JP2003197260A - Lithium series secondary battery and its manufacturing method - Google Patents

Lithium series secondary battery and its manufacturing method

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JP2003197260A
JP2003197260A JP2001398297A JP2001398297A JP2003197260A JP 2003197260 A JP2003197260 A JP 2003197260A JP 2001398297 A JP2001398297 A JP 2001398297A JP 2001398297 A JP2001398297 A JP 2001398297A JP 2003197260 A JP2003197260 A JP 2003197260A
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electrolyte
solid electrolyte
electrolytic solution
negative electrode
lithium
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JP2001398297A
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Shigeru Sakai
酒井  茂
Masahiro Yamamoto
真裕 山本
Koji Hataya
耕二 幡谷
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Furukawa Electric Co Ltd
Furukawa Battery Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Furukawa Battery Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe solid electrolyte lithium series secondary battery and its manufacturing method wherein high output characteristics is realized over a wide temperature range. <P>SOLUTION: The lithium series secondary battery uses a solid electrolyte as the electrolyte, and this solid electrolyte is phase-separated into a support structure phase containing a polymer cross-linked body and an electrolytic solution phase which contains at least one part of the electrolytic solution and the average diameter converted into a sphere is within the range of 10 μm to 1.0 μm, and a negative electrode swells in the initial charging process after manufacturing the battery, and threby, the thickness of the solid gel electrolyte layer after the completion of the charging is decreased from 95% to 80% against the thickness of the solid electrolyte layer before the charging, and the electrolytic solution contains a bispentafluoroethyl sulfonyl imidelithium as at least one part of an electrolyte salt at the concentration from 0.6 mol/L to 2.0 mol/L. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、リチウム系二次電
池及びその製造方法に係り、特には、固体状電解質を用
いたリチウム系二次電池及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof, and more particularly to a lithium secondary battery using a solid electrolyte and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のエレクトロニクス分野における技
術の急速な進歩により、電子機器の高性能化や小型・ポ
ータブル化は益々加速している。これら電子機器に搭載
される二次電池としては、従来、鉛蓄電池、ニッカド電
池、ニッケル−水素電池などが使用されていたが、近
年、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料やリチ
ウム合金などを活物質として用いた負極と、リチウム含
有複合酸化物などを活物質として用いた正極とを組み合
わせたリチウムイオン二次電池が研究・開発されてお
り、既に一部で実用化されている。この種の二次電池
は、電池電圧が高く、しかも、従来の二次電池に比べて
単位重量当り及び単位体積当りのエネルギー密度が高
い。そのため、リチウムイオン二次電池は、現在、数あ
る二次電池の中で最も注目を集めている。
2. Description of the Related Art Due to recent rapid technological advances in the field of electronics, higher performance, smaller size, and portable electronic equipment are being accelerated. Conventionally, lead batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. have been used as secondary batteries mounted on these electronic devices, but in recent years, carbon materials and lithium alloys capable of absorbing and releasing lithium ions have been used. A lithium-ion secondary battery, which is a combination of a negative electrode used as an active material and a positive electrode using a lithium-containing composite oxide as an active material, has been researched and developed, and has already been partially put into practical use. This type of secondary battery has a high battery voltage and has a higher energy density per unit weight and unit volume than the conventional secondary battery. Therefore, the lithium ion secondary battery is currently receiving the most attention among many secondary batteries.

【0003】しかしながら、リチウムイオン二次電池に
代表されるリチウム系二次電池は高エネルギー密度であ
るのに加え、多くの場合、電解質に可燃性の有機電解液
を使用している。そのため、その安全性に関する問題が
指摘されている。
However, a lithium secondary battery represented by a lithium ion secondary battery has a high energy density, and in many cases, a flammable organic electrolytic solution is used as an electrolyte. Therefore, the problem about the safety is pointed out.

【0004】このような安全性に関する問題を生じ得な
いリチウム系二次電池としては、例えば、電解質として
高分子固体電解質を用いた高分子固体電解質(真正ポリ
マー電解質)リチウム系二次電池が知られている。しか
しながら、高分子固体電解質のイオンイオン伝導性は電
解液に比べて低いため、電解質として高分子固体電解質
を用いたリチウム系二次電池では0.5CA程度以下の
低電流での充放電にしか対応できていない。実際、高分
子固体電解質のイオン伝導度を向上させることを目指
し、米国特許第5,112,512号はシロキサン系ポ
リマーを、米国特許第4,840,856号はホスファ
ゼン系ポリマーを開示しているが、それらポリマーで達
成されるイオン伝導度は不十分である。このような理由
から、現状では、電解質としてゲル電解質を利用するこ
とが最も現実的であると考えられている。
As a lithium-based secondary battery that does not cause such a safety problem, for example, a polymer solid electrolyte (authentic polymer electrolyte) lithium-based secondary battery using a polymer solid electrolyte as an electrolyte is known. ing. However, the ion conductivity of the solid polymer electrolyte is lower than that of the electrolytic solution, so that the lithium secondary battery using the solid polymer electrolyte as the electrolyte can only be charged and discharged at a low current of about 0.5 CA or less. Not done. In fact, US Pat. No. 5,112,512 discloses siloxane-based polymers and US Pat. No. 4,840,856 discloses phosphazene-based polymers with the aim of improving the ionic conductivity of polymer solid electrolytes. However, the ionic conductivity achieved with these polymers is insufficient. For this reason, at present, it is considered most practical to use a gel electrolyte as the electrolyte.

【0005】ゲル電解質は、非架橋タイプと架橋タイプ
とに分類される。非架橋タイプのゲル電解質に関して
は、例えば、J.Appl.polm.Sci.,27,4192(1982)は、エチ
レンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート
(PC)、或いはN,N−ジメチルホルムアミド(DM
F)などの溶媒を用い、過塩素酸リチウムとポリアクリ
ロニトリル(PAN)とを複合化してゲル電解質を生成
し、7.6×10-4S/cmもの高いイオン伝導率を実
現したことを報告している。しかしながら、そのような
ゲル電解質は熱可塑性であるため高温域で流動化し、そ
のような温度域ではゲル状とする本来の目的を達成する
ことができない。また、Solid State Ionics,66,97(199
3)はポリメチルメタクリレート(PMMA)を使用した
例を報告し、Macromolecutes,19,347(1986)はポリビニ
ルピロリドン(PVP)を使用した例を報告している
が、それら直鎖状ポリマーと電解液との混合溶液の粘性
は概して高いため、予め電極を形成した後にその電極に
混合溶液を含浸させることは困難である。
Gel electrolytes are classified into non-crosslinked type and crosslinked type. Regarding the non-crosslinked type gel electrolyte, for example, J.Appl.polm.Sci., 27,4192 (1982) describes ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), or N, N-dimethylformamide (DM).
Reported that ionic conductivity as high as 7.6 × 10 -4 S / cm was achieved by compounding lithium perchlorate and polyacrylonitrile (PAN) using a solvent such as F) to form a gel electrolyte. is doing. However, since such a gel electrolyte is thermoplastic, it fluidizes in a high temperature range, and the original purpose of forming a gel state in such a temperature range cannot be achieved. Also, Solid State Ionics, 66,97 (199
3) reported an example using polymethylmethacrylate (PMMA), and Macrolecutes, 19,347 (1986) reported an example using polyvinylpyrrolidone (PVP). Since the viscosity of the mixed solution is generally high, it is difficult to impregnate the mixed solution with the electrode after forming the electrode in advance.

【0006】さらに、非架橋タイプのゲル電解質に関し
ては、Electrochem.Acta,28,591(1983)が報告するポリ
フッ化ビニリデン(PVDF)や、Solid State Ionic
s,86-88,49(1996)が報告するポリ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(PVDF−HF
P)を用いた所謂ベルコア(Bellcore)技術が最近実用
化されている。しかしながら、PVDFやPVDF−H
FP共重合体は、元来、電解液に対する膨潤性が低く、
Electrochem.Acta,45,1347(2000)が報告するように、P
VDFモノポリマーに比べて電解液の保液性が高いPV
DF−HEP共重合体と、PVDFを膨潤させ易いPC
を溶媒として用いた1M LiBF4溶液とを組み合わせ
た場合であっても電解液の保液量は高々30%程度に過
ぎない。
Further, regarding non-crosslinked type gel electrolyte, polyvinylidene fluoride (PVDF) reported by Electrochem. Acta, 28, 591 (1983) and Solid State Ionic.
s, 86-88,49 (1996) reported a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HF
The so-called Bellcore technology using P) has recently been put to practical use. However, PVDF and PVDF-H
The FP copolymer originally has a low swelling property in an electrolytic solution,
As reported by Electrochem.Acta, 45, 1347 (2000), P
PV with higher electrolyte retention than VDF monopolymer
PC that easily swells DF-HEP copolymer and PVDF
Even when a 1 M LiBF 4 solution using as a solvent is combined, the amount of electrolyte retained is no more than about 30%.

【0007】この程度の保液量では、現在実用化されて
いる電解液を利用したリチウム系二次電池における単位
面積当りの電極容量を実現するには全く不十分であり、
それを補うためには電解質層をより厚くするか、電極面
積を拡大するか、或いは離液を存在させることが必要で
ある。しかしながら、電解質層を厚くする場合は電池の
内部抵抗が大きく増大するとともに充放電電流特性が著
しく低下し、電極面積を拡大する場合は電池に対して集
電体等が占める体積が増加するとともに高エネルギー密
度であるというリチウム系二次電池本来の特徴が失われ
る。また、離液を存在させた場合は、流動可能な電解液
を排除することにより高い安全性を実現するというゲル
電解質を利用する当初の目的を達成することができな
い。
[0007] This amount of liquid retention is completely insufficient to realize the electrode capacity per unit area in a lithium secondary battery using an electrolyte that is currently in practical use,
To compensate for this, it is necessary to make the electrolyte layer thicker, increase the electrode area, or allow syneresis to occur. However, when the electrolyte layer is thickened, the internal resistance of the battery is greatly increased and the charge / discharge current characteristics are significantly deteriorated. The original characteristic of the lithium-based secondary battery, which is energy density, is lost. Further, when the synergic liquid is present, it is not possible to achieve the original purpose of using the gel electrolyte, which is to realize high safety by eliminating the flowable electrolytic solution.

