JP2007257863A - Electrolyte layer for lithium ion secondary battery - Google Patents

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一 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte layer achieving a lithium ion secondary battery suppressing electrolyte leakage, and enhancing the battery output or the volume output density. <P>SOLUTION: The electrolyte layer 410 for the lithium ion secondary battery contains a frame made of a polymer electrolyte 411 and an electrolyte 415 filled in a space formed with the frame. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はリチウムイオン二次電池用電解質層に係り、より詳細には、電池出力の低下と電解液の漏液との双方を抑制しうるリチウムイオン二次電池用電解質層に係る。   The present invention relates to an electrolyte layer for a lithium ion secondary battery, and more particularly to an electrolyte layer for a lithium ion secondary battery that can suppress both a decrease in battery output and leakage of the electrolyte.

リチウムイオン二次電池に用いられる従来の電解質層は、「電解液」、または「ポリマー電解質」のいずれかのみからなっていた。   Conventional electrolyte layers used for lithium ion secondary batteries consisted of only “electrolyte” or “polymer electrolyte”.

「電解液」を用いる場合、従来ではリチウムイオン二次電池内部に電解液を満たした構造とするか、またはエラストマーなどからなるシール部材で電解質層を囲い、電解液が電極間のみに存在するようにした密閉型の構造としていた。   When using an “electrolyte”, the lithium ion secondary battery is conventionally filled with the electrolyte, or the electrolyte layer is surrounded by a sealing member made of elastomer or the like so that the electrolyte exists only between the electrodes. It had a sealed structure.

「ポリマー電解質」を用いる場合、従来では電極間にポリマー電解質を配置する構造としていた。特許文献1にはポリマー電解質としてゲル電解質を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。
特開平11−354158号公報
In the case of using “polymer electrolyte”, conventionally, the polymer electrolyte is arranged between the electrodes. Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using a gel electrolyte as a polymer electrolyte.
JP 11-354158 A

しかしながら、電解液のみを用いた場合、二次電池の外装が破損することにより電解液が漏液するという問題があった。一方、シール部材を用いた場合、漏液が抑制されるものの、電極表面の一部にシール部材が接触してしまう分、電解液のみを用いた場合と比較して電池出力が低下するという問題があった。これを解決するために電極表面の一部にシール部材が接触しないようにすると、今度は二次電池に余分なスペースを形成する必要が生じ、二次電池の単位体積当たりの出力密度(以下「体積出力密度」とも記載する)が低下するという問題が生じていた。   However, when only the electrolytic solution is used, there is a problem that the electrolytic solution leaks due to damage to the exterior of the secondary battery. On the other hand, when the seal member is used, the leakage is suppressed, but the battery output is reduced as compared with the case where only the electrolyte is used because the seal member contacts a part of the electrode surface. was there. In order to solve this problem, if the seal member is not in contact with a part of the electrode surface, it becomes necessary to form an extra space in the secondary battery, and the output density per unit volume of the secondary battery (hereinafter referred to as “ There is a problem that the volume output density ”is also reduced.

また、ポリマー電解質を用いた場合、漏液は抑制されるものの、ポリマー電解質のイオン伝導性は電解液よりも劣るため、電解液を用いた場合と比較して電池出力が低下するという問題があった。   In addition, when the polymer electrolyte is used, the leakage is suppressed, but the ionic conductivity of the polymer electrolyte is inferior to that of the electrolytic solution, so that there is a problem that the battery output is reduced as compared with the case of using the electrolytic solution. It was.

本発明は上記課題を解決するために、漏液が抑制され、体積出力密度または電池出力に優れるリチウムイオン二次電池を実現しうる電解質層を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an electrolyte layer capable of realizing a lithium ion secondary battery in which leakage is suppressed and volume output density or battery output is excellent.

本発明者等は、従来のシール部材の代わりにポリマー電解質を利用することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have found that the above problem can be solved by using a polymer electrolyte instead of a conventional seal member, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、ポリマー電解質からなる枠と、前記枠により形成された空間に充填された電解液と、を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用電解質層により上記課題を解決する。   That is, this invention solves the said subject with the electrolyte layer for lithium ion secondary batteries characterized by including the frame which consists of a polymer electrolyte, and the electrolyte solution with which the space formed of the said frame was filled.

本発明により、漏液が抑制されており、電池出力または体積出力密度に優れるリチウムイオン二次電池を実現しうる電解質層を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrolyte layer capable of realizing a lithium ion secondary battery in which leakage is suppressed and the battery output or volume output density is excellent.

本発明の第一はポリマー電解質からなる枠と、前記枠により形成された空間に充填された電解液と、を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用電解質層である。   A first aspect of the present invention is an electrolyte layer for a lithium ion secondary battery comprising a frame made of a polymer electrolyte and an electrolytic solution filled in a space formed by the frame.

