JP2626350B2 - Ion conductive polymer compound - Google Patents

Ion conductive polymer compound

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JP2626350B2 JP3273283A JP27328391A JP2626350B2 JP 2626350 B2 JP2626350 B2 JP 2626350B2 JP 3273283 A JP3273283 A JP 3273283A JP 27328391 A JP27328391 A JP 27328391A JP 2626350 B2 JP2626350 B2 JP 2626350B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオン伝導性高分子化
合物に係り、電池、電気二重層キャパシタおよびその他
の電気化学デバイス用材料として有用なイオン伝導性高
分子化合物の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion conductive polymer compound and, more particularly, to an improvement in an ion conductive polymer compound useful as a material for batteries, electric double layer capacitors and other electrochemical devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電気化学反応を利用した電池や電
気二重層キャパシタ、エレクトロクロミック素子などの
電気化学デバイスの電解質としては、一般的に液体電解
質、特に有機電解液にイオン性化合物を溶解したものが
用いられてきたが、液体電解質は、部品外部への液漏
れ、電極物質の溶出、揮発などが発生しやすいため、長
期信頼性などの問題や、封口工程での電解液の飛散など
が問題となっていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an electrolyte of an electrochemical device such as a battery, an electric double layer capacitor or an electrochromic element utilizing an electrochemical reaction, an ionic compound is generally dissolved in a liquid electrolyte, particularly an organic electrolyte. Although liquid electrolytes have been used, liquid electrolytes are liable to leak out of components, elute elution and volatilization of the electrode material, and thus have problems such as long-term reliability and the scattering of electrolyte during the sealing process. Had been a problem.

【0003】そのため、これら耐漏液性、長期保存性を
向上させるために、高いイオン伝導性を有するイオン伝
導性高分子化合物が報告され、上記の問題を解決する手
段の1つとして、盛んに研究が進められている。
[0003] Therefore, in order to improve the liquid leakage resistance and the long-term storage property, ion conductive polymer compounds having high ion conductivity have been reported, and as one means for solving the above-mentioned problems, active research has been conducted. Is being promoted.

【0004】現在研究が進められているイオン伝導性高
分子化合物は、エチレンオキシドを基本単位とするホモ
ポリマーまたはコポリマーの直鎖状高分子などである
が、低温でのイオン伝導度を上げることを目的として、
網状架橋高分子または櫛型高分子にして結晶化を防ぐこ
とが提案され、実施されている。特に上記網状架橋高分
子を用いたイオン伝導性高分子化合物は、機械的強度が
大でありかつ低温でのイオン伝導度が良好であるため有
用である。
[0004] The ion conductive polymer compounds that are currently being studied are homopolymer or copolymer linear polymers having ethylene oxide as a basic unit, and the purpose is to increase the ionic conductivity at low temperatures. As
It has been proposed and implemented to prevent crystallization by making a network crosslinked polymer or comb polymer. In particular, an ion conductive polymer compound using the above network crosslinked polymer is useful because it has high mechanical strength and good ionic conductivity at low temperatures.

【0005】上記イオン伝導性高分子化合物を電気化学
デバイスの電解質に応用する際、内部抵抗を低くするた
めに電解質の薄膜化が必要となってくる。イオン伝導性
高分子化合物の場合、均一な薄膜を任意の形状に容易に
加工することが可能であるが、その方法が問題となって
くる。例えば、イオン伝導性高分子化合物の溶液をキャ
ストして溶媒を蒸発、除去する方法、あるいは重合性モ
ノマー又はマクロマーを基板上に塗布して加熱重合する
方法、あるいは活性光線の照射により硬化させる方法等
がある。特に活性光線の照射により硬化させる方法は低
温で短時間で処理することが可能であるため、作業性が
向上するなどの長所がある。
When the above-mentioned ion-conductive polymer compound is applied to an electrolyte of an electrochemical device, it is necessary to make the electrolyte thinner in order to lower the internal resistance. In the case of an ion conductive polymer compound, a uniform thin film can be easily processed into an arbitrary shape, but this method poses a problem. For example, a method of casting a solution of an ion-conductive polymer compound to evaporate and remove the solvent, a method of applying a polymerizable monomer or a macromer on a substrate and polymerizing by heating, or a method of curing by irradiation with actinic rays, and the like. There is. In particular, the method of curing by irradiation with actinic rays can be processed at a low temperature in a short time, and thus has advantages such as improved workability.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法を用いると均一な薄膜化は可能であるものの、実際
にイオン伝導性高分子化合物薄膜を電極間に積層して、
電池やエレクトロクロミック素子などを組み立てた時
に、電解質層が圧縮変形により破損し、微短絡を生じる
場合があった。さらに、イオン伝導性高分子化合物の大
面積化を図ると、いっそう微短絡が生じやすくなる。そ
のため電解質層を均一に薄膜化させるには従来の技術で
は問題がある。
However, although uniform thinning is possible by using the above method, an ion conductive polymer compound thin film is actually laminated between the electrodes.
When a battery, an electrochromic element, or the like is assembled, the electrolyte layer may be damaged by compressive deformation, resulting in a short circuit. Furthermore, when the area of the ion-conductive polymer compound is increased, a slight short circuit is more likely to occur. For this reason, there is a problem with the conventional technique to make the electrolyte layer thinner uniformly.

