JP2015056282A - Polymer solid electrolyte battery - Google Patents
Polymer solid electrolyte battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015056282A JP2015056282A JP2013188945A JP2013188945A JP2015056282A JP 2015056282 A JP2015056282 A JP 2015056282A JP 2013188945 A JP2013188945 A JP 2013188945A JP 2013188945 A JP2013188945 A JP 2013188945A JP 2015056282 A JP2015056282 A JP 2015056282A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- solid electrolyte
- active material
- weight
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本発明は、正極と負極との間に高分子固体電解質を挟持させた高分子固体電解質電池に関する。 The present invention relates to a polymer solid electrolyte battery in which a polymer solid electrolyte is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode.
近年、携帯電話等の情報端末や、ディジタルカメラ等の携帯用電子機器の電源として、小型の高分子固体電解質電池が二次電池として使用されている。高分子固体電解質をイオン移動媒体とする電池は、液体電解質の代わりに液体電解質をポリマー内に固着させたものを使用するため、液漏れが少なく、電池の信頼性、安全性を向上させることができる。更に、アルミラミネートフィルム等の簡易な電池容器を採用することで厚みを1mm以下とすることができ、電池形状の設計自由度も高く、パッケージの簡略化、軽量化が期待されている。高分子固体電解質電池は、今後、更に自動車等の輸送機器、電力貯蔵・負荷平準化(キャパシタ)等に本格的な使用が予想され、より一層の安定した電力供給性能が求められている。 In recent years, small polymer solid electrolyte batteries have been used as secondary batteries as power sources for information terminals such as mobile phones and portable electronic devices such as digital cameras. A battery using a solid polymer electrolyte as an ion transfer medium uses a liquid electrolyte fixed in a polymer instead of a liquid electrolyte, so there is little liquid leakage and the reliability and safety of the battery can be improved. it can. Furthermore, by adopting a simple battery container such as an aluminum laminate film, the thickness can be reduced to 1 mm or less, the design flexibility of the battery shape is high, and simplification and weight reduction of the package are expected. In the future, solid polymer electrolyte batteries are expected to be used in full-scale for transportation equipment such as automobiles, power storage and load leveling (capacitors), and further stable power supply performance is required.
このような、高分子固体電解質電池として、例えば、正極を構成する正極活物質粒子の表面を、正極活物質に比べて酸素を供給されても容易に酸化することのないイオン伝導性および電子伝導性を有する付着物で被覆し、活物質粒子表面の少なくとも一部を高分子固体電解質と直接接触しない状態とした高分子固体電解質電池が開示されている(特許文献1)。 As such a polymer solid electrolyte battery, for example, the surface of the positive electrode active material particles constituting the positive electrode is not easily oxidized even when oxygen is supplied compared to the positive electrode active material, and the ionic conductivity and the electronic conductivity. There has been disclosed a polymer solid electrolyte battery that is coated with an adherent having a property so that at least part of the surface of the active material particles is not in direct contact with the polymer solid electrolyte (Patent Document 1).
また、他の例として、アルミン酸エステルと、エチレン性不飽和結合を含む官能基を2つ以上有する多官能モノマーと、グライムと、リチウム塩とを含む電解質前駆体組成物を重合してなる高分子電解質、およびこれを用いたリチウムイオン二次電池が開示されている(特許文献2)。 As another example, a polymer electrolyte composition comprising an aluminate ester, a polyfunctional monomer having two or more functional groups containing an ethylenically unsaturated bond, glyme, and a lithium salt is polymerized. A molecular electrolyte and a lithium ion secondary battery using the same are disclosed (Patent Document 2).
また、他の例として、正極材料用の導電助剤(導電材)としてカーボンブラック(アセチレンブラック)と、平均繊維径5〜25nm、平均繊維長100〜10000nm、平均比表面積100〜500m2/gの範囲にあるカーボンナノファイバーとを含み、カーボンナノファイバーの質量と、カーボンブラック及びカーボンナノファイバーの合計質量との質量割合((カーボンナノファイバー/(カーボンブラック+カーボンナノファイバー))×100)を0.05〜50%とする技術が開示され、更に、この導電助剤およびオリビン型リン酸鉄リチウム(正極活物質)、ポリフッ化ビニリデン(バインダー)を用いた正極の構成が開示されている(特許文献3)。 As another example, carbon black (acetylene black) as a conductive auxiliary agent (conductive material) for the positive electrode material, an average fiber diameter of 5 to 25 nm, an average fiber length of 100 to 10000 nm, and an average specific surface area of 100 to 500 m 2 / g The ratio of the mass of the carbon nanofiber and the total mass of carbon black and carbon nanofiber ((carbon nanofiber / (carbon black + carbon nanofiber)) × 100) A technique of 0.05 to 50% is disclosed, and further, a configuration of a positive electrode using this conductive additive, olivine type lithium iron phosphate (positive electrode active material), and polyvinylidene fluoride (binder) is disclosed ( Patent Document 3).