本発明の第一によれば、ポリマー電解質よりもイオン伝導性に優れる電解液を使用することができ、さらに、電解質としての機能を持たない従来のシール部材の代わりにポリマー電解質を用いるため、漏液と、電池出力または体積出力密度の低下と、を抑制することができる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to use an electrolyte solution that is more excellent in ion conductivity than a polymer electrolyte. Further, since a polymer electrolyte is used instead of a conventional sealing member that does not have a function as an electrolyte, a leakage occurs. The liquid and the decrease in battery output or volume output density can be suppressed.

ポリマー電解質からなる枠の形状としては特に限定されず、例えば、図1のAの電解質層の平面概略図に例示するようにポリマー電解質111を額縁状に配置してもよいし、図1のB〜Dに例示するようにポリマー電解質111を額縁状に配置し、さらに、縞状、襷文状、ハニカム状、または碁盤目状などに配置してもよい。図1において符号110は電解質層を示す。図1は単なる例示であって、本発明における電解質層の各構成の形状などは図1に限定されない。   The shape of the frame made of the polymer electrolyte is not particularly limited. For example, the polymer electrolyte 111 may be arranged in a frame shape as illustrated in the schematic plan view of the electrolyte layer in FIG. To D, the polymer electrolyte 111 may be arranged in a frame shape, and may be further arranged in a stripe shape, a bun shape, a honeycomb shape, a grid shape, or the like. In FIG. 1, reference numeral 110 denotes an electrolyte layer. FIG. 1 is merely an example, and the shape of each component of the electrolyte layer in the present invention is not limited to FIG.

ポリマー電解質と電解液との体積比は1:0.1〜1:2が好ましく、より好ましくは1:1〜1:1.6であり、特に好ましくは1:1.3である。ポリマー電解質の体積を1とした際の電解液の体積が0.1以上であれば、ポリマー電解質のみを用いる二次電池に比べて電池出力に優れ、2以下であると、ポリマー電解質からなる枠の体積に対して電解液の体積が大きくなりすぎず、電解液の液漏を抑制できる程度になるため好ましい。   The volume ratio of the polymer electrolyte to the electrolytic solution is preferably 1: 0.1 to 1: 2, more preferably 1: 1 to 1: 1.6, and particularly preferably 1: 1.3. If the volume of the electrolyte when the volume of the polymer electrolyte is 1 is 0.1 or more, the battery output is excellent compared to a secondary battery using only the polymer electrolyte, and if it is 2 or less, a frame made of the polymer electrolyte This is preferable because the volume of the electrolyte does not become too large with respect to the volume of the electrolyte, and the leakage of the electrolyte can be suppressed.

電解質層の電解液部分の厚みは35μm以下であることが好ましく、より好ましくは25μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。厚みが35μm以下であると、電池出力が向上するため好ましい。   The thickness of the electrolyte portion of the electrolyte layer is preferably 35 μm or less, more preferably 25 μm or less, and even more preferably 20 μm or less. A thickness of 35 μm or less is preferable because battery output is improved.

以下に本発明の電解質層を構成する電解液およびポリマー電解質の詳細を記載する。   Details of the electrolytic solution and the polymer electrolyte constituting the electrolyte layer of the present invention are described below.

(電解液)
電解液としては、非水溶媒に支持塩を溶解させたものなど従来公知のものを用いることができる。
(Electrolyte)
As the electrolytic solution, a conventionally known one such as a solution in which a supporting salt is dissolved in a nonaqueous solvent can be used.

非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、およびエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、およびジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、および1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;アセトニトリルなどのニトリル類;プロピオン酸メチルなどのエステル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;酢酸メチル、ギ酸メチルなどのエステル類;スルホラン;ジメチルスルホキシド;ならびに3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オンからなる群より選択される少なくとも1種などが好ましく挙げられる。   Non-aqueous solvents include propylene carbonate and cyclic carbonates such as ethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1, 2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, and ethers such as 1,3-dioxolane and diethyl ether; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; esters such as methyl propionate; dimethyl Amides such as formamide; esters such as methyl acetate and methyl formate; sulfolane; dimethyl sulfoxide; and 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one Such as at least one may be preferably mentioned.

支持塩としては、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiTaF、LiAlCl、およびLi10Cl10などの無機酸イオン塩、ならびに、Li(CSON、Li(CFSON、LiCFSO、およびLi(CSONなどの有機酸陰イオン塩からなる群より選択される少なくとも1種のリチウム塩などが好ましく挙げられる。電解液は目的に応じて他の添加剤を含みうる。 Examples of the supporting salt include inorganic acid ion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , and Li 2 B 10 Cl 10 , and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N At least one lithium salt selected from the group consisting of organic acid anion salts such as Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 , and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N Preferably mentioned. The electrolytic solution may contain other additives depending on the purpose.