【0007】そこで、上記イオン伝導性高分子化合物薄
膜の破損および微短絡を防止する方法として、イオン伝
導性高分子化合物中に無機酸化物を含有させる方法が種
々報告されている。
[0007] As a method for preventing breakage and short circuit of the ion conductive polymer compound thin film, various methods have been reported in which an inorganic oxide is contained in the ion conductive polymer compound.

【0008】しかし、無機酸化物表面には−OH基など
の官能基が存在するため、これらが電池やエレクトロク
ロミック素子などを組み立てた際に副反応を起こす危険
性が極めて高い。この副反応は特に電池の場合、長期に
わたって保存した際に、放電容量低下、サイクル特性の
低下といった形で顕著に現れる。
However, since functional groups such as —OH groups are present on the surface of the inorganic oxide, there is an extremely high risk that these will cause side reactions when a battery or an electrochromic device is assembled. This side reaction is particularly noticeable in the case of a battery when stored for a long period of time, in the form of a decrease in discharge capacity and a decrease in cycle characteristics.

【0009】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、イオン伝導性高分子化合物を用いた
電池、電気二重層キャパシタおよびその他の電気化学デ
バイスにおいて、高い信頼性をもつ電気化学デバイスを
提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has a high reliability in a battery, an electric double layer capacitor and other electrochemical devices using an ion conductive polymer compound. It is intended to provide a chemical device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、イオン性化合物を有機ポリマーに含有した
イオン伝導性高分子化合物において、該イオン伝導性高
分子化合物中に有機化合物を含むことを第1の発明と
し、上記有機化合物がスチレン/メタクリル酸エステル
あるいは、スチレン/アクリル酸エステルの共重合体で
あることを特徴とすることを第2の発明とするものであ
る。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an ionic conductive polymer compound containing an ionic compound in an organic polymer, wherein the ionic compound contains an organic compound. This is a first invention, and the second invention is characterized in that the organic compound is a styrene / methacrylic acid ester or a styrene / acrylic acid ester copolymer.

【0011】また、上記イオン伝導性高分子化合物がポ
リエーテルを架橋した高分子にイオン性化合物を溶解し
たものであることを特徴とし、上記イオン伝導性高分子
化合物が、イオン性化合物を溶解することができる物質
を含んでいることを特徴とするもので、上記イオン伝導
性高分子化合物により作製した電解質薄膜を提供するこ
とにより、上記の目的を達成したものである。
[0011] Further, the ion-conductive polymer compound is obtained by dissolving an ionic compound in a polymer obtained by crosslinking a polyether, and the ion-conductive polymer compound dissolves the ionic compound. The above-mentioned object is achieved by providing an electrolyte thin film made of the above-mentioned ion-conductive polymer compound.

【0012】本発明のイオン伝導性高分子化合物薄膜
は、重合性モノマーあるいはマクロマーを基板上に塗布
して、活性光線の照射により硬化させる方法で均一な薄
膜が得られるだけでなく、薄膜化による電極の微短絡が
生じることなく、さらに薄膜の大面積化を図った際にも
微短絡が生じることがないイオン伝導性高分子化合物薄
膜として、好適に用いることができる。
The thin film of the ion-conductive polymer compound of the present invention can be obtained not only by coating a polymerizable monomer or macromer on a substrate and curing it by irradiation with actinic rays, but also by obtaining a uniform thin film. It can be suitably used as an ion-conductive polymer compound thin film that does not cause a slight short circuit of the electrode and does not cause a short circuit even when the area of the thin film is increased.

【0013】また、本発明の有機化合物は、従来の無機
酸化物と比較して、例えば負極にリチウム金属あるいは
リチウム合金などを使ったリチウム1次および2次電池
に応用した場合に、リチウムと有機化合物表面との反応
を抑えることが可能である。すなわち、表面上に存在す
る−OH基あるいはリチウムと反応する官能基がほとん
ど存在しないことから、例えば負極にリチウム金属ある
いはリチウム合金などを使ったリチウム1次および2次
電池に応用した場合に、リチウムと無機酸化物表面との
反応を抑えることが可能である。また、上記有機化合物
は、必要に応じて100〜300℃で減圧乾燥を行うこ
とにより、表面吸着水を取り除くことが可能である。
Further, the organic compound of the present invention, when applied to lithium primary and secondary batteries using, for example, lithium metal or a lithium alloy for the negative electrode, is more effective than conventional inorganic oxides. It is possible to suppress the reaction with the compound surface. That is, since there are almost no -OH groups or functional groups that react with lithium present on the surface, for example, when applied to lithium primary and secondary batteries using lithium metal or lithium alloy for the negative electrode, lithium And the reaction with the inorganic oxide surface can be suppressed. In addition, the organic compound can be dried at 100 to 300 ° C. under reduced pressure as needed to remove surface adsorbed water.