【0008】架橋タイプのゲル電解質に関しては、特開
平7−6787号公報は、三官能性化合物を溶媒及び電
解質塩と混合した後に架橋させることによりゲル電解質
を得ることについて記載しており、そこでは、三官能性
化合物として35以上の連鎖長を必要とする三官能性ア
クリロイル変性アルキレンオキシド(分子量1500以
上)について言及している。また、Electrochem.Acta,3
7,1681(1982)はエチレングリコールジメタクリレートと
トリメチロールプロパンメタクリレートとを紫外線(U
V)で露光することにより架橋させてマトリクスとした
ゲルを報告しており、米国特許第4,830,939号
及びPolym.Adv.Tech.,4,205は分子量1000以下の比
較的低分子量のアクリレートやメタクリレートオリゴマ
ーをUVまたは電子線(EB)等で露光することにより
架橋してなるゲルを報告している。また、特開平9−2
5384号公報は、分子量1,000以下のアクリレー
トモノマーを重合することにより得られるイオン伝導性
高分子ゲル電解質と一般式LiX(R1SO2nとを組
み合わせることを報告している[上記一般式において、
XはN、C、B、OまたはC(R2mを示し、R1は炭
素数1〜12のハロゲン化アルキル基を示し、nは1〜
3の整数を示す。また、R2は水素原子または炭素数1
〜12のアルキル基を示し、mは1または2を示
す。]。さらに、米国特許第4,792,504号は、
熱可塑系重合体と架橋系重合体とを組み合わせた例とし
て、トリメチロールプロパントリアクリレートとエチレ
ングリコールジメタクリレートと高分子量ポリエチレン
オキシド(PEO)との混合体をUV照射により架橋さ
せてマトリクスを形成し、このマトリクスに電解液を含
浸させてなるゲル電解質を報告している。
Regarding the cross-linking type gel electrolyte, JP-A-7-6787 describes that a gel electrolyte is obtained by mixing a trifunctional compound with a solvent and an electrolyte salt and then crosslinking the mixture. , A trifunctional acryloyl-modified alkylene oxide (molecular weight of 1500 or more) that requires a chain length of 35 or more as a trifunctional compound. Also, Electrochem.Acta, 3
7,1681 (1982) uses ethylene glycol dimethacrylate and trimethylolpropane methacrylate as ultraviolet rays (U
V) has been reported to form a gel by crosslinking by exposure to light, and US Pat. No. 4,830,939 and Polym.Adv.Tech., 4,205 disclose relatively low molecular weight acrylates having a molecular weight of 1,000 or less. It has been reported a gel obtained by crosslinking a methacrylate oligomer by exposing it to UV or electron beam (EB). In addition, JP-A-9-2
Japanese Patent No. 5384 reports that an ion conductive polymer gel electrolyte obtained by polymerizing an acrylate monomer having a molecular weight of 1,000 or less and a general formula LiX (R 1 SO 2 ) n are combined [above-mentioned general In the formula,
X represents N, C, B, O or C (R 2 ) m , R 1 represents a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and n is 1 to 1
Indicates an integer of 3. R 2 is a hydrogen atom or has 1 carbon atom
To 12 alkyl groups, and m represents 1 or 2. ]. Further, U.S. Pat. No. 4,792,504
As an example of combining a thermoplastic polymer and a cross-linking polymer, a mixture of trimethylolpropane triacrylate, ethylene glycol dimethacrylate and high molecular weight polyethylene oxide (PEO) is cross-linked by UV irradiation to form a matrix. Reported a gel electrolyte obtained by impregnating this matrix with an electrolytic solution.

【0009】しかしながら、PEOに代表されるポリア
ルキレンオキシドを有するポリマーを用いた場合、ポリ
アルキレンオキシド部とLiイオンとの間の相互作用が
強いため、Liイオンの移動度が極めて低い。また、ア
クリレートモノマーやメタクリレートモノマーを用いた
場合、架橋に伴う体積変化が大きいため、正極と電解質
層との間及び負極と電解質層との間で十分な電気的接触
を実現するためには、電解質層または正負極のいずれか
に含浸させた高分子−電解質溶液を重合させ、群巻きや
スタックで緊縛度を高めて電池電槽内に収納することが
必要であり、この場合、少なくとも1つ以上の固体−固
体界面が存在することとなるため良好な界面形成が困難
となる。
However, when a polymer having a polyalkylene oxide represented by PEO is used, the mobility of the Li ion is extremely low because the interaction between the polyalkylene oxide portion and the Li ion is strong. In addition, when an acrylate monomer or a methacrylate monomer is used, the volume change due to cross-linking is large. Therefore, in order to realize sufficient electrical contact between the positive electrode and the electrolyte layer and between the negative electrode and the electrolyte layer, the electrolyte It is necessary to polymerize the polymer-electrolyte solution impregnated in either the layer or the positive and negative electrodes, increase the degree of tightness by group winding or stack, and store in the battery case, and in this case, at least one or more. Since the solid-solid interface of 1 exists, it becomes difficult to form a good interface.

【0010】また、上記の特開平9−25384号公報
の開示は、弾性に富んだ均一相ゲルを得ることに主眼が
置かれた技術であり、この均一相ゲルは高分子架橋体中
に分子レベルで電解液を包含している。このような均一
相ゲルを電池に用いた場合、アニオンクラスタによる立
体障害に加え、複雑に入り組んだ微細なネットワーク構
造に保持された電解液中を所定のサイズを有するリチウ
ムイオンクラスタが泳動する必要があるため、電池の直
流抵抗が増大し、高い電圧特性を実現することができな
い。
Further, the disclosure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-25384 mentioned above is a technique focused on obtaining a homogeneous phase gel rich in elasticity, and this homogeneous phase gel has a molecular structure in a crosslinked polymer. Contains electrolyte at a level. When such a homogeneous gel is used in a battery, in addition to steric hindrance due to anion clusters, it is necessary for lithium ion clusters having a predetermined size to migrate in an electrolytic solution held in a complicated and intricate fine network structure. Therefore, the DC resistance of the battery increases, and high voltage characteristics cannot be realized.

【0011】架橋タイプのゲル電解質に関しては、さら
に、以下の問題がある。架橋タイプのゲル電解質を生成
するのに利用される重合反応としては、紫外線や電子線
を用いた光重合と、過酸化ジベンゾイルやアゾビスジブ
チロニトリルなどのラジカル発生剤の存在下での熱重合
とがあるが、前者の光重合の場合、電槽により遮光・減
光されるため、電池内での重合が困難であり、電池の製
造プロセスが制限される。しかも、この場合、少なくと
も1つの固体−固体界面が存在することとなるため、良
好な界面形成が困難である。また、後者の熱重合の場
合、ラジカル発生剤を十分に分解させる必要があるた
め、電池の各構成要素を高温に晒す必要がある。そのた
め、電池の構成要素自体を適正化することが必要とな
る。
Further, the following problems are associated with the cross-linking type gel electrolyte. The polymerization reactions used to form cross-linked gel electrolytes include photopolymerization using ultraviolet light and electron beams, and thermal polymerization in the presence of radical generators such as dibenzoyl peroxide and azobisdibutyronitrile. However, in the case of the photopolymerization of the former, polymerization is difficult in the battery because the light is shielded and dimmed by the battery case, and the manufacturing process of the battery is limited. Moreover, in this case, since at least one solid-solid interface exists, it is difficult to form a good interface. Also, in the latter case of thermal polymerization, it is necessary to sufficiently decompose the radical generator, and thus it is necessary to expose each constituent element of the battery to a high temperature. Therefore, it is necessary to optimize the constituent elements of the battery.

【0012】また、以上説明した非架橋タイプ及び架橋
タイプのゲル電解質に共通する問題もある。ゲル電解質
は液体状の電解液を固体化する技術であるが、使用可能
な電解質塩の種類は電池構成やゲルの重合方法などによ
って制限される。例えば、リチウム系二次電池の電解質
塩には、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)、過塩素
酸リチウム(LiClO4)、及び四フッ化ホウ酸リチ
ウム(LiBF4)などが使用されるが、LiPF6はア
ルミニウムを腐食する性質を有しているため、正極集電
体、正極タブ、及び正極端子などにアルミニウムやアル
ミニウム合金を使用する電池での使用が困難である。ま
た、LiBF4はグラファイト負極にリチウムイオンが
インターカレートする電位で分解し易く、LiPF
6は、熱安定性が低いために高温使用を目的とする電池
には不向きであり、比較的高温(60℃以上)での熱重
合ができないため製造プロセス及び電池構成が制限され
る。
There is also a problem common to the non-crosslinked type and crosslinked type gel electrolytes described above. The gel electrolyte is a technique for solidifying a liquid electrolyte, but the type of electrolyte salt that can be used is limited by the battery configuration, gel polymerization method, and the like. For example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and the like are used as the electrolyte salt of the lithium secondary battery. Since LiPF 6 has a property of corroding aluminum, it is difficult to use it in a battery using aluminum or an aluminum alloy for the positive electrode current collector, the positive electrode tab, the positive electrode terminal and the like. In addition, LiBF 4 easily decomposes at the potential at which lithium ions intercalate in the graphite negative electrode, and LiPF 4
No. 6 is not suitable for a battery intended for high temperature use because of its low thermal stability, and thermal polymerization at a relatively high temperature (60 ° C. or higher) cannot be performed, so that the manufacturing process and battery configuration are limited.

