JP3171238B2 - Polymer composite electrolyte membrane and secondary battery using the same - Google Patents

Polymer composite electrolyte membrane and secondary battery using the same

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JP3171238B2 JP26905197A JP26905197A JP3171238B2 JP 3171238 B2 JP3171238 B2 JP 3171238B2 JP 26905197 A JP26905197 A JP 26905197A JP 26905197 A JP26905197 A JP 26905197A JP 3171238 B2 JP3171238 B2 JP 3171238B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池の電解質層
として利用される高分子複合電解質膜およびそれを用い
た二次電池とそれらの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer composite electrolyte membrane used as an electrolyte layer of a secondary battery, a secondary battery using the same, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ノート型パソコン、携帯電話などの急速
な市場拡大に伴い、これらに用いられる小型、薄型で高
出力の大容量二次電池への要求が急速に高まっている。
このような背景のもと、小型、薄型で高出力の二次電池
を実現するための高イオン伝導性固体電解質が種々検討
されている。このようなイオン伝導性固体電解質には高
分子固体電解質やヨウ素錯体等の無機固体電解質等があ
る。このうち高分子固体電解質は有機溶媒を全く含まな
いものと有機溶媒を含む高分子ゲル電解質に分けられ
る。
2. Description of the Related Art With the rapid expansion of the market for notebook personal computers, mobile phones, and the like, the demand for small, thin, high-output, large-capacity secondary batteries used in these computers is rapidly increasing.
Against this background, various types of highly ion-conductive solid electrolytes for realizing small, thin, and high-output secondary batteries have been studied. Examples of such an ion conductive solid electrolyte include a polymer solid electrolyte and an inorganic solid electrolyte such as an iodine complex. Among these, solid polymer electrolytes are classified into those containing no organic solvent and those containing polymer solvents.

【0003】小型、薄型で高出力の二次電池を実現する
イオン伝導性高分子電解質には次の条件が重要である。
(1)金属塩がイオン解離することによって生成する金
属イオンが動きやすいこと、すなわち高いイオン導電率
を有することと、(2)自立性薄膜が形成でき、その薄
膜が圧縮や引っ張りの力に対して充分な耐性があるこ
と、すなわち力学的強度が高いことである。
The following conditions are important for an ion-conductive polymer electrolyte for realizing a small, thin and high-output secondary battery.
(1) Metal ions generated by ion dissociation of a metal salt are easy to move, that is, have high ionic conductivity; and (2) A self-supporting thin film can be formed, and the thin film is resistant to compression and pulling force. And sufficient resistance, that is, high mechanical strength.

【0004】従来の高分子固体電解質としては、ポリエ
チレンオキシド等のポリエーテルセグメントを有するポ
リマー(以下PEO系ポリマー)に金属塩を溶解させた
ものや、PEO系ポリマーを架橋させ、そこに金属塩を
溶解させたものが知られている。米国特許第4,30
3,748号公報にはエチレンオキシドを主鎖骨格とす
るポリマーにイオン性物質を溶解させた固溶体を電解質
とする充放電可能な発電装置が開示されている。また、
特開平8−7924号公報にはPEO系ポリマーをアク
リロイル基等で架橋したイオン伝導性ポリマーが開示さ
れている。しかしながら、これらのPEO系ポリマーは
二次電池の電解質としてはイオン伝導性が不十分である
という問題点があった。
As a conventional polymer solid electrolyte, a polymer having a polyether segment such as polyethylene oxide (hereinafter referred to as a PEO-based polymer) in which a metal salt is dissolved, or a PEO-based polymer is crosslinked, and a metal salt is added thereto Dissolved ones are known. US Patent No. 4,30
Japanese Patent No. 3,748 discloses a chargeable / dischargeable power generation device using, as an electrolyte, a solid solution obtained by dissolving an ionic substance in a polymer having ethylene oxide as a main chain skeleton. Also,
JP-A-8-7924 discloses an ion-conductive polymer obtained by crosslinking a PEO-based polymer with an acryloyl group or the like. However, there is a problem that these PEO-based polymers have insufficient ionic conductivity as an electrolyte of a secondary battery.