(ポリマー電解質)
ポリマー電解質は、真性ポリマー電解質とゲル電解質とに分類することができ、本発明においてはいずれも好ましく、より好ましくはゲル電解質である。また、図2に例示するように、ポリマー電解質211として真性ポリマー電解質212とゲル電解質213とを併用してもよい。図2において符号210は電解質層を示し、符号215は電解液を示す。図2は単なる例示であって、本発明における電解質層の各構成の形状などは図2に限定されない。
(Polymer electrolyte)
The polymer electrolyte can be classified into an intrinsic polymer electrolyte and a gel electrolyte. In the present invention, both are preferable, and a gel electrolyte is more preferable. Further, as illustrated in FIG. 2, an intrinsic polymer electrolyte 212 and a gel electrolyte 213 may be used in combination as the polymer electrolyte 211. In FIG. 2, reference numeral 210 denotes an electrolyte layer, and reference numeral 215 denotes an electrolytic solution. FIG. 2 is merely an example, and the shape of each component of the electrolyte layer in the present invention is not limited to FIG.

(真性ポリマー電解質)
真性ポリマー電解質は、ポリマーからなる固体状の電解質である。真性ポリマー電解質は、電解質中に電解液を含まないため液漏れのおそれがなく安全性が高いという利点を有する。真性ポリマー電解質を構成するポリマーとしては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、これらの共重合体、またはこれらのアロイなどの従来公知のものが好ましく挙げられる。ポリエステル系樹脂としてはPETなどが好ましく挙げられ、アラミド系樹脂としてはパラ系芳香族ポリアミド、メタ系芳香族ポリアミドなどが好ましく挙げられ、ポリオレフィン系樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレンなどが好ましく挙げられる。
(Intrinsic polymer electrolyte)
An intrinsic polymer electrolyte is a solid electrolyte made of a polymer. Intrinsic polymer electrolytes have the advantage that there is no risk of liquid leakage because the electrolyte does not contain an electrolyte and the safety is high. As the polymer constituting the intrinsic polymer electrolyte, conventionally known polymers such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyester resin, aramid resin, polyolefin resin, copolymers thereof, and alloys thereof are preferably exemplified. Preferred examples of the polyester resin include PET, preferred examples of the aramid resin include para aromatic polyamide and meta aromatic polyamide, and preferred examples of the polyolefin resin include polyethylene and polypropylene.

また、イオン伝導性を向上させるために、カルボン酸基、リン酸基、スルフォン酸基、またはシロキシルアミン基などのイオン性解離基をこれらに導入したものを真性ポリマー電解質としてもよい。   In order to improve ion conductivity, an intrinsic polymer electrolyte may be obtained by introducing an ionic dissociation group such as a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, or a siloxylamine group.

真性ポリマー電解質の製造方法としては、高分子電解質原料とリチウム塩とを混合し、熱または光などで重合させる方法が挙げられる。   Examples of the method for producing an intrinsic polymer electrolyte include a method in which a polymer electrolyte raw material and a lithium salt are mixed and polymerized by heat or light.

高分子電解質原料としては、上述の真性ポリマー電解質を構成するポリマー、そのオリゴマー、または重合により前記ポリマーを形成しうるモノマーなどが挙げられる。リチウム塩としては、上述の電解液の項に記載したものが好ましく挙げられる。また、重合に際しては、光重合開始剤、または熱重合開始剤を適宜添加することができる。   Examples of the polymer electrolyte raw material include a polymer constituting the above-described intrinsic polymer electrolyte, an oligomer thereof, or a monomer capable of forming the polymer by polymerization. As lithium salt, what was described in the term of the above-mentioned electrolyte solution is mentioned preferably. In the polymerization, a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator can be appropriately added.

(ゲル電解質)
ゲル電解質は、化学結合、結晶化または分子の絡み合いなど分子鎖間の相互作用によってポリマーが三次元的な網目構造を構成し、その空隙に電解液を保持したゲル状の電解質である。ゲル電解質は、エラストマーのように変形可能であるため集電体、または正極活物質層もしくは負極活物質層との密着性に優れ、漏液を抑制しやすいという利点を有する。
(Gel electrolyte)
The gel electrolyte is a gel electrolyte in which a polymer forms a three-dimensional network structure by interaction between molecular chains such as chemical bonding, crystallization, or molecular entanglement, and an electrolytic solution is held in the voids. Since the gel electrolyte can be deformed like an elastomer, it has an advantage that it has excellent adhesion to the current collector, or the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, and can easily suppress leakage.

