JP2003536233A - Microporous solid inorganic electrolyte and method for producing the same - Google Patents

Microporous solid inorganic electrolyte and method for producing the same

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JP2003536233A JP2002503968A JP2002503968A JP2003536233A JP 2003536233 A JP2003536233 A JP 2003536233A JP 2002503968 A JP2002503968 A JP 2002503968A JP 2002503968 A JP2002503968 A JP 2002503968A JP 2003536233 A JP2003536233 A JP 2003536233A
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フン ジャン、ドン
フム キム、サ
ジュン キム、ハン
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ファインセル カンパニー リミテッド
フン ジャン、ドン
キム サ フム
ジュン キム、ハン
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、二次電池用の微細多孔性構造(microporous structure)の電解質膜及び/または固体電解質を製造するに当たり、無機物吸収剤(absorbent)粒子を高分子マトリックス内に少なくとも70重量%以上添加して、ラミネーションやプレッシングなどの電池組み立て過程においても多孔性構造が多大に破壊されることを防ぐことにより、固体電解質膜の液体電解質に対する吸収力とイオン伝導度を維持することを目的とする。微細多孔性構造と相まって、特定含量以上に含有された上記吸収剤粒子は液体電解質が吸収できる能力を向上し、特に、電解質膜及び/または固体電解質の機械的な強度を向上する構造体としての役割を果たす。従って、電池組み立て後にも優れたイオン伝導度がそのまま維持できる特性がある。   (57) [Summary] According to the present invention, when producing an electrolyte membrane and / or a solid electrolyte having a microporous structure for a secondary battery, at least 70% by weight or more of inorganic absorbent particles are added to a polymer matrix. It is another object of the present invention to maintain the absorptive power and ionic conductivity of the solid electrolyte membrane with respect to the liquid electrolyte by preventing the porous structure from being greatly destroyed even during the battery assembly process such as lamination and pressing. In combination with the microporous structure, the absorbent particles contained in a specific content or more improve the ability of the liquid electrolyte to absorb, and in particular, as a structure for improving the mechanical strength of the electrolyte membrane and / or the solid electrolyte. Play a role. Therefore, there is a characteristic that excellent ion conductivity can be maintained as it is even after the battery is assembled.

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】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、二次電池(secondary cell)に用いる固体電解質膜
(solid electrolyte film)に関するもので、より詳し
くは、吸収剤を特定量以上に含み微細多孔性構造である本発明の固体電解質膜に
液体成分とリチウム塩(二つを合わせて、以下“液体電解質”と言う)を導入し
、二次電池の充放電過程において正極と負極との間を移動するイオンの移動経路
を提供するものである。
The present invention relates to a solid electrolyte film used in a secondary cell, and more specifically, to a solid electrolyte membrane of the present invention having a fine porous structure containing an absorbent in a specific amount or more. A liquid component and a lithium salt (collectively referred to as “liquid electrolyte” below) are introduced to provide a migration path for ions that move between the positive electrode and the negative electrode during the charging / discharging process of the secondary battery. is there.

【0002】 本発明の二次電池は、正極と負極それに電解質という三つの基本的な構成要素
を有し、各々平板形である正極/電解質/負極を積層することにより電池になる
。上記負極の材料には、リチウム金属もしくはリチウムイオンが層間挿入(in
tercalation/deintercalation)できる炭素材料や
高分子材料などが用いられ、正極の材料には、リチウムイオンが層間挿入/抽出
できる遷移金属酸化物もしくは高分子材料などが用いられる。電解質には本発明
による固体電解質が使用でき、電池を組み立てた後に液体電解質を導入する。
The secondary battery of the present invention has three basic constituent elements of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and is a battery by stacking positive electrode / electrolyte / negative electrode which are flat plates. Lithium metal or lithium ions are intercalated into the negative electrode material (in
A carbon material or a polymer material capable of tercalation / deintercalation is used, and a material of the positive electrode is a transition metal oxide or a polymer material capable of intercalating / extracting lithium ions. A solid electrolyte according to the present invention can be used as the electrolyte, and the liquid electrolyte is introduced after the battery is assembled.

【0003】[0003]

【従来の技術】[Prior art]

二次電池などの電池或いは電気化学反応システムにおける電解質とは、正極及
び負極の2つの伝導性表面の間に配置されるもので、電子伝導性のない絶縁体で
あり、イオン伝導性のみを持つ。今までの電解質は、大体液体成分のみからなっ
ていたが、様々な長所のある固体電解質に対する関心が高まりつつある。その中
でも、高分子を電解質として使用しようとする多様な研究と試みがなされている
An electrolyte in a battery such as a secondary battery or an electrochemical reaction system is an insulator that is arranged between two conductive surfaces of a positive electrode and a negative electrode, has no electronic conductivity, and has only ionic conductivity. . Until now, electrolytes have mostly consisted only of liquid components, but there is increasing interest in solid electrolytes with various advantages. Among them, various studies and attempts have been made to use polymers as electrolytes.

【0004】 極性異種元素を含む純粋高分子(pure polymer)電解質は、常温
イオン伝導度が10−8S/cm程度に過ぎず常温では使用しにくい。従って、
高分子電解質の主な研究は伝導度を改善させるためのものであるが、その方法と
して高分子骨格内へ液電電解質成分を導入するものが提示されている。
A pure polymer electrolyte containing a polar hetero element has an ionic conductivity at room temperature of only about 10 −8 S / cm, and is difficult to use at room temperature. Therefore,
The main research on polyelectrolytes is to improve conductivity, and a method of introducing a liquid electrolyte component into a polymer skeleton has been proposed as a method.

【0005】 米国特許第5,219,679号等のゲル形態(gel−type)電解質は
、高分子骨格内に液体電解質が含まれたもので、高分子の特性を示しながらも、
良好な水準の伝導度を有する。しかし、高分子電解質を製造する工程からすでに
液体電解質が多量含有されているので、液体成分の気化/ダメージが避けられず
、これによる組成変化及び伝導度の減少といった問題点がある。それに、液体電
解質内のリチウム塩が水分に非常に敏感であるので、極めて厳しい除湿雰囲気に
おいて電解質を製造しなければならないとの短所がある。
Gel-type electrolytes such as US Pat. No. 5,219,679 include a liquid electrolyte in a polymer skeleton, and while exhibiting polymer characteristics,
Has a good level of conductivity. However, since a large amount of liquid electrolyte is already contained in the process of producing the polymer electrolyte, vaporization / damage of the liquid component is unavoidable, which causes problems such as composition change and decrease in conductivity. Besides, since the lithium salt in the liquid electrolyte is very sensitive to moisture, it is necessary to manufacture the electrolyte in an extremely severe dehumidifying atmosphere.

【0006】 米国特許第5,296,318号、米国特許第5,418,091号等での混
成(ハイブリッド)高分子電解質システムは、液体電解質を電池組み立て後に添
加することにより、電池製造工程において水分の影響を最小化でき、液体電解質
を通じてリチウムイオン伝導がなされるゲルタイプ高分子電解質の長所が生かせ
られる。一方、液体電解質を電解質膜製造後に添加するので、電解質膜内に液体
電解質を吸入する空間を設けるため電解質膜を製造する工程において可塑剤(p
lasticizer)/工程補助剤(processing aid)などを
添加し、電池組み立てが終ってから有機溶媒でこれを抽出する方法を用いた。し
かし、このような方法のために再現性が低く電池歩留りが低下し、大量生産のた
めの自動化が困難であるとの致命的な短所があった。
Hybrid polymer electrolyte systems in US Pat. No. 5,296,318, US Pat. No. 5,418,091, etc., are used in a battery manufacturing process by adding a liquid electrolyte after battery assembly. The influence of water can be minimized, and the advantages of gel-type polymer electrolyte, which conducts lithium ions through the liquid electrolyte, can be utilized. On the other hand, since the liquid electrolyte is added after the production of the electrolyte membrane, the plasticizer (p) is added in the process of producing the electrolyte membrane to provide a space for sucking the liquid electrolyte in the electrolyte membrane.
A method was used in which an organic solvent was extracted after the battery assembly was completed by adding a finalizer / processing aid. However, such a method has a fatal disadvantage that reproducibility is low, battery yield is reduced, and automation for mass production is difficult.

【0007】 上記技術の問題点を解決すべく高分子膜を製造する際、気孔(pore)を形
成して液体電解質の吸入を円滑にしようとする試みがなされた。一般的に高分子
を溶媒に溶解し膜形態にキャスティングしてから、該膜を非溶媒(non−so
lvent)と接触させ溶媒を交換する方法が発表された例があり、他にも、加
硫(vulcanization)、硬化(curing)または延伸(elo
ngation)により多孔性を導入する方法に関しても開示されている。この
ように製作した高分子膜に液体電解質を吸入させると、イオン伝導度が常温にお
いて10−3S/cm以上になり実際の使用に適する。ところが、多孔性導入の
ための工程が複雑になるか、電池組み立てのためのラミネーション(lamin
ation)またはプレッシング(pressing)などの工程で、高分子膜
内に形成された多孔性構造が破壊されやすいのでイオン伝導度が急に低下すると
の短所があった。つまり、高分子電解質のみでは大体良好な性能を有するが実際
の電池システムへの応用は難しい。
In order to solve the problems of the above technology, an attempt has been made to form a pore to facilitate the inhalation of a liquid electrolyte when a polymer membrane is manufactured. Generally, a polymer is dissolved in a solvent and cast into a film, and then the film is treated with a non-solvent (non-sodium).
There is an example in which a method of contacting with a solvent and exchanging a solvent was announced, and in addition, vulcanization, curing or stretching.
The method of introducing porosity is also disclosed. When the liquid electrolyte is sucked into the polymer membrane manufactured in this manner, the ionic conductivity becomes 10 −3 S / cm or more at room temperature, which is suitable for actual use. However, the process for introducing the porosity becomes complicated, or the lamination (lamination) for assembling the battery is performed.
cation) or pressing, the porous structure formed in the polymer membrane is easily destroyed, resulting in a sudden decrease in ionic conductivity. In other words, although the polymer electrolyte alone has good performance, it is difficult to apply it to an actual battery system.

【0008】 多孔性破壊との問題点を解決するために、正極及び/または負極の上に直接高
分子膜を塗布し非溶媒と接触させる試みがなされた。しかし、このように電極表
面を電解質膜製造のための基材(substrate)として使用する場合、か
えって製造工程が複雑になるのみならず、一般的に非溶媒として多用される水な
どが正極及び/または負極極板に悪影響を与えるので実際には応用しにくい。
In order to solve the problem of destruction of porosity, an attempt has been made to apply a polymer film directly on the positive electrode and / or the negative electrode and bring it into contact with a non-solvent. However, when the electrode surface is used as a substrate for producing an electrolyte membrane, not only the manufacturing process is complicated but also water, which is generally used as a non-solvent, is used as a positive electrode and / or a positive electrode. Or, since it adversely affects the negative electrode plate, it is difficult to apply in practice.

【0009】 米国特許第5,631,103号には、無機物充填材(filler)を添加
する電解質システムを開示している。しかし、実用可能な水準の伝導度にするた
めには無機物充填材の含量を増やさなければならず、このような場合、高分子膜
の機械的強度が弱化するので実際の工程に応用しがたい。まして、工程補助剤を
添加し高分子膜を成形してからこれを再び除去/抽出し多孔性を導入する方式を
選択することにより、上記米国特許第5,296,318号、米国特許第5,4
18,091号などと類似な問題が起こる恐れがある。
US Pat. No. 5,631,103 discloses an electrolyte system with the addition of an inorganic filler. However, in order to obtain a practical level of conductivity, the content of the inorganic filler must be increased. In such a case, the mechanical strength of the polymer film is weakened, making it difficult to apply it to the actual process. . Furthermore, by selecting a method of adding a process auxiliary agent to form a polymer film and then removing / extracting it to introduce porosity, the above-mentioned US Pat. No. 5,296,318 and US Pat. , 4
A problem similar to 18,091 may occur.