【0014】なお、ポリエーテルを架橋した有機ポリマ
ーにイオン性化合物を溶解したイオン伝導性高分子化合
物は、上記有機ポリマーが多官能性水酸基を有するポリ
エーテルとジアクリレートによってエーテル結合するこ
とによって架橋するものである。
The ion conductive high molecular compound in which an ionic compound is dissolved in an organic polymer obtained by cross-linking a polyether is cross-linked by the above-mentioned organic polymer being ether-bonded to a polyether having a polyfunctional hydroxyl group by diacrylate. Things.

【0015】次に、このようにして得られた有機ポリマ
ーに含有するイオン性化合物としては、例えばLiCl
4 、LiSCN、LiBF4 、LiAsF6 、LiC
3 SO3 、LiCF3 CO2 、NaI、NaSCN、
NaBr、KSCN等のLi、Na、またはKの1種を
含む無機イオン塩、(CH3 4 NBF4 、(CH3
4 NBr、(C2 5 4 NClO4 、(C2 5 4
NI、(C3 7 4 NBr、(n−C4 9 4 NC
lO4 、(n−C4 9 4 NI、(C2 5 4 N−
maleate、(C2 5 4 N−benzoat
e、(C2 5 4 N−phtalate等の四級アン
モニウム塩、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチル
スルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リ
チウム等の有機イオン塩が挙げられる。これらのイオン
性化合物は2種以上を併用してもよい。
Next, as the ionic compound contained in the organic polymer thus obtained, for example, LiCl
O 4 , LiSCN, LiBF 4 , LiAsF 6 , LiC
F 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , NaI, NaSCN,
Inorganic ion salts containing one kind of Li, Na, or K such as NaBr, KSCN, etc., (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 )
4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4
NI, (C 3 H 7) 4 NBr, (n-C 4 H 9) 4 NC
10 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-
maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate
e, (C 2 H 5) 4 quaternary ammonium salts such as N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, sodium octyl sulfonate, and organic ion salts of lithium dodecylbenzenesulfonate. These ionic compounds may be used in combination of two or more.

【0016】このようなイオン性化合物の配合割合は、
前述の有機ポリマーのエーテル結合酸素数に対して、イ
オン性化合物が0.0001〜5.0モルの割合であ
り、中でも0.005〜2.0モルであるのが好まし
い。このイオン性化合物の使用量があまり多すぎると、
過剰のイオン性化合物、例えば無機イオン塩が解離せ
ず、単に混在するのみとなり、イオン伝導度を逆に低下
させる結果となる。また、上記イオン性化合物の配合割
合は、電極活物質によって適当な配合割合が異なる。例
えば、層状化合物のインターカレーションを利用した電
池においては、電解質の伝導度が最大となる付近が好ま
しいし、また、ドーピング現象を利用する導電性高分子
を電極活物質として使用する電池においては、充放電に
より電解質中のイオン濃度が変化に対応しうる必要があ
る。
The compounding ratio of such an ionic compound is as follows:
The ratio of the ionic compound is 0.0001 to 5.0 mol, preferably 0.005 to 2.0 mol, based on the number of ether bond oxygen atoms of the organic polymer. If the amount of this ionic compound is too large,
Excess ionic compounds, for example, inorganic ionic salts, do not dissociate but are merely mixed, resulting in a reduction in ionic conductivity. Further, the appropriate mixing ratio of the ionic compound differs depending on the electrode active material. For example, in a battery using the intercalation of a layered compound, the vicinity where the conductivity of the electrolyte is maximum is preferable, and in a battery using a conductive polymer using a doping phenomenon as an electrode active material, It is necessary that the ion concentration in the electrolyte can respond to changes due to charge and discharge.

【0017】このイオン性化合物の含有方法等について
は特に制限はないが、例えばメチルエチルケトン(ME
K)やテトラハイドロフラン(THF)等の有機溶剤に
溶解して有機化合物に均一に混合した後、有機溶媒を真
空減圧により除去する方法等が挙げられる。
The method of containing the ionic compound is not particularly limited. For example, methyl ethyl ketone (ME
K) or a method of dissolving in an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF) and uniformly mixing with an organic compound, and then removing the organic solvent by vacuum reduction.

【0018】次に、本発明ではイオン伝導性高分子化合
物に有機ポリマー中に含まれるイオン性化合物を溶解で
きる物質を含ませてもよく、この種の物質を含ませるこ
とによって、有機ポリマーの基本骨格を変えることなく
伝導度を著しく向上できる。
Next, in the present invention, a substance capable of dissolving the ionic compound contained in the organic polymer may be contained in the ion-conductive polymer compound. The conductivity can be significantly improved without changing the skeleton.