【0013】なお、上記の特開平9−25384号公報
は、アルミニウムやアルミニウム合金と一般式LiX
(R1SO2nに示す化合物とを同時に使用することに
ついて開示しているが、アルミニウムやアルミニウム系
合金の腐食を防止するためにはインヒビタを使用するこ
とが必要であることを言及している。しかしながら、イ
ンヒビタとして例示されているLiPF6やLiBF4
用いた場合、それらインヒビタ自体に熱影響や低電位で
の分解が生じ、電池特性に悪影響を及ぼすこととなる。
The above-mentioned Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-25384 discloses aluminum and aluminum alloys and the general formula LiX.
It discloses that the compound represented by (R 1 SO 2 ) n is used at the same time, but mentions that it is necessary to use an inhibitor to prevent corrosion of aluminum or an aluminum-based alloy. There is. However, when LiPF 6 or LiBF 4 exemplified as an inhibitor is used, the inhibitors themselves are affected by heat or decomposed at a low potential, which adversely affects the battery characteristics.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、安全であり且つ幅広い温
度域で高い出力特性を実現可能な固体状電解質リチウム
系二次電池及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and is a solid electrolyte lithium secondary battery which is safe and capable of realizing high output characteristics in a wide temperature range, and a method thereof. It is intended to provide a manufacturing method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、正極、負極、及び前記正極と前記負極と
の間に介在し且つ電気的に絶縁性の電解質支持材と前記
電解質支持材に支持された固体状電解質とを備えた固体
状電解質層を具備し、前記固体状電解質は非水溶媒及び
電解質塩を含有する電解液と高分子架橋体とを含み、前
記固体状電解質は前記高分子架橋体を含有する支持構造
相と前記電解液の少なくとも一部を含有し且つ球に換算
した平均径が10μm〜1.0μmの範囲内にある電解
液相とに相分離し、前記負極は組み立て完了後の初めて
の充電過程で膨張し、それにより、その充電後の前記固
体状電解質層の厚さを前記充電前の前記固体状電解質層
の厚さに対して95%〜80%にまで減少させ、前記電
解液は前記電解質塩の少なくとも一部としてビスペンタ
フルオロエチルスルホニルイミドリチウムを0.6mo
l/L〜2.0mol/Lの濃度で含有したことを特徴
とするリチウム系二次電池を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte supporting material which is interposed between the positive electrode and the negative electrode and electrically insulating, and the electrolyte. A solid electrolyte layer comprising a solid electrolyte supported by a support material is provided, the solid electrolyte comprises an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, and a polymer crosslinked body, and the solid electrolyte Is phase-separated into a supporting structure phase containing the cross-linked polymer and an electrolyte solution phase containing at least a part of the electrolyte solution and having an average diameter converted into spheres of 10 μm to 1.0 μm, The negative electrode expands during the first charging process after the assembly is completed, so that the thickness of the solid electrolyte layer after the charging is 95% to 80% of the thickness of the solid electrolyte layer before the charging. %, The electrolyte is the electrolyte salt Bispentafluoroethylsulfonyl imide lithium as a part of at least 0.6 mo
Provided is a lithium-based secondary battery, which is characterized by containing at a concentration of 1 / L to 2.0 mol / L.

【0016】また、本発明は、正極、負極、及び前記正
極と前記負極との間に介在し且つ電気的に絶縁性の電解
質支持材と前記電解質支持材に支持された固体状電解質
とを備えた固体状電解質層を具備し、前記固体状ゲル電
解質は非水溶媒及び電解質塩を含有する電解液と高分子
架橋体とを含むリチウム系二次電池の製造方法であっ
て、前記正極と前記負極との間に前記電解質支持材を介
在させて電極群を形成する工程と、前記電極群を容器内
に収納するとともに前記容器内に前記電解液とモノマー
とを注液する工程と、前記モノマーを熱重合させて前記
高分子架橋体を生成し、それにより、前記固体状電解質
を得る工程とを含み、前記固体状電解質を前記高分子架
橋体を含有する支持構造相と前記電解液の少なくとも一
部を含有し且つ球に換算した平均径が10μm〜1.0
μmの範囲内にある電解液相とに相分離した構造に形成
し、前記負極として、組み立て完了後の初めての充電過
程で膨張し、それにより、その充電後の前記固体状電解
質層の厚さを前記充電前の前記固体状電解質層の厚さに
対して95%〜80%にまで減少させるものを使用し、
前記電解液は前記電解質塩の少なくとも一部としてビス
ペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウムを0.
6mol/L〜2.0mol/Lの濃度で含有したこと
を特徴とするリチウム系二次電池の製造方法を提供す
る。
Further, the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte support material which is interposed between the positive electrode and the negative electrode and is electrically insulating, and a solid electrolyte supported by the electrolyte support material. A solid electrolyte layer, wherein the solid gel electrolyte is a method for producing a lithium-based secondary battery comprising an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt and a polymer crosslinked body, wherein the positive electrode and the Forming an electrode group by interposing the electrolyte supporting material between the negative electrode, a step of housing the electrode group in a container and injecting the electrolytic solution and a monomer into the container, and the monomer At least one of a supporting structural phase containing the polymer crosslinked body and the electrolytic solution, wherein the polymer crosslinked body is produced by thermally polymerizing the polymer, thereby obtaining the solid electrolyte. Contains a part and into a sphere The average diameter of the Sun 10μm~1.0
It is formed into a structure that is phase-separated into an electrolyte solution phase in the range of μm, and expands as the negative electrode in the first charging process after completion of assembly, so that the thickness of the solid electrolyte layer after the charging is increased. Is reduced to 95% to 80% with respect to the thickness of the solid electrolyte layer before charging,
The electrolytic solution contains lithium bispentafluoroethylsulfonylimide at least as a part of the electrolyte salt.
Provided is a method for producing a lithium-based secondary battery, which is characterized by containing at a concentration of 6 mol / L to 2.0 mol / L.

【0017】本発明者らは、従来の固体状電解質電池が
電解液電池に比べて出力特性に劣る原因として、まず、
ゲル電解質構造に着眼した。従来、ゲル電解質電池に関
しては、上述のベルコア技術(PVDFを用いたもの)
を除き、特開平9−24384号に記載されるように、
機械的強度を確保するためにゲル電解質を「均一相ゲ
ル」とすることを前提としつつ如何にイオン伝導性を高
めるかということに主眼を置いて研究が為されていた。
これに対し、本発明者らは、そのような前提から踏み出
し、ゲル電解質を、ゲル電解質に機械的強度を付与する
役割を担う支持構造相と、ゲル電解質にイオン伝導性を
付与する役割を担う電解液相とに相分離した構造とし且
つそれぞれの電解液相を十分に大きなサイズとすること
により、電解液電池とほぼ同様のメカニズムでイオンの
移動を生じさせることができ、固体状ゲル電解質電池の
出力特性を著しく高めることが可能であると考え、実際
にその効果を確認した。
The inventors of the present invention have first explained that the conventional solid electrolyte battery is inferior in output characteristics to the electrolytic solution battery.
We focused on the gel electrolyte structure. Conventionally, regarding gel electrolyte batteries, the above-mentioned Bellcore technology (using PVDF)
Except as described in JP-A-9-24384,
Research has been conducted with a focus on how to enhance ionic conductivity while assuming that the gel electrolyte is a “homogeneous phase gel” in order to secure mechanical strength.
On the other hand, the present inventors have taken steps from such a premise, and play a role of giving a gel electrolyte a supporting structure phase that plays a role of imparting mechanical strength to the gel electrolyte, and a role of imparting ion conductivity to the gel electrolyte. By having a structure that is phase-separated from the electrolyte solution phase and having a sufficiently large size for each electrolyte solution phase, it is possible to cause migration of ions by a mechanism substantially similar to that of the electrolyte solution battery, and a solid gel electrolyte battery. It was thought that it was possible to remarkably improve the output characteristics of, and the effect was actually confirmed.

【0018】このようにゲル電解質を支持構造相と電解
液相とに相分離した構造とした場合、固体状電解質のイ
オン伝導性は電解液相のサイズに大きく依存する。すな
わち、電解液相のサイズが過剰に小さい場合、電解質中
のイオン輸送メカニズムが均一相ゲル中におけるイオン
輸送メカニズムと同様になるため、上記の相分離による
効果が殆ど得られない。本発明者らの実験によると、電
解液相の球に換算した平均径を1.0μm以上とするこ
とにより上記の効果を得ることができた。
When the gel electrolyte has a structure in which the supporting structure phase and the electrolytic solution phase are separated in this way, the ionic conductivity of the solid electrolyte largely depends on the size of the electrolytic solution phase. That is, when the size of the electrolyte solution phase is excessively small, the ion transport mechanism in the electrolyte becomes similar to the ion transport mechanism in the homogeneous phase gel, so that the above-described effect of phase separation is hardly obtained. According to the experiments by the present inventors, the above effect could be obtained by setting the average diameter converted into spheres of the electrolyte solution phase to 1.0 μm or more.