【0010】 一方、ポリフッ化ビニリデン系樹脂多孔体に無機物充填材を添加した高分子電
解質システムが日本特開平11−16561に開示されている。該システムは、
良好な常温イオン伝導度とフィルム形態に成形できる機械的強度を有しているが
、無機物の含量が電解質膜の全体重量に基づいてわずかに1.9ないし66重量
%(ポリフッ化ビニリデン系樹脂100重量部に対して2ないし200重量部に
相当する)、好ましくは4.8ないし33.3重量%(ポリフッ化ビニリデン系
樹脂100重量部に対して5ないし50重量部に相当する)であり、多孔性構造
を支持するに充分ではないため、電池組み立て工程において高分子電解質の多孔
性構造の破壊及び電池の短絡が生じる短所を解消することは依然として困難であ
るだけでなく、電解質のイオン伝導度が維持されないので、優れた物性の電池が
製造できない。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 11-16561 discloses a polymer electrolyte system in which an inorganic filler is added to a polyvinylidene fluoride resin porous body. The system is
It has good room temperature ionic conductivity and mechanical strength capable of being formed into a film, but the content of inorganic substances is only 1.9 to 66% by weight based on the total weight of the electrolyte membrane (polyvinylidene fluoride resin 100). 2 to 200 parts by weight based on parts by weight), preferably 4.8 to 33.3% by weight (corresponding to 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of polyvinylidene fluoride resin), Since it is not enough to support the porous structure, it is still difficult to eliminate the disadvantages of the destruction of the porous structure of the polymer electrolyte and the short circuit of the battery during the battery assembly process. Therefore, a battery having excellent physical properties cannot be manufactured.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

上記の従来技術の問題は、次のように要約できる。 第一に、純粋高分子のみからなる電解質は常温イオン伝導度が低いので実際使
用に適しない。 第二に、液体電解質を含む状態で製造するゲル形態の高分子電解質は、液体電
解質によりイオンが伝導され常温イオン伝導度が向上できるので有利であるが、
製造工程雰囲気に対する制約があり性能を一定に維持しにくい。 第三に、可塑剤/工程補助剤を添加しフィルム形態に製造してからこれを抽出
することにより液体電解質が吸収されるようにする混成(hybrid)高分子
電解質は、製造工程雰囲気にあまり影響を受けず充分なイオン伝導度を有すると
のことでは有利であるものの、複雑な多段階工程と材料が必要であり、かつ工程
単価が上昇し自動化しにくく再現性が低くなる。 第四に、溶媒/非溶媒の交換、加硫、硬化、延伸など多様な方法により微細多
孔性を導入する高分子電解質は、ラミネーションやプレッシング過程を経ること
により微細多孔性構造が破壊され、液体電解質の吸収を充分にできない問題点が
ある。 第五に、多孔性構造膜を電極表面に形成する方法は、電解質と電極との界面接
着力の向上には有利であるが、電極性能が劣化する恐れがあり工程条件が単純で
はないので好ましくない。 第六に、電解質の機械的強度を向上させるために無機物を添加する試みがあっ
たが、これも電池組み立て過程における多孔性破壊との問題点の解決と、イオン
伝導度の維持との課題の解決を完全にできなかった。
The above problems of the prior art can be summarized as follows. First, an electrolyte consisting of pure polymer has low room temperature ionic conductivity and is not suitable for practical use. Secondly, a gel-type polymer electrolyte produced in a state containing a liquid electrolyte is advantageous because ions can be conducted by the liquid electrolyte and the room temperature ionic conductivity can be improved.
There are restrictions on the manufacturing process atmosphere and it is difficult to maintain constant performance. Thirdly, a hybrid polyelectrolyte that absorbs a liquid electrolyte by adding a plasticizer / process aid to a film form and then extracting it into a film form has less influence on the manufacturing process atmosphere. Although it is advantageous to have sufficient ionic conductivity without being affected by the above, complicated multi-step processes and materials are required, and the process unit price increases, making automation difficult and reproducibility low. Fourth, a polymer electrolyte that introduces fine porosity by various methods such as solvent / non-solvent exchange, vulcanization, curing, stretching, etc., has a fine porous structure destroyed by a lamination or pressing process, resulting in liquid There is a problem that the electrolyte cannot be absorbed sufficiently. Fifth, the method of forming the porous structure film on the electrode surface is advantageous for improving the interfacial adhesion between the electrolyte and the electrode, but the electrode performance may deteriorate and the process conditions are not simple, which is preferable. Absent. Sixth, there was an attempt to add an inorganic substance in order to improve the mechanical strength of the electrolyte, but this also solves the problem of porosity destruction in the battery assembly process, and the problem of maintaining ionic conductivity. I couldn't solve it completely.

【0012】 一方、本発明者らは、先に、吸収剤を含有する電解質膜マトリックスに微細多
孔性を導入することにより液体電解質の吸収を容易にし、リチウムイオンの伝導
度を向上できるシステムに関して出願した(PCT/KR99/00798)。
該システムは、水分に敏感な液体電解質を電池組み立て後に添加し、上記の吸収
剤を電池組み立て後に除去する必要がない。なお、米国特許第5,296,31
8号と第5,418,091及び第5,631,103号のような可塑剤や工程
補助剤などが要らないので製造工程が単純であり安価に製造できるとの長所があ
る。しかし、本発明者らは、上記の如く、正極及び/または負極との接合過程に
おいて固体電解質膜の微細多孔性破壊と液体電解質に対する吸収力の低下との問
題点が生じ得ることを発見した。従って、本発明者らは、上記問題点を解決する
ために、特定含量以上の吸収剤が必要であることを確認し、本発明を完成するに
至った。
On the other hand, the present inventors previously applied for a system that facilitates absorption of a liquid electrolyte by introducing fine porosity into an electrolyte membrane matrix containing an absorbent and can improve the conductivity of lithium ions. (PCT / KR99 / 00798).
The system does not require the addition of a moisture sensitive liquid electrolyte after cell assembly and the removal of the above absorbents after cell assembly. Incidentally, US Pat. No. 5,296,31
No. 8 and Nos. 5,418,091 and 5,631,103 do not require plasticizers or process auxiliary agents, and thus have an advantage that the manufacturing process is simple and the manufacturing cost is low. However, the present inventors have discovered that, as described above, the problems of microporous destruction of the solid electrolyte membrane and reduction of the absorption capacity for the liquid electrolyte may occur in the process of joining the positive electrode and / or the negative electrode. Therefore, the present inventors have confirmed that an absorbent having a specific content or more is required to solve the above problems, and have completed the present invention.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

従って、本発明は、微細多孔性構造(microporous struct
ure)の電解質膜及び/または固体電解質を製造するに当たり、構造体と吸収
剤(absorbent)としての役割を同時に果たせるように、無機物粒子を
特定量以上に添加し、ラミネーションやプレッシングなどの電池組み立て過程に
おいても多孔性構造が多大に破壊されず固体電解質膜の液体電解質に対する吸収
力とリチウムイオン伝導度を維持しようとするものである。微細多孔性構造と相
まって、特定量以上に含有された上記吸収剤粒子は、液体電解質の吸収能力を向
上し、とりわけ、電解質膜及び/または固体電解質の機械的な強度を向上させる
構造体としての役割を果たす。従って、電池組み立て後にも優れたリチウムイオ
ン伝導度がそのまま維持できる特徴がある。それと共に、液体電解質吸収のため
の別途操作を必要とせず、液体電解質は電池組み立てが終わってから導入すると
の微細多孔性構造の本質的な特徴が発揮できる長所がある。
Accordingly, the present invention is directed to a microporous structure.
ure) in producing an electrolyte membrane and / or a solid electrolyte, inorganic particles are added in a specific amount or more so that they can simultaneously serve as a structure and an absorbent, and a battery assembly process such as lamination and pressing. Even in the case of (2), the porous structure is not largely destroyed, and the solid electrolyte membrane tries to maintain the absorption capacity for the liquid electrolyte and the lithium ion conductivity. In combination with the fine porous structure, the absorbent particles contained in a specific amount or more improve the absorption capacity of the liquid electrolyte, and in particular, as a structure that improves the mechanical strength of the electrolyte membrane and / or the solid electrolyte. Play a role. Therefore, there is a feature that excellent lithium ion conductivity can be maintained as it is even after the battery is assembled. At the same time, there is no need for a separate operation for absorbing the liquid electrolyte, and the liquid electrolyte has the advantage that it can exhibit the essential characteristics of the microporous structure when it is introduced after the battery is assembled.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

本発明の固体電解質は、無機物吸収剤を含有しており、微細多孔性構造となっ
ている電解質膜とイオン伝導性液体電解質とを含む。つまり、無機物吸収剤と高
分子結合剤のみからなる微細多孔性電解質膜にイオン伝導性液体電解質を吸収さ
せる活性化(activation)過程を経て二次電池用固体電解質が製造さ
れる。本明細書における「電解質膜」とは、乾燥状態であり液体電解質を含まな
い状態の微細多孔性電解質膜のことであり、「固体電解質」とは、上記電解質膜
に液体電解質を含めイオン伝導性を有するようにしたものである。液体電解質を
含んでいるので完全な固体状態ではないが、固体電解質の基本骨格が、固体状態
の電解質膜を基礎とするので、液体電解質とは区別される概念で表現するため、
「固体電解質」と名づける。
The solid electrolyte of the present invention contains an inorganic absorbent and includes an electrolyte membrane having a fine porous structure and an ion conductive liquid electrolyte. That is, a solid electrolyte for a secondary battery is manufactured through an activation process of absorbing an ion conductive liquid electrolyte in a fine porous electrolyte membrane composed only of an inorganic absorbent and a polymer binder. The "electrolyte membrane" in the present specification is a microporous electrolyte membrane in a dry state and does not contain a liquid electrolyte, and the "solid electrolyte" means ion conductivity including liquid electrolyte in the electrolyte membrane. To have. Although it is not in a completely solid state because it contains a liquid electrolyte, since the basic skeleton of a solid electrolyte is based on a solid state electrolyte membrane, it is expressed as a concept distinguished from a liquid electrolyte.
Name it "solid electrolyte".

【0015】 上記電解質膜は、好ましくは公知技術である相転換法(phase inve
rsion method)を利用して製造できるが、例えば、湿式法と乾式法
がある。湿式法(wet process)は、吸収剤と高分子結合剤の混合物
を高分子結合剤の溶媒(solvent)に溶解してから、これを膜形態に成形
した後、上記溶媒を高分子結合剤の非溶媒(non−solvent)に交換し
てから乾燥して製造する方法である。一方、乾式法(dry process)
は、吸収剤と高分子結合剤の混合物に高分子結合剤の溶媒と高分子結合剤の非溶
媒、気孔形成剤(pore former)、湿潤補助剤(wetting a
gent)を混合し膜形態に成形してから完全乾燥して製造する方法である。
The electrolyte membrane is preferably a phase inversion method known in the art.
Although it can be manufactured by utilizing a reaction method, there are, for example, a wet method and a dry method. The wet process is a method of dissolving a mixture of an absorbent and a polymer binder in a solvent of the polymer binder, molding the mixture into a membrane, and then adding the solvent to the polymer binder. It is a method of producing by drying after exchanging with a non-solvent. On the other hand, dry process
Is a mixture of an absorbent and a polymeric binder, a solvent of the polymeric binder and a non-solvent of the polymeric binder, a pore former, and a wetting agent.
gent) is mixed and formed into a film form, and then completely dried.

【0016】 本発明に使用できる無機物吸収剤は、液体電解質に対する親和力が大きくて液
体電解質を吸収するか、或いは液体電解質の吸収力を向上させるものであり、か
つ電子伝導性がないものが用いられる。さらに、機械的、熱的、化学的、電気化
学的特性が優れるものが用いられる。その無機物吸収剤として、鉱物粒子、合成
酸化物粒子及びメゾポラス分子ふるい(mesoporous molecul
ar sieve)からなる群から選ばれた一つまたは二つ以上の粒子が用いら
れる。鉱物粒子の好ましい例には、粘土(clay)、パラゴナイト(para
gonite)、モンモリロナイト(montmorillonite)、雲母
(mica)等のようにフィロケイ酸塩(phyllosilicates)構
造である鉱物粒子が挙げられる。上記合成酸化物粒子の好ましい例には、ゼオラ
イト(zeolite)、多孔性シリカ(silica)、多孔性アルミナ(a
lumina)、酸化マグネシウム(Magnesium oxide)等が挙
げられる。上記メゾポラス分子ふるいの好ましい例には、シリカなどの酸化物化
合物で、2ないし30nmの気孔直径(pore diameter)を有する
ものが挙げられる。上記鉱物粒子、合成酸化物粒子及びメゾポラス分子ふるいは
、上記した吸収剤から選ばれる二又はそれ以上の吸収剤を組み合わせた混合物の
形態で用いられる場合もある。
The inorganic absorbent that can be used in the present invention has a high affinity for the liquid electrolyte and absorbs the liquid electrolyte, or improves the absorption capacity of the liquid electrolyte and has no electronic conductivity. . Further, those having excellent mechanical, thermal, chemical and electrochemical properties are used. As the inorganic absorbent, mineral particles, synthetic oxide particles and mesoporous molecular sieves (mesoporous molecules)
One or more particles selected from the group consisting of ar sieve) are used. Preferred examples of mineral particles include clay, paragonite (para).
Examples thereof include mineral particles having a phyllosilicate structure such as gonite), montmorillonite, and mica. Preferable examples of the above synthetic oxide particles include zeolite (zeolite), porous silica (silica), and porous alumina (a).
lumina), magnesium oxide (Magnesium oxide) and the like. Preferred examples of the above mesoporous molecular sieves include oxide compounds such as silica having a pore diameter of 2 to 30 nm. The mineral particles, the synthetic oxide particles and the mesoporous molecular sieve may be used in the form of a mixture in which two or more absorbents selected from the above-mentioned absorbents are combined.

【0017】 無機物吸収剤は、形成される電解質膜の機械的強度と均一性を低下させないた
めに粒子大きさが40μm以下のものが好ましく、特に20μm以下であるもの
がより好ましい。しかし、無機物吸収剤があまりにも小さい場合、吸収性が低下
するか電解質膜が稠密な(dense)構造になりやすいので好ましくない。日
本特開平11−16561などのような従来技術では、非常に小さい粒径(例え
ば、20nm以下)の無機物を使用したが、この場合、無機物は吸収剤として役
割が果たせず充填材または高分子膜の結晶性を低下する役割のみ果たす。つまり
、本発明のように吸収剤及び構造体としての性質を同時に発揮するためには、少
なくとも50nm単位の粒径であるか数μm単位に凝集された形態(aggre
gated form)が必要である。無機物吸収剤の形状は、特に限定されず
、繊維状、針状、板状、球状などのものが使用できるが、電解質膜の機械的強度
を向上させる上では非対称形状のものが好ましい。
The inorganic absorbent preferably has a particle size of 40 μm or less, and more preferably 20 μm or less, in order not to reduce the mechanical strength and uniformity of the formed electrolyte membrane. However, if the inorganic absorbent is too small, the absorbability is lowered or the electrolyte membrane is likely to have a dense structure, which is not preferable. In the prior art such as Japanese Patent Laid-Open No. 11-16561, an inorganic material having a very small particle size (for example, 20 nm or less) is used, but in this case, the inorganic material does not serve as an absorbent and a filler or a polymer film. Plays the role of reducing the crystallinity of That is, in order to simultaneously exhibit the properties of the absorbent and the structure as in the present invention, the particle size of at least 50 nm unit or the aggregated form (aggre) of several μm unit is used.
gated form) is required. The shape of the inorganic absorbent is not particularly limited, and may be fibrous, needle-shaped, plate-shaped, or spherical, but an asymmetrical shape is preferable in order to improve the mechanical strength of the electrolyte membrane.