【0019】イオン性化合物を溶解できる物質として
は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートな
どの環状炭素エステル、γ−ブチロラクトンなどの環状
エステル、テトラヒドロフランまたはその誘導体、1,
3−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタンなどのエー
テル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリ
ル類、ジオキソランまたはその誘導体、スルホランまた
はその誘導体などの単独またはそれら2種以上の混合物
などが挙げられる。しかしこれらに限定されるものでは
ない。またその配合割合及び配合方法は任意である。
Examples of the substance capable of dissolving the ionic compound include cyclic carbon esters such as propylene carbonate and ethylene carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, tetrahydrofuran or derivatives thereof,
Examples thereof include ethers such as 3-dioxane and 1,2-dimethoxyethane, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, dioxolanes and derivatives thereof, and sulfolanes and derivatives thereof alone or a mixture of two or more thereof. However, it is not limited to these. The mixing ratio and the mixing method are arbitrary.

【0020】なお、本発明のイオン伝導性高分子化合物
の塗布方法については、例えばアプリケータロールなど
のローラコーティング、スクリーンコーティング、ドク
ターブレード法、スピンコーティング、バーコーダーな
どの手段を用いて均一な厚みに塗布することが望ましい
が、これらに限定されるものではない。
The method of applying the ion-conductive polymer compound of the present invention may be performed, for example, using a roller coating such as an applicator roll, a screen coating, a doctor blade method, a spin coating, a bar coder or the like. It is desirable to apply the composition, but the composition is not limited thereto.

【0021】本発明のイオン伝導性高分子化合物を用い
て電池を構成する電池の電極としては、以下の電池電極
材料が挙げられる。正極活物質としては、CuO、Cu
2 O、Ag2 O、CuS、CuSO4 などのI族金属化
合物、TiS2 、SiO2 、SnOなどのIV族金属化合
物、V2 5 、V6 12、VOx 、Nb2 5 、Bi2
3 、Sb2 3 などのV族金属化合物、CrO3 、C
2 3 、MoO3 、MoS2 、WO3 、SeO2 など
のVI族金属化合物、MnO2 、Mn2 3 などのVII 族
金属化合物、Fe2 3 、FeO、Fe3 4 、Ni2
3 、NiO、CoO3 、CoOなどのVIII族金属化合
物、または一般式LiX MXy 、LiX MNy
2 (M、NはI〜VIII族の金属、Xは酸素、硫黄などの
カルコゲン化合物を示す。)などで表わされる。例えば
リチウム−コバルト系複合酸化物あるいはリチウム−マ
ンガン系複合酸化物などの金属化合物、ポリピロール、
ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、
ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラフ
ァイト構造炭素質材料などであるが、これらに限定され
るものではない。
Examples of the electrode of a battery constituting a battery using the ion conductive polymer compound of the present invention include the following battery electrode materials. As the positive electrode active material, CuO, Cu
Group I metal compounds such as 2 O, Ag 2 O, CuS, CuSO 4 , Group IV metal compounds such as TiS 2 , SiO 2 , SnO, V 2 O 5 , V 6 O 12 , VO x , Nb 2 O 5 , Bi 2
Group V metal compounds such as O 3 and Sb 2 O 3 , CrO 3 and C
Group VI metal compounds such as r 2 O 3 , MoO 3 , MoS 2 , WO 3 and SeO 2 , Group VII metal compounds such as MnO 2 and Mn 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , Ni Two
Group VIII metal compounds such as O 3 , NiO, CoO 3 , CoO, or the general formulas Li X MX y , Li X MN y X
2 (M and N are metals of groups I to VIII, and X is a chalcogen compound such as oxygen or sulfur). For example, a metal compound such as a lithium-cobalt-based composite oxide or a lithium-manganese-based composite oxide, polypyrrole,
Polyaniline, polyparaphenylene, polyacetylene,
Examples thereof include, but are not limited to, conductive polymer compounds such as polyacene-based materials, and carbonaceous materials having a pseudo-graphite structure.

【0022】また、負極活物質としては、リチウム金
属、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム
−スズ、リチウム−アルミニウム−スズ、リチウム−ガ
リウム、およびウッド合金などのリチウム合金、カーボ
ンなどの炭素質材料などであるが、これらに限定される
ものではない。更に上記正極活物質として使用するもの
を用いることもできる。
Examples of the negative electrode active material include lithium alloys such as lithium metal, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium and wood alloys, and carbonaceous materials such as carbon. However, the present invention is not limited to these. Further, those used as the positive electrode active material can also be used.