高分子固体電解質電池においては、正極材料として高分子固体電解質を使用した際、電池性能向上を実現するために、活物質の選定および活物質の特性に応じた導電材の選定が重要となり、活物質利用率の向上が必須である。更に、活物質、導電材およびバインダーの配合比率(重量比)による性能向上効果についても把握することが重要となる。 In polymer solid electrolyte batteries, when a polymer solid electrolyte is used as the positive electrode material, it is important to select an active material and a conductive material according to the characteristics of the active material in order to improve battery performance. Improvement of material utilization is essential. Furthermore, it is important to grasp the performance improvement effect by the blending ratio (weight ratio) of the active material, the conductive material and the binder.
しかしながら、特許文献1においては、正極シートにLiCoO2、導電材のアセチレンブラック、イオン伝導性バインダーのP(EO/MEEGE)−LiBETI(LiN(SO2CF2CF3)2)を用い、重量比を正極活物質/導電材/バインダー=82/5/13としたものが開示されているが、正極活物質としてオリビン型リン酸リチウムを用いた場合の正極活物質/導電材/バインダーの重量比、特にバインダーと導電材との重量比と正極活物質利用率との関係についてはなんら開示されていない。
However, in
また、特許文献2で開示された技術では、正極活物質であるオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)(平均粒子径:1μm)(86質量%)、導電材であるアセチレンブラック(7質量%)、および結着材であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(7質量%)を用いた正極が開示されているが、バインダーとしてイオン伝導性が小さい高分子材料であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)が使用されている。このようなイオン伝導性が小さい高分子材料を用いることで電極全体の電子伝導経路の形成が妨げられ、活物質添加量に対する電池性能向上効果に反映されにくいという課題がある。
In the technique disclosed in
また、特許文献3で開示された技術では、正極活物質としてカーボンコートされた平均粒径1.2μmのLiFePO4粉末、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電助剤として、比表面積70m2/gのアセチレンブラック(AB)を用いた正極が開示されている。しかしながら、特許文献3においても特許文献2と同様に、バインダーとしてイオン伝導性が小さい高分子材料であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)が使用されており、イオン伝導性が小さい高分子材料を用いることで電極全体の電子伝導経路の形成が妨げられ、活物質添加量に対する電池性能向上効果に反映されにくいという課題がある。
In the technique disclosed in
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、正極に使用する活物質の利用率向上に着目して安定した放電容量を備える高分子固体電解質電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a background, and it aims at providing the polymer solid electrolyte battery provided with the stable discharge capacity paying attention to the utilization factor improvement of the active material used for a positive electrode.
上記課題を解決するために、本発明は、正極(2)と負極(3)との間に高分子電解質膜(4)を挟持した固体高分子電解質電池(1)であって、前記正極の構成として、オリビン型リン酸リチウム(LiMPO4(ただし、MはCo、Ni、MnおよびFeの群から選択される少なくとも一種である))からなる活物質粒子(22)と、イオン伝導性を有するPEO−EM(エチルメチルオキシドが側鎖に付されたポリエチレンオキシド)からなる固体電解質(25)と、電子伝導性を有する導電材(24)と、を有するものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a solid polymer electrolyte battery (1) having a polymer electrolyte membrane (4) sandwiched between a positive electrode (2) and a negative electrode (3), The active material particles (22) made of olivine-type lithium phosphate (LiMPO 4 (wherein M is at least one selected from the group of Co, Ni, Mn, and Fe)) and ionic conductivity It has a solid electrolyte (25) made of PEO-EM (polyethylene oxide having ethylmethyl oxide attached to the side chain) and a conductive material (24) having electronic conductivity.
この構成によれば、活物質粒子と導電材とを結着するバインダーとして、それ自身がイオン伝導性を有する固体電解質であり、かつ低温時の電気伝導率が大きいPEO−EMを使用することで、安定した充放電を行うことが可能となる。 According to this configuration, as a binder for binding the active material particles and the conductive material, a PEO-EM that is a solid electrolyte that has ionic conductivity and that has a high electric conductivity at low temperatures can be used. Stable charge / discharge can be performed.
また、本発明は、前記活物質粒子(22)と前記固体電解質(25)と前記導電材(24)とを含む正極固体電解質部(20)と、前記正極固体電解質部を外部と電気的に接続する正極集電体(21)と、を備える正極構成を有し、前記正極固体電解質部において、前記正極固体電解質部の重量に対する前記活物質粒子の重量の比率を、重量比xとするとき、前記重量比xを、x≧0.65とし、かつ前記導電材の重量に対する前記固体電解質の重量の比率を、重量比yとするとき、前記重量比yを、2.0≦y≦4.0の範囲としたものである。 The present invention also provides a positive electrode solid electrolyte part (20) including the active material particles (22), the solid electrolyte (25), and the conductive material (24), and the positive electrode solid electrolyte part electrically connected to the outside. A positive electrode current collector (21) to be connected, and in the positive electrode solid electrolyte part, the ratio of the weight of the active material particles to the weight of the positive electrode solid electrolyte part is a weight ratio x When the weight ratio x is x ≧ 0.65 and the ratio of the weight of the solid electrolyte to the weight of the conductive material is the weight ratio y, the weight ratio y is 2.0 ≦ y ≦ 4. .0 range.