【0019】なお、従来の均一相ゲルにおいても、極端
に微視的に見れば、ゲル電解質は支持構造相と電解液相
とに相分離していると考えることもできる。しかしなが
ら、そのような電解液相のサイズは上記の下限値に比べ
れば遥かに小さく、実質的に均一相を形成しているとみ
なすことができる。このような相違は、実際に電解液相
のサイズを測定することにより確認可能であるだけでな
く、従来のゲル電解質電池で使用されているゲル電解質
は透明であるのに対し、本発明で使用する固体状電解質
は支持構造相と電解液相との間の界面での光散乱により
白濁していることからも確認可能である。
Even in the conventional homogeneous phase gel, it can be considered that the gel electrolyte is phase-separated into a supporting structure phase and an electrolytic solution phase from an extremely microscopic viewpoint. However, the size of such an electrolytic solution phase is much smaller than the above lower limit value, and it can be considered that a substantially uniform phase is formed. Such a difference can be confirmed not only by actually measuring the size of the electrolytic solution phase, but the gel electrolyte used in the conventional gel electrolyte battery is transparent, whereas it is used in the present invention. It can be confirmed from the fact that the solid electrolyte to be formed is clouded due to light scattering at the interface between the supporting structure phase and the electrolytic solution phase.

【0020】電解液相の球に換算した平均径は、固体状
電解質の保液性にも影響を与える。すなわち、電解液相
の球に換算した平均径が過剰に大きい場合、電解液の染
み出しが生じ、安全性が低下するおそれがある。本発明
者らの実験によると、高い保液性を実現するためには、
電解液相の球に換算した平均径を10μm以下とするの
が好ましいことが判明した。
The average diameter converted into spheres of the electrolytic solution phase also affects the liquid retention of the solid electrolyte. That is, when the average diameter converted into spheres of the electrolyte solution phase is excessively large, the electrolyte solution may seep out and the safety may be reduced. According to the experiments by the present inventors, in order to realize high liquid retention,
It has been found that it is preferable to set the average diameter converted into spheres of the electrolytic solution phase to 10 μm or less.

【0021】電解質を支持構造相と電解液相とに相分離
させた場合、固体状電解質のイオン伝導性や保液性は固
体状電解質に対する電解液相の体積比にも依存する。な
お、通常、電解液相の球に換算した平均径が上記範囲内
となる条件下で固体状電解質を生成した場合、固体状電
解質に対する電解液相の体積比は上記範囲内となる。
When the electrolyte is phase-separated into a supporting structure phase and an electrolytic solution phase, the ionic conductivity and liquid retention of the solid electrolyte also depend on the volume ratio of the electrolytic solution phase to the solid electrolyte. When the solid electrolyte is produced under the condition that the average diameter of the sphere of the electrolyte solution phase is within the above range, the volume ratio of the electrolyte solution phase to the solid electrolyte is usually within the above range.

【0022】固体状電解質を相分離した構造とするに
は、例えば、その架橋密度を高めればよい。また、電解
液相の球に換算した平均径や固体状電解質に対する電解
液相の体積比は、上記の架橋密度や電解液と高分子架橋
体(或いは、その原料であるモノマー)との比などによ
って制御可能である。さらに、「電解液相の球に換算し
た平均径」や「固体状電解質に対する電解液相の体積
比」は、例えば、固体状電解質の顕微鏡写真から求める
ことができる。
To make the solid electrolyte into a phase-separated structure, for example, its crosslink density may be increased. Further, the average diameter converted into spheres of the electrolytic solution phase and the volume ratio of the electrolytic solution phase to the solid electrolyte are the above-mentioned crosslinking density and the ratio of the electrolytic solution to the polymer crosslinked body (or the monomer as the raw material) Controllable by. Furthermore, the “average diameter of the electrolytic solution phase converted into spheres” and the “volume ratio of the electrolytic solution phase to the solid electrolyte” can be obtained from, for example, a micrograph of the solid electrolyte.

【0023】本発明で使用する固体状電解質は、通常、
均一相とした固体状電解質に比べて脆い傾向にある。本
発明では、固体状電解質と電解質支持材(或いはセパレ
ータ)とを組み合わせているので、固体状電解質の損壊
を防ぐ役割の一部を電解質支持材に負わせることができ
る。なお、固体状ゲル電解質を均一相とした場合であっ
ても、それをリチウム系二次電池に適用する場合、例え
ば、群巻き時のテンションに対する耐性を向上させるこ
と、或いは、電池を誤使用した際に見られる過充電によ
る負極上へのデンドリティックなLi金属の析出を防ぐ
ことなどのために不織布や多孔質状のセパレータを使用
することは実質的に不可欠である。したがって、電解質
支持材を使用することによって不利益が生ずることはな
い。
The solid electrolyte used in the present invention is usually
It tends to be more brittle than a solid electrolyte in a homogeneous phase. In the present invention, since the solid electrolyte and the electrolyte support material (or the separator) are combined, part of the role of preventing damage to the solid electrolyte can be assigned to the electrolyte support material. Even when the solid gel electrolyte is in a uniform phase, when it is applied to a lithium-based secondary battery, for example, the resistance to tension during group winding is improved, or the battery is misused. It is essentially essential to use a non-woven fabric or a porous separator in order to prevent the deposition of dendritic Li metal on the negative electrode due to overcharging which is sometimes observed. Therefore, the use of electrolyte support does not cause any disadvantage.

【0024】ところで、固体状電解質は、モノマーと電
解液との混合液を調製し、その中に含まれるモノマーを
架橋反応によって重合させることにより得ることができ
る。この場合、一般に、重合前に比べて重合後では体積
が大きく減少する。そのため、固体状ゲル電解質電池の
製造プロセスにおいては、重合後における電極群の緊縛
度が適度な範囲内となるように制御する必要がある。そ
のような制御は、例えば、セパレータ及び電極のそれぞ
れの表面や孔を電解質で充填した後、群巻き等を行うこ
とにより可能である。但し、この方法によると、スタッ
ク構造を採用した場合には均一な緊縛度を容易に実現可
能であるが、略円筒形に群巻きする場合や楕円柱または
長円柱状に群巻きする場合などにおいては、巻き芯に近
い側と外周側との間や平坦部と角部との間などで電極群
中の緊縛度を一定とすることが困難となることがある。
The solid electrolyte can be obtained by preparing a mixed solution of a monomer and an electrolytic solution and polymerizing the monomer contained therein by a crosslinking reaction. In this case, generally, the volume is greatly reduced after the polymerization as compared with before the polymerization. Therefore, in the manufacturing process of the solid gel electrolyte battery, it is necessary to control the degree of tightness of the electrode group after polymerization to be within an appropriate range. Such control is possible, for example, by filling the respective surfaces and holes of the separator and the electrode with the electrolyte, and then performing group winding or the like. However, according to this method, it is possible to easily achieve a uniform degree of tightness when a stack structure is adopted, but in the case of group winding in a substantially cylindrical shape or in the case of group winding in an elliptic cylinder or an elliptic cylinder. In some cases, it may be difficult to keep the degree of tightness in the electrode group constant between the side close to the winding core and the outer peripheral side, or between the flat portion and the corner portion.

【0025】また、この方法によると、正極、負極、及
びセパレータの少なくとも1つの部材が単独で電解質を
保持できない場合、電極群形成後に、電解質中の電解液
が上記少なくとも1つの部材へと拡散して電解質中のイ
オン及び電解液の絶対量が不足する傾向にある。これを
防止すべく予め電解液中のイオン濃度を高めた場合、電
解液とモノマーとの混合液の粘度が過剰に高くなり、セ
パレータや電極表面の細孔構造への電解質の充填が困難
となる。一方、電解質中の電解液の割合を高めた場合、
電解液が電解質から漏出するおそれがある。さらに、正
極、負極、及びセパレータの全てが電解質を保持可能で
あったとしても、電極及びセパレータに電解質を付与し
た後に群巻き或いはスタックする方法では、必要以上に
体積が嵩み、電池の体積エネルギー密度を低下させるこ
ととなる。
Further, according to this method, when at least one member of the positive electrode, the negative electrode, and the separator cannot hold the electrolyte by itself, the electrolytic solution in the electrolyte diffuses to the above-mentioned at least one member after forming the electrode group. Therefore, the absolute amount of ions and electrolyte in the electrolyte tends to be insufficient. If the ion concentration in the electrolytic solution is increased in advance to prevent this, the viscosity of the mixed solution of the electrolytic solution and the monomer becomes excessively high, and it becomes difficult to fill the electrolyte into the pore structure of the separator or the electrode surface. . On the other hand, when the proportion of the electrolytic solution in the electrolyte is increased,
The electrolyte may leak from the electrolyte. Further, even if all of the positive electrode, the negative electrode, and the separator can hold the electrolyte, the method of group winding or stacking after applying the electrolyte to the electrode and the separator causes an unnecessarily large volume, and the volume energy of the battery is increased. This will reduce the density.

【0026】上記の問題に対しては、電解液電池の製造
プロセスと同様に電極とセパレータとを群巻き或いはス
タックして電槽容器内に収容し、電槽容器内に電解液と
モノマーとを注液した後、電槽容器を封止してモノマー
を熱重合させることが有効である。この方法によれば、
均一な緊縛度を実現可能であることに加え、電極とセパ
レータとの間の電解質の量が過剰量となることはない。
しかも、上記の電解液の拡散を生ずることはないため、
電解液とモノマーとの混合液に占める電解液の割合やイ
オン濃度を過剰に高める必要はない。しかしながら、こ
の方法では、予め電極群などを形成した後に重合を行う
ため、重合に伴って体積が減少すると、電極群間に空隙
が生ずるおそれがある。
To solve the above-mentioned problems, the electrodes and the separators are group-wound or stacked and housed in a battery container as in the manufacturing process of the electrolyte battery, and the electrolyte and the monomer are stored in the battery container. After injecting the liquid, it is effective to seal the battery container to thermally polymerize the monomer. According to this method
In addition to being able to achieve a uniform degree of tightness, there is no excess of electrolyte between the electrodes and the separator.
Moreover, since the above electrolyte does not diffuse,
It is not necessary to excessively increase the ratio of the electrolytic solution in the mixed solution of the electrolytic solution and the monomer or the ion concentration. However, in this method, since the polymerization is performed after the electrode groups and the like are formed in advance, when the volume decreases due to the polymerization, voids may occur between the electrode groups.