ゲル電解質として、ポリマー自身がイオン伝導性を有する真性ポリマー電解質を骨格として電解液を保持したもの、または自身はイオン伝導性を有さないポリマーもしくはイオン伝導性が低いポリマーを骨格として電解液を保持したものを用いることができる。電解液の詳細については上述したとおりである。   As gel electrolyte, the polymer itself holds an electrolyte solution with a true polymer electrolyte having ionic conductivity as a skeleton, or the polymer itself has a ionic conductivity polymer or a polymer with low ionic conductivity as a skeleton. Can be used. The details of the electrolytic solution are as described above.

ゲル電解質に含まれる真性ポリマー電解質については、上述したものを好ましく用いることができる。イオン伝導性を有さないポリマーまたはイオン伝導性が低いポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルクロライド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、これらの共重合体、またはこれらのアロイなど従来公知のものを好ましく用いることができる。   As the intrinsic polymer electrolyte contained in the gel electrolyte, those described above can be preferably used. As the polymer having no ion conductivity or a polymer having low ion conductivity, a conventionally known polymer such as polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, a copolymer thereof, or an alloy thereof is preferably used. be able to.

ゲル電解質に含まれるポリマーとしてより好ましくはポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、またはポリエチレンオキシドである。フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体におけるポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合比は特に限定されず目的に応じて適宜決定することができる。前記ポリエチレンオキシドは化学架橋されていることが好ましい。   More preferably, the polymer contained in the gel electrolyte is polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, or polyethylene oxide. The copolymerization ratio of polyvinylidene fluoride and propylene hexafluoride in the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is not particularly limited and can be appropriately determined according to the purpose. The polyethylene oxide is preferably chemically crosslinked.

ゲル電解質を用いる場合、ゲル電解質に含まれるポリマーの割合は、前記ゲル電解質総量に対して5〜20質量%であることが好ましい。5質量%以上であると漏液がより抑制されるため好ましく、20質量%以下であると電池出力が向上するため好ましい。   When using gel electrolyte, it is preferable that the ratio of the polymer contained in gel electrolyte is 5-20 mass% with respect to the said gel electrolyte total amount. If it is 5% by mass or more, liquid leakage is further suppressed, and if it is 20% by mass or less, battery output is improved, which is preferable.

また、ゲル電解質に含まれるポリマーとしてポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体を用いる場合には、ゲル電解質に含まれるポリマーの割合はゲル電解質総量に対して10〜20質量%であることが好ましい。   Moreover, when using a polyvinylidene fluoride or a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer as a polymer contained in the gel electrolyte, the ratio of the polymer contained in the gel electrolyte is 10 to 20 mass with respect to the total amount of the gel electrolyte. % Is preferred.

また、ゲル電解質に含まれるポリマーとして化学架橋されたポリエチレンオキシドを用いる場合には、ゲル電解質に含まれるポリマーの割合は、ゲル電解質総量に対して5〜10質量%であることが好ましい。   Moreover, when using the polyethylene oxide chemically crosslinked as a polymer contained in a gel electrolyte, it is preferable that the ratio of the polymer contained in a gel electrolyte is 5-10 mass% with respect to a gel electrolyte total amount.

本発明の第二は上述のリチウムイオン二次電池用電解質層を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池である。   A second aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery including the above-described electrolyte layer for a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池に含まれる電極は、少なくとも集電体と活物質層とから構成される。本発明において、リチウムイオン二次電池に含まれる電極は、図3のAに示す集電体320の片面に正極活物質層331が配置され、一方の面に負極活物質層332が配置されたバイポーラ型の電極31、および図3のBに示す両面に正極活物質層331が配置された集電体320と、両面に負極活物質層332が配置された集電体320とを含むバイポーラ型でない型の電極32いずれも好ましく、より好ましくはバイポーラ型の電極31である。図3は単なる例示であって、本発明におけるリチウムイオン二次電池に含まれる電極の各構成の形状などは図3に限定されない。   An electrode included in the lithium ion secondary battery includes at least a current collector and an active material layer. In the present invention, the electrode included in the lithium ion secondary battery has a positive electrode active material layer 331 disposed on one surface of a current collector 320 shown in FIG. 3A and a negative electrode active material layer 332 disposed on one surface. A bipolar type including a bipolar type electrode 31 and a current collector 320 having a positive electrode active material layer 331 disposed on both sides thereof shown in FIG. 3B and a current collector 320 having a negative electrode active material layer 332 disposed on both sides thereof. Any non-type electrode 32 is preferable, and the bipolar electrode 31 is more preferable. FIG. 3 is merely an example, and the shape of each component of the electrode included in the lithium ion secondary battery in the present invention is not limited to FIG.

