれから一旦溶媒を除去
したもの、或いは溶媒除去後更に高分子固体電解質溶液
を塗布したものの両表面に、電極形成成分（例えば触媒
粉末と高分子固体電解質樹脂またはＰＴＦＥまたはこれ
らの混合物）を有するペースト状またはインク状成分を
塗布後に、溶媒を除去し、その後熱処理する。
【００１８】このようにして得た電極／膜接合体または
電極／膜／電極接合体では、電極上で直接に高分子固体
電解質を形成させるか、または膜形成後の未だ接着性の
よい状態で電極上に接合されるため、特にヒートプレス
などを行わなくても電極との密着力が高く、抵抗の小さ
い接合が可能であり、また延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を高分
子固体電解質形成のマトリックスとして使用しているた
めに、多孔質の電極上といえども確実に一定の膜厚にし
かも薄膜として形成することができ、また強度の高い膜
とすることができる。さらに、例えば、ヒートプレス時
や電池組立時の圧縮等による高分子固体電解質樹脂のク
リープによる短絡の防止あるいは抵抗のばらつきの発生
の防止もできる。また予め延伸多孔質ＰＴＦＥ・高分子
固体電解質複合膜とした場合にも、高分子電解質樹脂が
未だ溶媒を含み、接着性はあるがそれのみでは強度がな
く、取扱できない状態での取扱を可能にする。このこと
は表面に樹脂溶液を塗布した場合にも同様の利点があ
り、まさに延伸多孔質ＰＴＦＥ膜との組合せにより初め
て本発明のような接合体を得ることが可能になったので
ある。
電極／膜／電極接合体では、電極上で直接に高分子固体
電解質を形成させるか、または膜形成後の未だ接着性の
よい状態で電極上に接合されるため、特にヒートプレス
などを行わなくても電極との密着力が高く、抵抗の小さ
い接合が可能であり、また延伸多孔質ＰＴＦＥ膜を高分
子固体電解質形成のマトリックスとして使用しているた
めに、多孔質の電極上といえども確実に一定の膜厚にし
かも薄膜として形成することができ、また強度の高い膜
とすることができる。さらに、例えば、ヒートプレス時
や電池組立時の圧縮等による高分子固体電解質樹脂のク
リープによる短絡の防止あるいは抵抗のばらつきの発生
の防止もできる。また予め延伸多孔質ＰＴＦＥ・高分子
固体電解質複合膜とした場合にも、高分子電解質樹脂が
未だ溶媒を含み、接着性はあるがそれのみでは強度がな
く、取扱できない状態での取扱を可能にする。このこと
は表面に樹脂溶液を塗布した場合にも同様の利点があ
り、まさに延伸多孔質ＰＴＦＥ膜との組合せにより初め
て本発明のような接合体を得ることが可能になったので
ある。
【００１９】本発明に用いる電極としては、その製法、
構造等に特に限定されるものではなく、電極としての形
態を有する物であれば使用し得る。すなわち、(i)カー
ボンペーパー、金属繊維不織布、メッシュ等の集電体上
に、触媒粉末とＰＴＦＥ、またはこれに更に高分子固体
電解質樹脂等を加えた混合粉末をプレスしたもの、(ii)
（i）と同様の混合成分を有するペーストをやはり同様
集電体上に塗布成形したもの、(iii)（i）と同様の混合
物をキャスト等により膜状に成形したもの、（iv）
（i）と同様成分を押出またはロール圧延等の手段によ
りシート状に成形したものなどが挙げられるが、特にこ
れにこだわるものではない。さらに逆に、前述したよう
にＥＰＴＦＥの空隙中に高分子固体電解質を含浸した
後、その表面に（i）と同様の混合成分を有するペース
ト状物あるいはインク状物を塗布して形成した様なもの
であっても良い。
構造等に特に限定されるものではなく、電極としての形
態を有する物であれば使用し得る。すなわち、(i)カー
ボンペーパー、金属繊維不織布、メッシュ等の集電体上
に、触媒粉末とＰＴＦＥ、またはこれに更に高分子固体
電解質樹脂等を加えた混合粉末をプレスしたもの、(ii)
（i）と同様の混合成分を有するペーストをやはり同様
集電体上に塗布成形したもの、(iii)（i）と同様の混合
物をキャスト等により膜状に成形したもの、（iv）
（i）と同様成分を押出またはロール圧延等の手段によ
りシート状に成形したものなどが挙げられるが、特にこ
れにこだわるものではない。さらに逆に、前述したよう
にＥＰＴＦＥの空隙中に高分子固体電解質を含浸した
後、その表面に（i）と同様の混合成分を有するペース
ト状物あるいはインク状物を塗布して形成した様なもの
であっても良い。
【００２０】本発明に使用する延伸多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜はＰＴＦＥシートを延伸