これによって、電子伝導パス、イオン伝導パスの伝導経路の形成により相互作用が向上して、正極の活物質利用率の向上を図ることが可能となる。 Thereby, the interaction is improved by the formation of the conduction path of the electron conduction path and the ion conduction path, and the utilization rate of the active material of the positive electrode can be improved.
また、本発明は、前記活物質粒子(22)と前記固体電解質(25)と前記導電材(24)とを含む正極固体電解質部(20)と、前記正極固体電解質部を外部と電気的に接続する正極集電体(21)と、を備える正極構成を有し、前記正極固体電解質部において、前記正極固体電解質部の重量に対する前記活物質粒子の重量の比率を、重量比xとするとき、前記重量比xを、x≧0.65とし、かつ前記導電材の重量に対する前記固体電解質の重量の比率を、重量比yとするとき、前記重量比yを、2.5≦y≦4.0の範囲としたものである。 The present invention also provides a positive electrode solid electrolyte part (20) including the active material particles (22), the solid electrolyte (25), and the conductive material (24), and the positive electrode solid electrolyte part electrically connected to the outside. A positive electrode current collector (21) to be connected, and in the positive electrode solid electrolyte part, the ratio of the weight of the active material particles to the weight of the positive electrode solid electrolyte part is a weight ratio x When the weight ratio x is x ≧ 0.65 and the ratio of the weight of the solid electrolyte to the weight of the conductive material is the weight ratio y, the weight ratio y is 2.5 ≦ y ≦ 4. .0 range.
これによって、電子伝導パス、イオン伝導パスの相互作用が向上して、正極の活物質利用率を90%以上とすることが可能となるとともに、高分子固体電解質電池全体としての電池容量を安定化することが可能になる。 As a result, the interaction between the electron conduction path and the ion conduction path is improved, the active material utilization rate of the positive electrode can be increased to 90% or more, and the battery capacity of the entire polymer solid electrolyte battery is stabilized. It becomes possible to do.
また、本発明は、前記導電材(24)には炭素繊維の含有有無によらずアセチレンブラックを50%以上含むことを特徴とするものである。 Moreover, this invention is characterized by including 50% or more of acetylene black in the said electrically conductive material (24) irrespective of the presence or absence of carbon fiber.
これによって、導電材として気相法炭素繊維のような高価な材料を用いることなく、正極の活物質利用率を向上させて、低コストの高分子固体電解質電池を製造することが可能となる。 This makes it possible to produce a low-cost polymer solid electrolyte battery by improving the active material utilization rate of the positive electrode without using an expensive material such as vapor grown carbon fiber as the conductive material.
また、本発明は、前記導電材(24)が炭素繊維を更に含むようにしたものである。 In the present invention, the conductive material (24) further includes carbon fiber.
また、導電材として比較的安価なカーボンナノチューブを併用することで、正極の活物質利用率を向上させて、低コストの高分子固体電解質電池を製造することが可能となる。 In addition, by using a relatively inexpensive carbon nanotube as a conductive material, it is possible to improve the active material utilization rate of the positive electrode and manufacture a low-cost polymer solid electrolyte battery.
このように本発明を活用することにより、正極活物質利用率を向上させて、安定した充放電容量を備える高分子固体電解質電池を提供することが可能となる。 Thus, by utilizing the present invention, it is possible to improve the utilization rate of the positive electrode active material and provide a polymer solid electrolyte battery having a stable charge / discharge capacity.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る高分子固体電解質電池1の概略構成を示す構成図である。図1に示すように、高分子固体電解質電池1は、正極2と、負極3と、正極2および負極3に挟持された高分子電解質膜4とで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a polymer
正極2は、正極集電体21と、コート層23によって被覆された粒子状の正極活物質22と、導電材24と、固体電解質を兼ねるバインダー25とを含んでいる(以降、正極活物質22と導電材24とバインダー25とを含む部分を正極固体電解質部20と呼称することがある)。バインダー25は、正極活物質22および導電材24を分散された状態で保持するとともにイオン伝導性を備える。なお、正極固体電解質部20においては、実際は、正極活物質22が最密充填された構造となっており、正極活物質22同士の隙間を埋めるように、バインダー25(ポリマー)の中に微細な粒子状の導電材24が均質に分散されている状態で充填されている。また正極固体電解質部20は、後述するように塗布によって正極集電体21の表面に形成するために、粘度調製用のアセトニトリル等が加えられており、微量ではあるが正極活物質22、導電材24、バインダー25以外の成分を含む。
The
正極集電体21は、正極固体電解質部20と外部とを電気的に接合する部材であるとともに、電流を正極活物質22に供給する。正極集電体21の素材としては導電性を有する材料が好ましく、Al、Ni、Ti、ステンレス鋼等を用いることができる。本実施形態では、正極集電体21としてAl箔を用いている。
The positive
負極3は、負極集電体31と、粒子状の負極活物質32と、導電材33と、バインダー34とで構成されている。負極集電体31の素材としては、Cu、Ni、Ti、ステンレス等を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
The
正極活物質22は、オリビン型リン酸リチウムを粒子状に加工したものである。正極活物質22を構成するオリビン型リン酸リチウムは、一般式がLiMPO4(MはCo、Ni、Mn、Feの群から選択される金属元素を1種類、または2種以上を混合したもの)で表されるリチウム複合化合物である。
The positive electrode
特にMとして産出量が多く安価なFeを用いることで、高分子固体電解質電池1の生産コストを低減できる可能性があり、かつ毒性がないため安全性に優れることから、本実施形態では主に、正極活物質22としてLiFePO4(オリビン型リン酸鉄リチウム)を用いている。
In particular, in the present embodiment, since the production cost of the polymer
LiFePO4粒子の製造方法としては、シュウ酸鉄や酢酸鉄を出発原料とした固相法、リン酸鉄を原料とした固相法や、より微細な粒子を得るためのゾルゲル法や、水熱法などがあるが、本実施例では固相法で得たものを用いた。 The production method of LiFePO 4 particles includes a solid phase method using iron oxalate and iron acetate as a starting material, a solid phase method using iron phosphate as a raw material, a sol-gel method for obtaining finer particles, hydrothermal method, In this example, the one obtained by the solid phase method was used.