【0005】この問題に対し、ポリマーに有機溶媒を含
ませることによりイオン伝導性を改善した高分子ゲル電
解質も検討されている。例えば特公昭61−23947
号公報には、ポリフッ化ビニリデンの等のポリマーと、
I族またはII族金属塩と、両者に対して優れた溶解性
を有する有機溶媒からなる高分子ゲル電解質が開示され
ている。また例えば米国特許第5,296,318号に
は、8〜25重量%のヘキサフルオロプロピレンとフッ
化ビニリデンの共重合体フィルムに、リチウム塩を含む
有機溶媒溶液を含浸した高分子ゲル電解質が開示されて
いる。
To solve this problem, a polymer gel electrolyte having improved ionic conductivity by including an organic solvent in a polymer has been studied. For example, Japanese Patent Publication No. 61-23947
The publication discloses a polymer such as polyvinylidene fluoride,
A polymer gel electrolyte comprising a Group I or Group II metal salt and an organic solvent having excellent solubility in both is disclosed. Further, for example, US Pat. No. 5,296,318 discloses a polymer gel electrolyte in which a copolymer film of 8 to 25% by weight of hexafluoropropylene and vinylidene fluoride is impregnated with an organic solvent solution containing a lithium salt. Have been.

【0006】また、PEO系ポリマーの架橋体を用いた
高分子ゲル電解質も検討されており、例えば特開平5−
109310号公報には、架橋し得るPEO系ポリマー
と、アルカリ金属塩を溶解し得る溶液、及びアルカリ金
属塩を混合し、その成形体に光や放射線等を照射してP
EO系ポリマーを架橋することによって、ポリマー架橋
体内部にアルカリ金属塩を含む溶液が浸透した複合体を
形成する方法が開示されている。
Further, a polymer gel electrolyte using a crosslinked product of a PEO-based polymer has been studied.
No. 109310 discloses that a PEO-based polymer capable of being crosslinked, a solution capable of dissolving an alkali metal salt, and an alkali metal salt are mixed, and the molded product is irradiated with light, radiation, or the like to obtain a P.O.
There is disclosed a method of forming a complex in which a solution containing an alkali metal salt has penetrated into a cross-linked polymer by cross-linking an EO-based polymer.

【0007】また、2種類以上のポリマーを組み合わせ
た高分子ゲル電解質も検討されている。例えば、特開昭
58−75779号公報には、ポリフッ化ビニリデン、
ポリメチルメタクリレート、その他特定のポリマーから
選ばれる少なくとも1種のポリマーと、リチウム塩と、
特定の有機溶媒と、金属リチウム負極と、特定の無機化
合物からなる正極から構成されるポリマー電池が開示さ
れている。
Further, a polymer gel electrolyte combining two or more kinds of polymers has been studied. For example, JP-A-58-75779 discloses polyvinylidene fluoride,
Polymethyl methacrylate, at least one polymer selected from other specific polymers, and a lithium salt,
A polymer battery comprising a specific organic solvent, a metal lithium anode, and a positive electrode made of a specific inorganic compound is disclosed.

【0008】特開平9−97618号公報には、有機電
解液に難溶性のポリマーと可溶性のポリマーを混合ある
いは相溶させたポリマーアロイフィルムを作成し、有機
電解液を含浸させてゲル化した高分子ゲル電解質が開示
されている。この場合、有機電解液に難溶性のポリマー
としてはポリフッ化ビニリデン、可溶性のポリマーとし
てはポリエチレンオキシドが例示されている。しかしな
がら、これらの方法では高分子ゲル中に溶液を安定に保
持することと高イオン伝導性を両立できないという問題
点があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-97618 discloses a polymer alloy film in which a poorly soluble polymer and a soluble polymer are mixed or made compatible with each other in an organic electrolytic solution, and the polymer alloy film is impregnated with the organic electrolytic solution to form a gel. A molecular gel electrolyte is disclosed. In this case, polyvinylidene fluoride is exemplified as the polymer that is hardly soluble in the organic electrolyte, and polyethylene oxide is exemplified as the polymer that is soluble in the organic electrolyte. However, these methods have a problem that it is impossible to stably maintain a solution in a polymer gel and to achieve high ionic conductivity.