多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結
節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細
繊維とからなる構造を有する多孔質ＰＴＦＥ膜である。
本発明に好ましい延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の膜厚は１〜１
００μｍ、好ましくは３〜３０μｍ、孔径は０．０５〜
５μｍ、好ましくは０．５〜２μｍ、空隙率は６０〜９
８％、好ましくは８０〜９２％である。膜厚が薄すぎる
とやはり短絡や、ガス漏れ（クロスリーク）が発生しや
すくなり、厚すぎると電気抵抗が高くなり、本発明によ
る利点が損なわれる。孔径が小さすぎると高分子固体電
解質の含浸が困難となり、大きすぎると高分子固体電解
質の保持力が弱くなり、また補強効果も弱くなる。空隙
率が小さすぎると固体電解質膜としての抵抗が大きくな
り、大きすぎると一般にＥＰＴＦＥ自体の強度が弱くな
り補強効果が得られない。
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜はＰＴＦＥシートを延伸
多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結
節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細
繊維とからなる構造を有する多孔質ＰＴＦＥ膜である。
本発明に好ましい延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の膜厚は１〜１
００μｍ、好ましくは３〜３０μｍ、孔径は０．０５〜
５μｍ、好ましくは０．５〜２μｍ、空隙率は６０〜９
８％、好ましくは８０〜９２％である。膜厚が薄すぎる
とやはり短絡や、ガス漏れ（クロスリーク）が発生しや
すくなり、厚すぎると電気抵抗が高くなり、本発明によ
る利点が損なわれる。孔径が小さすぎると高分子固体電
解質の含浸が困難となり、大きすぎると高分子固体電解
質の保持力が弱くなり、また補強効果も弱くなる。空隙
率が小さすぎると固体電解質膜としての抵抗が大きくな
り、大きすぎると一般にＥＰＴＦＥ自体の強度が弱くな
り補強効果が得られない。
【００２１】さらに場合によっては、この延伸多孔質Ｐ
ＴＦＥに電子伝導性の生じない範囲で白金などの触媒
粉、カーボンブラック、黒鉛等の導電性粉末、アルミナ
等のセラミック粉等の各種微粉末を含ませても良い。こ
の場合には、ＰＴＦＥの乳化重合後のディスパージョン
とこれら粉末の分散液を混合後、共凝集させて得られる
様な一次粒子レベルでの均一混合原料を用意し、あとは
前記ＰＴＦＥ単体原料と同様に加工することによって得
られる。
ＴＦＥに電子伝導性の生じない範囲で白金などの触媒
粉、カーボンブラック、黒鉛等の導電性粉末、アルミナ
等のセラミック粉等の各種微粉末を含ませても良い。こ
の場合には、ＰＴＦＥの乳化重合後のディスパージョン
とこれら粉末の分散液を混合後、共凝集させて得られる
様な一次粒子レベルでの均一混合原料を用意し、あとは
前記ＰＴＦＥ単体原料と同様に加工することによって得
られる。
【００２２】高分子固体電解質樹脂としては、用途に応
じて各種のものが使用できるが、例えば、ポリエチレン
オキサイド−アルカリ金属塩複合体や、これを延伸多孔
質ＰＴＦＥに含浸後架橋処理したものなどが挙げられ
る。また燃料電池としてはパーフロロスルフォン酸樹脂
が挙げられ、これはデュポン社よりナフィオン（登録商
標）として販売されており、溶液としてはナフィオンＮ
Ｒ−５０として入手できる。そのほか各種の炭化水素
系、フッ素系のイオン交換樹脂が用いられる。また場合
によってはこの高分子固体電解質に、電子導電性の生じ
ない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミ
クス粉末を加えても良い。
じて各種のものが使用できるが、例えば、ポリエチレン
オキサイド−アルカリ金属塩複合体や、これを延伸多孔
質ＰＴＦＥに含浸後架橋処理したものなどが挙げられ
る。また燃料電池としてはパーフロロスルフォン酸樹脂
が挙げられ、これはデュポン社よりナフィオン（登録商
標）として販売されており、溶液としてはナフィオンＮ
Ｒ−５０として入手できる。そのほか各種の炭化水素
系、フッ素系のイオン交換樹脂が用いられる。また場合
によってはこの高分子固体電解質に、電子導電性の生じ
ない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミ
クス粉末を加えても良い。
【００２３】これら樹脂溶液の溶媒としては一般に各種
炭化水素系の有機溶剤、水、あるいはこれらの混合溶剤
が使用される。延伸多孔質ＰＴＦＥ膜に樹脂溶液を塗布
含浸する場合、樹脂の分子量や溶媒の種類によっては含
浸しにくいことがあるが、この場合、濃度調整や界面活
性剤の添加、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の表面処理など、適
宜適切な処理をすればよい。
炭化水素系の有機溶剤、水、あるいはこれらの混合溶剤
が使用される。延伸多孔質ＰＴＦＥ膜に樹脂溶液を塗布
含浸する場合、樹脂の分子量や溶媒の種類によっては含
浸しにくいことがあるが、この場合、濃度調整や界面活
性剤の添加、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の表面処理など、適
宜適切な処理をすればよい。
【００２４】図１（Ａ）（Ｂ）に本発明の高分子固体電
解質・電極接合体を示す。図１中、１は高分子固体電解
質、２は電極、３は高分子固体電解質膜内のＥＰＴＦＥ
の（微小結節、４は高分子固体電解質膜内の微細繊維で
ある。本発明の高分子固体電解質・電極接合体を各種の
電気化学装置に使用する態様は従来の装置と同様である
ことができる。
解質・電極接合体を示す。図１中、１は高分子固体電解
質、２は電極、３は高分子固体電解質膜内のＥＰＴＦＥ
の（微小結節、４は高分子固体電解質膜内の微細繊維で
ある。本発明の高分子固体電解質・電極接合体を各種の
電気化学装置に使用する態様は従来の装置と同様である
ことができる。
【００２５】図２に燃料電池の例を示す。図２中、１は
高分子固体電解質樹脂・ＰＴＦＥ複合膜、２，３は電
極、７，８は集電体、９，１０はセパレータ板、１１，
１２はガス供給溝である。高分子固体電解質１／電極２
の接合体又は電極２／高分子固体電解質１／電極３の接
合体として本発明の高分子固体電解質・電極接合体を使
用する。
高分子固体電解質樹脂・ＰＴＦＥ複合膜、２，３は電
極、７，８は集電体、９，１０はセパレータ板、１１，
１２はガス供給溝である。高分子固体電解質１／電極２
の接合体又は電極２／高分子固体電解質１／電極３の接
合体として本発明の高分子固体電解質・電極接合体を使
用する。
【００２６】こうして構成された高分子固体電解質燃料
電池では、図２を参照すると、ガス供給溝１１にＯ2 を
溝１２にＨ2 を供給すると、電極２内でＯ2 ＋４Ｈ+ ＋
４ｅ - →２Ｈ2 Ｏ、電極３内で２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-
の反応が起こり、４Ｈ+ は高分子固体電解質１を通って
電極３から電極２へ流れ、４ｅ- は外部負荷を通ること
により電気エネルギーとなる。作動温度は６０℃から１
００℃程度、好ましくは８０℃程度である。
電池では、図２を参照すると、ガス供給溝１１にＯ2 を
溝１２にＨ2 を供給すると、電極２内でＯ2 ＋４Ｈ+ ＋
４ｅ - →２Ｈ2 Ｏ、電極３内で２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-
の反応が起こり、４Ｈ+ は高分子固体電解質１を通って
電極３から電極２へ流れ、４ｅ- は外部負荷を通ること
により電気エネルギーとなる。作動温度は６０℃から１
００℃程度、好ましくは８０℃程度である。
【００２７】なお、本発明の高分子固体電解質・電極接
合体は高分子固体電解質燃料電池のほか、水電解装置や
オゾン発生器などにも使用できる。
合体は高分子固体電解質燃料電池のほか、水電解装置や
オゾン発生器などにも使用できる。
【００２８】
【実施例】実施例１
グラファイト９５％、ＰＴＦＥ５％から成るシート状の
リチウムイオン電池用黒鉛電極の表面に架橋剤を加えた
アルキレンオキサイド重合体オリゴマー及び塩素酸リチ
ウムの混合溶液を塗布した後、膜厚３μｍ、空孔率９３
％の延伸多孔質ＰＴＦＥ（ジャパンゴアテックス製；ゴ
アテックス）をその表面に固定し、その上から電極に塗
布したのと同じ溶液を塗布含浸した後ＵＶランプを照射
し架橋して電極／電解質接合体を得た。
リチウムイオン電池用黒鉛電極の表面に架橋剤を加えた
アルキレンオキサイド重合体オリゴマー及び塩素酸リチ
ウムの混合溶液を塗布した後、膜厚３μｍ、空孔率９３
％の延伸多孔質ＰＴＦＥ（ジャパンゴアテックス製；ゴ
アテックス）をその表面に固定し、その上から電極に塗
布したのと同じ溶液を塗布含浸した後ＵＶランプを照射
し架橋して電極／電解質接合体を得た。
【００２９】実施例２