電極以外のリチウムイオン二次電池構造ついては特に限定されず、従来公知の構造を適宜選択することができる。例えば、複数の前記バイポーラ電極同士の間に本発明の電解質層が配置された積層体が外装材で封止されている構造でもよい。   The lithium ion secondary battery structure other than the electrode is not particularly limited, and a conventionally known structure can be appropriately selected. For example, a structure in which a laminate in which the electrolyte layer of the present invention is disposed between a plurality of the bipolar electrodes may be sealed with an exterior material.

本発明のリチウムイオン二次電池に含まれる電解質層を構成するポリマー電解質の形状は特に限定されず、図4のAに示すように正極活物質層431と負極活物質層432との間にポリマー電解質411が配置された形状でもよいし、正極活物質層431と負極活物質層432との間、さらに集電体420同士の間に411が配置された形状でもよい。図4において符号410は電解質層を示し、符号415は電解液を示す。図4は単なる例示であって、本発明におけるリチウムイオン二次電池の各構成の形状などは図4に限定されない。   The shape of the polymer electrolyte constituting the electrolyte layer included in the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and a polymer is interposed between the positive electrode active material layer 431 and the negative electrode active material layer 432 as shown in FIG. The shape in which the electrolyte 411 is disposed may be employed, or the shape in which the 411 is disposed between the positive electrode active material layer 431 and the negative electrode active material layer 432 and between the current collectors 420 may be employed. In FIG. 4, reference numeral 410 denotes an electrolyte layer, and reference numeral 415 denotes an electrolytic solution. FIG. 4 is merely an example, and the shape of each component of the lithium ion secondary battery in the present invention is not limited to FIG.

また、本発明では、電解液の体積に対してポリマー電解質の体積が少ない場合など、正極活物質層と負極活物質層とが接触する可能性がある場合には、正極活物質層と負極活物質層との間にセパレータを配置してもよい。例えば、セパレータは、正極活物質層と電解質層との間、負極活物質層と電解質層との間、または、正極活物質層と負極活物質層との間の電解液が満たされている部分などに配置することができる。   Further, in the present invention, when there is a possibility that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are in contact, such as when the volume of the polymer electrolyte is smaller than the volume of the electrolyte, A separator may be disposed between the material layer. For example, the separator is a portion filled with an electrolyte solution between the positive electrode active material layer and the electrolyte layer, between the negative electrode active material layer and the electrolyte layer, or between the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. Etc. can be arranged.

本発明の第三は上述のリチウムイオン二次電池用電解質層、または上述のリチウムイオン二次電池を含むことを特徴とする車両である。   A third aspect of the present invention is a vehicle including the above-described electrolyte layer for a lithium ion secondary battery or the above-described lithium ion secondary battery.

本発明の車両に含まれる電解質層は電池出力または体積出力密度に優れるため、二次電池の質量または体積を小さくすることもできる。車両において二次電池の占める質量または体積を小さくできるということは、車両設計上有利である。   Since the electrolyte layer included in the vehicle of the present invention is excellent in battery output or volume output density, the mass or volume of the secondary battery can be reduced. The fact that the mass or volume occupied by the secondary battery in the vehicle can be reduced is advantageous in terms of vehicle design.

次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, these Examples do not restrict | limit this invention at all.

(実施例1)
[正極スラリーの作製]
正極活物質としてLiMn[85質量%]、導電助剤としてアセチレンブラック[5質量%]、およびバインダとしてPVDF[10質量%]からなる材料を上記比率にて秤量し、次に、塗布工程に最適な粘度になるまでスラリー粘度調整溶媒としてNMPを添加し、混合して正極スラリーを作製した。上記NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。また、上記比率は、スラリー粘度調整溶媒を除く成分で換算した比率を示す。
Example 1
[Preparation of positive electrode slurry]
A material composed of LiMn 2 O 4 [85% by mass] as a positive electrode active material, acetylene black [5% by mass] as a conductive additive, and PVDF [10% by mass] as a binder is weighed in the above ratio, and then applied. NMP was added as a slurry viscosity adjusting solvent until the viscosity became optimum for the process, and mixed to prepare a positive electrode slurry. The NMP is volatilized and removed when the electrode is dried. Therefore, an appropriate amount was added so as to obtain an appropriate slurry viscosity, not an electrode constituent material. Moreover, the said ratio shows the ratio converted with the component except a slurry viscosity adjustment solvent.

[負極スラリーの作製]
負極活物質としてハードカーボン[90質量%]、およびバインダとしてPVDF[10質量%]からなる材料を上記比率にて秤量し、次に、塗布工程に最適な粘度になるまでスラリー粘度調整溶媒としてNMPを添加し、混合して負極スラリーを作製した。上記NMPは、電極乾燥時にすべて揮発させて除去するので、電極の構成材料ではなく、適当なスラリー粘度になるように適量を加えた。また、上記比率は、スラリー粘度調整溶媒を除く成分で換算した比率を示す。
[Preparation of negative electrode slurry]
A material composed of hard carbon [90% by mass] as a negative electrode active material and PVDF [10% by mass] as a binder is weighed in the above ratio, and then NMP as a slurry viscosity adjusting solvent until the viscosity becomes optimum for the coating process. Were added and mixed to prepare a negative electrode slurry. The NMP is volatilized and removed when the electrode is dried. Therefore, an appropriate amount was added so as to obtain an appropriate slurry viscosity, not an electrode constituent material. Moreover, the said ratio shows the ratio converted with the component except a slurry viscosity adjustment solvent.