【0027】これに対し、本発明では、負極に組み立て
完了後の初めての充電過程で膨張するものを使用する。
負極をそのような構成とした場合、固体状電解質の生成
後に電極群間に空隙が生じたとしても、組み立て完了後
の初めての充電過程で負極が膨張することにより、電極
群間の空隙は押しつぶされる。そのため、良好な密着状
態を実現することができ、高いイオン伝導性を得ること
ができる。
On the other hand, in the present invention, a negative electrode that expands in the first charging process after completion of assembly is used.
In the case where the negative electrode has such a structure, even if voids are generated between the electrode groups after the solid electrolyte is generated, the negative electrodes expand during the first charging process after the assembly is completed, and the voids between the electrode groups are crushed. Be done. Therefore, a good close contact state can be realized, and high ionic conductivity can be obtained.

【0028】このような効果を得るためには、負極の膨
張度が適当な範囲内にあることが重要である。すなわ
ち、負極の膨張度が過剰に高い場合、固体状電解質層が
過剰に圧縮されて、電解液の染み出しを生ずるおそれが
あり、安全性や寿命特性の低下を生ずる。一方、負極の
膨張度が過剰に低い場合、圧縮度が不十分となり、電極
群間の空隙は押しつぶすことが困難となり、高い出力特
性を得ることができない。本発明者らの実験によれば、
電極群の厚さを重合前後でほぼ一定とした場合、負極と
して、組み立て完了後の初めての充電過程で膨張するこ
とによって充電後の固体状電解質層の厚さを充電前の固
体状電解質層の厚さに対して95%〜80%にまで減少
させるものを使用することにより、電解液の染み出しを
生ずることなく高いイオン伝導性を実現することがで
き、また、サイクル特性に顕著な影響を与えることなく
電極群の緊縛度を高めることができた。なお、一般に、
電解液電池などの電極には、寿命特性を高める目的か
ら、体積変化の小さな電極材料及び電極構造が採用され
ており、上記の効果が得られるほどの体積増加を示すも
のは使用されていない。
In order to obtain such an effect, it is important that the degree of expansion of the negative electrode is within an appropriate range. That is, when the degree of expansion of the negative electrode is excessively high, the solid electrolyte layer may be excessively compressed, and the electrolyte solution may seep out, resulting in deterioration of safety and life characteristics. On the other hand, when the expansion degree of the negative electrode is excessively low, the compression degree becomes insufficient, and it becomes difficult to crush the voids between the electrode groups, so that high output characteristics cannot be obtained. According to the experiments by the inventors,
When the thickness of the electrode group is made substantially constant before and after the polymerization, as the negative electrode, the thickness of the solid electrolyte layer after charging is expanded by the expansion in the first charging process after the completion of assembly to the thickness of the solid electrolyte layer before charging. By using a material whose thickness is reduced to 95% to 80%, it is possible to achieve high ionic conductivity without seeping out of the electrolytic solution, and to significantly affect cycle characteristics. It was possible to increase the tightness of the electrode group without giving it. In addition, in general,
An electrode material and an electrode structure with a small volume change are adopted for the electrode of the electrolytic solution battery or the like for the purpose of improving the life characteristics, and a material showing a volume increase enough to obtain the above effect is not used.

【0029】固体状電解質電池の高温サイクル特性及び
低温特性には、支持構造相を形成する高分子架橋体だけ
でなく、電解質塩も大きく寄与する。本発明で使用する
ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム
(LiBETI)のような有機リチウム塩は、電解液系
のリチウム系二次電池での使用が検討されているLiP
6、LiBF4、及びLiClO4などに比べ、アニオ
ンが電解液の粘度を上昇させる効果が大きいため電解液
の凝固点降下により大きく寄与する。また、LiBET
Iのような有機リチウム塩は、LiPF6、LiBF4
及びLiClO4などに比べ、エチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジ
メトキシエタンなどのように一般にリチウム系二次電池
で使用される電解液溶媒中での電離度が高く、電解質の
イオン伝導度を向上させる効果が大きい。また、LiB
ETIのような有機リチウム塩は、熱安定性にも富み、
高温使用時での安定性を向上させることができる。
The high temperature cycle characteristics and the low temperature characteristics of the solid electrolyte battery are greatly influenced not only by the crosslinked polymer forming the support structure phase but also by the electrolyte salt. An organic lithium salt such as bispentafluoroethylsulfonylimide lithium (LiBETI) used in the present invention is a LiP that is being studied for use in an electrolyte-based lithium secondary battery.
F 6, LiBF 4, and LiClO 4 compared with like, anions greatly contributes by freezing point depression of electrolytic solution for a large effect of increasing the viscosity of the electrolyte. In addition, LiBET
Organolithium salts such as I include LiPF 6 , LiBF 4 ,
And compared to LiClO 4 etc., ethylene carbonate,
The effect of improving the ionic conductivity of the electrolyte, which has a high ionization degree in the electrolyte solvent generally used in lithium secondary batteries such as propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethoxyethane. Is big. Also, LiB
Organolithium salts such as ETI have excellent thermal stability,
The stability at the time of high temperature use can be improved.

【0030】しかしながら、LiBETIが属するイミ
ド系は、上記の通りアルミニウムを溶解する性質を有し
ている。LiBETIは、ビストリフルオロスルホニル
イミドリチウム[LiN(SO3CH32]などと比較
すればアニオンのサイズがより大きくアルミニウム溶解
性の低い化合物であるが、それでもなお、電解液電池で
使用する場合にはアルミニウムを腐食する力が強く長期
信頼性に難がある。これに対し、本発明では、LiBE
TIを固体状電解質電池で使用しており、この場合、電
解質自体のアニオントラップ効果によりアルミニウムを
腐食する力が弱められる。また、本発明者らの実験の結
果、特に電解液中のLiBETI濃度を0.6mol/
L〜2.0mol/Lの範囲内とすることにより、十分
なイオン伝導度を実現可能であることに加え、インヒビ
タを使用することなく長期信頼性を実現可能であること
が判明した。
However, the imide system to which LiBETI belongs has the property of dissolving aluminum as described above. LiBETI is a compound having a larger anion size and lower aluminum solubility than lithium bistrifluorosulfonylimide [LiN (SO 3 CH 3 ) 2 ] and the like, but nevertheless, when used in an electrolyte battery. Has a strong ability to corrode aluminum and has a problem in long-term reliability. On the other hand, in the present invention, LiBE
TI is used in a solid electrolyte battery, in which case the anion trapping effect of the electrolyte itself weakens the ability to corrode aluminum. In addition, as a result of the experiments conducted by the present inventors, the LiBETI concentration in the electrolytic solution was 0.6 mol / mol.
It was found that by setting the ratio within the range of L to 2.0 mol / L, it is possible to realize sufficient ionic conductivity and also to realize long-term reliability without using an inhibitor.

【0031】本発明において、高分子架橋体(或いは、
ホストポリマー)として用いられるポリマーに特に制限
はないが、ポリエチレンオキシドなどのようにポリアル
キレンオキシド構造を有するポリマーはリチウム塩との
間の相互作用が非常に強い傾向にある。そのため、その
ようなポリマーを使用した場合、上記の相分離が生じに
くくなることがある。相分離を容易に生じさせることが
可能な材料としては、例えば、(メタ)アクリレートモ
ノマーを架橋重合してなる高分子架橋体を挙げることが
できる。この高分子架橋体は、相分離を容易に生じさせ
ることができるのに加え、安価であるという利点も有し
ている。(メタ)アクリレートモノマーを架橋重合して
なる高分子架橋体の中でも、メタクリル酸メチルとジメ
タクリル酸エチレンとを架橋重合してなる高分子架橋体
を使用することが特に好ましい。それらは疎水性である
ことからハンドリングが容易である。
In the present invention, a crosslinked polymer (or,
The polymer used as the host polymer) is not particularly limited, but a polymer having a polyalkylene oxide structure such as polyethylene oxide tends to have a very strong interaction with a lithium salt. Therefore, when such a polymer is used, the above phase separation may be difficult to occur. Examples of the material capable of easily causing phase separation include a cross-linked polymer obtained by cross-linking and polymerizing a (meth) acrylate monomer. This crosslinked polymer has an advantage that it is inexpensive in addition to being able to easily cause phase separation. Among the cross-linked polymers obtained by cross-linking and polymerizing the (meth) acrylate monomer, it is particularly preferable to use the cross-linked polymers obtained by cross-linking and polymerizing methyl methacrylate and ethylene dimethacrylate. Since they are hydrophobic, they are easy to handle.

【0032】本発明において、非水溶媒としては、電解
液系のリチウム系二次電池で一般に使用されている溶媒
を使用することができる。そのような溶媒としては、例
えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカー
ボネート(PC)、γブチロラクトン(GBL)、スル
ホラン(SL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジ
メチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネ
ート(EMC)、ジメトキシエタン(DME)、ジエト
キシエタン(DEE)、2−メチル−テトラヒドロフラ
ン(2MeTHF)、各種グライム類、及びそれらの混
合物などを挙げることができる。但し、本発明において
は、非水溶媒は、電解液中のLiBETI濃度を上記範
囲内とし得ることが必要である。また、DMC、DM
E、及びDEEなどは引火点が室温以下であることか
ら、それら以外の溶媒を使用することが好ましい。
In the present invention, as the non-aqueous solvent, a solvent generally used in electrolyte-based lithium secondary batteries can be used. Examples of such a solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (GBL), sulfolane (SL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC). , Dimethoxyethane (DME), diethoxyethane (DEE), 2-methyl-tetrahydrofuran (2MeTHF), various glymes, and mixtures thereof. However, in the present invention, it is necessary that the non-aqueous solvent be capable of keeping the LiBETI concentration in the electrolytic solution within the above range. Also, DMC, DM
Since E and DEE have a flash point of room temperature or lower, it is preferable to use a solvent other than those.