【0018】 本発明の第一の目的は、電池組み立て後にも微細多孔性構造が多大に破壊され
ない機械的強度を有することによって、液体電解質の吸収力とイオン伝導度を維
持する固体電解質を製造することである。本発明者らは、この目的を達成する際
に、無機物吸収剤の含量がもっとも決定的な影響を与える条件であることを見出
した。無機物吸収剤の含量は、無機物吸収剤と高分子結合剤からなる電解質膜重
量に対し、少なくとも70重量%以上のものが好ましく、70ないし95重量%
のものがより好ましい。含量が95重量%以上であれば、含量増加に応じてイオ
ン伝導度がさらに増加せず、かえって形成された電解質膜の機械的強度及び電極
との界面接着力が弱化される。その反面、含量が70重量%を基点としてそれ以
下であれば次のような問題が生じる。
A first object of the present invention is to manufacture a solid electrolyte that maintains the absorption power and ionic conductivity of a liquid electrolyte by having a mechanical strength such that the microporous structure is not greatly destroyed even after battery assembly. That is. The present inventors have found that the content of the inorganic absorbent is the most decisive condition in achieving this object. The content of the inorganic absorbent is preferably at least 70% by weight, more preferably 70 to 95% by weight, based on the weight of the electrolyte membrane composed of the inorganic absorbent and the polymer binder.
Are more preferred. When the content is 95% by weight or more, the ionic conductivity does not further increase as the content increases, and the mechanical strength of the electrolyte membrane formed on the contrary and the interfacial adhesion with the electrode are weakened. On the other hand, if the content is less than 70% by weight, the following problems will occur.

【0019】 一、無機物含量が70重量%以下である場合には、電池組み立てのためのラミ
ネーションまたはプレッシング過程において固体電解質膜の多孔性構造が破壊さ
れやすいので、液体電解質の吸収力とイオン伝導度が大いに減少する。本発明者
らは、無機物吸収剤の含量を変化させて固体電解質膜を製造し、その後、実際電
池製造工程において印加される外部荷重による厚さ変化及びイオン伝導度の変化
を観察した結果、70重量%を基にして固体電解質膜の厚さ及びイオン伝導度が
著しく変化する事実を見出した。これは、従来の先行技術にはまったく提示ない
し暗示されたことのない事実であって、無機物吸収剤の最適含量条件設定すると
いうはじめて見出された事実である。実験的な事実に基づいて、無機物含量が少
なくとも70重量%以上になる場合のみ、製造工程において印加される圧力に対
しても固体電解質の多孔性構造の破壊が少なく、液体電解質の吸収能力を失わな
いのでイオン伝導度が維持でき、結果的に全体の電池性能が優れるようになる。
If the content of the inorganic material is less than 70% by weight, the porous structure of the solid electrolyte membrane is easily destroyed during the lamination or pressing process for assembling the battery, so that the absorption capacity and the ionic conductivity of the liquid electrolyte are reduced. Is greatly reduced. The inventors of the present invention produced the solid electrolyte membrane by changing the content of the inorganic absorbent, and then observed the thickness change and the ionic conductivity change due to the external load applied in the actual battery manufacturing process. It has been found that the thickness and ionic conductivity of the solid electrolyte membrane change significantly based on the weight percentage. This is a fact that has never been presented or implied in the conventional prior art, and is a fact that has been found for the first time that the optimum content condition of the inorganic absorbent is set. Based on empirical facts, only when the inorganic content is at least 70 wt% or more, the porous structure of the solid electrolyte is less destroyed even under the pressure applied in the manufacturing process, and the absorption capacity of the liquid electrolyte is lost. Since there is no ionic conductivity, the overall battery performance is improved.

【0020】 二、無機物含量が70重量%以下である場合には、電解質膜または固体電解質
の全体重量に基づく高分子の嵩分率が大きいので形態変化が激しい。すなわち、
電解質膜の乾燥過程中または電池組み立て後の液体電解質含浸過程において、高
分子領域の収縮/膨張程度が大きくなるので、電解質膜/固体電解質の寸法安定
性(dimensional stability)が低下するようになる。
2. When the content of the inorganic material is 70% by weight or less, the bulk ratio of the polymer based on the total weight of the electrolyte membrane or the solid electrolyte is large, so that the morphology changes drastically. That is,
During the process of drying the electrolyte membrane or the process of impregnating the liquid electrolyte after the battery is assembled, the degree of shrinkage / expansion of the polymer region increases, so that the dimensional stability of the electrolyte membrane / solid electrolyte decreases.

【0021】 三、無機物含量が70重量%以下である場合には、たとえ吸収剤が多量含有さ
れてはいるものの、一般的な高分子中心の電解質に対して指摘される数多くの短
所を完全に解消しにくい。例えば、高分子中心の電解質である場合に類似である
が、低温または高温において性能が劣化する。前述の如く、一般的な高分子電解
質は、イオンの伝導が高分子鎖の動きにより直接的に影響されるので、イオン伝
導度に及ぼす温度の影響が大きくなる。特に、低温では高分子鎖の動きが鈍化し
イオン伝導度が大幅減少するため電池性能が非常に劣る。ところが、本発明のよ
うに無機物吸収剤を用いる場合には、イオン伝導性が向上し、さらに温度にあま
り影響されない無機物吸収剤を特定量以上に使えば、一般的な高分子電解質の特
性とは違ってほぼ温度に影響されない。なお、電解質内に無機物が特定量以上含
有されるので、高分子などの有機物が多量含まれた電解質に比べて発火または爆
発などに対する抵抗力が向上されるとの長所も得られる。
[0021] Third, when the content of the inorganic substance is 70% by weight or less, even though a large amount of the absorbent is contained, many drawbacks pointed out to the general polymer-based electrolyte are completely eliminated. It is difficult to resolve. For example, performance is degraded at low or high temperatures, similar to polymer-centered electrolytes. As described above, in a general polymer electrolyte, since the conduction of ions is directly affected by the movement of polymer chains, the influence of temperature on the ionic conductivity is large. In particular, at low temperatures, the movement of polymer chains slows down and the ionic conductivity is greatly reduced, resulting in very poor battery performance. However, when an inorganic absorbent is used as in the present invention, the ion conductivity is improved, and if the inorganic absorbent that is not so much affected by temperature is used in a specific amount or more, the characteristics of a general polymer electrolyte are Unlike, it is almost unaffected by temperature. In addition, since the electrolyte contains a specific amount or more of an inorganic substance, there is an advantage that resistance to ignition or explosion is improved as compared with an electrolyte containing a large amount of an organic substance such as a polymer.

【0022】 従って、無機物吸収剤が特定量以上に含有される場合であるのみ、上記問題点
が解決できるとの発見は、先行技術やその他の分野において充填材として無機物
を添加する量が通常約50重量%の前後、或いはそれより少量であることを考え
ると、多少過量と見られる範囲の無機物含量を設定し、実験と分析を繰り返した
結果から見出したものであり、既存概念を超える極めて例外的な構成でもある。
Therefore, the discovery that the above problems can be solved only when the inorganic absorbent is contained in a specific amount or more is found in the prior art and other fields in which the amount of the inorganic material added as a filler is usually about Considering that the amount is around 50% by weight or less, it was found from the result of repeated experiment and analysis by setting the content of the inorganic substance in a range that seems to be somewhat excessive, and it is an exceptional exception exceeding the existing concept. It is also a typical configuration.

【0023】 高分子結合剤にはほとんどの通常の高分子が用いられるが、その中でも、ポリ
フッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride)、ビニ
リデンフッ化物とヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropy
lene)の共重合体、ビニリデンフッ化物と無水マレイン酸(maleic
anhydride)の共重合体、ポリ塩化ビニール(polyvinylch
loride)、ポリメチルメタクリルレート、ポリメタクリルレート(pol
ymethacrylate)、セルローストリアセテート(cellulos
e triacetate)、ポリウレタン(polyurethane)、ポ
リスルホン(polysulfone)、ポリエーテル(polyether)
、ポリエチレン或いはポリプロピレンのようなポリオレフィン(polyole
fine)、ポリエチレンオキサイド、ポリイソブチレン(polyisobu
tylene)、ポリブチルジエン(polybutyldiene)、ポリビ
ニールアルコール(polyvinyl alcohol)、ポリアクリロニト
リル(polyacrylonitrile)、ポリイミド(polyimid
e)、ポリビニールホルマール(polyvinyl formal)、アクリ
ロニトリルブチルジエンゴム(acrylonitrilebutyldien
e rubber)、エチレンプロピレンジエンモノマー(ethylene−
propylene−diene−monomer)、テトラエチレングリコー
ルジアクリレート(tetra(ethyleneglycol)diacry
late)、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxa
ne)、ポリカルボネート及びシリコーン高分子(polysilicone)
から成る群から選ばれた一つ或いは二つ以上の高分子混合物もしくはこれらの共
重合高分子や高分子混合物が特に好ましい。
Most ordinary polymers are used as the polymer binder, and among them, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene are used.
copolymer of vinyl), vinylidene fluoride and maleic anhydride (maleic)
copolymer of anhydride, polyvinyl chloride (polyvinyl)
loride), polymethylmethacrylate, polymethacrylate (pol)
ymethacrylate, cellulose triacetate (cellulos)
e triacetate), polyurethane (polyethane), polysulfone (polysulfone), polyether (polyether)
Polyolefins such as polyethylene, polyethylene or polypropylene
fine), polyethylene oxide, polyisobutylene (polyisobu)
poly (ethylene), polybutyldiene, poly (vinyl alcohol), polyacrylonitrile, polyimid.
e), polyvinyl formal, acrylonitrile butyl diene rubber (acrylonitrile butylene)
e ruber), ethylene propylene diene monomer (ethylene-
Propylene-diene-monomer), tetraethylene glycol diacrylate (tetra (ethyleneglycol) diacry)
plate), polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane)
ne), polycarbonate, and silicone polymer (polysilicone)
Particularly preferred are one or more polymer mixtures selected from the group consisting of or copolymers or polymer mixtures thereof.

【0024】 高分子結合剤としては、熱及び圧力などにより物性が大きく変化するか、架橋
、硬化反応などが生じるのは好ましくない。また、モノマー状態で少なくとも1
種を添加することにより、重合、共重合、架橋、硬化反応などを行うのも好まし
くないが、これは未反応モノマーが無機物吸収剤に含浸されていながら電解質化
合物と反応し電池の性能を低下するためであるので、これを除去する別途の工程
が必要である。従って、上記電解質膜製造工程や電池組み立て工程中において、
上記の問題点が生じる条件は避けるのが望ましい。
As the polymer binder, it is not preferable that the physical properties of the polymer binder are largely changed by heat and pressure, or that crosslinking and curing reaction occur. Also, at least 1 in the monomer state
Polymerization, copolymerization, cross-linking, curing reaction, etc. are not preferable by adding a seed, but this reduces the performance of the battery by reacting with the electrolyte compound while the unreacted monomer is impregnated in the inorganic absorbent. Therefore, a separate step for removing this is required. Therefore, during the electrolyte membrane manufacturing process and battery assembly process,
It is desirable to avoid the conditions that cause the above problems.

【0025】 高分子結合剤の溶媒は、高分子結合剤に対する溶解性のあるもので、NMP(
N−methylpyrrolidinone)、ジメチルホルムアミド(di
methylformamide)、ジメチルアセトアミド(dimethyl
acetamide)、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran
)、アセトニトリル(acetonitrile)、シクロヘキサノン(cyc
lohexanone)、クロロホルム(chloroform)、ジクロロメ
タン(dichloromethane)、ヘキサメチルホスホアミド(hex
amethylphosphoramide)、ジメチルスルホキシド(dim
ethylsulfoxide)、アセトン(acetone)及びジオキサン
(dioxane)からなる群から選ばれた一つ或いは二つ以上の混合物が好ま
しい。
The solvent of the polymer binder is one that has solubility in the polymer binder, and is NMP (
N-methylpyrrolidone), dimethylformamide (di
methylformamide), dimethylacetamide (dimethyl)
acetamide), tetrahydrofuran (tetrahydrofuran)
), Acetonitrile (acetonitril), cyclohexanone (cyc)
lohexanone), chloroform (chloroform), dichloromethane (dichloromethane), hexamethylphosphoamide (hex)
Amethyl phosphoramide), dimethyl sulfoxide (dim)
One or a mixture of two or more selected from the group consisting of ethyl sulfoxide, acetone and dioxane is preferable.

【0026】 高分子結合剤の非溶媒は、高分子結合剤に対する溶解性がないか非常に低く、
上記高分子結合剤溶媒に対する相溶性のあるもので、水、エタノール(etha
nol)、エチレングリコール(ethylene glycol)、グリセロ
ール(glycerol)、アセトン、ジクロロメタン、エチルアセテート(e
thylacetate)、ブタノール(butanol)、ペンタノール(p
entanol)、ヘキサノール(hexanol)及びエーテル(ether
)からなる群から選ばれた一つまたは二つ以上の混合物が好ましい。
The non-solvent of the polymeric binder has no or very low solubility in the polymeric binder,
It is compatible with the above polymer binder solvents, such as water and ethanol.
nol), ethylene glycol (ethylene glycol), glycerol (glycerol), acetone, dichloromethane, ethyl acetate (e
thylacetate), butanol (butanol), pentanol (p
entanol), hexanol (ether) and ether (ether)
1) or a mixture of 2 or more selected from the group consisting of

【0027】 本発明の微細多孔性構造の固体電解質は、湿式法或いは乾式法などの相転換法
により製造されるが、詳細は下記のようである。
The solid electrolyte having a fine porous structure of the present invention is manufactured by a phase conversion method such as a wet method or a dry method, and the details are as follows.

【0028】湿式法 本発明の微細多孔性構造の固体電解質は、高分子結合剤の溶解、無機物吸収剤
の混合、膜成形、多孔化及び乾燥、および活性化の5工程からなる湿式法により
製造される。
[0028]Wet method   The solid electrolyte having a fine porous structure of the present invention includes a polymer binder dissolved and an inorganic absorbent.
By a wet process consisting of 5 steps of mixing, film formation, porosification and drying, and activation.
Manufactured.