オリビン型リン酸リチウムで構成される正極活物質22は、それ自体では導電性がないが、コート層23をカーボンコート層とすることで、正極活物質22の表面に電子を供給することができる。
The positive electrode
導電材24は、正極材料用の導電助剤であって電子伝導性を有している。ここでは、アセチレンブラック、または、アセチレンブラックとカーボンナノチューブ(炭素繊維)の混合物を用いることができる。アセチレンブラックは、カーボンブラックの一種でアセチレンの熱分解によって製造される。
The
また、カーボンナノチューブとしては、市場で入手可能なもので構わない。例えば、分散溶媒NMP系、濃度:1,3重量%の界面活性剤添加物を用いることができる。 Carbon nanotubes may be commercially available. For example, a surfactant additive having a dispersion solvent NMP system and a concentration of 1,3% by weight can be used.
導電材24としてアセチレンブラックのみ、あるいは上述したカーボンナノチューブおよびアセチレンブラックの混合物を用いた場合、後述する製造工程によってバインダー25中の分散性を向上させることができ、電子伝導経路が形成されやすくなる。
When only acetylene black or a mixture of the above-mentioned carbon nanotube and acetylene black is used as the
バインダー25は、イオン伝導性を有するPEO−EM(エチルメチルオキシドが側鎖に付されたポリエチレンオキシド)からなる固体電解質である。本実施形態では、イオン伝導性を有する高分子材料で形成された固体電解質をバインダー25と兼用している。
The
図2は、イオン伝導性高分子であるPEO(ポリエチレンオキシド)およびPEO−EMの温度に対する電気伝導率を示すグラフである。図2に示すように、PEOおよびPEO−EMは80〜40℃まではほぼ同等の電気伝導度を有するが、30℃より低温になるとPEO−EMの優位性が明らかとなり、0℃においては、PEO−EMはPEOの100倍程度の電気伝導度を示す。このように本実施形態では、バインダー兼固体電解質として、イオン伝導性高分子を用いることで、30℃以下の高分子固体電解質電池の特性を大幅に向上させることができる。 FIG. 2 is a graph showing the electric conductivity with respect to temperature of PEO (polyethylene oxide) and PEO-EM which are ion conductive polymers. As shown in FIG. 2, PEO and PEO-EM have substantially the same electrical conductivity from 80 to 40 ° C., but the advantage of PEO-EM becomes clear when the temperature is lower than 30 ° C. At 0 ° C., PEO-EM exhibits an electric conductivity about 100 times that of PEO. Thus, in this embodiment, the characteristics of a polymer solid electrolyte battery at 30 ° C. or lower can be greatly improved by using an ion conductive polymer as the binder and solid electrolyte.
以降、図1に戻って説明を続ける。負極活物質32として、炭素系活物質と、金属、金属塩、または酸化物等との混合物や、炭素系活物質の粒子表面を、金属、金属塩、または酸化物等で被覆したものを用いてもよい。無機系活物質としては、Si、Sn、Zn、Mn、Fe、Ni等の酸化物や硫酸塩、リチウム金属、チタン酸リチウム等を使用することができる。
Hereinafter, returning to FIG. 1, the description will be continued. As the negative electrode
負極3は、負極活物質32として難黒鉛化性炭素、導電材33としてアセチレンブラック、バインダー34としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、分散媒としてカーボンナノチューブ(炭素繊維)とで構成される。これらの負極材料を混合しスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体31に塗布し、乾燥させた後にプレス処理を行なうことで、負極3が得られる。
The
高分子電解質膜4は、正極2と負極3とに挟持されている電解質シートである。高分子電解質膜4には電気伝導性を有する材料が求められ、本実施形態では、ポリ(エチレンオキサイド/末端をメトキシで置換したエチレンオキサイド/アリルグリシジルエーテル)共重合体(P(EO/EM/AGE))等のポリエーテル共重合体を用いている。
The
このように構成された高分子固体電解質電池1を充電すると、正極2の中のリチウムイオンが引き抜かれ、正極固体電解質部20および高分子電解質膜4中を移動して負極3の中に吸収される。高分子固体電解質電池1を放電すると、逆に負極3からリチウムイオンが放出されて正極2に入る。この時に、外部に電気エネルギーが取り出される。
When the polymer
以降、本発明の作用効果について実施例に基づいて説明する。
[実施例1]
正極活物質22としてLiFePO4、導電材24としてアセチレンブラック、イオン伝導性のバインダー25として、PEO−EM−LiTFSIを用いた。正極活物質22/バインダー25/導電材24の重量比を65/25/10とし、これらの正極材料をアセトニトリル中に導入、撹拌してスラリーを調製し、アルミニウム製の正極集電体21上に塗布して正極シート(正極2。以下同じ)を得た。このようにして作成した正極シートは乾燥を行った後、アルゴン雰囲気下のグローブボックスに保存した。セル作製時は正極シート、高分子電解質膜4(電解質シート)、負極3を所定のサイズにカットし、貼り合わせた後、電極タブを設けたラミネート袋に封入し高分子固体電解質電池1を製作した。なお実施例1では、負極3として参照極の役割を果たすリチウム金属を使用し、電解質シートを正極シートと参照極で挟んだ構成を用いて正極2の評価を行っている(以降の各実施例、比較例についても同じ)。また、製作した電池の厚みは約30μmである(以降の各実施例、比較例についても同じ)。なお、以降、製作した電池を製作セルと呼称することがある。
Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described based on examples.