【0023】電池の正極および負極は、上記活物質を結
着剤で結合してシート状あるいはペレット状としたもの
が一般的に用いられるが、これらの場合、必要に応じ
て、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラ
ックなどのカーボン(ここでいうカーボンとは、上述の
負極活物質におけるカーボンとは全く異なる特性を有す
るものである。)および金属粉末、導電性金属酸化物な
どの導電材料を複合正極あるいは複合負極内に混合し
て、電子伝導の向上を図ることができる。また、上記複
合正極および複合負極を製造するとき、均一な混合分散
系を得るために、数種の分散剤と分散媒を加えることが
できる。さらに増粘剤、増量剤、粘着補助剤等を添加す
ることも可能である。
As the positive electrode and the negative electrode of the battery, those obtained by binding the above active materials with a binder to form a sheet or a pellet are generally used. In these cases, if necessary, graphite or carbon black may be used. , A carbon such as acetylene black (the carbon has a completely different characteristic from the carbon in the above-mentioned negative electrode active material) and a conductive material such as a metal powder and a conductive metal oxide. It can be mixed in the composite negative electrode to improve electron conduction. Further, when producing the above composite positive electrode and composite negative electrode, several kinds of dispersants and dispersion media can be added to obtain a uniform mixed dispersion system. Further, it is also possible to add a thickener, a bulking agent, a tackifier and the like.

【0024】セパレータは、上記イオン伝導性高分子化
合物を単独でシート状にして正極と負極の間に配置する
か、正極または負極に上記イオン伝導性高分子化合物組
成液を塗布して硬化し、複合化することも可能である。
The separator is a sheet of the above-described ion-conductive polymer compound alone and is disposed between the positive electrode and the negative electrode, or the separator is applied and cured on the positive electrode or the negative electrode, Complexing is also possible.

【0025】また、本発明のイオン伝導性高分子化合物
を用いて電気二重層コンデンサを構成する場合、電気二
重層コンデンサの電極材料としては、電解コンデンサに
おける酸化膜誘電体の容量が関与しないような電極材
料、例えば比表面積が大きく、かつ電気化学的に不活性
な活性炭または炭素繊維などが挙げられる。これらのカ
ーボン材料のバインダーとしてイオン伝導性高分子化合
物を用いることが好ましいが、イオン伝導性高分子化合
物以外の物質(例えばポリテトラフルオロエチレンな
ど)を用いる方法があり、この場合にイオン伝導性高分
子化合物を併用することが可能である。
When an electric double layer capacitor is formed by using the ion conductive polymer compound of the present invention, the electrode material of the electric double layer capacitor may be such that the capacitance of the oxide dielectric in the electrolytic capacitor is not involved. An electrode material, for example, activated carbon or carbon fiber having a large specific surface area and being electrochemically inert may be used. It is preferable to use an ion conductive polymer compound as a binder for these carbon materials, but there is a method using a substance other than the ion conductive polymer compound (for example, polytetrafluoroethylene). Molecular compounds can be used in combination.

【0026】[0026]

【作 用】本発明は、イオン性化合物を有機ポリマーに
含有したイオン伝導性高分子化合物中に極めて粒子径の
小さい有機化合物の微粒子を含むため、均一なイオン伝
導性高分子化合物薄膜が得られるだけでなく、薄膜化に
よる電極の微短絡が生じることなく、さらに薄膜の大面
積化を図った際にも微短絡が生じることがないイオン伝
導性高分子化合物薄膜を提供することが可能である。
According to the present invention, a uniform ion-conductive polymer compound thin film can be obtained because the ion-conductive polymer compound containing an ionic compound in an organic polymer contains fine particles of an organic compound having a very small particle diameter. In addition, it is possible to provide an ion-conductive polymer compound thin film that does not cause a short circuit between electrodes due to thinning and does not cause a short circuit even when the area of the thin film is increased. .