【0029】 まず最初に、高分子結合剤を溶媒に溶解してから無機物吸収剤を添加し、均一
に分散するよう充分に混合する。上記混合溶液の固形分含量(solid co
ntent)は、全体重量に対し5ないし60重量%が好ましく、5重量%以下
である場合、乾燥の後電解質膜の機械的強度が落ち、60重量%以上である場合
、無機物吸収剤が充分に分散されないか、又は、混合溶液の粘度が非常に高くな
る恐れがある。
First, the polymer binder is dissolved in a solvent, and then the inorganic absorbent is added and sufficiently mixed so as to be uniformly dispersed. Solid content of the above mixed solution (solid co
content) is preferably 5 to 60% by weight based on the total weight, and when it is 5% by weight or less, the mechanical strength of the electrolyte membrane decreases after drying, and when it is 60% by weight or more, the inorganic absorbent is sufficiently contained. It may not be dispersed, or the viscosity of the mixed solution may become very high.

【0030】 無機物吸収剤の円滑な分散のため、磁石攪拌機(magnetic stir
rer)や機械式攪拌機(mechanical stirrer)、惑星攪拌
機(planetary mixer)、高速分散機(high speed
disperser)などを利用して混合することもできる。該工程において吸
収剤が互いに凝集するのを防止し、混合途中で気泡が生じるのを防止するために
、超音波攪拌機を利用することもできる。場合によっては、脱泡(defoam
ing)及びフィルター過程を経ることもできる。
In order to smoothly disperse the inorganic absorbent, a magnetic stirrer is used.
, mechanical stirrer, planetary mixer, high speed disperser
It is also possible to mix them by using a disperser or the like. An ultrasonic stirrer can be used to prevent the absorbents from aggregating with each other in the step and to prevent bubbles from being generated during the mixing. In some cases, defoaming
ing) and a filtering process.

【0031】 高分子結合剤と無機物吸収剤が均一に混合された後、一定厚さになるように調
整して膜形態に成形する。例えば、平たい基材上に注ぎ一定厚さになるようにキ
ャスティング(casting)することもでき、一定間隔の隙間(die)に
圧出させ基材上にコーティング(coating)することもできる。基材とし
ては、化学的、熱的、機械的に安定であり、乾燥またはラミネーション工程を経
れば電解質膜と分離しえる材料を用いる。例えば、ポリエステル、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどの高分子フィルムや紙などが使用できる。その他、いろんな
塗布方法が選べる。
After the polymer binder and the inorganic absorbent are uniformly mixed, the polymer binder and the inorganic absorbent are adjusted to have a constant thickness and formed into a film form. For example, it may be poured onto a flat substrate and cast to have a constant thickness, or it may be extruded into gaps at regular intervals and coated on the substrate. As the base material, a material that is chemically, thermally and mechanically stable and that can be separated from the electrolyte membrane through a drying or lamination process is used. For example, polymer films such as polyester and polytetrafluoroethylene, paper, and the like can be used. In addition, various application methods can be selected.

【0032】 成形された膜を、高分子結合剤の非溶媒と接触させ、高分子結合剤の溶媒を抽
出する。例えば、非溶媒が入っている非溶媒槽(non−solvent po
ol)に浸し、溶媒を抽出する方法が選べる。従って、混和性溶媒と非溶媒の組
み合わせを選択するのが好ましい。非溶媒槽に浸す時間は、溶媒と非溶媒の種類
にもよるが、1分ないし1時間程度が好ましい。時間が短ければ、充分な多孔性
が誘導されないか溶媒の置換が不完全になりえる半面、時間が長ければ、生産性
が低下するので好ましない。この槽の温度は10℃ないし90℃が好ましく、2
0℃ないし80℃がより好ましい。低温である場合は、充分な多孔性が誘導され
ず、高温である場合は、電解質膜の機械的強度が落ちるので好ましくない。溶媒
抽出の後、生成された膜を完全に乾燥して電解質膜を製造する。
The shaped membrane is contacted with a non-solvent for the polymeric binder to extract the solvent for the polymeric binder. For example, a non-solvent tank containing a non-solvent (non-solvent po
sol) and the solvent can be extracted. Therefore, it is preferable to select a combination of miscible solvent and non-solvent. The immersion time in the non-solvent tank depends on the types of the solvent and non-solvent, but is preferably about 1 minute to 1 hour. If the time is short, sufficient porosity may not be induced or the solvent may be incompletely replaced, but if the time is long, the productivity may be decreased, which is not preferable. The temperature of this tank is preferably 10 ° C to 90 ° C, 2
0 ° C to 80 ° C is more preferable. When the temperature is low, sufficient porosity is not induced, and when the temperature is high, the mechanical strength of the electrolyte membrane decreases, which is not preferable. After the solvent extraction, the produced membrane is completely dried to produce an electrolyte membrane.

【0033】乾式法 本発明の多孔性構造の固体電解質は、高分子結合剤の溶解、無機物吸収剤の混
合、添加物(非溶媒、気孔形成剤、湿潤補助剤)の添加、膜成形及び乾燥、およ
び活性化の5工程からなる乾式法により製造される。
[0033]Dry method   The solid electrolyte having a porous structure of the present invention can dissolve a polymer binder and mix an inorganic absorbent.
In the case of addition, additives (non-solvent, pore-forming agent, wetting aid), film forming and drying, and
It is produced by a dry method consisting of 5 steps of activation and activation.

【0034】 高分子結合剤を溶媒に溶解してから無機物吸収剤を添加し、均一に分散するよ
うに充分に混合する。分散または混合過程は上記湿式法の場合と同様である。高
分子結合剤と吸収剤が均一に混合された後、高分子結合剤を溶解しない溶媒、つ
まり非溶媒を高分子結合剤の沈殿が生じない範囲内で気孔度を考慮して添加する
。微細多孔性構造を円滑に生成すべく、気孔形成剤や湿潤補助剤などを添加する
のが好ましい。このように製造した溶液を膜形態に成形する過程は、上記した湿
式法の場合と同様である。膜形態に成形してから、20℃ないし200℃におい
て完全乾燥して電解質膜を製造する。
After dissolving the polymer binder in the solvent, the inorganic absorbent is added and mixed sufficiently so as to be uniformly dispersed. The dispersion or mixing process is the same as in the wet method. After the polymer binder and the absorbent are uniformly mixed, a solvent that does not dissolve the polymer binder, that is, a non-solvent is added in consideration of porosity within a range in which precipitation of the polymer binder does not occur. In order to smoothly generate a fine porous structure, it is preferable to add a pore forming agent, a wetting aid and the like. The process of forming the solution thus produced into a film form is the same as in the case of the wet method described above. After being formed into a membrane form, it is completely dried at 20 ° C to 200 ° C to manufacture an electrolyte membrane.

【0035】 乾式法は、湿式法に比べ、次のような問題点があるので、湿式法により電解質
膜を製造するのがより好ましい。
Since the dry method has the following problems as compared with the wet method, it is more preferable to manufacture the electrolyte membrane by the wet method.

【0036】 一、乾式法は、無機物吸収剤、高分子結合剤及び添加物などを完全に分散また
は混合するのが相対的に難しい。完全に分散または混合されない場合は、気孔形
成剤または無機物吸収剤が均一に分布されにくく、電解質膜形態に成形しにくい
だけでなく、機械的強度と再現性が落ちる。すなわち、気孔形成剤または無機物
吸収剤が均一に分布されていない場合、電池の電解質として実際使用される場合
、電池反応が不均一に偏在した状態で進められ、膜形態に成形するのが困難であ
り、機械的強度が落ちるので、工程上の制約条件が多くなる。
First, in the dry method, it is relatively difficult to completely disperse or mix the inorganic absorbent, the polymer binder, the additives and the like. When it is not completely dispersed or mixed, the pore-forming agent or the inorganic absorbent is difficult to be uniformly distributed, it is difficult to form the electrolyte membrane, and the mechanical strength and reproducibility are deteriorated. That is, when the pore-forming agent or the inorganic absorbent is not uniformly distributed, when actually used as the electrolyte of the battery, the battery reaction proceeds in a nonuniformly unevenly distributed state, and it is difficult to form it into a membrane form. However, since mechanical strength is reduced, there are many restrictions on the process.

【0037】 二、乾式法では、気孔形成のために非溶媒を添加するが、乾式法の原理上、溶
媒が非溶媒より先に蒸発(乾燥)されなければ気孔が形成されず、非溶媒がまず
蒸発されると気孔が形成されないので、一般的に非溶媒は溶媒より沸騰点が高い
か不揮発性であるとの条件が要る。従って、乾式法では非溶媒などが残る可能性
が高い。結局、沸騰点が高いか不揮発性非溶媒を用いることにより、乾燥過程に
おいて電解質膜から完全に除去しにくくなり、完全に除去すべく別途の方法(例
えば、アルコールやエーテルなどで抽出するか、乾燥温度を充分に高くする方法
など)を取らなければならない。なお、上記非溶媒が化学的、電気化学的に不安
定な場合もあるので、電解質膜内に残る場合、副反応を誘導するか、電池の充放
電過程において酸化または還元され、電池の容量減少またはガス発生など、性能
を低下しかねない。このような問題は非溶媒のみならず、その他の添加物に対し
ても同様である。従って、添加物などを完全に除去して、吸収剤と高分子結合剤
のみの電解質膜を製造する工程は、製造工程が複雑になり、再現性を確保しにく
くなり得る。
In the dry method, a non-solvent is added to form pores, but on the principle of the dry method, the pores are not formed unless the solvent is evaporated (dried) before the non-solvent, and the non-solvent First, since the pores are not formed when evaporated, it is generally necessary that the non-solvent has a boiling point higher than that of the solvent or is non-volatile. Therefore, there is a high possibility that nonsolvents will remain in the dry method. After all, the boiling point is high or the use of a non-volatile non-solvent makes it difficult to completely remove it from the electrolyte membrane during the drying process, and a separate method (for example, extraction with alcohol or ether, or drying) is used to completely remove it. Method of raising the temperature sufficiently) must be taken. Since the non-solvent may be chemically or electrochemically unstable, when it remains in the electrolyte membrane, it induces a side reaction or is oxidized or reduced during the charge / discharge process of the battery, and the capacity of the battery decreases. Or it may reduce the performance such as gas generation. Such a problem applies not only to the non-solvent but also to other additives. Therefore, in the process of completely removing the additives and the like to manufacture the electrolyte membrane containing only the absorbent and the polymer binder, the manufacturing process becomes complicated and reproducibility may be difficult to be ensured.

【0038】 本発明の電解質膜の厚さは、20ないし200μmに調節するのが好ましい。
膜厚さが20μm以下であれば、機械的強度が落ち、電池組み立て中に短絡が生
じる恐れがある。一方、200μm以上であれば、イオン伝導性が減少するので
好ましくない。 なお、本発明の電解質膜は、20μm以下の気孔直径を有するのが好ましく、
10μm以下であるのがより好ましく、0.01ないし5μmの場合がもっとも
好ましい。また、本発明の電解質膜は、5ないし95%の気孔度(porosi
ty)であるのが好ましく、20ないし90%場合がより好ましく、40ないし
85%の場合がもっとも好ましい。
The thickness of the electrolyte membrane of the present invention is preferably adjusted to 20 to 200 μm.
If the film thickness is 20 μm or less, the mechanical strength is lowered, and a short circuit may occur during battery assembly. On the other hand, if it is 200 μm or more, the ionic conductivity is reduced, which is not preferable. The electrolyte membrane of the present invention preferably has a pore diameter of 20 μm or less,
It is more preferably 10 μm or less, and most preferably 0.01 to 5 μm. Also, the electrolyte membrane of the present invention has a porosity of 5 to 95%.
It is preferably ty), more preferably 20 to 90%, most preferably 40 to 85%.

【0039】 上記方法により製造した微細多孔性電解質膜中に吸収されるべき液体電解質は
、有機溶媒にリチウム塩を溶解させることにより製造される。
The liquid electrolyte to be absorbed in the microporous electrolyte membrane produced by the above method is produced by dissolving a lithium salt in an organic solvent.

【0040】 有機溶媒は、電解質の極性を高めてイオンの解離度を向上し、イオン周辺の局
部的な粘度を低めてイオンを伝導しやすくするために、極性が高くリチウム金属
に対する反応性のないものが好ましい。そのような有機溶媒の例としては、エチ
レン炭酸塩(ethylene carbonate, EC)、プロピレン炭
酸塩(propylene carbonate, PC)、ブチレン炭酸塩(
butylenes carbonate)、ジメチル炭酸塩(dimethy
lcarbonate, DMC)、ジエチル炭酸塩(diethylcarb
onate, DEC)、エチルメチル炭酸塩(ethylmethylcar
bonate, EMC)、ガンマーブチロラクトン(γ−butyrolac
tone, GBL)、ジメチルスルホキシド(dimethylsulfox
ide, DMSO)、1,3−ジオキサン(1、3−dioxane, DO
)、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran, THF)、2−
メチルテトラヒドロフラン(2−methyltetrahydrofuran
)、スルホラン(sulforane)、N,N−ジメチルホルムアミド(N,
N−dimethylformamide, DMF)、ジグリム(digly
Me, DME)、トリグリム(triglyme)、テトラグリム(tetr
aglyme)等が挙げられる。特に、有機溶媒は、高粘度溶媒と低粘度溶媒か
らなる2つ以上の混合溶液の形態で用いるのが好ましい。
The organic solvent has high polarity and high reactivity with respect to lithium metal in order to increase the polarity of the electrolyte, improve the dissociation degree of ions, and reduce the local viscosity around the ions to facilitate the conduction of ions. Those are preferable. Examples of such organic solvents include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (
butylenes carbonate), dimethyl carbonate (dimethy)
lcarbonate, DMC), diethyl carbonate
onate, DEC), ethylmethyl carbonate (ethylmethylcar)
Bonate, EMC), gamma-butyrolactone (γ-butyrolac)
tone, GBL), dimethylsulfoxide
ide, DMSO), 1,3-dioxane (1,3-dioxane, DO
), Tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran, THF), 2-
Methyl tetrahydrofuran (2-methyltetrahydrofuran
), Sulfolane, N, N-dimethylformamide (N,
N-dimethylformamide (DMF), diglyme (digly)
Me, DME), triglyme, tetraglyme (tetr)
aglyme) and the like. In particular, the organic solvent is preferably used in the form of a mixed solution of two or more consisting of a high viscosity solvent and a low viscosity solvent.