[バイポーラ型の電極の作製]
集電体としてSUS箔を用意した。各集電体の片面に正極スラリーを塗布した後真空オーブンを用いて、集電体の片面に正極活物質層を形成した。続いて、集電体の残りの面に負極スラリーを塗布した後真空オーブンを用いて、バイポーラ型の電極を作製した。
[Production of bipolar electrode]
SUS foil was prepared as a current collector. After applying the positive electrode slurry to one side of each current collector, a positive electrode active material layer was formed on one side of the current collector using a vacuum oven. Subsequently, a negative electrode slurry was applied to the remaining surface of the current collector, and then a bipolar electrode was produced using a vacuum oven.

得られたバイポーラ型の電極において、集電体の厚みは80μmであり、平面積は170×120mmであり、正極活物質層の厚みは30μmであり、平面積は130×80mmであり、負極活物質層の厚みは30μmであり、平面積は130×80mmであった。   In the obtained bipolar electrode, the thickness of the current collector is 80 μm, the plane area is 170 × 120 mm, the thickness of the positive electrode active material layer is 30 μm, the plane area is 130 × 80 mm, The thickness of the material layer was 30 μm, and the plane area was 130 × 80 mm.

[電解質層の形成および積層体の形成]
バイポーラ電極上にゲル電解質からなる枠と、前記枠により形成された空間に充填された電解液とを含む電解質層を形成した。
[Formation of electrolyte layer and formation of laminate]
An electrolyte layer including a frame made of a gel electrolyte and an electrolytic solution filled in a space formed by the frame was formed on the bipolar electrode.

より詳細には、ポリエチレンテレフタレート(PET)のセパレータ上に、電解液:PVDF(体積比1:1)からなるポリマー骨格を含む、ポリマー電解質の枠を形成した。前記電解液としては、1MのLiPFを含むプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートの混合液(体積比1:1)を用いた。得られたポリマー電解質はゲル電解質である。 More specifically, a polymer electrolyte frame including a polymer skeleton made of an electrolyte solution: PVDF (volume ratio 1: 1) was formed on a polyethylene terephthalate (PET) separator. As the electrolytic solution, a mixed solution (volume ratio 1: 1) of propylene carbonate and ethylene carbonate containing 1M LiPF 6 was used. The resulting polymer electrolyte is a gel electrolyte.

次に、ポリマー電解質の枠を形成したセパレータを、正極活物質層と接するようにバイポーラ電極上に積層し、その後、ポリマー電解質からなる前記枠内に1MのLiPFを含むプロピレンカーボネートおよびエチレンカーボネートの混合液(体積比1:1)からなる電解液を注ぎ入れ、枠内を電解液で満たし、上述の図4のBの符号410で例示される電解質層を形成した。次に別のバイポーラ型の電極の負極活物質層を電解質層と接するように積層した(図4のBではセパレータの記載が省略されているが、セパレータは正極活物質層431と負極活物質層432との接触を防ぐように、これらの間に配置されている)。 Next, a separator in which a polymer electrolyte frame is formed is laminated on the bipolar electrode so as to be in contact with the positive electrode active material layer, and then propylene carbonate and ethylene carbonate containing 1 M LiPF 6 in the frame made of the polymer electrolyte. An electrolyte solution composed of a mixed solution (volume ratio 1: 1) was poured, the inside of the frame was filled with the electrolyte solution, and an electrolyte layer exemplified by reference numeral 410 in FIG. 4B described above was formed. Next, a negative electrode active material layer of another bipolar electrode was laminated so as to be in contact with the electrolyte layer (the separator is omitted in FIG. 4B, but the separator includes a positive electrode active material layer 431 and a negative electrode active material layer). 430 between them to prevent contact with 432).

得られた電解質層においてポリマー電解質と電解液との体積比は1:1.3であり、平面積は130×80mmであり、電解液部分の厚みは30μmであった。   In the obtained electrolyte layer, the volume ratio of the polymer electrolyte to the electrolytic solution was 1: 1.3, the plane area was 130 × 80 mm, and the thickness of the electrolytic solution portion was 30 μm.

