JP3148768B2 - フィルム電池 - Google Patents

フィルム電池

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JP3148768B2
JP3148768B2 JP34212591A JP34212591A JP3148768B2 JP 3148768 B2 JP3148768 B2 JP 3148768B2 JP 34212591 A JP34212591 A JP 34212591A JP 34212591 A JP34212591 A JP 34212591A JP 3148768 B2 JP3148768 B2 JP 3148768B2
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史朗 加藤
博 香川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セパレータに有機固体
電解質を含むフィルム電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近のマイクロエレクトニクス化は、各
種電子機器のメモリーバックアップ用電源に代表される
ように、電池の電子機器内収納、エレクトニクス素子及
び回路との一体化に伴って、電池の小型化、軽量化、薄
形化、高エネルギー密度化が要望されている。一次電池
の分野では、既にリチウム電池などの小型、軽量の電池
が実用化されているがその用途分野は限られている。そ
こで、従来の鉛電池、ニッケル−カドミウム電池に代わ
る電池として、より小型軽量化が可能な非水電解液を用
いた二次電池が注目されている。
【0003】しかし、該非水電解液を用いた電池は、サ
イクル特性、自己放電特性などを満足する電極活物質が
見出だされていないこと、非水電解液を多量に含むため
高温で発火した時の火力が極めて強く危険であり、特に
リチウム金属を負極にした場合にはその時の危険性が大
きいこと、及び液体を使用するために、特にフィルム状
の電池にした時に封口部から液漏れが発生することなど
が原因で現在も多くの研究機関で検討されている。そこ
で、セパレータに有機固体電解質を用いた電池がエレク
トロニクス応用、携帯用、機器用電池として提案されて
きた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた有
機固体電解質電池は、正極や負極に一般に非水電解液と
有機固体電解質とが含まれておらず、例え含まれていた
としても有機固体電解質の濃度はセパレータの有機固体
電解質と同一の濃度を有するものであった。このためイ
オン伝導性が常温で液体である非水電解液に比べて劣る
ため、これを使用した電池の低温放電特性と高率放電特
性が劣る欠点があった。
【0005】本発明は上記欠点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、低温放電特性と高率
放電特性の優れたフィルム電池を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はセパレータ5に有機固体電解質を含むフィ
ルム電池において、負極層2または正極層4が非水電解
液を含み、有機固体電解質を含まないことを特徴とする
ものである。また、セパレータ5に有機固体電解質を含
むフィルム電池において、負極層2または正極層4が非
水電解液と有機固体電解質とを含み、該有機電解質の濃
度が前記セパレータ5の有機固体電解質の濃度より小で
あってもよい。
【0007】さて、本発明の上記有機固体電解質として
は、ポリエーテルを架橋した高分子化合物に金属塩を溶
解した有機固体電解質のうち、上記高分子化合物が多官
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などが
例示される。次に、含有するイオン性化合物としては、
例えばLiClO4 、LiSCN、LiAsF6 、Li
CF3 SO3 、LiCF3 SO2 、NaI、NaBr、
KSCNなどのLi塩、Na塩又はKの1種を含む無機
イオン塩などが挙げられる。又これらのイオン性化合物
は、2種以上を併用させてもよい。次に非水電解液とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート
などの環状エステル、テトラヒドラフラン又はその誘導
体、1,3−ジオキソラン、1,2−ジメトキシエタン
などのエーテル類などの単独又はそれらの2種以上の混
合物などが挙げられる。なお、その配合割合及び配合方
法は任意である。
【0008】次に、正極を構成する活物質としては、C
uO、Cu2 O、Ag2 O、CuSなどのI族金属酸化
物及び硫化物、ZrO2 、SiO2 、PbO、TiS2
などのIV族金属酸化物及び硫化物、V2 5 、V
6 13、Nb2 5 、Bi2 3 、Sb2 3 などのV
族金属酸化物、CrO3 、Cr2 3 、MoO3 、WO
3 、MoS2 などのVI族金属酸化物及び硫化物、MnO
2 、Mn2 3 などのVII 族金属酸化物、Fe2 3
Ni2 3 、NiO、CoO3 、CoOなどのVIII族金
属酸化物、一般式Lix MYy 、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)などの金属酸化物及び硫化
物、ポリピロール、ポリアセチレ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の炭素質材料などが
挙げられる。次に負極を構成する活物質としては、カー
ボンなどの炭素質材料、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−
ガリウム、及びウッド合金などのリチウム合金などが挙
げられる。次に正極集電体としては、アルミニウム、ス
テンレス、チタン、などの材料が、又負極集電体として
は、ステンレス、鉄、ニッケル、銅などの材料が好まし