【0041】 リチウム塩は、格子エネルギーが小さく、解離度が大きいものが好ましい。そ
のようなリチウム塩の例には、LiClO、LiBF、LiPF、LiA
sF、LiSCN、LiCFSO、LiN(CFSO及びLiC
(CFSOなどがあり、これらの選択的な混合物も用いられる。リチウ
ム塩の濃度は0.5Mないし2Mが好ましい。
The lithium salt preferably has a low lattice energy and a high dissociation degree. Examples of such lithium salts include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiA.
sF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiC
(CF 3 SO 2 ) 3 and the like, and selective mixtures thereof are also used. The concentration of the lithium salt is preferably 0.5M to 2M.

【0042】 上記液体電解質は、液体電解質を含む全体電解質総量に対して20ないし90
重量%、より好ましくは40ないし85重量%に添加され、この場合、固体電解
質の常温リチウムイオン伝導度は、1ないし3mS/cm程度になる。
The liquid electrolyte is 20 to 90 based on the total amount of the electrolyte including the liquid electrolyte.
The solid electrolyte may have a room temperature lithium ion conductivity of about 1 to 3 mS / cm.

【0043】 また、本発明は、上記多孔性固体電解質を電解質として用いた二次電池、とり
わけリチウム二次電池に関するものである。
Further, the present invention relates to a secondary battery using the above porous solid electrolyte as an electrolyte, particularly to a lithium secondary battery.

【0044】 本発明の固体電解質を用いた二次電池の製造方法を下記に詳述する。[0044]   The method for manufacturing a secondary battery using the solid electrolyte of the present invention will be described in detail below.

【0045】 上記過程から得た乾燥した固体状態の電解質膜をまん中に挟み、ラミネーショ
ン、プレッシングなどの方法で、正極と負極を接合して電池アセンブリを構成す
る。正極、負極及び電解質膜は、各々別途製作し、正極は正極集電体と、負極は
負極集電体とそれぞれ電気的に接続されてある。使用するに充分なイオン伝導性
のある固体電解質になるためには液体電解質を吸収する活性化工程を経るべきで
あり、該工程により電池として動作できる状態になる。
The dried solid state electrolyte membrane obtained from the above process is sandwiched in the middle and the positive electrode and the negative electrode are joined by a method such as lamination and pressing to form a battery assembly. The positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte membrane are separately manufactured, and the positive electrode is electrically connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode current collector. In order to obtain a solid electrolyte having sufficient ion conductivity to be used, an activation step of absorbing a liquid electrolyte should be performed, and the step allows the battery to operate.

【0046】 電解質膜と電極(正極及び負極)を別途に製作する方法は、性能管理、工程設
計及び設備が単純であるので好ましい。しかし、電極と電解質膜の接合性を向上
し電解質膜を薄型にするため、製作された電極上に吸収剤、高分子結合剤、溶媒
などからなるスラリーを直接塗布して電解質膜を成形する方法も考えられるが、
電極と電解質膜の製作工程条件が一致しない場合や、工程中に電極または電解質
膜が汚染されるか、その性能にダメージしやすい場合は使用しにくいので好まし
くない。
The method of separately manufacturing the electrolyte membrane and the electrodes (positive electrode and negative electrode) is preferable because performance management, process design and equipment are simple. However, in order to improve the bonding property between the electrode and the electrolyte membrane and make the electrolyte membrane thin, a method of directly forming a slurry containing an absorbent, a polymer binder, a solvent, etc. on the fabricated electrode to form the electrolyte membrane. Can be considered,
It is not preferable because it is difficult to use if the manufacturing process conditions of the electrode and the electrolyte membrane do not match, or if the electrode or the electrolyte membrane is contaminated during the process or its performance is easily damaged.

【0047】 電解質膜を電極の間に配置しラミネーションまたはプレッシング過程を経て電
池に組み立て或いは積層する工程は、電池の性能や工程条件を考え多様に変える
ことができる。 一、正極または負極のいずれかの表面に最初に電解質膜を積層し、引き続き電解
質膜を挟んで他方の極を積層する。 二、正極及び負極表面に各々電解質膜を積層し、引き続き電解質膜を対向するよ
うに正極と負極を積層する。 三、正極と電解質及び負極を上記の順通りに同時積層する。
The process of assembling or stacking the electrolyte membrane between the electrodes and performing the lamination or pressing process on the battery may be variously changed considering the performance and process conditions of the battery. First, the electrolyte membrane is first laminated on the surface of either the positive electrode or the negative electrode, and then the other electrode is laminated with the electrolyte membrane interposed therebetween. Secondly, an electrolyte membrane is laminated on each of the surfaces of the positive electrode and the negative electrode, and then the positive electrode and the negative electrode are laminated so that the electrolyte membrane faces each other. Third, the positive electrode, the electrolyte, and the negative electrode are simultaneously laminated in the order described above.

【0048】 上記の積層過程(ラミネーション・プロセス)において、電解質膜の嵩減少が
50%以内で最小に発生するように積層条件を設定するのが好ましい。電解質膜
の嵩減少は多孔構造の破壊を意味するが、熱及び/または圧力により積層するた
めには若干の嵩減少を余儀なくされる。従って、嵩減少を最小化できる積層条件
を見つけることが必要となる。上記の如く、本発明の特徴のひとつである、無機
物吸収剤を少なくとも70重量%以上に添加することにより、このような嵩減少
が著しく減ることが確認された。
In the above-mentioned lamination process (lamination process), it is preferable to set the lamination conditions so that the bulk reduction of the electrolyte membrane occurs within 50% to the minimum. The reduction of the bulk of the electrolyte membrane means the destruction of the porous structure, but a slight reduction of the bulk is inevitable for the lamination due to heat and / or pressure. Therefore, it is necessary to find a stacking condition that can minimize bulk reduction. As described above, it was confirmed that such bulk reduction is remarkably reduced by adding at least 70% by weight or more of the inorganic absorbent, which is one of the features of the present invention.

【0049】 電解質膜の嵩減少を抑制すべく、熱及び圧力を最少に使用し、電極と電解質膜
との間の接合は接着層によりなされるようにする方法が選ばれる。例えば、PE
溶液/分散液、エチレン/エチルアクリルレート系またはエチレン/ビニールア
セテート系接着剤が用いられる。しかし、このような接着剤成分は熱的、化学的
、電気化学的安定性がなければならず、接着層が界面の多孔性構造を破壊しては
ならず、界面抵抗を増加してはならない。従って、接着層を利用するのが実際電
池製作及び性能管理において好ましいものではない。
In order to suppress the bulk reduction of the electrolyte membrane, a method is selected in which heat and pressure are used to a minimum and the bonding between the electrode and the electrolyte membrane is made by an adhesive layer. For example, PE
Solution / dispersion, ethylene / ethyl acrylate based or ethylene / vinyl acetate based adhesives are used. However, such adhesive components must be thermally, chemically and electrochemically stable, the adhesive layer must not destroy the interfacial porous structure, and must not increase the interfacial resistance. . Therefore, the use of the adhesive layer is not actually preferable in battery fabrication and performance control.

【0050】 正極または負極の製造過程を下記に詳しく説明する。正極または負極は、各々
電流集電体(current collector)と活物質層からなる。活物
質層は、活物質(active material)、導電材(conduct
ing material)、結合剤(binding material)な
どを含む。他にも、電池性能を向上する目的で各種添加剤(additives
)を導入してもよい。正極または負極に含まれる集電体、導電材、結合剤及び添
加剤は、互いに同一なものでもあり得、目的に応じては相違なものでもあり得る
。上記の正極または負極材料各々の混合物をスラリーにしてから電流集電体上に
直接成形するか、またはキャスティング、コーティング、スクリーンプリンティ
ング(screen printing)などの方法で薄膜に成形した後、プレ
ッシング、ラミネーティングなどの方法で電流集電体と結び合わせ製作すること
もできる。
The manufacturing process of the positive electrode or the negative electrode will be described in detail below. Each of the positive electrode and the negative electrode includes a current collector and an active material layer. The active material layer includes an active material and a conductive material.
ing material), a binding material, and the like. In addition, various additives (additives) for the purpose of improving battery performance.
) May be introduced. The current collector, the conductive material, the binder, and the additive contained in the positive electrode or the negative electrode may be the same as each other, or may be different depending on the purpose. A mixture of each of the above positive electrode or negative electrode materials is made into a slurry and then directly formed on a current collector, or a thin film is formed by a method such as casting, coating, or screen printing, followed by pressing and laminating. It can also be manufactured by combining it with a current collector.

【0051】 電流集電体は、正極または負極において行われる酸化/還元反応で生じる電子
の移動経路を提供するものである。電流集電体には、グリッド(grid)、箔
(foil)、パンチングホイル(punching foil)、エッチング
ホイル(etching foil)などが使用され、電池性能や製造工程に応
じ選べる。グリッドの使用時、活物質充填率が高められるが製造工程が難しくな
り、ホイルなどの使用時は、電池性能が向上し製造工程が単純になりえるが活物
質の充填率が低下する問題があり得る。集電体には銅、アルミニウム、ニッケル
、チタニウム、ステンレススチール、炭素等が用いられる。一般的に、正極用に
はアルミニウムが、負極用には銅が用いられる。集電体は必要に応じて前処理を
することもできる。例えば、洗浄、表面処理または接着層塗布などをすることも
できる。
The current collector provides a transfer path of electrons generated in the oxidation / reduction reaction performed in the positive electrode or the negative electrode. As the current collector, a grid, a foil, a punching foil, an etching foil, or the like is used, which can be selected according to the battery performance and the manufacturing process. When the grid is used, the filling rate of the active material is increased, but the manufacturing process becomes difficult, and when using a foil or the like, the battery performance is improved and the manufacturing process can be simplified, but the filling rate of the active material is reduced. obtain. Copper, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, carbon, etc. are used for the current collector. Generally, aluminum is used for the positive electrode and copper is used for the negative electrode. The current collector can be pre-treated if necessary. For example, cleaning, surface treatment or application of an adhesive layer can be performed.

【0052】 活物質は、電池の充放電反応(或いは酸化/還元反応)が実際的に起こる材料
であり、電池の性能を決めるもっとも重要な要素である。又、活物質層内で含有
量が一番多い成分でもある。正極活物質としては、遷移金属(transiti
on Metal)の酸化物(oxide)、硫化物(sulfide)等や有
機化合物、高分子化合物等が用いられ、好ましくはリチウムコバルト酸化物(L
CoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムニッケ
ルコバルト酸化物(LiNiCo1−y)、スピネル形リチウムマンガ
ン酸化物(LiMn)、二酸化マンガン(MnO)等のような酸化物
或いは高分子材料が用いられる。負極活物質としては、アルカリ金属(alka
li metal)、アルカリ土類金属(alkalie earth met
al)等もしくは炭素、遷移金属酸化物/硫化物、有機化合物、高分子化合物等
が使える。好ましくは炭素材料或いは高分子材料が使える。活物質は、電池性能
又は用途に合わせて選ぶのが良い。
The active material is a material in which the charge / discharge reaction (or oxidation / reduction reaction) of the battery actually occurs, and is the most important factor that determines the performance of the battery. It is also the component with the highest content in the active material layer. As a positive electrode active material, a transition metal (transiti)
on Metal) oxides, sulfides, organic compounds, polymer compounds and the like are used, and preferably lithium cobalt oxide (L).
i x CoO 2), lithium nickel oxide (Li x NiO 2), lithium nickel cobalt oxide (Li x Ni y Co 1- y O 2), spinel type lithium-manganese oxide (Li x Mn 2 O 4) , An oxide such as manganese dioxide (MnO 2 ) or a polymer material is used. As the negative electrode active material, an alkali metal (alka)
li metal), alkaline earth metal (alkaline earth met)
al) or the like, or carbon, transition metal oxide / sulfide, organic compound, polymer compound or the like can be used. Preferably, carbon material or polymer material can be used. The active material is preferably selected according to the battery performance or application.

【0053】 導電材は、正極または負極に、導電性を向上させることを目的として添加する
材料であり、一般的に炭素が使われる。その中でも、黒鉛(graphite)
、コークス(cokes)、活性炭(activated carbon)、カ
ーボンブラック(carbon black)が望ましく、黒鉛とカーボンブラ
ックがより好ましい。上記の群から選ばれた一つ或いは二つ以上の導電材が用い
られ、合成品或いは天然物質のどちらを使っても構わない。導電材は電極材料の
総重量の3重量%ないし約15重量%で添加され、導電材の添加量が約3重量%
以下程度に少ない場合には、電気伝導性が低下するので過電圧が発生する問題点
があり得る。その反面、約15重量%以上である場合には、単位嵩当りのエネル
ギー密度が減少し導電材による副反応が深刻化する問題点がある。
The conductive material is a material added to the positive electrode or the negative electrode for the purpose of improving conductivity, and carbon is generally used. Among them, graphite
, Cokes, activated carbon and carbon black are preferable, and graphite and carbon black are more preferable. One or more conductive materials selected from the above group are used, and either synthetic products or natural substances may be used. The conductive material is added in an amount of 3 wt% to about 15 wt% of the total weight of the electrode material, and the conductive material is added in an amount of about 3 wt%.
When the amount is less than the following, the electrical conductivity is lowered, and there may be a problem that an overvoltage occurs. On the other hand, when the content is about 15% by weight or more, there is a problem that the energy density per unit volume decreases and the side reaction by the conductive material becomes serious.