カーボンブラック６５％、ＰＴＦＥ３５％から成る混合
物に液状潤滑剤としてのソルベントナフサを混合した後
押出、圧延シート化後液状潤滑剤を加熱除去すると同時
に５倍に延伸し、さらにロールを通して膜厚を１／５に
した後３５０℃で加熱焼成して、膜厚５０μｍ、孔径１
μｍ、空孔率７８％の導電性通気性シートを得た。この
シートをテフロン（デュポン社の登録商標）含浸処理を
した厚さ０．２mmのカーボンペーパーにホットプレスに
より接着して、カーボンペーパーを集電体とする、ガス
拡散層を形成した。
物に液状潤滑剤としてのソルベントナフサを混合した後
押出、圧延シート化後液状潤滑剤を加熱除去すると同時
に５倍に延伸し、さらにロールを通して膜厚を１／５に
した後３５０℃で加熱焼成して、膜厚５０μｍ、孔径１
μｍ、空孔率７８％の導電性通気性シートを得た。この
シートをテフロン（デュポン社の登録商標）含浸処理を
した厚さ０．２mmのカーボンペーパーにホットプレスに
より接着して、カーボンペーパーを集電体とする、ガス
拡散層を形成した。
【００３０】これとは別に、白金２５重量％担持したカ
ーボンブラック（以後白金カーボンとする）をイソプロ
ピルアルコール（ＩＰＡ）に分散させた後パーフロロス
ルフォン酸樹脂溶液を加え更に分散させて白金カーボン
７０に対しパーフロロスルフォン酸樹脂３０の割合で含
む、インク状溶液を準備した。この溶液を前記ガス拡散
層の上に塗布した後、溶媒を風乾により除去して触媒層
を形成して高分子固体電解質型燃料電池の電極を作製し
た。この時の白金量は０．３mg／cm2 であった。
ーボンブラック（以後白金カーボンとする）をイソプロ
ピルアルコール（ＩＰＡ）に分散させた後パーフロロス
ルフォン酸樹脂溶液を加え更に分散させて白金カーボン
７０に対しパーフロロスルフォン酸樹脂３０の割合で含
む、インク状溶液を準備した。この溶液を前記ガス拡散
層の上に塗布した後、溶媒を風乾により除去して触媒層
を形成して高分子固体電解質型燃料電池の電極を作製し
た。この時の白金量は０．３mg／cm2 であった。
【００３１】次に、この電極の触媒層の上に膜厚２０μ
ｍ、空隙率８９％の延伸多孔質ＰＴＦＥシートを固定し
た後その表面に濃度５％のパーフロロスルフォン酸樹脂
溶液を塗布した後風乾した。この塗布−風乾を５回繰り
返して、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部及び表面にパー
フロロスルフォンサン樹脂が充填された、半透明の膜を
形成した。こうして得られた成形体を１３０℃２４時間
加熱して本発明の接合体Ａを得た。
ｍ、空隙率８９％の延伸多孔質ＰＴＦＥシートを固定し
た後その表面に濃度５％のパーフロロスルフォン酸樹脂
溶液を塗布した後風乾した。この塗布−風乾を５回繰り
返して、延伸多孔質ＰＴＦＥ膜の空隙部及び表面にパー
フロロスルフォンサン樹脂が充填された、半透明の膜を
形成した。こうして得られた成形体を１３０℃２４時間
加熱して本発明の接合体Ａを得た。
【００３２】実施例３
膜厚１５μｍの実施例２で使用したのと同じ延伸多孔質
ＰＴＦＥシートの４辺を固定した後、濃度５％のパーフ
ロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布含浸乾燥した。これを
３回くりかえして、完全に半透明の延伸多孔質ＰＴＦＥ
／パーフロロスルフォン酸樹脂複合膜を得た後、更にパ
ーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、直後に実施例
２で使用したのと同じ高分子固体電解質型燃料電池の電
極を接着した後溶媒を除去し、さらに１３０℃２４時間
加熱して本発明の接合体Ｂを得た。
ＰＴＦＥシートの４辺を固定した後、濃度５％のパーフ
ロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布含浸乾燥した。これを
３回くりかえして、完全に半透明の延伸多孔質ＰＴＦＥ
／パーフロロスルフォン酸樹脂複合膜を得た後、更にパ
ーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、直後に実施例
２で使用したのと同じ高分子固体電解質型燃料電池の電
極を接着した後溶媒を除去し、さらに１３０℃２４時間
加熱して本発明の接合体Ｂを得た。
【００３３】実施例４
実施例３に於いて最後にパーフロロスルフォン酸樹脂溶
液を塗布する代わりに、電極にイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）を塗布し、直後に延伸多孔質ＰＴＦＥ／パー