いが特にこれらに限定されるものではない。
【0009】
【作 用】本発明はセパレータに有機固体電解質を含み
遊離した電解液がそこに存在しないので電解液に火が付
いて吹き出すことが無いので安全性が高く、かつ負極又
は正極内には非水電解液を含み有機固体電解質を含まな
いか、あるいは非水電解液と有機固体電解質とを含んで
該有機電解質の濃度が前記セパレータの有機固体電解質
の濃度より小さいので、負極又は正極内での電極活物質
表面でのイオンの酸化還元反応速度が、有機固体電解質
を含んで非水電解液含まない系に比べて早くかつ多孔
体である電極内活物質の奥深くまでイオン伝導相が発達
するので低温放電特性と高率放電特性とが優れる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 (実施例)図1は本発明の一実施例の側断面図であり、
1は10μm厚のステンレス箔からなる負極端子板兼外
装体であり、この内側に負極活物質であるグラファイト
化合物90重量部及び結着剤としてポリビニルピリジン
10重量部及び溶剤としてシクロヘキサノンを用いて混
合したペーストをスクリーン印刷方式で塗布してから溶
剤を乾燥除去した負極2が形成されている。3は10μ
m厚のステンレス箔からなる正極端子板兼外装体であ
り、この内側にバナジウム酸化物80重量部及び結着剤
としてテフロン5重量部及び導電剤としてアセチレンブ
ラック15重量部及び溶剤としてシクロヘキサノンを用
いて混合したペーストをスクリーン印刷方式で塗布して
から溶剤を乾燥除去した正極4が形成されている。前記
負極2と正極4の表面に非水電解液である過塩素酸リチ
ウムを1モル/リッター溶解した炭酸プロピレン電解液
を少量、ディスペンサーにより滴下含浸させている。
【0011】5はセパレータであり、前記負極2と正極
4の表面に有機固体電解質である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
クリル酸エステルと非水電解液である過塩素酸リチウム
を1モル/リッター溶解した炭酸プロピレン電解液から
なる混合物及び微量の熱開始剤であるアゾビスイソブチ
ロニトリル及び溶剤としてシクロヘキサンを用いて混合
したペーストをスクリーン印刷方式で塗布してから溶剤
を乾燥除去し、熱硬化させたものである。6は、熱可塑
性樹脂であるポリプロピレン系ホットメルトの封口剤で
あり、前記負極2とセパレータ5と正極4とを重ね合わ
せた周縁部に配置し、熱溶着により封口され、本発明の
フィルム電池が作製される。この電池をA電池と称す
る。
【0012】(比較例)図2は従来のフィルム電池の断
面図で、前記実施例と同様な負極端子板兼外装体1の内
側に負極活物質であるグラファイト化合物70重量部
と、有機固体電解質である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
酸エステルと過塩素酸リチウムからなる混合物30重量
部、及び微量の熱開始剤であるアゾビスイソブチロニト
リル、及び溶剤としてシクロヘキサンを用いて混合した
ペーストをスクリーン印刷方式で塗布してから溶剤を乾
燥除去し、熱硬化して負極2’が形成されている。
【0013】また、前記実施例と同様な正極端子兼外装
体3の内側にバナジウム酸化物60重量部及び導電剤で
あるアセチレンブラック10重量部及び負極2’で用い
たものと同様な有機固体電解質30重量部及び微量の前
記熱開始剤及び前記溶剤を用いて混合したペーストをス
クリーン印刷方式で塗布してから溶剤を乾燥除去し、熱
硬化して正極4’が形成されている。
【0014】そして、前記負極2’と正極4’の表面に
は、前記負極2’で用いたものと同様な有機固体電解質
及び微量の前記開始剤及び前記溶剤を混合したペースト
をスクリーン印刷方式で塗布してから溶剤を乾燥除去
し、熱硬化してセパレータ5’が形成されている。前記
負極2’と前記セパレータ5’と前記正極4’とが重ね
合わされ、周縁部を実施例と同様な封口剤6で封口され
ている。この電池をB電池と称する。
【0015】図3は−20℃の低温下でA電池とB電池
の放電特性を比較したグラフであり、本発明のA電池
は、従来のB電池に比べ放電特性が優れていることが分
かる。また、A電池とB電池の加熱試験を行ない、発火
温度を調べた。その結果、A電池は約350℃であるの
に対し、B電池は約400℃であった。図4は25℃で
のA電池とB電池の1時間率高率放電特性を比較したグ
ラフであり、本発明のA電池は従来のB電池に比べて放
電特性が優れていることが分かる。
【0016】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば有機固体電
解質電池の低温放電特性と高率放電特性を向上させるこ
とができる。また、安全性の高いフィルム電池を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す側断面図である。
【図2】従来の電池の側断面図である。
【図3】本発明のA電池と従来のB電池の低温放電特性
を示すグラフである。
【図4】本発明のA電池と従来のB電池の高率放電特性
を示すグラフである。
【符号の説明】
2 負極 4 正極 5 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレータ(5)が遊離した電解液を有
    さない有機固体電解質であって、負極(2)または正極
    (4)が非水電解液を含み、有機固体電解質を含まない
    ことを特徴とするフィルム電池。
  2. 【請求項2】 セパレータ(5)が遊離した電解液を有
    さない有機固体電解質であって、負極(2)または正極
    (4)が非水電解液と有機固体電解質とを含み、該有機
    固体電解質の濃度が前記セパレータ(5)の有機固体電
    解質の濃度より小であることを特徴とするフィルム電
    池。
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