【0027】また、上記有機化合物の微粒子を含むこと
により有機ポリマー構造のアモルファス化を促進し、さ
らに有機ポリマーが主鎖同様の側鎖を有するため有機ポ
リマーの結晶化温度が低くなり、イオンの動きが容易に
なり、そのため室温以下の温度範囲においてイオン伝導
度が向上し、品質も安定化し、さらに多様な形状がと
れ、電極面とも密着性の優れたフィルムが作製できる。
また、外部への液漏れの心配が全くないため、長期信頼
性および安全性が極めて高い。したがって、信頼性、作
業性および低温特性を改良した、非常に優れた実用的な
イオン伝導性高分子化合物を提供することが可能であ
る。
The inclusion of the fine particles of the above organic compound promotes the amorphization of the organic polymer structure. Further, since the organic polymer has a side chain similar to the main chain, the crystallization temperature of the organic polymer is lowered, and the movement of ions is reduced. Therefore, the ionic conductivity is improved in a temperature range of room temperature or lower, the quality is stabilized, a variety of shapes can be obtained, and a film having excellent adhesion to the electrode surface can be produced.
Also, since there is no fear of liquid leakage to the outside, long-term reliability and safety are extremely high. Therefore, it is possible to provide a very excellent and practical ion-conductive polymer compound having improved reliability, workability and low-temperature characteristics.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の詳細について実施例により説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0029】(実施例1) エチレンオキシドのジメタクリル酸エステル(分子量:
4000)とポリエチレングリコールのモノアクリル酸
エステル(分子量:400)を7:3に混合した有機ポ
リマー30重量部と過塩素酸リチウム6重量部およびプ
ロピレンカーボネート64重量部を混合したもの100
重量部と日本ペイント社製マイクロジエル(品番P−5
002)を7重量部とを混合した。なお、このマイクロ
ジエルはスチレン/アクリル酸エステルの共重合体で、
平均粒子径は1μm以下であり、より好ましくは100
nm以下のものを用いることができる。この液をガラス
板上にキャストして6Mradの電子線を照射して硬化
した。得られたイオン伝導性高分子化合物薄膜の厚みは
100μmであった。この薄膜を直径13mmに打ち抜
いた後、Pt電極を用いた導電率測定セルを用いて、こ
の薄膜のイオン伝導度を複素インピーダンス法により測
定した結果、25℃で1.7×10-3Scm-1、0℃で
7.0×10-4Scm-1、−20℃で2.2×10-4
cm-1であった。また、このイオン伝導性高分子化合物
の柔軟性については、90°折り曲げと180°折り曲
げ試験を実施した結果、いずれの場合も割れを生じなか
った。
Example 1 Dimethacrylic acid ester of ethylene oxide (molecular weight:
4000) and a 7: 3 mixture of polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400), 30 parts by weight of an organic polymer, 6 parts by weight of lithium perchlorate and 64 parts by weight of propylene carbonate 100
Parts by weight and Nippon Paint Micro Jiel (Part No. P-5
002) and 7 parts by weight. The microjewel is a styrene / acrylate copolymer.
The average particle size is 1 μm or less, more preferably 100 μm.
nm or less can be used. This liquid was cast on a glass plate and irradiated with 6 Mrad of electron beam to be cured. The thickness of the obtained ion-conductive polymer compound thin film was 100 μm. After punching this thin film into a diameter of 13 mm, the ionic conductivity of this thin film was measured by a complex impedance method using a conductivity measuring cell using a Pt electrode. As a result, 1.7 × 10 −3 Scm at 25 ° C. 1 , 7.0 × 10 −4 Scm −1 at 0 ° C., 2.2 × 10 −4 S at −20 ° C.
cm -1 . Regarding the flexibility of the ion-conductive polymer compound, as a result of conducting a 90 ° bending test and a 180 ° bending test, no crack was generated in any case.

【0030】(比較例1)実施例1において上記マイク
ロジェルを用いないほかは、同様の条件、方法でイオン
伝導性高分子化合物を作製した。得られたイオン伝導性
高分子化合物薄膜の厚みは100μmであった。この薄
膜のイオン伝導度を複素インピーダンス法により測定し
た結果、25℃で1.5×10-3 Scm-1、0℃で
6.4×10-4 Scm-1、−20℃で1.9×10-4
Scm-1 であった。
Comparative Example 1 An ion-conductive polymer compound was prepared in the same manner as in Example 1 except that the microgel was not used. The thickness of the obtained ion-conductive polymer compound thin film was 100 μm. As a result of measuring the ionic conductivity of this thin film by the complex impedance method, 1.5 × 10 −3 Scm −1 at 25 ° C., 6.4 × 10 −4 Scm −1 at 0 ° C., and 1.9 at −20 ° C. × 10 -4
It was Scm -1 .

【0031】しかしながら、Pt電極を用いた導電率測
定セルを用いてイオン伝導度を測定する際に、イオン伝
導性高分子化合物薄膜が破損しやすく、また均一な薄膜
が得られにくいなどの問題が生じた。その結果、測定サ
ンプル65セル中、16セルは薄膜の破損、短絡が生じ
た。
However, when measuring the ionic conductivity using a conductivity measuring cell using a Pt electrode, there are problems that the ion conductive polymer compound thin film is easily damaged and a uniform thin film is hardly obtained. occured. As a result, the thin film was damaged and short-circuited in 16 cells out of 65 cells of the measurement sample.

【0032】(実施例2)実施例1のイオン伝導性高分
子化合物を用いてシート状電池を試作した。以下、a)
〜c)の順にシート状電池の作製方法を示す。
(Example 2) A sheet-like battery was experimentally manufactured using the ion-conductive polymer compound of Example 1. Hereinafter, a)
1 to c), a method for manufacturing a sheet-shaped battery will be described.

【0033】a)電池の正極活物質として二酸化マンガ
ンを、導電剤としてアセチレンブラックを用い、そして
エチレンオキシドのジメタクリル酸エステル(分子量:
5000)とポリエチレングリコールモノアクリル酸エ
ステル(分子量:400)を7:3に混合した有機ポリ
マーとを混合したものを正極コンポジットとして使用し
た。
A) Manganese dioxide is used as a positive electrode active material of a battery, acetylene black is used as a conductive agent, and dimethacrylate of ethylene oxide (molecular weight:
5000) and an organic polymer obtained by mixing polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) in a ratio of 7: 3 were used as the positive electrode composite.