フロロスルフォン酸樹脂複合膜に接着した他は同様にし
て本発明の接合体Ｃを得た。 実施例５ 実施例２で作製した接合体Ａを２枚用意し、その内の１
枚のパーフロロスルフォン酸樹脂膜の表面に濃度２％の
パーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布した後、間に空
気の入らないように２枚をパーフロロスルフォン酸樹脂
膜面をつき合わせて圧着し、風乾により溶剤を除去した
後１３０℃２４時間加熱して本発明の電極／膜／膜／電
極接合体ＡＡを得た。
液を塗布する代わりに、電極にイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）を塗布し、直後に延伸多孔質ＰＴＦＥ／パー
フロロスルフォン酸樹脂複合膜に接着した他は同様にし
て本発明の接合体Ｃを得た。 実施例５ 実施例２で作製した接合体Ａを２枚用意し、その内の１
枚のパーフロロスルフォン酸樹脂膜の表面に濃度２％の
パーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布した後、間に空
気の入らないように２枚をパーフロロスルフォン酸樹脂
膜面をつき合わせて圧着し、風乾により溶剤を除去した
後１３０℃２４時間加熱して本発明の電極／膜／膜／電
極接合体ＡＡを得た。
【００３４】実施例６
膜厚３０μｍの延伸多孔質ＰＴＦＥを使用した他は、実
施例３と同様にして延伸多孔質ＰＴＦＥ／パーフロロス
ルフォン酸樹脂を得た後更にその両面に濃度２％のパー
フロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、続いて実施例２
で使用したのと同じ高分子固体電解質燃料電池の電極２
枚で挟み込むようにして圧接し、続いて風乾により溶媒
を除去した後、１３０℃２４時間加熱して、本発明の電
極／膜／電極接合体を得た。
施例３と同様にして延伸多孔質ＰＴＦＥ／パーフロロス
ルフォン酸樹脂を得た後更にその両面に濃度２％のパー
フロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、続いて実施例２
で使用したのと同じ高分子固体電解質燃料電池の電極２
枚で挟み込むようにして圧接し、続いて風乾により溶媒
を除去した後、１３０℃２４時間加熱して、本発明の電
極／膜／電極接合体を得た。
【００３５】実施例７
実施例２で作成したのと同じ高分子固体電解質燃料電池
の電極の上に、厚さ４０μｍ、空隙率９２％の延伸多孔
質ＰＴＦＥを固定した後、濃度５％のパーフロロスルフ
ォン酸樹脂溶液を塗布乾燥した。これを３回繰り返した
後、４回目を塗布した後乾燥せずに、もう１枚の電極を
圧接し、風乾により溶媒を除去し、１３０℃２４時間加
熱して本発明の電極／膜／電極接合体を得た。
の電極の上に、厚さ４０μｍ、空隙率９２％の延伸多孔
質ＰＴＦＥを固定した後、濃度５％のパーフロロスルフ
ォン酸樹脂溶液を塗布乾燥した。これを３回繰り返した
後、４回目を塗布した後乾燥せずに、もう１枚の電極を
圧接し、風乾により溶媒を除去し、１３０℃２４時間加
熱して本発明の電極／膜／電極接合体を得た。
【００３６】実施例８
実施例５で得た接合体ＡＡを使用してその片面に加湿し
た水素を供給し、もう１方の面に酸素を供給し、８０℃
加熱下で燃料電池として作動させたところ１Ａ／cm2 で
０．７８Ｖの性能が得られた。
た水素を供給し、もう１方の面に酸素を供給し、８０℃
加熱下で燃料電池として作動させたところ１Ａ／cm2 で
０．７８Ｖの性能が得られた。
【００３７】
【発明の効果】本発明の、電極の表面に、延伸多孔質Ｐ
ＴＦＥとその多孔質空隙部に含有された高分子固体電解
質樹脂とからなる高分子固体電解質を一体に形成した高
分子固体電解質・電極接合体によれば、電極の物性を損
なうことなく、電極との接触抵抗を低く確保しながら、
かつ必ずしもヒートプレス工程を必要としないで、高分
子固体電解質膜の厚さを薄くすることができるので、電
気化学装置のエネルギー効率及び電流密度を向上させる
ことが可能である。
ＴＦＥとその多孔質空隙部に含有された高分子固体電解
質樹脂とからなる高分子固体電解質を一体に形成した高
分子固体電解質・電極接合体によれば、電極の物性を損
なうことなく、電極との接触抵抗を低く確保しながら、
かつ必ずしもヒートプレス工程を必要としないで、高分
子固体電解質膜の厚さを薄くすることができるので、電
気化学装置のエネルギー効率及び電流密度を向上させる
ことが可能である。
【図１】本発明の実施例の高分子固体電解質／電極接合
体（Ａ）及び電極／高分子固体電解質／電極接合体