[Example 1]
LiFePO 4 was used as the positive electrode
[実施例2]
正極活物質22としてLiFePO4、導電材24としてアセチレンブラックとカーボンナノチューブの1:1混合物、イオン伝導性のバインダー25として、PEO−EM−LiTFSIを用いた。
[Example 2]
LiFePO 4 was used as the positive electrode
以降、実施例2〜10の高分子固体電解質電池1に係る正極2の製造工程について説明する。まず、導電材24としてカーボンナノチューブおよびアセチレンブラックを混合する。その後、混合された導電材24とバインダー25兼固体電解質であるPEO−EM−LiTFSIと粘度調整用のアセトニトリルとを投入して混練する。これにさらに正極活物質22としてLiFePO4粒子を加え、混練してスラリーを調製する。
Hereafter, the manufacturing process of the
実施例2においてのスラリーを調製する際の重量比としては、正極活物質22/バインダー25/導電材24を65/25/10とした。(実施例3〜実施例10について重量比は後述する)。調製したスラリーを、正極集電体21上に塗布して正極シートを得た。このようにして作成した正極シートは、乾燥を行った後、アルゴン雰囲気下に保存した。セル作製時は正極シート、電解質シート、負極3を所定のサイズにカットし、貼り合わせた後、電極タブを設けたラミネート袋に封入し高分子固体電解質電池を製作した。
As a weight ratio at the time of preparing the slurry in Example 2, the positive electrode
[比較例]
正極活物質22としてLiFePO4、導電材24として気相法炭素繊維、イオン伝導性のバインダー25として、PEO−EM−LiTFSIを用いた。正極活物質22/バインダー25/導電材24の重量比を65/25/10とし、アセトニトリル中で撹拌してスラリーを調製し、正極集電体21上に塗布して正極シートを得た。作成した正極シートは、乾燥を行った後、アルゴン雰囲気下に保存した。セル作製時は正極シート、電解質シート、負極3を所定のサイズにカットし、貼り合わせた後、電極タブを設けたラミネート袋に封入し高分子固体電解質電池を製作した。
[Comparative example]
LiFePO 4 was used as the positive electrode
実施例1、2および比較例で作成した製作セルについて、2.5−4.0[V]、60℃の条件下で充放電試験を実施した。 About the production cell created in Example 1, 2 and the comparative example, the charge / discharge test was implemented on condition of 2.5-4.0 [V] and 60 degreeC.
図3(a)は、実施例1で作成した製作セルの充放電特性を示すグラフ、同(b)は、比較例で作成した製作セルの充放電特性を示すグラフである。図3において、横軸は正極活物質22の単位重量あたりの電池容量(充放電容量)であり、縦軸は充電ないし放電電圧である。図3(a)に示すように、実施例1に基づく製作セルは3回の充放電を経ても、放電容量は、155[mAh/g]を維持しているが、比較例では充放電を繰り返すほど放電容量が減少し、3回目の放電時においては102[mAh/g]にまで低下していることがわかる。
FIG. 3A is a graph showing the charge / discharge characteristics of the production cell created in Example 1, and FIG. 3B is a graph showing the charge / discharge characteristics of the production cell produced in the comparative example. In FIG. 3, the horizontal axis represents the battery capacity (charge / discharge capacity) per unit weight of the positive electrode
図4(a)は、実施例2で作成した製作セルの充放電特性を示すグラフ、同(b)は、比較例で作成した製作セルの充放電特性を示すグラフである。なお、図4(b)は図3(b)で示したグラフと同一のものである。図4(a)に示すように、実施例2に基づく製作セルにおいても、3回の充放電を経た後も、電池容量(放電容量)は、155[mAh/g]を維持していることがわかる。 FIG. 4A is a graph showing the charge / discharge characteristics of the production cell produced in Example 2, and FIG. 4B is a graph showing the charge / discharge characteristics of the production cell produced in the comparative example. FIG. 4B is the same as the graph shown in FIG. As shown in FIG. 4 (a), in the production cell based on Example 2, the battery capacity (discharge capacity) is maintained at 155 [mAh / g] even after being charged and discharged three times. I understand.