以降、積層されたバイポーラ電極の正極活物質層上に同様にして電解質層を形成し、バイポーラ電極を積層する工程を繰り返し、積層体を形成した。   Thereafter, an electrolyte layer was formed in the same manner on the positive electrode active material layer of the laminated bipolar electrode, and the step of laminating the bipolar electrode was repeated to form a laminate.

[積層体の封止]
ラミネートシートを用いて積層体を封止し、リチウムイオン二次電池を得た。
[Sealing of laminate]
The laminate was sealed using a laminate sheet to obtain a lithium ion secondary battery.

(実施例2)
下記事項以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following items.

セパレータ上に、高分子電解質原料としてポリエチレンオキシド(30質量%)、リチウム塩としてLiMn(16質量%)、および光重合開始剤を準備し、これに溶媒としてアセトニトリル(54質量%)を加えた電解質スラリーを塗布して、枠状に整え、溶媒を飛ばした。溶媒を飛ばした後、紫外線を20分間照射し真性ポリマーの枠とした。上記質量%は、高分子電解質原料、リチウム塩、および溶媒の総量に対する値である。前記光重合開始剤は高分子電解質原料に対して0.2質量%となるよう添加した。 On the separator, polyethylene oxide (30% by mass) as a polymer electrolyte raw material, LiMn 2 O 4 (16% by mass) as a lithium salt, and a photopolymerization initiator are prepared, and acetonitrile (54% by mass) is used as a solvent. The added electrolyte slurry was applied, arranged in a frame shape, and the solvent was blown off. After the solvent was blown off, ultraviolet rays were irradiated for 20 minutes to form an intrinsic polymer frame. The mass% is a value with respect to the total amount of the polymer electrolyte raw material, the lithium salt, and the solvent. The photopolymerization initiator was added to 0.2% by mass with respect to the polymer electrolyte raw material.

(比較例1)
下記事項以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following items.

ゲル電解質と電解液とからなる電解質層の代わりに、実施例1と同様のゲル電解質の層を用いた。図5のAに比較例1で用いたリチウムイオン二次電池の部分概略断面図を示す。図5のAにおいて、符号511はゲル電解質を示し、符号520は集電体を示し、符号531は正極活物質層を示し、符号532は負極活物質層を示す。   Instead of the electrolyte layer composed of the gel electrolyte and the electrolyte solution, the same gel electrolyte layer as in Example 1 was used. FIG. 5A shows a partial schematic cross-sectional view of the lithium ion secondary battery used in Comparative Example 1. 5A, reference numeral 511 represents a gel electrolyte, reference numeral 520 represents a current collector, reference numeral 531 represents a positive electrode active material layer, and reference numeral 532 represents a negative electrode active material layer.

(比較例2)
下記事項以外は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following items.

バイポーラ電極の活物質を形成しない箇所(周囲)にエポキシ樹脂からなるシール部材を用い、図5のBに示すようにシール部550を形成した。集電体520からはみ出たシール部の長さLは5mmであった。図5のBにおいて符号515は電解液を示す。   A seal member made of an epoxy resin was used at a location (periphery) where the active material of the bipolar electrode was not formed, and a seal portion 550 was formed as shown in FIG. The length L of the seal portion protruding from the current collector 520 was 5 mm. In FIG. 5B, reference numeral 515 indicates an electrolytic solution.

(電池出力の測定)
実施例1〜2、および比較例1〜2で得られたリチウムイオン二次電池の電池出力を測定した。
(Measurement of battery output)
The battery outputs of the lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 were measured.

実施例1の電池出力を100とした際の、実施例2および比較例1〜2の電池出力を表1に示す。また、実施例1の電池体積を100とした際の、実施例2および比較例1〜2の電池体積、および、前記電池出力を前記電池体積で割ることにより得られる体積出力密度も表1に示す。   Table 1 shows the battery outputs of Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 when the battery output of Example 1 is 100. Table 1 also shows the battery volume of Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 and the volume output density obtained by dividing the battery output by the battery volume when the battery volume of Example 1 is 100. Show.

Figure 2007257863
Figure 2007257863

実施例1〜2から、本発明の電解質層を含むリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池である比較例1の二次電池と比べて電池出力と、体積出力密度とに優れることがわかる。また、従来のリチウムイオン二次電池である比較例2の二次電池と比べると、体積出力密度に優れることがわかる。さらに、実施例2の場合、真性ポリマー電解質を含んでいる為、電池出力は実施例1に比べて低下するものの比較例1、2に対しては体積出力密度に優れていることがわかる。   From Examples 1-2, the lithium ion secondary battery including the electrolyte layer of the present invention is superior in battery output and volume output density as compared with the secondary battery of Comparative Example 1 which is a conventional lithium ion secondary battery. I understand that. Moreover, it turns out that it is excellent in the volume output density compared with the secondary battery of the comparative example 2 which is a conventional lithium ion secondary battery. Further, in the case of Example 2, since the intrinsic polymer electrolyte is included, the battery output is lower than that in Example 1, but it is understood that the volume output density is superior to Comparative Examples 1 and 2.