【0054】 結合剤は、活物質層の結合を強化すべく添加されるもので、主に高分子化合物
が用いられる。固体電解質膜を製造する時に用られる上記高分子化合物を結合剤
としても使用することもでき、電解質膜の高分子と同一なものであるか相溶性(
miscibility)のあるものを用いるのが好ましい。結合剤は、電極材
料の総重量の約15重量%以下に添加される。結合剤の添加量が少い場合は、電
極の結合力が落ちる問題点があり得、約15重量%以上である場合には電極の加
工性と多孔性が落ちる問題点がある。
The binder is added to strengthen the bond of the active material layer, and a polymer compound is mainly used. The above-mentioned polymer compound used when producing a solid electrolyte membrane can also be used as a binder, and is the same as the polymer of the electrolyte membrane or compatible (
It is preferable to use one having miscibility). The binder is added in up to about 15% by weight of the total weight of the electrode material. When the amount of the binder added is small, the binding force of the electrode may be reduced, and when it is about 15% by weight or more, the workability and porosity of the electrode may be reduced.

【0055】 添加剤は、電池又は電極の性能を向上する目的で添加する材料であって、目的
とする性能や用途に合わせて多様に選べる。極板内部或いは集電体との結合力を
向上させるか、極板の多孔性或いは非結晶性を誘導するか、極板構成材料の分散
度もしくは電極製造工程の効率を向上させるか、活物質の過充電/過放電を抑制
するか、副反応生成物を再結合(recombination)或いは除去する
か、もしくは液体電解質の吸収力を向上させる等、性能向上を目的として添加す
る。一般的に、添加剤としては、塩(salt)、有機/無機化合物、鉱物、高
分子化合物が用いられ、また、液体電解質に対する吸収力を向上し電解質との連
続相を形成すべく上記電解質膜に添加された吸収剤が添加されるのが好ましい。
The additive is a material added for the purpose of improving the performance of the battery or the electrode, and can be variously selected according to the intended performance and application. Improve the binding force inside the electrode plate or with the current collector, induce the porosity or non-crystallinity of the electrode plate, improve the degree of dispersion of the electrode plate constituent materials or the efficiency of the electrode manufacturing process, or the active material. Is added for the purpose of improving performance such as suppressing overcharging / overdischarging, recombining or removing side reaction products, or improving absorption of the liquid electrolyte. Generally, salts, organic / inorganic compounds, minerals, and polymer compounds are used as the additives, and the electrolyte membrane is used to improve the absorption capacity for liquid electrolyte and form a continuous phase with the electrolyte. It is preferred that the absorbent added to is added.

【0056】 まとめると、本発明の固体電解質及びこれを用いた二次電池は、従来技術に比
べて下記のような特徴がある。
In summary, the solid electrolyte of the present invention and the secondary battery using the same have the following features as compared with the prior art.

【0057】 一、製造工程及び材料条件が単純である。膜成形が容易であり、湿式法などの
簡単な方法により優れた多孔性を有するので、多孔性導入のための従来技術、つ
まり、加硫、硬化、延伸による製造法、特に、可塑剤/工程補助剤を利用する製
造法に比べて非常に簡単である。それと共に、本発明の電解質膜は、多量の無機
物吸収剤と少量の高分子結合剤のみからなる単純な構成であり、可塑剤/工程補
助剤、硬化性高分子、架橋結合高分子または繊維状構造体などを必要としない。
1. The manufacturing process and material conditions are simple. Since it is easy to form a film and has excellent porosity by a simple method such as a wet method, a conventional technique for introducing porosity, that is, a manufacturing method by vulcanization, curing and stretching, particularly a plasticizer / step It is much simpler than the manufacturing method using an auxiliary agent. At the same time, the electrolyte membrane of the present invention has a simple structure consisting only of a large amount of an inorganic absorbent and a small amount of a polymer binder, and includes a plasticizer / process aid, a curable polymer, a crosslinked polymer or a fibrous polymer. No structure is needed.

【0058】 二、電解質としての性能及び安定性が優れる。多孔構造に含浸された液体相で
イオンが伝導されるのでイオン伝導度が高い。高分子の含量が低く無機物吸収剤
の含量が高いのでイオン伝導度が温度の影響をあまり受けず、機械的、熱的、電
気化学的安定性が大きく、嵩変化が小さいため寸法安定性を有する。なお、広い
電位窓を有し発火または爆発に対する抵抗力が大きい。特に、特定量以上含有さ
れた無機物吸収剤は構造体として作用し、ラミネーションまたはプレッシングな
どに対する抵抗力を向上させ、電池組み立て以降にも電解質性能の減少が少ない
Second, the performance and stability as an electrolyte are excellent. Since the ions are conducted in the liquid phase impregnated in the porous structure, the ionic conductivity is high. Low polymer content and high inorganic absorbent content means that ionic conductivity is not significantly affected by temperature, mechanical, thermal and electrochemical stability is large, and bulk change is small, resulting in dimensional stability. . It has a wide potential window and has a large resistance to ignition or explosion. In particular, the inorganic absorbent contained in a specific amount or more acts as a structure, improves resistance to lamination or pressing, and has little electrolyte performance reduction after battery assembly.

【0059】 三、電池組み立て工程が単純である。電解質膜製造及び電池組み立て工程中に
は特別な除湿環境が要らず、電池組み立て後に、液体電解質を含浸する活性化過
程前までは水分や温度などの影響を受けないので、製造工程が単純でありかつ自
動化が容易である。
Third, the battery assembly process is simple. A special dehumidifying environment is not required during the electrolyte membrane manufacturing and battery assembly process, and the manufacturing process is simple because it is not affected by moisture or temperature after the battery assembly and before the activation process of impregnating the liquid electrolyte. And it is easy to automate.

【0060】[0060]

【実施例】【Example】

本実施例では、本発明による固体電解質、及び該固体電解質を用いた電池の製
造方法を詳細に説明する。固体電解質の製造及び性能試験を行った。さらに、固
体電解質と共に正極、負極を組み立てて電池を製作しその性能を検査する方法に
関しても記述する。しかし、これらの実施例が本発明の内容を限るわけではなく
、本発明の基本趣旨を外ずれない範囲内で多様な応用及び変形が可能である。
In this example, the solid electrolyte according to the present invention and a method for manufacturing a battery using the solid electrolyte will be described in detail. A solid electrolyte was manufactured and a performance test was performed. Furthermore, a method of assembling a positive electrode and a negative electrode together with a solid electrolyte to manufacture a battery and inspecting its performance will be described. However, these embodiments do not limit the content of the present invention, and various applications and modifications are possible within a range not departing from the basic gist of the present invention.

【0061】実施例1(湿式法:無機物吸収剤の種類及び含量と液体電解質の種類による実験 14gのPVdFを86gのNMPに溶解し高分子結合剤溶液を製造した。こ
こに吸収剤を添加して吸収剤粒子が完全に分散するまで混合した。吸収剤粒子が
互いに凝集するのを防ぐため、30分間超音波攪拌した。上記方法で製造した混
合液をガラス板上に100μm程度の厚さになるようにコーティングした。コー
ティングしたフィルムを直ちに非溶媒槽に10分程度浸してからフィルムを出し
、70℃において1時間程度乾燥した。この方法により製造された多孔性電解質
膜を液体電解質溶液に10分程度浸し、液体電解質が完全に吸収されてから前後
の重さ変化を測定し、交流インピーダンス法を利用してイオン伝導度を測定した
[0061]Example 1 (wet method: experiment according to type and content of inorganic absorbent and type of liquid electrolyte) )   A polymer binder solution was prepared by dissolving 14 g of PVdF in 86 g of NMP. This
The absorbent was added thereto and mixed until the absorbent particles were completely dispersed. Absorbent particles
Ultrasonic agitation was performed for 30 minutes to prevent them from aggregating with each other. Blend produced by the above method
The mixed solution was coated on a glass plate to a thickness of about 100 μm. Coe
Immediately soak the coated film in the non-solvent tank for about 10 minutes, then take out the film.
It was dried at 70 ° C. for about 1 hour. Porous electrolyte produced by this method
Soak the membrane in the liquid electrolyte solution for about 10 minutes, before and after the liquid electrolyte is completely absorbed.
Ion conductivity was measured using the AC impedance method.
.

【0062】 無機物吸収剤と結合剤の種類、含量比による多孔性固体電解質の特性と伝導度
を下記表1にまとめた。多孔性電解質膜が液体電解質を吸収する能力を比べるべ
く、次のように吸収度(absorption capacity、Δab)を
定義した。
The characteristics and conductivity of the porous solid electrolyte according to the kind and content ratio of the inorganic absorbent and the binder are summarized in Table 1 below. In order to compare the ability of the porous electrolyte membranes to absorb the liquid electrolyte, the absorption (absorption capacity, Δab) was defined as follows.

【0063】 Δab=[吸収された液体電解質の量(mg)]/[電解質膜の重さ(mg)][0063] Δab = [amount of absorbed liquid electrolyte (mg)] / [weight of electrolyte membrane (mg)]

【0064】 なお、下記で液体電解質を構成する溶媒容積比を特定しない場合は、同じ容積
で混合したことを意味する。
When the volume ratio of the solvent constituting the liquid electrolyte is not specified below, it means that they are mixed in the same volume.

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】 上記の表1及び下記表2における「機械的強度」とは、電解質膜の形態または
液体電解質が含浸された状態で評価したものであるので、電池組み立て過程にお
いてラミネーションまたはプレッシングに対し強い抵抗力を有するとの意味では
ない。つまり、表中では機械的強度が優秀であっても、実際電池組み立て過程で
は吸収剤の含量などによって性質が異なる可能性もある。
The “mechanical strength” in the above Table 1 and the following Table 2 is evaluated in the form of the electrolyte membrane or in the state of being impregnated with the liquid electrolyte, and therefore is strong against lamination or pressing in the battery assembly process. It does not mean to have resistance. In other words, even if the mechanical strength in the table is excellent, the properties may differ in the actual battery assembly process depending on the content of the absorbent.

【0067】実施例2(湿式法:結合剤の種類による実験) 結合剤の種類を別にして実施例1と同じ方法で実験し、その結果を下記表2に
まとめた。
[0067]Example 2 (wet method: experiment depending on binder type)   An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except for the type of binder, and the results are shown in Table 2 below.
Summarized.

【0068】[0068]

【表2】 [Table 2]

【0069】実施例3(乾式法) 20ml用のガラス瓶(vial)中で、0.5gのP(VdF−HFP)を
8gのアセトンに溶解させて高分子結合材溶液を製造した。ここにパラゴナイト
1.17gを添加し粒子が完全に溶解するまで続けて攪拌した。無機物吸収剤粒
子が互いに凝集するのを防止すべく30分間超音波攪拌した。この混合液に非溶
媒であるエチレングリコール0.9g、吸収補助剤であるTritonX−10
0 0.1g、気孔形成剤であるイソプロパノール1.8gを添加して、これが
均一に混合されるまで10分程度超音波攪拌した。上記方法により製造された混
合液をガラス板上に100μm程度の厚さになるようコーティングしてから、4
0℃において2時間程度乾燥した後、50℃で調節された真空乾燥機において6
時間程度さらに乾燥した。上記方法で製造した電解質膜をEC/DEC 1M
LiPF溶液に10分程度浸し、液体電解質が完全に吸収された後に、前後の
重さ変化を測定し、計算したΔab値は7.5であり、交流インピーダンス法を
利用し測定した常温イオン伝導度は、2.0mS/cmであった。
[0069]Example 3 (dry method)   In a 20 ml glass vial, 0.5 g of P (VdF-HFP) was added.
A polymer binder solution was prepared by dissolving it in 8 g of acetone. Paragonite here
1.17 g was added and continuously stirred until the particles were completely dissolved. Inorganic absorbent grain
Sonicate for 30 minutes to prevent the pups from clumping together. Insoluble in this mixture
0.9 g of ethylene glycol as a medium, Triton X-10 as an absorption aid
0.1 g and 1.8 g of a pore-forming agent, isopropanol, were added.
The mixture was ultrasonically stirred for about 10 minutes until it was uniformly mixed. Blends produced by the above method
Coat the mixed solution on a glass plate to a thickness of about 100 μm, then
After drying at 0 ° C for about 2 hours, 6 in a vacuum dryer controlled at 50 ° C
It was further dried for about an hour. The electrolyte membrane manufactured by the above method is EC / DEC 1M
LiPF6Immerse in the solution for about 10 minutes, and after the liquid electrolyte is completely absorbed,
The Δab value calculated by measuring the weight change is 7.5.
The room temperature ionic conductivity measured and utilized was 2.0 mS / cm.

【0070】実施例4(比較実施例:非多孔性構造の固体電解質製造実験) 14gのPVdFを86gのNMPに溶解して高分子結合剤溶液を製造した。
高分子結合剤溶液1.85gにパラゴナイト粉末2gを添加し粒子が完全に混合
されるまで攪拌した。吸収剤粒子が互いに凝集するのを防止すべく30分間超音
波攪拌した。上記方法で製造した混合液をガラス板上に100μm程度の厚さに
なるようコーティングした後に常温において2時間程度乾燥し、50℃程度に調
節された真空乾燥機で6時間さらに乾燥した。上記方法で製造した電解質膜をE
C/DMC 1M LiPF溶液に10分程度浸し、液体電解質が完全に吸収
された後に前後の重さ変化を測定し、交流インピーダンス法を利用して伝導度を
測定した。リチウムイオン伝導度は常温において0.72 mS/cmであった
。該イオン伝導度は電池に実際使用するに多少不足した程度である。本実施例は
上記実施例1ないし3とは違って多孔性構造にするための工程を経なかったもの
であり、この結果により、電池性能向上のために湿式法或いは乾式法のような多
孔性導入過程がさらに必要であることがわかる。
[0070]Example 4 (Comparative Example: Non-porous solid electrolyte production experiment)   A polymer binder solution was prepared by dissolving 14 g of PVdF in 86 g of NMP.
Add 2g of paragonite powder to 1.85g of polymer binder solution and mix the particles completely.
Stir until stirred. Supersonic for 30 minutes to prevent the absorbent particles from agglomerating with each other
Wave stirred. The mixed solution prepared by the above method is applied on a glass plate to a thickness of about 100 μm.
After coating, dry at room temperature for about 2 hours and adjust to about 50 ° C.
It was further dried for 6 hours in a knotted vacuum dryer. The electrolyte membrane produced by the above method is
C / DMC 1M LiPF6Immerse in solution for about 10 minutes and completely absorb liquid electrolyte
After measuring the change in weight before and after, the conductivity is measured using the AC impedance method.
It was measured. The lithium ion conductivity was 0.72 mS / cm at room temperature.
. The ionic conductivity is slightly insufficient for practical use in batteries. In this example,
Unlike the above-mentioned Examples 1 to 3, the steps for forming a porous structure were not performed.
Based on this result, in order to improve the battery performance, many methods such as wet method or dry method are used.
It can be seen that an additional porosity introduction process is required.