【0034】この正極コンポジットの作製方法は以下の
通りである。すなわち二酸化マンガンとアセチレンブラ
ックを85:15の比率で混合したものに、上記有機ポ
リマー10重量部に過塩素酸リチウム1重量部およびア
ゾビスイソブチロニトリル0.05重量部を溶解させた
ものを、乾燥不活性ガス雰囲気中、1:1の割合で混合
した。これらの混合物を、ステンレス鋼からなる正極集
電板の表面に導電性カーボン被膜を形成した集電体の上
にキャストして、不活性ガス雰囲気中で100℃で1時
間放置することにより硬化させた。ステンレス集電体上
に形成した正極コンポジット被膜の厚さは60μmであ
った。
The method for producing this positive electrode composite is as follows. That is, in a mixture of manganese dioxide and acetylene black in a ratio of 85:15, 1 part by weight of lithium perchlorate and 0.05 part by weight of azobisisobutyronitrile were dissolved in 10 parts by weight of the organic polymer. And 1: 1 in a dry inert gas atmosphere. These mixtures are cast on a current collector having a conductive carbon film formed on the surface of a positive electrode current collector plate made of stainless steel, and cured by being left at 100 ° C. for 1 hour in an inert gas atmosphere. Was. The thickness of the positive electrode composite coating formed on the stainless steel current collector was 60 μm.

【0035】b)電池の負極活物質としてリチウム金属
を用い、これをステンレス鋼からなる負極集電板に圧着
した。次に上記リチウム金属上に本発明のイオン伝導性
高分子化合物層を形成させるべく、上記有機ポリマー3
0重量部と過塩素酸リチウム6重量部およびプロピレン
カーボネート64重量部を混合したもの100重量部と
日本ペイント社製マイクロジェル(品番P−5002)
を7重量部とを混合したものを上記リチウム金属上にキ
ャストし、6Mradの電子線を照射して硬化させた。
これによって得られた電解質層の厚みは、20μmであ
った。
B) Lithium metal was used as the negative electrode active material of the battery, and this was pressed onto a negative electrode current collector plate made of stainless steel. Next, in order to form the ion conductive polymer compound layer of the present invention on the lithium metal, the organic polymer 3
100 parts by weight of a mixture of 0 parts by weight, 6 parts by weight of lithium perchlorate and 64 parts by weight of propylene carbonate, and a microgel manufactured by Nippon Paint Co., Ltd. (Part No. P-5002)
And 7 parts by weight were cast on the lithium metal, and cured by irradiating with 6 Mrad of electron beam.
The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 20 μm.

【0036】c)b)で得られた電解質/リチウム/負
極集電体と、a)で得られた正極集電体/正極コンポジ
ットを接触させることにより、それぞれシート状電池を
作製した。
C) By contacting the electrolyte / lithium / negative electrode current collector obtained in b) with the positive electrode current collector / positive electrode composite obtained in a), sheet batteries were respectively produced.

【0037】図1は、本発明のイオン伝導性高分子化合
物を用いたシート状電池の断面図である。図中1はステ
ンレス鋼からなる正極集電板で、2は正極コンポジット
であり、正極活物質に二酸化マンガンを、導電剤として
アセチレンブラックを、結着剤としてエチレンオキシド
のジアクリル酸エステルとポリエチレングリコールのモ
ノアクリル酸エステルを混合した有機ポリマーを用い
た。また、3は本発明のイオン伝導性高分子化合物から
なる電解質である。4は金属リチウムであり、5はステ
ンレス鋼からなる負極集電板で、外装も兼ねている。6
は変性ポリプロピレンからなる封口材である。
FIG. 1 is a sectional view of a sheet-shaped battery using the ion-conductive polymer compound of the present invention. In the figure, 1 is a positive electrode current collector made of stainless steel, 2 is a positive electrode composite, manganese dioxide is used as a positive electrode active material, acetylene black is used as a conductive agent, and a monoacrylate of ethylene oxide diacrylate and polyethylene glycol is used as a binder. An organic polymer mixed with an acrylate was used. Reference numeral 3 denotes an electrolyte comprising the ion-conductive polymer compound of the present invention. Reference numeral 4 denotes metallic lithium, and reference numeral 5 denotes a negative electrode current collector plate made of stainless steel, which also serves as an exterior. 6
Is a sealing material made of modified polypropylene.

【0038】本発明のイオン伝導性高分子化合物を用い
たシート状電池の電極面積は、作製工程によって種々変
更することが可能であるが、本実施例ではその電極面積
を100cm2 としたものを作製した。実施例1のイオン
伝導性高分子化合物を用いたシート状電池を以下電池A
と称する。
The electrode area of a sheet-shaped battery using the ion-conductive polymer compound of the present invention can be variously changed depending on the manufacturing process. In this embodiment, the electrode area is set to 100 cm 2. Produced. The sheet-shaped battery using the ion-conductive polymer compound of Example 1 was referred to as Battery A below.
Called.