（Ｂ）の断面図である。
体（Ａ）及び電極／高分子固体電解質／電極接合体
（Ｂ）の断面図である。
【図２】燃料電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…高分子固体電解質複合膜
２…電極
３…微小結節
４…微細繊維
７，８…集電体
９，１０…セパレータ
１１，１２…ガス供給溝
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月２８日（２００２．８．２
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 リチウム電池用高分子固体電解質・電
極接合体及びその製造方法
極接合体及びその製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池用高分
子固体電解質・電極接合体及びその製造方法に係わる。
子固体電解質・電極接合体及びその製造方法に係わる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】本発明は、高分子固体電解質膜を使用した
電気化学装置のエネルギー効率、及び高電流密度での作
動を可能とすべく、固体電解質膜の厚さを薄くすること
を可能とし、しかも電極本来の物性を損なわずに、電極
との接触抵抗を低く且つ確実に確保し、また必ずしもヒ
ートプレス工程を必要としないリチウム電池用電極／膜
接合体または電極／膜／電極接合体を得ることを目的と
する。
電気化学装置のエネルギー効率、及び高電流密度での作
動を可能とすべく、固体電解質膜の厚さを薄くすること
を可能とし、しかも電極本来の物性を損なわずに、電極
との接触抵抗を低く且つ確実に確保し、また必ずしもヒ
ートプレス工程を必要としないリチウム電池用電極／膜
接合体または電極／膜／電極接合体を得ることを目的と
する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、下記を提供する。 （１）シート状電極基材及び該シート状基材の一方の面
に形成された高分子固体電解質樹脂層から構成されたシ
ート状電極と、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン
シート及び該延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンシ
ートの多孔質空隙部に含有された高分子固体電解質樹脂
から構成された高分子固体電解質膜とが、前記高分子固
体電解質樹脂層の面で一体に結合されて成ることを特徴
とするリチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体。 （２）前記高分子固体電解質膜の両面に前記シート状電
極が一体化されて成る上記（１）に記載のリチウム電池
用高分子固体電解質・電極接合体。 （３）前記高分子固体電解質樹脂層の前記高分子固体電
解質樹脂が架橋剤を加えたアルキレンオキサイド重合体
オリゴマーと塩素酸リチウムから成り、前記延伸多孔質
ポリテトラフルオロエチレンシートの多孔質空隙部に含
有された前記高分子固体電解質樹脂が同様に架橋剤を加
えたアルキレンオキサイド重合体オリゴマーと塩素酸リ
チウムから成ることを特徴とする上記（１）（２）に記
載のリチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体。 （４）シート状電極表面に延伸多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンシートを載置してシート状電極と延伸多孔質
ポリテトラフルオロエチレンシートを固定する工程、固
定された該延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンシー
トの上から溶媒を含む高分子固体電解質樹脂溶液を供給
して該高分子固体電解質樹脂溶液を該延伸多孔質ポリテ
トラフルオロエチレンシートの多孔質空隙部に含浸させ
ると共にシート状電極の表面に接触させる工程、その
後、溶媒を除去する工程を含むことを特徴とするリチウ
ム電池用高分子固体電解質・電極接合体の製造方法。 （５）前記高分子固体電解質の両面に電極が形成されて
いる上記（４）に記載のリチウム電池用高分子固体電解
質・電極接合体の製造方法。 （６）前記シート状電極が高分子固体電解質樹脂を含む
上記（４）（５）に記載のリチウム電池用高分子固体電
解質・電極接合体の製造方法。
的を達成するために、下記を提供する。 （１）シート状電極基材及び該シート状基材の一方の面