【0071】実施例5(電気化学的安定性実験) 多孔性固体電解質の電気化学的な安定性を測定すべく、ステンレススチール(
#304)を作動電極にし、リチウム金属を反対電極と基準電極に使い、線形電
位走査法(linear sweep voltammetry)を行った。電
位走査範囲は開回路電圧から5.5Vまでであり、電位走査速度は10mV/s
ecである。実施例1−(h)、1−(l)、1−(n)及び2−(s)の方法
により製造した多孔性固体電解質の線形電位走査法の分析結果を図1に各々A、
B、C、Dに表した。図1のように、本発明により製造される固体電解質は4.
8Vまで電気化学的に安定した。天然鉱物吸収剤より合成酸化物吸収剤(ゼオラ
イトなど)がより安定であることがわかる。
[0071]Example 5 (electrochemical stability experiment)   To measure the electrochemical stability of porous solid electrolytes, stainless steel (
# 304) as the working electrode and lithium metal as the counter electrode and the reference electrode.
A linear sweep voltammetry was performed. Electric
The scanning range is from open circuit voltage to 5.5V, and potential scanning speed is 10 mV / s.
ec. Methods of Examples 1- (h), 1- (l), 1- (n) and 2- (s)
The results of the linear potential scanning analysis of the porous solid electrolyte produced by
It is shown in B, C and D. As shown in FIG. 1, the solid electrolyte manufactured according to the present invention has a solid electrolyte of 4.
Electrochemically stable up to 8V. Synthetic oxide absorbent (Zeora) from natural mineral absorbent
Ito) is more stable.

【0072】実施例6(電池性能実験) 固体電解質を用いる電池性能を試すべく、次のように電池を構成した。正極は
、リチウム遷移金属酸化物活物質、導電材炭素粉末、高分子結合剤及び添加剤を
82:7:8:3重量比でスラリー状混合し、アルミグリッドに塗布及び乾燥し
て製作した。負極は、人造黒鉛、導電材炭素粉末、高分子結合剤及び添加剤を8
5:3:10:2重量比でスラリー状混合し、銅グリッドに塗布及び乾燥して製
作した。正極、電解質膜及び負極3列を同時にラミネーティングして積層形態の
電池を構成し、液体電解質を吸収させた後、電極端子のみを残してフィルム包装
材で密閉した。上記過程により製作した電池の充放電テストを行った。可逆容量
を2時間に充電する速度(C/2 rate)の定電流を電池電圧が4.2Vに
なるまで印加し、再び4.2V定電位を印加し電流がC/10 mAに減少する
まで充電した。その後、2.5V或いは2.75Vまで2時間放電速度の電流で
放電した(C/2 rate)。上記の充電と放電を操り返して各充放電回数に
よる放電容量の変化を観察した。電池構成及びテスト結果を下記表3にまとめ、
図2に示した。表3のように、各固体電解質は、電解質膜に該当液体電解質を吸
収させた状態を表す。また、実施例4により製造した固体電解質は、電池テスト
に適用しなかった。
[0072]Example 6 (battery performance experiment)   To test the battery performance using a solid electrolyte, the battery was constructed as follows. The positive electrode
, Lithium transition metal oxide active material, conductive material carbon powder, polymer binder and additives
82: 7: 8: 3 by weight, mixed as a slurry, coated on an aluminum grid and dried.
I made it. The negative electrode contains artificial graphite, conductive carbon powder, polymer binder and additives.
Slurry mixture at 5: 3: 10: 2 weight ratio, applied on copper grid and dried
Made Laminate the positive electrode, the electrolyte membrane, and the negative electrode three rows at the same time.
After forming the battery and absorbing the liquid electrolyte, film packaging leaving only the electrode terminals
Sealed with wood. A charge / discharge test of the battery manufactured through the above process was performed. Reversible capacity
The constant voltage of the rate (C / 2 rate) to charge the battery in 2 hours, the battery voltage to 4.2V
Applied until the voltage reaches 4.2V and the constant potential is applied again, and the current decreases to C / 10 mA.
Charged up. After that, up to 2.5V or 2.75V for 2 hours at the discharge rate of current
It was discharged (C / 2 rate). By repeating the above charging and discharging,
The change in discharge capacity was observed. The battery configuration and test results are summarized in Table 3 below.
It is shown in FIG. As shown in Table 3, each solid electrolyte absorbs the corresponding liquid electrolyte in the electrolyte membrane.
Represents the state of being stored. In addition, the solid electrolyte produced in Example 4 was tested by the battery.
Did not apply to.

【0073】[0073]

【表3】 [Table 3]

【0074】 図2は、各々の実施例に対し、電池の充放電テストの操り返しによって得られ
る各放電容量を1回目の放電容量に対比し示したものである。上記電池テスト結
果から、湿式法(実施例1,2)から得た固体電解質を使う場合(実施例6−u
、v、x)が、乾式法(実施例3)から得た固体電解質を使用した場合(実施例
6−w)より性能が優れることが分かる。つまり、電解質膜或いは固体電解質自
体のみでは性能(イオン伝導度、機械的強度など)差が大したものではないが、
実際電池適用の結果では無機物吸収剤を使い湿式法により製造されたものが全体
電池性能(充放電性能等)にもっと望ましい影響を及ぼすとの事実がわかる。
FIG. 2 shows, for each example, each discharge capacity obtained by repeating the charge / discharge test of the battery in comparison with the discharge capacity at the first time. From the above battery test results, when using the solid electrolyte obtained from the wet method (Examples 1 and 2) (Example 6-u)
, V, x) are superior in performance to the case where the solid electrolyte obtained from the dry method (Example 3) is used (Example 6-w). In other words, the performance difference (ionic conductivity, mechanical strength, etc.) is not great only with the electrolyte membrane or the solid electrolyte itself,
In fact, the result of applying the battery shows that the one manufactured by the wet method using the inorganic absorbent has a more desirable effect on the overall battery performance (charge / discharge performance, etc.).

【0075】実施例7(無機物吸収剤として使用したパラゴナイトの含量変化による物性実験 実施例1のような方法で、無機物吸収剤であるパラゴナイト粉末の含量を変化
して製造した約10cm大きさの多孔性固体電解質膜を、実験室用プレス機を
用いて130℃において15秒間1メトリックトン(metric ton)の
圧力でプレッシングした。プレッシング前後の厚さ変化を観察し、また交流イン
ピーダンス法を利用し、プレッシング前後のイオン伝導度の変化を測定して下記
表4に示し、プレッシング前のフィルム厚さ及びイオン伝導度を基にし、プレッ
シング後の各値をパーセントに図3に示した。イオン伝導度を測定する際に使用
した液体電解質は、EC/DMC/DEC 1M LiPFである。
[0075]Example 7 (Physical property experiment by changing the content of paragonite used as an inorganic absorbent) )   In the same manner as in Example 1, the content of the paragonite powder as the inorganic absorbent was changed.
About 10 cmTwoThe size of the porous solid electrolyte membrane is controlled by a laboratory press.
At 130 ° C. for 15 seconds at 1 metric ton
Pressed with pressure. Observe the thickness change before and after pressing, and
Using the pedance method, measure the change in ionic conductivity before and after pressing and
Based on the film thickness and ionic conductivity before pressing shown in Table 4,
Each value after singing is shown in percentage in FIG. Used when measuring ionic conductivity
The prepared liquid electrolyte is EC / DMC / DEC 1M LiPF6Is.

【0076】[0076]

【表4】 [Table 4]

【0077】 測定結果から、無機物吸収剤の含量が70重量%以上である場合(実施例7−
cc以降)に、プレッシング後の膜厚さとイオン伝導度がプレッシング前に比べ
て大きく変わらないことがわかる。すなわち、電解質膜または固体電解質そのも
のだけのイオン伝導度の差異は、無機物吸収剤の含量に大きく依存しないが、プ
レッシング過程を経ればその含量の影響が大きくなることがわかる。
From the measurement results, when the content of the inorganic absorbent is 70% by weight or more (Example 7-
After cc), it can be seen that the film thickness and ionic conductivity after pressing do not change much compared to before pressing. That is, it is understood that the difference in ionic conductivity of the electrolyte membrane or the solid electrolyte itself does not largely depend on the content of the inorganic absorbent, but the effect of the content increases after the pressing process.

【0078】実施例8(無機物吸収剤としてのゼオライトの含量変化による物性実験) ゼオライトを無機物吸収剤として使用し、実施例7と同じく実験した。プレッ
シング前後の電解質膜とイオン伝導度の変化を測定して下記表5に示した。
[0078]Example 8 (Physical property experiment by changing content of zeolite as inorganic absorbent)   The same experiment as in Example 7 was carried out using zeolite as the inorganic absorbent. Press
The changes in the ionic conductivity of the electrolyte membrane before and after singing were measured and are shown in Table 5 below.

【0079】[0079]

【表5】 [Table 5]

【0080】 上記実施例7の結果と同様に、無機物吸収剤の含量が70%以上になった時(
実施例8−ll以降)、プレッシング前後の厚さとイオン伝導度の減少が大きく
ないことがわかる。実施例7の結果とをまとめてみると、このような特徴的な現
象が無機物の種類に大きく関わらないことがわかり、なお、該電解質を利用して
ラミネーションまたはプレッシングにより電池を組み立てて性能を測定すれば、
無機物含量によって電池性能が著しく異なることが予想できる。
Similar to the results of Example 7 above, when the content of the inorganic absorbent was 70% or more (
It is understood that the decrease in the thickness and the ionic conductivity before and after pressing is not significant in Examples 8-ll and later). When the results of Example 7 are summarized, it is found that such a characteristic phenomenon is not largely related to the type of the inorganic substance, and the battery is assembled by lamination or pressing using the electrolyte to measure the performance. if,
It can be expected that the battery performance is significantly different depending on the content of the inorganic substances.

【0081】実施例9(無機物吸収剤の種類と含量変化による電池性能実験) 実施例6のような方法で電池を構成して、無機物吸収剤の種類及び含量変化に
よる影響を調査した。製作した電池の充放電方法は、実施例6と同じである。電
池構成及びテスト結果を下記表6にまとめ、図4または図5に示した。表6に開
示した如く、各固体電解質は、電解質膜に該当液体電解質を吸収させた状態であ
る。
[0081]Example 9 (Battery performance experiment by changing kind and content of inorganic absorbent)   A battery was constructed in the same manner as in Example 6 to change the type and content of the inorganic absorbent.
We investigated the impact of this. The charging / discharging method of the manufactured battery is the same as that of the sixth embodiment. Electric
The pond composition and test results are summarized in Table 6 below and shown in FIG. 4 or FIG. Open in Table 6
As shown, each solid electrolyte is in a state where the electrolyte membrane absorbs the corresponding liquid electrolyte.
It

【0082】[0082]

【表6】 [Table 6]

【0083】 上記電池テスト結果から、無機物吸収剤の含量が70重量%以上である固体電
解質を使用した場合(実施例9−tt、uuまたは実施例9−xx、yy)が、
そうではない場合より優れた性能であることがわかる。実施例7、実施例8及び
本実施例の結果をまとめると、電解質膜または固体電解質そのものだけでは吸収
剤含量によるイオン伝導度、機械的強度などの性能差異が大きくないが、実際電
池に製作する場合は、ラミネーションまたはプレッシング過程を経るので吸収剤
含量による影響が大きくなることがわかる。無機物吸収剤の含量が少なくとも7
0重量%以上である場合、電池組み立て以降にも液体電解質を吸収する能力を失
わないので電池性能に優れた影響を与えることがわかる。さらに、その現象は、
無機物吸収剤の種類に関わらない共通的なものであることが確認できる。
From the above battery test results, in the case of using the solid electrolyte having the content of the inorganic absorbent of 70% by weight or more (Example 9-tt, uu or Example 9-xx, yy),
It can be seen that the performance is better than the other cases. Summarizing the results of Example 7, Example 8 and this example, although the electrolyte membrane or the solid electrolyte itself does not cause a large difference in performance such as ionic conductivity and mechanical strength depending on the content of the absorbent, an actual battery is manufactured. In this case, it can be seen that the effect of the absorbent content is large because the lamination or pressing process is performed. The content of inorganic absorbent is at least 7
It can be seen that when the content is 0% by weight or more, the ability to absorb the liquid electrolyte is not lost even after the battery is assembled, so that the battery performance is excellently influenced. Furthermore, the phenomenon is
It can be confirmed that they are common regardless of the type of inorganic absorbent.