【0039】(比較例2)比較例1のイオン伝導性高分
子化合物を用いて、実施例2の方法と同様の条件、方法
でシート状電池を試作した。なお、電極面積は100cm
2 としたものを作製した。このようにして作製したシー
ト状電池を以下電池Bと称する。
Comparative Example 2 Using the ion-conductive polymer compound of Comparative Example 1, a sheet-like battery was prototyped under the same conditions and under the same method as in Example 2. The electrode area is 100cm
2 was produced. The sheet-shaped battery fabricated in this manner is hereinafter referred to as Battery B.

【0040】(実験)上記本発明の実施例2の電池A、
および比較例2の電池Bにおいて、初期の放電特性を調
べた。その結果を図2に示した。なお、図2は電池組立
後、25℃、負荷3kΩで放電したときの初期放電特性
である。
(Experiment) Battery A of Example 2 of the present invention
The initial discharge characteristics of the battery B of Comparative Example 2 were examined. The result is shown in FIG. FIG. 2 shows the initial discharge characteristics when the battery was assembled and discharged at 25 ° C. and a load of 3 kΩ.

【0041】図2から明らかなように、本発明の電池A
は比較例2の電池Bと比べて、初期放電特性が優れてい
ることが認められる。この原因については、本発明のイ
オン伝導性高分子化合物では均一な薄膜が得られるだけ
でなく、薄膜化による電極の微短絡が生じることがない
が、比較例のイオン伝導性高分子化合物では電極の微短
絡が生じているためと考えられる。
As is clear from FIG. 2, the battery A of the present invention
It is recognized that the initial discharge characteristics are superior to that of the battery B of Comparative Example 2. Regarding the cause, not only a uniform thin film can be obtained with the ion-conductive polymer compound of the present invention, but also a short circuit of the electrode does not occur due to thinning, but the ion-conductive polymer compound of the comparative example does not It is considered that a slight short circuit has occurred.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のイオン伝導性高分子化合物は、イオン伝導性高分子化
合物中に有機化合物の微粒子を含むため、均一なイオン
伝導性高分子化合物薄膜が得られるだけでなく、薄膜化
による電極の微短絡が生じることなく、さらに薄膜の大
面積化を図った際にも微短絡が生じることがないため作
業性に優れ、かつイオン伝導性にすぐれたイオン伝導性
高分子化合物を作製することができる。これらのことか
ら、イオン伝導性高分子化合物の性能を向上させること
ができるという効果を奏する。
As is clear from the above description, the ion-conductive polymer compound of the present invention contains fine particles of an organic compound in the ion-conductive polymer compound, so that a uniform ion-conductive polymer compound thin film is obtained. Not only do not cause any short-circuiting of the electrodes due to thinning, but also do not cause short-circuiting even when the area of the thin film is increased, so that the workability is excellent and the ion conductivity is excellent. Ionic conductive polymer compounds can be produced. From these facts, there is an effect that the performance of the ion conductive polymer compound can be improved.

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

【図1】本発明のイオン伝導性高分子化合物を用いたシ
ート状電池の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a sheet-shaped battery using the ion-conductive polymer compound of the present invention.

【図2】本発明の電池Aおよび比較例の電池Bの初期放
電特性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing initial discharge characteristics of a battery A of the present invention and a battery B of a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極集電板 2 正極コンポジット 3 電解質 4 金属リチウム 5 負極集電板 6 封口材 REFERENCE SIGNS LIST 1 positive electrode current collector 2 positive electrode composite 3 electrolyte 4 metallic lithium 5 negative electrode current collector 6 sealing material

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン性化合物を有機ポリマーに含有し
たイオン伝導性高分子化合物において、該イオン伝導性
高分子化合物中にスチレン/メタクリル酸エステル又は
スチレン/アクリル酸エステルの共重合体の微粒子を含
むことを特徴とするイオン伝導性高分子化合物。
Claims: 1. An ion conductive polymer compound containing an ionic compound in an organic polymer, wherein the ion conductive polymer compound contains styrene / methacrylic ester or
An ion conductive polymer compound comprising fine particles of a styrene / acrylate copolymer .
【請求項2】 上記イオン伝導性高分子化合物が、ポリ
エーテルを架橋した高分子にイオン性化合物を溶解した
ものであることを特徴とする請求項1記載のイオン伝導
性高分子化合物。
2. The ion-conductive polymer compound according to claim 1, wherein said ion-conductive polymer compound is obtained by dissolving an ionic compound in a polymer obtained by crosslinking polyether.
【請求項3】 上記イオン伝導性高分子化合物が、イオ
ン性化合物を溶解することができる物質を含んでいるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のイオン伝導性高分
子化合物。
3. The ion conductive polymer compound according to claim 1, wherein the ion conductive polymer compound contains a substance capable of dissolving the ionic compound.
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