【0033】本発明において、正極には、LiMn24
などのスピネル構造化合物や、一般式LiMO2で表さ
れるα−NaFeO2構造を有するリチウム含有遷移金
属複合酸化物等を使用することができる。なお、上記一
般式において、Mは、Co、Ni、Al、Mn、Ti、
Feなどから選ばれる少なくとも1種の金属元素を示し
ている。正極には、さらに、リチウムを挿入可能なMn
2やV25などの金属酸化物、TiS2やZnS2など
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類などのπ共役系高分子、及び分
子内での硫黄−硫黄結合の形成/開裂を生ずるジスルフ
ィド化合物などを用いることも可能である。
In the present invention, the positive electrode is made of LiMn 2 O 4
A spinel structure compound such as the above, a lithium-containing transition metal composite oxide having an α-NaFeO 2 structure represented by the general formula LiMO 2 , and the like can be used. In the above general formula, M is Co, Ni, Al, Mn, Ti,
At least one metal element selected from Fe and the like is shown. Further, Mn into which lithium can be inserted in the positive electrode
Metal oxides such as O 2 and V 2 O 5 , metal sulfides such as TiS 2 and ZnS 2 , π-conjugated polymers such as polyaniline and polypyrrole having electrochemical redox activity, and sulfur in the molecule It is also possible to use disulfide compounds which result in the formation / cleavage of sulfur bonds.

【0034】本発明において、負極には、リチウムを吸
蔵放出可能な炭素材料などを用いることができる。その
ような炭素材料としては、例えば、天然に産出される黒
鉛や有機原料を2000℃以上の高温で焼成することに
より得られるグラファイト構造が発達し平坦な電位特性
を有する黒鉛系炭素材料、及び、有機原料を1000℃
以下の比較的低温で焼成することにより得られ、黒鉛系
材料よりも大きな充放電容量が期待できるコークス系炭
素材料などを挙げることができる。
In the present invention, a carbon material capable of inserting and extracting lithium can be used for the negative electrode. Examples of such a carbon material include, for example, a graphite-based carbon material having a flat potential characteristic in which a graphite structure developed by firing naturally produced graphite or an organic raw material at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and 1000 ℃ organic raw material
The coke-based carbon material, etc., which is obtained by firing at a relatively low temperature and is expected to have a larger charge / discharge capacity than the graphite-based material, can be given below.

【0035】また、本発明において、電解質支持材とし
ては、一般にセパレータとして使用されているものを使
用することができ、ポリオレフィン系材料からなる不織
布や多孔シートが好適である。
Further, in the present invention, as the electrolyte supporting material, those generally used as a separator can be used, and a nonwoven fabric or a porous sheet made of a polyolefin material is suitable.

【0036】[0036]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。本
実施例では、以下に説明する方法により固体状電解質リ
チウム系二次電池を製造し、構成要素の物性及び電池の
出力特性等を調べた。なお、ここでは、スタック構造を
採用し、定格容量15Ahの角型とした。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. In this example, a solid electrolyte lithium secondary battery was manufactured by the method described below, and the physical properties of the constituent elements and the output characteristics of the battery were examined. In addition, here, a stack structure is adopted, and a rectangular type having a rated capacity of 15 Ah is used.

【0037】(a)正極活物質合剤の塗工用スラリーの
調製 正極活物質として平均粒径10μmのLiCoO2粉末
を90重量部と、バインダとしてポリフッ化ビニリデン
樹脂(ダイキン工業株式会社製のネオフロンVDF V
P−850)を4.0重量部と、導電剤としてグラファ
イト粉末を5.0重量部と、分散剤としてN−メチルピ
ロリドンを20重量部とを配合した。次いで、その配向
物を分散機により8,000rpmで20分間攪拌混合
することにより正極活物質合剤の塗工用スラリーを調製
した。
(A) Preparation of slurry for coating positive electrode active material mixture 90 parts by weight of LiCoO 2 powder having an average particle size of 10 μm as a positive electrode active material, and polyvinylidene fluoride resin as a binder (Neoflon manufactured by Daikin Industries, Ltd.) VDF V
P-850), 4.0 parts by weight, 5.0 parts by weight of graphite powder as a conductive agent, and 20 parts by weight of N-methylpyrrolidone as a dispersant. Next, the oriented material was stirred and mixed at 8,000 rpm for 20 minutes by a disperser to prepare a slurry for coating a positive electrode active material mixture.

【0038】(b)正極板の製造 上記の正極活物質合剤の塗工用スラリーを、厚さ20μ
mのアルミ箔からなる集電体上にダイコータを用いて連
続的に片面塗布し、70℃で乾燥させた後、オーブンに
より135℃の温度で2分間加熱し、さらに、オーブン
により150℃の温度で2分間加熱して分散剤を除去す
ることにより、集電体上に正極活物質合剤塗膜を形成し
た。次に、その集電体の他方の面にも同様の方法で同じ
厚さの正極活物質合剤塗膜を形成した。これを4.9k
Paの圧力でプレスし、所定のサイズにサイジングし、
さらに端子接続部の活物質層を除去することにより正極
板を得た。
(B) Production of Positive Electrode Plate The coating slurry of the positive electrode active material mixture described above was applied to a thickness of 20 μm.
m of aluminum foil is continuously coated on one side using a die coater and dried at 70 ° C, then heated in an oven at 135 ° C for 2 minutes, and further in an oven at 150 ° C. The mixture was heated for 2 minutes to remove the dispersant, thereby forming a positive electrode active material mixture coating film on the current collector. Next, a positive electrode active material mixture coating film having the same thickness was formed on the other surface of the current collector by the same method. This is 4.9k
Press at a pressure of Pa, size to a specified size,
Further, the positive electrode plate was obtained by removing the active material layer of the terminal connecting portion.

【0039】(c)負極活物質合剤の塗工用スラリーの
調製 負極活物質を85重量部と、バインダとしてポリフッ化
ビニリデン樹脂(ダイキン工業株式会社製のネオフロン
VDF VP−850)を10重量部と、電子線に反応
する化合物としてアクリレートモノマーである日本化薬
株式会社製のカヤラッドR−167を3重量部と、分散
剤としてN−メチルピロリドンを225重量部とを配合
した。次いで、その配向物を分散機により8,000r
pmで20分間攪拌混合することにより負極活物質合剤
の塗工用スラリーを調製した。
(C) Preparation of slurry for coating negative electrode active material mixture 85 parts by weight of negative electrode active material and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride resin (Neoflon VDF VP-850 manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as a binder. And 3 parts by weight of Kayarad R-167 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., which is an acrylate monomer, as a compound that reacts with an electron beam, and 225 parts by weight of N-methylpyrrolidone as a dispersant. Then, the oriented material is dispersed by a disperser at 8,000r.
A slurry for coating a negative electrode active material mixture was prepared by stirring and mixing at pm for 20 minutes.

【0040】(d)負極板の製造 上記の負極活物質合剤の塗工用スラリーを、厚さ14μ
mの銅箔からなる集電体上にダイコータを用いて連続的
に片面塗布し、100℃で乾燥させることにより、集電
体上に負極活物質合剤塗膜を形成した。次に、その集電
体の他方の面にも同様の方法で同じ厚さの負極活物質合
剤塗膜を形成した。これを4.9kPaの圧力でプレス
し、所定のサイズにサイジングし、さらに端子接続部の
活物質層を除去することにより負極板を得た。
(D) Production of Negative Electrode Plate The coating slurry of the above negative electrode active material mixture was coated to a thickness of 14 μm.
A current collector made of copper foil of m was continuously coated on one side with a die coater and dried at 100 ° C. to form a negative electrode active material mixture coating film on the current collector. Next, a negative electrode active material mixture coating film having the same thickness was formed on the other surface of the current collector by the same method. This was pressed at a pressure of 4.9 kPa, sized to a predetermined size, and the active material layer in the terminal connecting portion was removed to obtain a negative electrode plate.

【0041】(e)電池の組み立て 上記の方法で作製した正極板及び負極板をポリエチレン
製の多孔シートを介して交互にスタックし、集電板の取
り付けや端子の接続などを行った後、角型の電槽容器内
に収納した。次いで、電槽容器に上蓋を取り付け、それ
らを溶接封口した。その後、電槽容器内に電解液とモノ
マーと開始剤とを含有する混合液を注液し、加熱するこ
とによりモノマーを熱重合させた。なお、電解液を構成
する非水溶媒としては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4:6の比で含有
する混合液を使用し、電解質塩としてはLiBETIを
使用した。また、ここでは、電解液中のLiBETI濃
度、電解質の生成に利用したモノマーの組成、及び負極
活物質を互いに異ならしめて複数種のサンプルを作製し
た。
(E) Assembly of Battery The positive electrode plate and the negative electrode plate produced by the above method are alternately stacked with a polyethylene porous sheet interposed therebetween, and after attaching a current collecting plate and connecting terminals, It was stored in a battery case container of the mold. Next, a top cover was attached to the battery container and they were sealed by welding. Then, a mixed solution containing the electrolytic solution, the monomer and the initiator was poured into the container and heated to thermally polymerize the monomer. A mixed solution containing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a ratio of 4: 6 was used as the non-aqueous solvent constituting the electrolytic solution, and LiBETI was used as the electrolyte salt. In addition, here, a plurality of types of samples were prepared by making the LiBETI concentration in the electrolytic solution, the composition of the monomer used to generate the electrolyte, and the negative electrode active material different from each other.