【0084】[0084]

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明によれば、吸収剤を添加し多孔性を与えた電解質膜に、液体電解質が円
滑に吸入されるようにすることによって、優れたイオン伝導性を有する固体電解
質、その固体電解質を製造する方法、さらには、そのような固体電解質を電解質
として用いるリチウム二次電池が提供される。本発明の固体電解質は、製造工程
及び材料条件が単純でありかつ電解質としての性能及び安定性が優れており、こ
れを用いた電池の組み立てが容易であるとの長所がある。とりわけ、無機物吸収
剤が特定量以上に添加されているという特徴により、ラミネーションまたはプレ
ッシング工程において、電解質膜の多孔性と液体電解質吸収力を維持するので、
固体電解質そのものの性能のみならず電池に組み立てた以降にも優れた性能が維
持できる。
According to the present invention, a solid electrolyte having excellent ion conductivity and a solid electrolyte thereof are produced by allowing a liquid electrolyte to be smoothly sucked into an electrolyte membrane to which an absorbent has been added to provide porosity. A method and a lithium secondary battery using such a solid electrolyte as an electrolyte are provided. The solid electrolyte of the present invention has the advantages that the manufacturing process and material conditions are simple, the performance and stability as an electrolyte are excellent, and the battery using the solid electrolyte is easy to assemble. In particular, due to the feature that the inorganic absorbent is added in a specific amount or more, in the lamination or pressing step, since it maintains the porosity of the electrolyte membrane and the liquid electrolyte absorption capacity,
Not only the performance of the solid electrolyte itself, but also excellent performance can be maintained after the battery is assembled.

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

【図1】 図1は、本発明の固体電解質の電気化学的な安定性を測定すべく、線形電位走
査法による実験結果を示したものである。
FIG. 1 shows the results of an experiment by a linear potential scanning method for measuring the electrochemical stability of the solid electrolyte of the present invention.

【図2】 図2は、本発明の固体電解質を使った電池の、充放電実験による放電容量の変
化を示したものである。
FIG. 2 shows a change in discharge capacity of a battery using the solid electrolyte of the present invention by a charge / discharge experiment.

【図3】 図3は、無機物電解質の含量を別にして製造したフィルムの、厚さ及びイオン
伝導度の変化を初期値に対して相対値で表した図面である。
FIG. 3 is a diagram showing changes in thickness and ionic conductivity of a film manufactured by changing an inorganic electrolyte content, relative to an initial value.

【図4】 図4は、本発明の固体電解質を使った電池の、充放電実験による放電容量の変
化を示したものである。
FIG. 4 is a graph showing a change in discharge capacity of a battery using the solid electrolyte of the present invention during a charge / discharge experiment.

【図5】 図5は、本発明の固体電解質を使った電池の、充放電実験による放電容量の変
化を示したものである。
FIG. 5 shows a change in discharge capacity of a battery using the solid electrolyte of the present invention during a charge / discharge experiment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 キム、ハン ジュン 大韓民国、ソウル 122−012、ユンピョン −グ、ユンガム−ドン、231−25 (72)発明者 ジャン、ドン フン 大韓民国、ソウル 132−033、ドボン− グ、サンムン−ドン、388−33、ハンヤン アパート、8−403 (72)発明者 キム、サ フム 大韓民国、キョンギ−ドウ、クンポ−シテ ィ 435−050、クムジョン−ドン、880、 ハンサン モクワ アパート、138−1202 (72)発明者 キム、ハン ジュン 大韓民国、ソウル 122−012、ユンピョン −グ、ユンガム−ドン、231−25 Fターム(参考) 5H029 AJ06 AK03 AL07 AL08 AM03 AM04 AM05 AM07 AM12 AM16 CJ02 CJ03 CJ05 CJ12 DJ09 EJ05 EJ12 HJ01 HJ04 HJ05 HJ09 HJ10 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (71) Applicants Kim and Han Jun             South Korea, Seoul 122-012, Yumpyeong             -Gu, Yungham-Don, 231-25 (72) Inventor Jean, Dong Hoon             Republic of Korea, Seoul 132-033, Dobon-             Gu, Sangmun-dong, 388-33, Hanyang               Apartment, 8-403 (72) Inventor Kim, Suffum             Republic of Korea, Kyung-gee-do, Kumpo-shite             435-050, Kumjeong-don, 880,             Hansan Mokuwa Apartment, 132-1202 (72) Inventor Kim, Han Jun             South Korea, Seoul 122-012, Yumpyeong             -Gu, Yungham-Don, 231-25 F-term (reference) 5H029 AJ06 AK03 AL07 AL08 AM03                       AM04 AM05 AM07 AM12 AM16                       CJ02 CJ03 CJ05 CJ12 DJ09                       EJ05 EJ12 HJ01 HJ04 HJ05                       HJ09 HJ10

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 厚さが20〜200μmでかつ微細多孔性構造を有する電解
質膜とイオン伝導性液体電解質とを含む二次電池用固体電解質であって、 上記電解質膜は、液体電解質を含まない乾燥状態下における電解質膜の総重量
に対して少なくとも70重量%以上の40μm以下の粒径を有する無機物吸収剤
と、高分子結合剤とを含み、さらに、上記イオン伝導性液体電解質の含量は、液
体電解質を含む電解質の総重量に対して20〜90重量%であることを特徴とす
る二次電池用固体電解質。
1. A solid electrolyte for a secondary battery comprising an electrolyte membrane having a thickness of 20 to 200 μm and having a fine porous structure, and an ion conductive liquid electrolyte, wherein the electrolyte membrane does not contain a liquid electrolyte. An inorganic absorbent having a particle diameter of 40 μm or less, which is at least 70% by weight based on the total weight of the electrolyte membrane in a dry state, and a polymer binder, and further, the content of the ion conductive liquid electrolyte is A solid electrolyte for a secondary battery, which is 20 to 90% by weight based on a total weight of an electrolyte including a liquid electrolyte.
【請求項2】 上記無機物吸収剤の含量は、70〜95重量%であることを
特徴とする請求項1に記載の二次電池用固体電解質。
2. The solid electrolyte for a secondary battery according to claim 1, wherein the content of the inorganic absorbent is 70 to 95% by weight.
【請求項3】 上記無機物吸収剤は、粘土、パラゴナイト、モンモリロナイ
ト、雲母等のフィロケイ酸塩構造である鉱物粒子;ゼオライト、多孔性シリカ、
多孔性アルミナ、酸化マグネシウム等の合性酸化物粒子;酸化物或いは高分子材
質で2ないし30nmの気孔直径であるメゾポラス分子ふるい;及び市販の吸収
剤からなる群から選ばれた一つ或いは二つ以上の混合物であり、また、 上記高分子結合剤は、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフッ化物とヘキサフ
ルオロプロピレンの共重合体、ビニリデンフッ化物と無水マレイン酸の共重合体
、ポリ塩化ビニール、ポリメチルメタクリルレート、ポリメタクリルレート、セ
ルローストリアセテート、ポリウレタン、ポリスルホン、ポリエーテル、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリイソブチレン、ポリブ
チルジエン、ポリビニールアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポ
リビニールホルマール、アクリロニトリルブチルジエンゴム、エチレンプロピレ
ンジエンモノマー、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリジメチルシ
ロキサン、ポリ炭酸塩及びシリコーン高分子からなる群から選ばれた一つ或いは
二つ以上の高分子混合物又はこれらの共重合高分子あるいは高分子混合物である
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池用固体電解質。
3. The inorganic absorbent is mineral particles having a phyllosilicate structure such as clay, paragonite, montmorillonite, mica; zeolite, porous silica,
One or two selected from the group consisting of porous alumina, compatible oxide particles such as magnesium oxide; mesoporous molecular sieve made of oxide or polymer material having a pore diameter of 2 to 30 nm; and commercially available absorbent. The above-mentioned mixture, and the polymer binder is polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, a copolymer of vinylidene fluoride and maleic anhydride, polyvinyl chloride, polymethylmethacryl Rate, polymethacrylate, cellulose triacetate, polyurethane, polysulfone, polyether, polyethylene, polypropylene, polyethylene oxide, polyisobutylene, polybutyldiene, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyimide, polyvinyl formal, acrylate Ronitrile butyl diene rubber, ethylene propylene diene monomer, tetraethylene glycol diacrylate, polydimethyl siloxane, polycarbonate, and one or more polymer mixtures selected from the group consisting of silicone polymers or copolymers thereof The solid electrolyte for a secondary battery according to claim 1, which is a polymer or a polymer mixture.
【請求項4】 上記電解質膜は、高分子結合剤とそれの溶媒からなる溶液に
無機物吸収剤を分散し、これを膜形態に成形した後、上記溶媒を高分子結合剤の
非溶媒に交換し、乾燥する湿式法により製造されることを特徴とする請求項1に
記載の二次電池用固体電解質。
4. In the electrolyte membrane, an inorganic absorbent is dispersed in a solution consisting of a polymer binder and a solvent for the polymer binder, the inorganic absorbent is molded into a membrane form, and then the solvent is replaced with a non-solvent for the polymer binder. The solid electrolyte for a secondary battery according to claim 1, which is manufactured by a wet method of drying and drying.
【請求項5】 上記高分子結合剤の溶媒は、NMP(N−methyl p
yrrolidinone)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
テトラヒドロフラン、アセトニトリル、シクロヘキサノン、クロロホルム、ジク
ロロメタン、ヘキサメチルホスホアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン及び
ジオキサンからなる群から選ばれた一つ或いは二つ以上の混合物であり;また、 上記高分子結合剤の非溶媒は、水、エタノール、エチレングリコール、グリセ
ロール、アセトン、ジクロロメタン、エチルアセテート、ブタノ―ル、ペンタノ
ール、ヘキサノ−ル及びエーテルからなる群から選ばれた一つ或いは二つ以上の
混合物であることを特徴とする請求項4に記載の二次電池用固体電解質。
5. The solvent of the polymer binder is NMP (N-methyl p).
yrrolidinone), dimethylformamide, dimethylacetamide,
One or a mixture of two or more selected from the group consisting of tetrahydrofuran, acetonitrile, cyclohexanone, chloroform, dichloromethane, hexamethylphosphoamide, dimethylsulfoxide, acetone and dioxane; and the non-solvent of the polymer binder is , A mixture of two or more selected from the group consisting of water, ethanol, ethylene glycol, glycerol, acetone, dichloromethane, ethyl acetate, butanol, pentanol, hexanol and ether. The solid electrolyte for a secondary battery according to claim 4.
【請求項6】 上記固体電解質は、イオン伝導性液体電解質が電解質膜に吸
収される活性化過程により製造され、また、 上記イオン伝導性液体電解質は、エチレン炭酸塩、プロピレン炭酸塩、ブチレ
ン炭酸塩、ジメチル炭酸塩、ジエチル炭酸塩、エチルメチル炭酸塩、ガンマ−ブ
チロラクトン、1、3−ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、N、N−ジメチルホルムアミ
ド、ジグリム、トリグリム及びテトラグリムからなる群から選ばれた一つ或いは
二つ以上の混合物からなる有機溶媒に、LiClO、LiBF、LiPF 、LiAsF、LiSCN、LiCFSO、LiN(CFSO
びLiC(CFSOからなる群から選ばれた一つ或いは二つ以上のリチ
ウム塩を0.5〜2M濃度で溶解させることにより得られることを特徴とする請
求項1ないし4のいずれかに記載された二次電池用固体電解質。
6. The solid electrolyte is produced by an activation process in which an ion conductive liquid electrolyte is absorbed by an electrolyte membrane, and the ion conductive liquid electrolyte is ethylene carbonate, propylene carbonate or butylene carbonate. , Dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,3-dioxane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, sulfolane, N, N-dimethylformamide, diglyme, triglyme and tetraglyme. in an organic solvent consisting of one or a mixture of two or more selected from the group consisting of, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSCN, LiCF 3 SO 3, LiN (CF 3 SO 2) 2 and LiC ( selected from the group consisting of CF 3 SO 2) 3 One or two or more claims 1, characterized in that it is obtained by dissolving at 0.5~2M concentration of lithium salt to a solid electrolyte for a secondary battery according to any one of 4 that.
【請求項7】 高分子結合剤と溶媒からなる溶液に40μm以下の粒径を有
する無機物吸収剤を高分子結合剤に対して70/30〜95/5の重量比で分散
させた後、得られた混合物を膜形態に成形し、 次いで上記溶媒を高分子結合剤の非溶媒に交換した後、これを乾燥して、微細
気孔の直径が20μm以下、気孔率が5〜95%、厚さが20〜200μmの微
細多孔性電解質膜を形成させ、 次いで得られた電解質膜を正極と負極との間に配置し、ラミネーションまたは
プレス法で積層及び接合して電池形態に組み立ててから、イオン伝導性液体電解
質を吸収させることにより製造されることを特徴とするリチウム二次電池。
7. An inorganic absorbent having a particle size of 40 μm or less is dispersed in a solution comprising a polymer binder and a solvent at a weight ratio of 70/30 to 95/5 with respect to the polymer binder, and then obtained. The obtained mixture is formed into a film form, and then the solvent is exchanged with a non-solvent for the polymer binder, and then dried to obtain fine pores having a diameter of 20 μm or less, a porosity of 5 to 95%, and a thickness. Of 20 to 200 μm is formed, then the obtained electrolyte membrane is arranged between the positive electrode and the negative electrode, laminated and bonded by lamination or pressing to assemble into a battery form, and then ion conductive. A lithium secondary battery, which is manufactured by absorbing a liquid electrolyte.
【請求項8】 上記正極及び負極は、電解質膜と別途製作され、正極及び/
または負極に使用する高分子結合剤は、電解質膜の高分子結合剤と同じであるか
相溶性があり、正極及び/または負極に用いる添加剤は、電解質膜に使用される
吸収剤の中から選ばれた一つまたは二つ以上の混合物であることを特徴とする請
求項7に記載のリチウム二次電池。
8. The positive electrode and the negative electrode are separately prepared from the electrolyte membrane,
Alternatively, the polymer binder used for the negative electrode is the same as or compatible with the polymer binder for the electrolyte membrane, and the additive used for the positive electrode and / or the negative electrode is selected from among the absorbents used for the electrolyte membrane. The lithium secondary battery according to claim 7, which is one or a mixture of two or more selected.
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