[実施例3〜10]
正極活物質22としてLiFePO4、導電材24としてアセチレンブラックとカーボンナノチューブの1:1混合物、イオン伝導性のバインダー25として、PEO−EM−LiTFSIを用いた。実施例3〜10における正極活物質22/バインダー25/導電材24の重量比を表1に示す。なお、表1には、参考として実施例1、実施例2における重量比も併記している。
[Examples 3 to 10]
LiFePO 4 was used as the positive electrode
表1に示すように、固体電解質であるバインダー25:導電材24=y:1の重量比y(即ち、重量比y=固体電解質の重量/導電材24の重量)をy=1.5〜5.0の範疇になるようにし、正極活物質22とともにアセトニトリル中にて撹拌してスラリーを調製し、正極集電体21上に塗布して正極シートを得た。このようにして作成した正極シートは乾燥を行った後、アルゴン雰囲気下に保存した。セル作製時は正極シート、電解質シート、負極3を所定のサイズにカットし、貼り合わせた後、電極タブを設けたラミネート袋に封入し高分子固体電解質電池1を製作した。
As shown in Table 1, a solid electrolyte binder 25:
なお、各実施例では、導電材24とバインダー25と正極活物質22とを含む正極固体電解質部20(図1参照)の全体重量(Wh)に対する正極活物質22の重量(Wa)の比率(重量比x=Wa/Wh)が0.65(65%)以上となるようにしている。なお、比較例についても、正極活物質22の重量比xは65%としている。そして上述した重量比yは、導電材24の重量(Wb)に対する固体電解質(バインダー25)の重量(Wc)の比率(重量比y=Wc/Wb)である。
In each example, the ratio of the weight (Wa) of the positive electrode
実施例3〜10で作成した製作セルについても、2.5−4.0[V]、60℃の条件下で充放電試験を行って正極活物質22の単位重量あたりの電池容量(充放電容量)を算出した。 The production cells prepared in Examples 3 to 10 were also subjected to a charge / discharge test under the conditions of 2.5 to 4.0 [V] and 60 ° C., and the battery capacity per unit weight (charge / discharge) Volume) was calculated.
図5は、横軸に重量比yをとり、縦軸に正極活物質22の単位重量あたりの電池容量をプロットしたものである。
In FIG. 5, the horizontal axis represents the weight ratio y, and the vertical axis represents the battery capacity per unit weight of the positive electrode
ここで改めて活物質利用率について説明を加える。活物質利用率とは充放電試験により評価した電池容量と、正極2に含まれる正極活物質22の理論容量の比率をいう。なお、理論容量とは、構成材料種による純粋な電気化学反応において電極が蓄えることができる最大の電気量であり、LiFePO4では170mAh/gである。従って、正極活物質22としてLiFePO4を採用した場合、電池容量が153[mAh/g]のときに活物質利用率は90%となり、電池容量が145[mAh/g]のときに活物質利用率は85%となる。
Here, the active material utilization rate will be explained again. The active material utilization rate refers to the ratio between the battery capacity evaluated by the charge / discharge test and the theoretical capacity of the positive electrode
図5に示すように、重量比yを変化させたとき、各製作セルの放電容量分布は上に凸の曲線を描き、重量比y=3.25近傍で放電容量のピークが存在する。そして、重量比yを2.0≦y≦4.61の範囲としたときに活物質利用率は85%以上となり、更に、重量比yを2.5≦y≦4.0の範囲としたときに活物質利用率は90%以上となる。 As shown in FIG. 5, when the weight ratio y is changed, the discharge capacity distribution of each manufactured cell draws a convex curve upward, and a discharge capacity peak exists in the vicinity of the weight ratio y = 3.25. When the weight ratio y is in the range of 2.0 ≦ y ≦ 4.61, the active material utilization is 85% or more, and the weight ratio y is in the range of 2.5 ≦ y ≦ 4.0. Sometimes the active material utilization is 90% or more.