【0042】(f)構成要素の物性の測定 以上の方法で組み立てを完了したサンプルのそれぞれに
ついて、固体状ゲル電解質の外観の目視による観察、固
体状ゲル電解質中の電解液相の平均径の測定、組み立て
完了後の初めての充電を行う前の固体状ゲル電解質層の
厚さに対する充電後の固体状ゲル電解質層の厚さの比
(減厚率)の測定を行った。その結果を、以下の表1に
示す。
(F) Measurement of Physical Properties of Constituent Elements With respect to each of the samples assembled as described above, the appearance of the solid gel electrolyte was visually observed, and the average diameter of the electrolyte solution phase in the solid gel electrolyte was measured. The ratio (thickness reduction ratio) of the thickness of the solid gel electrolyte layer after charging to the thickness of the solid gel electrolyte layer before the first charging after the completion of assembly was measured. The results are shown in Table 1 below.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】なお、上記表1において、「電解質組成」
欄では、上段に高分子架橋体を生成するのに用いられる
モノマー組成と電解質中のポリマー比とを示しており、
下段に電解液の組成を示している。また、表1におい
て、「MMA−EdMA」はメタクリル酸メチルとジメ
タクリル酸エチレンとの混合物を示し、その後の括弧内
はそれらの重量比を示している。さらに、サンプル10
に関して「電解質の外観」欄に記入された「−」は、架
橋度が高すぎたため、ゲルの状態とはならず、崩壊した
ことを意味している。また、「MCMB」はメソフェー
ズカーボンマイクロビーズを、「MCF」はメソフェー
ズカーボンファイバを、「NG」は天然黒鉛を、「MB
C−NC」はハードカーボンをそれぞれ示している。
In Table 1, "electrolyte composition"
In the column, the monomer composition used to form the crosslinked polymer and the polymer ratio in the electrolyte are shown in the upper column,
The composition of the electrolytic solution is shown in the lower part. Further, in Table 1, "MMA-EdMA" indicates a mixture of methyl methacrylate and ethylene dimethacrylate, and the parentheses thereafter indicate the weight ratio thereof. In addition, sample 10
With respect to the above, "-" entered in the "Appearance of electrolyte" column means that the degree of cross-linking was too high, so that the gel was not formed and collapsed. In addition, “MCMB” is mesophase carbon microbeads, “MCF” is mesophase carbon fiber, “NG” is natural graphite, and “MB” is
"C-NC" indicates hard carbon, respectively.

【0045】上記表1に示すように、サンプル1〜7の
いずれにおいても、電解液中のLiBETI濃度は0.
6mol/L〜2.0mol/Lであり、固体状ゲル電
解質中の電解液相の平均径は10μm〜1.0μmであ
り、固体状ゲル電解質層の減厚率は95〜80%であ
る。一方、サンプル8〜15においては、電解液中のL
iBETI濃度、固体状ゲル電解質中の電解液相の平均
径、及び固体状電解質層の減厚率の少なくとも1つが上
記範囲から外れている。すなわち、サンプル1〜7は本
発明の実施例に相当し、サンプル8〜15は比較例に相
当している。
As shown in Table 1 above, in any of Samples 1 to 7, the LiBETI concentration in the electrolytic solution was 0.
6 mol / L to 2.0 mol / L, the average diameter of the electrolytic solution phase in the solid gel electrolyte is 10 μm to 1.0 μm, and the thickness reduction rate of the solid gel electrolyte layer is 95 to 80%. On the other hand, in Samples 8 to 15, L in the electrolytic solution
At least one of the iBETI concentration, the average diameter of the electrolytic solution phase in the solid gel electrolyte, and the thickness reduction rate of the solid electrolyte layer is out of the above range. That is, Samples 1 to 7 correspond to Examples of the present invention, and Samples 8 to 15 correspond to Comparative Examples.

【0046】(g)常温出力特性の評価 次に、サンプル1〜9,11〜15について25℃の温
度条件下において満充電状態での20CA放電特性を測
定した。なお、サンプル10については、上記の通り固
体状ゲル電解質層を形成することができなかったため放
電特性の測定は行わなかった。測定結果を以下の表2に
示す。
(G) Evaluation of room temperature output characteristics Next, the 20CA discharge characteristics of the samples 1 to 9 and 11 to 15 in the fully charged state were measured under the temperature condition of 25 ° C. In addition, as for the sample 10, the discharge characteristics were not measured because the solid gel electrolyte layer could not be formed as described above. The measurement results are shown in Table 2 below.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】上記表2に示すように、本発明の実施例に
係るサンプル1〜9は、電解液系のリチウム系二次電池
であるサンプル15と同等の出力特性(874〜100
3W/kg)を示した。それに対し、相分離していない
比較例に係るサンプル8,9ではそれぞれ426W/k
g及び468W/kgと十分な出力特性を得ることがで
きず、電解質塩濃度が過剰に低い比較例に係るサンプル
11及び電解質塩濃度が過剰に高い比較例に係るサンプ
ル12では出力密度はともに600W/kg代であっ
た。また、負極の膨張が過剰に少ない比較例に係るサン
プル13では出力密度は極端に低い値となり、負極の膨
張が過剰に大きい比較例に係るサンプル14でも低い値
となった。以上の結果から、本発明によると、固体状電
解質を使用しているのにもかかわらず、電解液電池と同
レベルの高い常温出力特性を実現可能であることが確認
された。
As shown in Table 2, Samples 1 to 9 according to the examples of the present invention have the same output characteristics (874 to 100) as Sample 15, which is an electrolyte-based lithium secondary battery.
3 W / kg). On the other hand, in samples 8 and 9 according to the comparative example in which phase separation is not performed, 426 W / k
g and 468 W / kg, sufficient output characteristics could not be obtained, and the output density was 600 W for both sample 11 according to the comparative example having an excessively low electrolyte salt concentration and sample 12 according to the comparative example having an excessively high electrolyte salt concentration. / Kg. Further, the output density was extremely low in the sample 13 according to the comparative example in which the expansion of the negative electrode was excessively small, and was also low in the sample 14 in the comparative example in which the expansion of the negative electrode was excessively large. From the above results, it was confirmed that according to the present invention, it is possible to realize the high-temperature output characteristics at the same level as the electrolytic solution battery, even though the solid electrolyte is used.

【0049】(g)低温出力特性の評価 次に、サンプル1〜9,11〜15について−20℃の
温度条件下において満充電状態での放電容量を測定し
た。なお、ここでも、サンプル10については放電容量
の測定は行わなかった。−20℃の温度条件下での測定
結果を20℃の温度条件下での測定結果に対する相対値
として以下の表3に示す。
(G) Evaluation of low-temperature output characteristics Next, the discharge capacities of samples 1 to 9 and 11 to 15 in a fully charged state were measured under a temperature condition of -20 ° C. Here again, the discharge capacity of Sample 10 was not measured. The measurement results under the temperature condition of −20 ° C. are shown in Table 3 below as relative values to the measurement results under the temperature condition of 20 ° C.

【0050】[0050]

【表3】 [Table 3]

【0051】上記表3に示すように、本発明の実施例に
係るサンプル1〜7は、電解液系のリチウム系二次電池
であるサンプル15と同等の低温出力特性(−20℃で
の放電容量が20℃での放電容量に対して70%以上)
を示した。以上の結果から、本発明によると、固体状電
解質を使用しているのにもかかわらず、電解液電池と同
レベルの高い低温出力特性を実現可能であることが確認
された。
As shown in Table 3 above, Samples 1 to 7 according to the examples of the present invention have the same low temperature output characteristics (discharge at -20 ° C.) as Sample 15 which is an electrolyte-based lithium secondary battery. The capacity is 70% or more of the discharge capacity at 20 ° C)
showed that. From the above results, it was confirmed that according to the present invention, it is possible to realize the low temperature output characteristics that are as high as those of the electrolytic solution battery, even though the solid electrolyte is used.

【0052】(h)高温サイクル特性の評価 次に、サンプル1〜9,11〜15について高温サイク
ル特性を測定した。なお、ここでも、サンプル10につ
いては高温サイクル特性の測定は行わなかった。表4に
高温サイクル特性測定の諸条件を示し、表5に測定結果
として初期容量に対する300サイクル目の容量の比を
示す。
(H) Evaluation of high temperature cycle characteristics Next, the high temperature cycle characteristics of the samples 1 to 9 and 11 to 15 were measured. Here, too, the high temperature cycle characteristics of the sample 10 were not measured. Table 4 shows various conditions for measuring the high temperature cycle characteristics, and Table 5 shows the ratio of the capacity at the 300th cycle to the initial capacity as a measurement result.

【0053】[0053]

【表4】 [Table 4]

【0054】[0054]

【表5】 [Table 5]

【0055】上記表5に示すように、本発明の実施例に
係るサンプル1〜7では容量維持率は70%を超えてい
る。この値は、比較例に係るサンプル8,9,11〜1
4の容量維持率よりも高いだけでなく、電解液電池であ
るサンプル15の容量維持率をも上回っている。以上か
ら、本発明によると、極めて高い高温サイクル特性を実
現可能であることが確認された。
As shown in Table 5 above, in Samples 1 to 7 according to the examples of the present invention, the capacity retention ratio exceeded 70%. This value is equivalent to the samples 8, 9, 11 to 1 according to the comparative example.
Not only is it higher than the capacity retention rate of No. 4 but also exceeds the capacity retention rate of Sample 15, which is an electrolyte battery. From the above, it was confirmed that according to the present invention, extremely high temperature cycle characteristics can be realized.