(A)〜(D)は本発明の電解質層におけるポリマー電解質の配置例を示した平面概略図である。(A)-(D) are the plane top views which showed the example of arrangement | positioning of the polymer electrolyte in the electrolyte layer of this invention. 真性ポリマー電解質とゲル電解質とからなるポリマー電解質を用いた本発明の電解質層を例示した平面概略図である。It is the plane schematic which illustrated the electrolyte layer of this invention using the polymer electrolyte which consists of an intrinsic polymer electrolyte and a gel electrolyte. (A)はバイポーラ型の電極の断面概略図であり、(B)はバイポーラ型でない電極の断面概略図である。(A) is a schematic sectional view of a bipolar electrode, and (B) is a schematic sectional view of a non-bipolar electrode. (A)〜(B)はポリマー電解質の配置例を示す、リチウムイオン二次電池の部分断面概略図である。(A)-(B) are the fragmentary sectional schematic diagrams of the lithium ion secondary battery which show the example of arrangement | positioning of a polymer electrolyte. (A)は比較例1のリチウムイオン二次電池の部分断面概略図であり、(B)は比較例2のリチウムイオン二次電池の部分断面概略図である。(A) is the partial cross-section schematic of the lithium ion secondary battery of the comparative example 1, (B) is the partial cross-section schematic of the lithium ion secondary battery of the comparative example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

31 バイポーラ型の電極、
32 バイポーラ型でない型の電極、
110 電解質層、
111 ポリマー電解質、
115 電解液、
210 電解質層、
211 ポリマー電解質、
212 真性ポリマー電解質、
213 ゲル電解質、
215 電解液、
320 集電体、
331 正極活物質層、
332 負極活物質層、
410 電解質層、
411 ポリマー電解質、
415 電解液、
420 集電体、
431 正極活物質層、
432 負極活物質層、
511 ゲル電解質、
515 電解液、
520 集電体、
531 正極活物質層、
532 負極活物質層、
550 シール部、
L 集電体からはみ出たシール部の長さ。
31 Bipolar electrode,
32 Electrodes of non-bipolar type,
110 electrolyte layer,
111 polymer electrolyte,
115 electrolyte,
210 electrolyte layer,
211 polymer electrolyte,
212 intrinsic polymer electrolyte,
213 gel electrolyte,
215 electrolyte,
320 current collector,
331 positive electrode active material layer,
332 negative electrode active material layer,
410 electrolyte layer,
411 polymer electrolyte,
415 electrolyte,
420 current collector,
431 positive electrode active material layer,
432 negative electrode active material layer,
511 gel electrolyte,
515 electrolyte,
520 current collector,
531 Positive electrode active material layer,
532 negative electrode active material layer,
550 seal part,
L Length of the seal part that protrudes from the current collector.

Claims (7)

ポリマー電解質からなる枠と、
前記枠により形成された空間に充填された電解液と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用電解質層。
A frame made of a polymer electrolyte;
An electrolyte filled in a space formed by the frame;
The electrolyte layer for lithium ion secondary batteries characterized by including.
前記ポリマー電解質はゲル電解質からなり、
前記ゲル電解質に含まれるポリマーの割合は、前記ゲル電解質総量に対して5〜20質量%であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電解質層。
The polymer electrolyte comprises a gel electrolyte;
2. The electrolyte layer for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of the polymer contained in the gel electrolyte is 5 to 20 mass% with respect to the total amount of the gel electrolyte.
前記ポリマーはポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、または、化学架橋されたポリエチレンオキシドであることを特徴とする請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用電解質層。   The electrolyte layer for a lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the polymer is polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, or chemically crosslinked polyethylene oxide. 前記ポリマー電解質は真性ポリマー電解質であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電解質層。   The electrolyte layer for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the polymer electrolyte is an intrinsic polymer electrolyte. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電解質層を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising the electrolyte layer for a lithium ion secondary battery according to claim 1. バイポーラ型の電極を含むことを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, comprising a bipolar electrode. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電解質層、または
請求項5もしくは6に記載のリチウムイオン二次電池、
を含むことを特徴とする車両。
The electrolyte layer for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, or the lithium ion secondary battery according to claim 5 or 6,
Including a vehicle.
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KR101642871B1 (en) * 2015-03-12 2016-07-26 가천대학교 산학협력단 Secondary battery and Method for manufacturing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080404A (en) * 2008-09-29 2010-04-08 Sumitomo Bakelite Co Ltd Secondary battery and its manufacturing method
KR101642871B1 (en) * 2015-03-12 2016-07-26 가천대학교 산학협력단 Secondary battery and Method for manufacturing the same
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