に形成された高分子固体電解質樹脂層から構成されたシ
ート状電極と、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン
シート及び該延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンシ
ートの多孔質空隙部に含有された高分子固体電解質樹脂
から構成された高分子固体電解質膜とが、前記高分子固
体電解質樹脂層の面で一体に結合されて成ることを特徴
とするリチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体。 （２）前記高分子固体電解質膜の両面に前記シート状電
極が一体化されて成る上記（１）に記載のリチウム電池
用高分子固体電解質・電極接合体。 （３）前記高分子固体電解質樹脂層の前記高分子固体電
解質樹脂が架橋剤を加えたアルキレンオキサイド重合体
オリゴマーと塩素酸リチウムから成り、前記延伸多孔質
ポリテトラフルオロエチレンシートの多孔質空隙部に含
有された前記高分子固体電解質樹脂が同様に架橋剤を加
えたアルキレンオキサイド重合体オリゴマーと塩素酸リ
チウムから成ることを特徴とする上記（１）（２）に記
載のリチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体。 （４）シート状電極表面に延伸多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンシートを載置してシート状電極と延伸多孔質
ポリテトラフルオロエチレンシートを固定する工程、固
定された該延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンシー
トの上から溶媒を含む高分子固体電解質樹脂溶液を供給
して該高分子固体電解質樹脂溶液を該延伸多孔質ポリテ
トラフルオロエチレンシートの多孔質空隙部に含浸させ
ると共にシート状電極の表面に接触させる工程、その
後、溶媒を除去する工程を含むことを特徴とするリチウ
ム電池用高分子固体電解質・電極接合体の製造方法。 （５）前記高分子固体電解質の両面に電極が形成されて
いる上記（４）に記載のリチウム電池用高分子固体電解
質・電極接合体の製造方法。 （６）前記シート状電極が高分子固体電解質樹脂を含む
上記（４）（５）に記載のリチウム電池用高分子固体電
解質・電極接合体の製造方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】
【実施例】以下の実施例にはリチウム電池用電極／電解
質接合体のほか、高分子固体電解質燃料電池用電極／電
解質接合体を製造する実施例も含まれている。高分子固
体電解質燃料電池用電極／電解質接合体自体は本件請求
項に記載した発明ではないが、これらの実施例に含まれ
ている電極／電解質接合体及びその製造方法は本件請求
項の発明の実施例をなすものでもある。 実施例１ グラファイト９５％、ＰＴＦＥ５％から成るシート状の
リチウムイオン電池用黒鉛電極の表面に架橋剤を加えた
アルキレンオキサイド重合体オリゴマー及び塩素酸リチ
ウムの混合溶液を塗布した後、膜厚３μｍ、空孔率９３
％の延伸多孔質ＰＴＦＥ（ジャパンゴアテックス製；ゴ
アテックス）をその表面に固定し、その上から電極に塗
布したのと同じ溶液を塗布含浸した後ＵＶランプを照射
し架橋して電極／電解質接合体を得た。
質接合体のほか、高分子固体電解質燃料電池用電極／電
解質接合体を製造する実施例も含まれている。高分子固
体電解質燃料電池用電極／電解質接合体自体は本件請求
項に記載した発明ではないが、これらの実施例に含まれ
ている電極／電解質接合体及びその製造方法は本件請求
項の発明の実施例をなすものでもある。 実施例１ グラファイト９５％、ＰＴＦＥ５％から成るシート状の
リチウムイオン電池用黒鉛電極の表面に架橋剤を加えた
アルキレンオキサイド重合体オリゴマー及び塩素酸リチ
ウムの混合溶液を塗布した後、膜厚３μｍ、空孔率９３
％の延伸多孔質ＰＴＦＥ（ジャパンゴアテックス製；ゴ
アテックス）をその表面に固定し、その上から電極に塗
布したのと同じ溶液を塗布含浸した後ＵＶランプを照射
し架橋して電極／電解質接合体を得た。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 8/10
// Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｃ２５Ｂ 11/20
Ｆターム(参考） 4K011 AA10 AA12 AA14 AA23 AA24