【0056】(i)漏液試験 サンプル1〜8,10,14について、上蓋部分を開口
し、電池側面を1kgfの圧力で15分間加圧して、加
圧前に対する加圧終了後の重量変化を調べた。重量減少
量を漏液量として以下の表6に示す。
(I) Liquid leakage test For samples 1 to 8, 10 and 14, the upper lid portion was opened and the side surface of the battery was pressed at a pressure of 1 kgf for 15 minutes, and the weight change after the pressurization was compared with that before the pressurization. Examined. The amount of weight loss is shown as the amount of liquid leakage in Table 6 below.

【0057】[0057]

【表6】 [Table 6]

【0058】上記表6に示すように、本発明の実施例に
係るサンプル1〜7の漏液量は、電解質が崩壊した比較
例に係るサンプル10や負極が過剰に膨張した比較例に
係るサンプル14に比べると遥かに微量であり、電解質
を均一相ゲルとした比較例に係るサンプル8と略同レベ
ルである。以上から、本発明によると、高い安全性を実
現可能であることが確認された。
As shown in Table 6 above, the leakage amounts of Samples 1 to 7 according to the examples of the present invention were as follows: Sample 10 according to Comparative Example in which the electrolyte collapsed and Sample 10 according to Comparative Example in which the negative electrode expanded excessively. The amount is much smaller than that of Sample No. 14, which is almost the same level as that of Sample 8 according to Comparative Example in which the electrolyte is a homogeneous gel. From the above, it was confirmed that high safety can be realized according to the present invention.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、固体
状電解質を高分子架橋体を含有する支持構造相と電解液
の少なくとも一部を含有し且つ球に換算した平均径が1
0μm〜1.0μmの範囲内にある電解液相とに相分離
した構造としているため、電解液の染み出し等を防止し
つつ高いイオン伝導度を実現可能である。また、本発明
では、負極として、組み立て完了後の初めての充電過程
で膨張し、それにより、その充電後の固体状電解質層の
厚さを充電前の固体状電解質層の厚さに対して95%〜
80%にまで減少させるものを使用するため、固体状電
解質の生成に伴って生ずる空隙を押しつぶして良好なコ
ンタクトを実現すことができる。さらに、本発明におい
ては、電解質塩の少なくとも一部として、電解液の凝固
点降下に大きく寄与し、溶媒中での電離度が高く、熱安
定性にも富んだビスペンタフルオロエチルスルホニルイ
ミドリチウムを使用しており、また、その電解液中の濃
度を0.6mol/L〜2.0mol/Lの範囲内とし
ているため、十分なイオン伝導度を実現可能であること
に加え、インヒビタを使用することなく長期信頼性を実
現可能である。すなわち、本発明によると、安全であり
且つ幅広い温度域で高い出力特性を実現可能な固体状電
解質リチウム系二次電池及びその製造方法が提供され
る。
As described above, in the present invention, the solid electrolyte contains at least a part of the supporting structure phase containing the crosslinked polymer and the electrolytic solution, and has an average diameter converted to spheres of 1
Since it has a structure in which it is phase-separated into an electrolytic solution phase in the range of 0 μm to 1.0 μm, it is possible to realize high ionic conductivity while preventing exudation of the electrolytic solution. Further, in the present invention, the negative electrode expands in the first charging process after completion of assembly, so that the thickness of the solid electrolyte layer after charging is 95% of the thickness of the solid electrolyte layer before charging. % ~
Since what is reduced to 80% is used, it is possible to realize a good contact by crushing the voids generated by the production of the solid electrolyte. Furthermore, in the present invention, as at least a part of the electrolyte salt, lithium bispentafluoroethylsulfonylimide, which contributes greatly to the freezing point depression of the electrolytic solution, has high ionization degree in the solvent, and is also rich in thermal stability, is used. In addition, since the concentration in the electrolytic solution is within the range of 0.6 mol / L to 2.0 mol / L, it is possible to achieve sufficient ionic conductivity and use an inhibitor. It is possible to achieve long-term reliability. That is, according to the present invention, there is provided a solid electrolyte lithium-based secondary battery that is safe and can realize high output characteristics in a wide temperature range, and a method for manufacturing the same.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 真裕 福島県いわき市常磐下船尾町杭出作23−6 古河電池株式会社いわき事業所内 (72)発明者 幡谷 耕二 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ12 AK03 AK16 AL06 AL07 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 CJ02 CJ11 CJ13 DJ09 HJ04 HJ05 HJ10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masahiro Yamamoto             Fukushima Prefecture Iwaki City Joban Shimo-Funao Pile 23-6               Furukawa Battery Co., Ltd., Iwaki Plant (72) Inventor Koji Hataya             2-6-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Kawa Electric Industry Co., Ltd. F term (reference) 5H029 AJ02 AJ12 AK03 AK16 AL06                       AL07 AM02 AM03 AM04 AM05                       AM07 AM16 CJ02 CJ11 CJ13                       DJ09 HJ04 HJ05 HJ10

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極、負極、及び前記正極と前記負極と
の間に介在し且つ電気的に絶縁性の電解質支持材と前記
電解質支持材に支持された固体状電解質とを備えた固体
状電解質層を具備し、前記固体状電解質は非水溶媒及び
電解質塩を含有する電解液と高分子架橋体とを含み、 前記固体状電解質は前記高分子架橋体を含有する支持構
造相と前記電解液の少なくとも一部を含有し且つ球に換
算した平均径が10μm〜1.0μmの範囲内にある電
解液相とに相分離し、 前記負極は組み立て完了後の初めての充電過程で膨張
し、それにより、その充電後の前記固体状電解質層の厚
さを前記充電前の前記固体状電解質層の厚さに対して9
5%〜80%にまで減少させ、 前記電解液は前記電解質塩の少なくとも一部としてビス
ペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウムを0.
6mol/L〜2.0mol/Lの濃度で含有したこと
を特徴とするリチウム系二次電池。
1. A solid electrolyte comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte support material that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and is electrically insulating, and a solid electrolyte supported by the electrolyte support material. A layer, the solid electrolyte includes an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt and a polymer crosslinked body, the solid electrolyte is a supporting structure phase containing the polymer crosslinked body and the electrolytic solution And a phase-separated into an electrolytic solution phase containing at least a part of and having an average diameter converted into a sphere within a range of 10 μm to 1.0 μm, and the negative electrode expands in the first charging process after completion of assembly, Therefore, the thickness of the solid electrolyte layer after charging is 9 times the thickness of the solid electrolyte layer before charging.
5% to 80%, and the electrolyte solution contains lithium bispentafluoroethylsulfonylimide as an electrolyte of at least a part of the electrolyte salt.
A lithium secondary battery, which is contained at a concentration of 6 mol / L to 2.0 mol / L.
【請求項2】 前記高分子架橋体は(メタ)アクリレー
トモノマーを架橋重合してなることを特徴とする請求項
1に記載のリチウム系二次電池。
2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the cross-linked polymer is formed by cross-linking and polymerizing a (meth) acrylate monomer.
【請求項3】 正極、負極、及び前記正極と前記負極と
の間に介在し且つ電気的に絶縁性の電解質支持材と前記
電解質支持材に支持された固体状電解質とを備えた固体
状電解質層を具備し、前記固体状電解質は非水溶媒及び
電解質塩を含有する電解液と高分子架橋体とを含むリチ
ウム系二次電池の製造方法であって、 前記正極と前記負極との間に前記電解質支持材を介在さ
せて電極群を形成する工程と、 前記電極群を容器内に収納するとともに前記容器内に前
記電解液とモノマーとを注液する工程と、 前記モノマーを熱重合させて前記高分子架橋体を生成
し、それにより、前記固体状電解質を得る工程とを含
み、 前記固体状電解質を前記高分子架橋体を含有する支持構
造相と前記電解液の少なくとも一部を含有し且つ球に換
算した平均径が10μm〜1.0μmの範囲内にある電
解液相とに相分離した構造に形成し、 前記負極として、組み立て完了後の初めての充電過程で
膨張し、それにより、その充電後の前記固体状電解質層
の厚さを前記充電前の前記固体状電解質層の厚さに対し
て95%〜80%にまで減少させるものを使用し、 前記電解液は前記電解質塩の少なくとも一部としてビス
ペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウムを0.
6mol/L〜2.0mol/Lの濃度で含有したこと
を特徴とするリチウム系二次電池の製造方法。
3. A solid electrolyte comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte support material that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and is electrically insulating, and a solid electrolyte supported by the electrolyte support material. A method for producing a lithium-based secondary battery, comprising a layer, wherein the solid electrolyte comprises a polymer crosslinked body and an electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, between the positive electrode and the negative electrode. A step of forming an electrode group with the electrolyte supporting material interposed; a step of housing the electrode group in a container and injecting the electrolytic solution and a monomer into the container; and thermally polymerizing the monomer. A step of producing the crosslinked polymer, thereby obtaining the solid electrolyte, wherein the solid electrolyte contains at least a part of a supporting structure phase containing the crosslinked polymer and the electrolytic solution. And the average diameter converted to sphere The solid electrolyte is formed into a structure that is phase-separated into an electrolyte solution phase in the range of 0 μm to 1.0 μm, and expands as the negative electrode in the first charging process after the assembly is completed, thereby the solid electrolyte after the charging. The thickness of the layer is reduced to 95% to 80% with respect to the thickness of the solid electrolyte layer before charging, and the electrolyte solution is bispentafluoroethyl as at least a part of the electrolyte salt. Lithium sulfonylimide is
A method for manufacturing a lithium-based secondary battery, characterized in that the lithium secondary battery is contained at a concentration of 6 mol / L to 2.0 mol / L.
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WO2016143293A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 国立大学法人東京大学 Electrolyte solution

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