このように本発明では、導電材24(図1参照)として高価な気相法炭素繊維等を用いることなく、汎用材料で安価なアセチレンブラックを50%以上含ませることで、正極2の活物質利用率を90%以上とすることができる。
As described above, in the present invention, the active material of the
更に、重量比yを、2.5≦y≦4.0の範囲とすることで、活物質利用率が90%を越える、更に高効率の高分子固体電解質電池1を提供することができる。具体的活用例として、活物質利用率が大きいほど同一重量ではより多くの電気を蓄えることができ高分子固体電解質電池1の軽量化に貢献できることになる。
Furthermore, by setting the weight ratio y in the range of 2.5 ≦ y ≦ 4.0, it is possible to provide a more efficient polymer
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。例えば、上述した高分子固体電解質電池1を複数段に積層して1つのセルとして構成してもよいし、図1に示す平板状の高分子固体電解質電池1を、絶縁シートを介在させたうえでロール状に巻回して円筒形状の電池を構成してもよい。また、実施形態に示した本発明に係る高分子固体電解質電池1の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、適宜取捨選択可能である。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention. For example, the polymer
1 高分子固体電解質電池
2 正極
3 負極
4 高分子電解質膜
20 正極固体電解質部
21 正極集電体
22 正極活物質(活物質粒子)
23 コート層
24 導電材
25 バインダー(固体電解質)
31 負極集電体
32 負極活物質
33 導電材
34 バインダー
DESCRIPTION OF
23
31 Negative electrode
Claims (5)
前記正極の構成として、
オリビン型リン酸リチウム(LiMPO4(ただし、MはCo、Ni、MnおよびFeの群から選択される少なくとも1種である))からなる活物質粒子と、
イオン伝導性を有するPEO−EM(エチルメチルオキシドが側鎖に付されたポリエチレンオキシド)からなる固体電解質と、
電子伝導性を有する導電材と、
を有することを特徴とする高分子固体電解質電池。 A solid polymer electrolyte battery having a polymer electrolyte membrane sandwiched between a positive electrode and a negative electrode,
As a configuration of the positive electrode,
Active material particles composed of olivine-type lithium phosphate (LiMPO 4 (where M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Mn and Fe));
A solid electrolyte made of PEO-EM (polyethylene oxide having ethylmethyl oxide attached to the side chain) having ionic conductivity;
A conductive material having electron conductivity;
A polymer solid electrolyte battery comprising:
前記正極固体電解質部において、
前記正極固体電解質部の重量に対する前記活物質粒子の重量の比率を、重量比xとするとき、前記重量比xを、x≧0.65とし、かつ
前記導電材の重量に対する前記固体電解質の重量の比率を、重量比yとするとき、前記重量比yを、2.0≦y≦4.0の範囲としたことを特徴とする請求項1に記載の高分子固体電解質電池。 A positive electrode configuration comprising: a positive electrode solid electrolyte portion including the active material particles, the solid electrolyte, and the conductive material; and a positive electrode current collector that electrically connects the positive electrode solid electrolyte portion to the outside.
In the positive electrode solid electrolyte part,
When the ratio of the weight of the active material particles to the weight of the positive electrode solid electrolyte part is a weight ratio x, the weight ratio x is x ≧ 0.65, and the weight of the solid electrolyte with respect to the weight of the conductive material 2. The polymer solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the weight ratio y is in a range of 2.0 ≦ y ≦ 4.0, where the weight ratio y is a weight ratio y.
前記正極固体電解質部において、
前記正極固体電解質部の重量に対する前記活物質粒子の重量の比率を、重量比xとするとき、前記重量比xを、x≧0.65とし、かつ
前記導電材の重量に対する前記固体電解質の重量の比率を、重量比yとするとき、前記重量比yを、2.5≦y≦4.0の範囲としたことを特徴とする請求項1に記載の高分子固体電解質電池。 A positive electrode configuration comprising: a positive electrode solid electrolyte portion including the active material particles, the solid electrolyte, and the conductive material; and a positive electrode current collector that electrically connects the positive electrode solid electrolyte portion to the outside.
In the positive electrode solid electrolyte part,
When the ratio of the weight of the active material particles to the weight of the positive electrode solid electrolyte part is a weight ratio x, the weight ratio x is x ≧ 0.65, and the weight of the solid electrolyte with respect to the weight of the conductive material 2. The polymer solid electrolyte battery according to claim 1, wherein the weight ratio y is in a range of 2.5 ≦ y ≦ 4.0, where the weight ratio y is a weight ratio y.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013188945A JP2015056282A (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Polymer solid electrolyte battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013188945A JP2015056282A (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Polymer solid electrolyte battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015056282A true JP2015056282A (en) | 2015-03-23 |
Family
ID=52820554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013188945A Pending JP2015056282A (en) | 2013-09-12 | 2013-09-12 | Polymer solid electrolyte battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015056282A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020111201A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | デンカ株式会社 | Lithium ion secondary battery positive electrode composition, lithium ion secondary battery positive electrode, and lithium ion secondary battery |
WO2020110993A1 (en) * | 2018-11-26 | 2020-06-04 | 株式会社大阪ソーダ | Inorganic solid electrolyte secondary battery electrode and inorganic solid electrolyte secondary battery |
US12132204B2 (en) | 2018-11-28 | 2024-10-29 | Denka Company Limited | Composition for lithium ion secondary battery positive electrode, lithium ion secondary battery positive electrode, and lithium ion secondary battery |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09324114A (en) * | 1995-05-08 | 1997-12-16 | Daiso Co Ltd | High-polymer solid electrolyte |
JPH10130487A (en) * | 1996-10-28 | 1998-05-19 | Daiso Co Ltd | Solid polymer electrolyte and battery made by using it |
JPH117980A (en) * | 1997-06-13 | 1999-01-12 | Daiso Co Ltd | Lithium polymer battery |
JP2001126768A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Hitachi Ltd | Lithium secondary battery |
JP2008181850A (en) * | 2006-10-19 | 2008-08-07 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2011086468A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
WO2011148970A1 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | 日本ゼオン株式会社 | Positive electrode for secondary battery, and secondary battery |