AA30 BA03 BA04 BA07 CA06
DA01 DA11
5H021 BB12 CC02 EE10
5H026 AA06 BB03 CX03 EE19
5H029 AJ14 AL07 AM07 AM16 EJ12
Claims (2)
- 【請求項１】 電極の表面に、延伸多孔質ポリテトラフ
ルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された高分子
固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を一体に形
成したことを特徴とする高分子固体電解質・電極接合
体。 - 【請求項２】 前記高分子固体電解質の両面に電極を一
体に形成したことを特徴とする請求項１記載の高分子固
体電解質・電極接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002220329A JP4262942B2 (ja) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002220329A JP4262942B2 (ja) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP30367294A Division JP3555999B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 高分子電解質型燃料電池用高分子固体電解質・電極接合体の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068329A true JP2003068329A (ja) | 2003-03-07 |
| JP4262942B2 JP4262942B2 (ja) | 2009-05-13 |
Family
ID=19196075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002220329A Expired - Lifetime JP4262942B2 (ja) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4262942B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008530755A (ja) * | 2005-02-11 | 2008-08-07 | ゴア エンタープライズ ホールディングス，インコーポレイティド | 燃料電池の劣化を低減する方法 |
| CN110875493A (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-10 | 丰田自动车株式会社 | 复合固体电解质层及其制造方法以及全固体电池的制造方法 |
| CN114665063A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 中国矿业大学(北京) | 补锂复合膜、锂离子电池正极、锂离子电池及制备方法 |
-
2002
- 2002-07-29 JP JP2002220329A patent/JP4262942B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008530755A (ja) * | 2005-02-11 | 2008-08-07 | ゴア エンタープライズ ホールディングス，インコーポレイティド | 燃料電池の劣化を低減する方法 |
| CN110875493A (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-10 | 丰田自动车株式会社 | 复合固体电解质层及其制造方法以及全固体电池的制造方法 |
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| CN114665063A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 中国矿业大学(北京) | 补锂复合膜、锂离子电池正极、锂离子电池及制备方法 |
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| JP4262942B2 (ja) | 2009-05-13 |
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