JP4997400B2 (en) * | 2004-08-18 | 2012-08-08 | 一般財団法人電力中央研究所 | Polymer solid electrolyte battery and method for producing positive electrode sheet used therefor |
JP2012216347A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Daiso Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2012226937A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Daiso Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2013077475A (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Mitsubishi Materials Corp | Conductive auxiliary agent for positive electrode material of lithium ion secondary battery |
-
2013
- 2013-09-12 JP JP2013188945A patent/JP2015056282A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09324114A (en) * | 1995-05-08 | 1997-12-16 | Daiso Co Ltd | High-polymer solid electrolyte |
JPH10130487A (en) * | 1996-10-28 | 1998-05-19 | Daiso Co Ltd | Solid polymer electrolyte and battery made by using it |
JPH117980A (en) * | 1997-06-13 | 1999-01-12 | Daiso Co Ltd | Lithium polymer battery |
JP2001126768A (en) * | 1999-10-26 | 2001-05-11 | Hitachi Ltd | Lithium secondary battery |
JP4997400B2 (en) * | 2004-08-18 | 2012-08-08 | 一般財団法人電力中央研究所 | Polymer solid electrolyte battery and method for producing positive electrode sheet used therefor |
JP2008181850A (en) * | 2006-10-19 | 2008-08-07 | Sanyo Electric Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2011086468A (en) * | 2009-10-14 | 2011-04-28 | Sony Corp | Nonaqueous electrolyte battery |
WO2011148970A1 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | 日本ゼオン株式会社 | Positive electrode for secondary battery, and secondary battery |
JP2012216347A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Daiso Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2012226937A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Daiso Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2013077475A (en) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Mitsubishi Materials Corp | Conductive auxiliary agent for positive electrode material of lithium ion secondary battery |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020110993A1 (en) * | 2018-11-26 | 2020-06-04 | 株式会社大阪ソーダ | Inorganic solid electrolyte secondary battery electrode and inorganic solid electrolyte secondary battery |
JPWO2020110993A1 (en) * | 2018-11-26 | 2021-12-16 | 株式会社大阪ソーダ | Electrodes for inorganic solid electrolyte secondary batteries, and inorganic solid electrolyte secondary batteries |
JP7400729B2 (en) | 2018-11-26 | 2023-12-19 | 株式会社大阪ソーダ | Electrodes for inorganic solid electrolyte secondary batteries, and inorganic solid electrolyte secondary batteries |
WO2020111201A1 (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | デンカ株式会社 | Lithium ion secondary battery positive electrode composition, lithium ion secondary battery positive electrode, and lithium ion secondary battery |
JPWO2020111201A1 (en) * | 2018-11-28 | 2021-10-21 | デンカ株式会社 | Positive composition for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
JP7490567B2 (en) | 2018-11-28 | 2024-05-27 | デンカ株式会社 | Positive electrode composition for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
US12132204B2 (en) | 2018-11-28 | 2024-10-29 | Denka Company Limited | Composition for lithium ion secondary battery positive electrode, lithium ion secondary battery positive electrode, and lithium ion secondary battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11888108B2 (en) | Prelithiated hybridized energy storage device | |
AU2018372708A1 (en) | Compositions and methods for energy storage devices having improved performance | |
JP5797993B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP6367207B2 (en) | Electrode for low resistance electrochemical element, method for producing the same, and electrochemical element including the electrode | |
KR102260425B1 (en) | Anode Active Material for lithium secondary battery and Method for preparing the same | |
KR102364481B1 (en) | Positive electrode, and secondary battery comprising the positive eletrode | |
JP2013084566A (en) | Nonaqueous electrolytic secondary cell | |
JPWO2018051675A1 (en) | Lithium secondary battery | |
CN111557056A (en) | Three-dimensional structure electrode and electrochemical device including the same | |
AU2017348799B2 (en) | Battery module for starting a power equipment | |
JP2013073705A (en) | Lithium ion secondary battery | |
WO2024113992A1 (en) | Positive electrode sheet for sodium-ion battery, and sodium-ion battery | |
JP6241911B2 (en) | Active material particles, positive electrode for electricity storage device, electricity storage device, and method for producing active material particles | |
KR101891014B1 (en) | Electrical device | |
US20210194053A1 (en) | Energy storage devices with polymer electrolytes and fillers | |
JP2016134218A (en) | Lithium ion secondary battery | |
KR102485801B1 (en) | All solid battery unit cell using high loading, monopolar all solid battery comprising the same, and method for preparing the same | |
CN115336040A (en) | Negative electrode and secondary battery comprising same | |
JP6212305B2 (en) | Composite current collector, and electrode and secondary battery using the same | |
JP2014220115A (en) | Sodium secondary battery | |
JP2015056282A (en) | Polymer solid electrolyte battery | |
JP2013098070A (en) | Negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery including the negative electrode | |
JP5533972B2 (en) | Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
JP2014026868A (en) | Cathode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
KR20220048852A (en) | Negative electrode, method for preparing the negative electrode, and secondary battery comprising the negative electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160831 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170531 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170613 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171205 |