【0009】一方、イオン伝導性高分子電解質の力学的
強度とイオン伝導度をともに良好なものとするための材
料構成上の工夫も考案されている。例えば、特開昭63
−102104号公報には、高分子多孔質膜の細孔中に
イオン伝導性高分子電解質を充填した構成が開示されて
いる。また、特開平5−299119号公報には、ミク
ロ相分離構造を有するポリマーブレンド中に、電解質溶
液を含有させた高分子ゲル電解質が開示されている。
[0009] On the other hand, there has been devised a contrivance on the material composition for improving both the mechanical strength and the ionic conductivity of the ion-conductive polymer electrolyte. For example, JP-A-63
Japanese Patent Application Laid-Open No. -102104 discloses a configuration in which an ion-conductive polymer electrolyte is filled in pores of a polymer porous membrane. JP-A-5-299119 discloses a polymer gel electrolyte in which an electrolyte solution is contained in a polymer blend having a microphase-separated structure.

【0010】また、特開平5−325990号公報に
は、マトリックスとなるポリマーと、その内部に網目状
に形成されたイオン伝導路を形成する溶液を含むポリマ
ーとからなる高分子固体電解質が開示されている。さら
に特開平5−299119号公報及び特開平5−325
990号公報においては、いずれも微粒子状のポリマー
融着体を作製し、そこに金属塩溶液を含浸する方法が記
載されている。これらの方法でも高分子複合体中に溶液
を安定に保持することと高イオン伝導性を両立できない
という問題点があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-325990 discloses a polymer solid electrolyte comprising a polymer serving as a matrix and a polymer containing a solution forming an ion conduction path formed in a network inside the matrix. ing. Further, JP-A-5-299119 and JP-A-5-325
Japanese Patent Application Laid-Open No. 990 describes a method in which a polymer fused body in the form of fine particles is prepared and impregnated with a metal salt solution. Even with these methods, there is a problem that it is impossible to stably maintain the solution in the polymer composite and achieve high ionic conductivity.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のい
ずれの方法でも、高イオン伝導性と力学的強度の両方を
満足する高分子電解質が得られないため、これを用いた
二次電池では、信頼性と出力の両者を満足するものが未
だ知られていなかった。従って、今後ますます高まると
予想される、携帯情報機器の進歩に伴う小型・薄型化と
高出力化への要求に十分に対応することが難しい問題が
あった。
As described above, any of the conventional methods cannot provide a polymer electrolyte satisfying both high ionic conductivity and mechanical strength. What has satisfied both reliability and output has not yet been known. Therefore, there is a problem that it is difficult to sufficiently cope with a demand for a smaller, thinner and higher output accompanying the progress of portable information devices, which is expected to increase further in the future.

【0012】即ち、本発明は、従来の問題点に鑑みてな
されたものであり、高イオン伝導性と良好な力学的強度
の両方を同時に満足する高分子電解質、およびこれを用
いた高信頼性で高出力の二次電池、並びにそれらの簡便
なる製造方法を提供することを目的とする。
That is, the present invention has been made in view of the conventional problems, and a polymer electrolyte which simultaneously satisfies both high ionic conductivity and good mechanical strength, and high reliability using the same. It is an object of the present invention to provide a high-output secondary battery and a simple manufacturing method thereof.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、光硬化性樹脂
を硬化させた高分子とイオン伝導性物質とからなる高分
子複合電解質膜であって、膜中に高分子濃度の高い部分
と低い部分が存在し、高分子濃度が位置によって連続的
かつ周期的に変化していることを特徴とする高分子複合
電解質膜に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a polymer composite electrolyte membrane comprising a polymer obtained by curing a photocurable resin and an ion-conductive substance. The present invention relates to a polymer composite electrolyte membrane characterized in that a low portion is present and the polymer concentration changes continuously and periodically depending on the position.

【0014】このような高分子複合電解質膜は、光硬化
性樹脂とイオン伝導性物質とからなる混合物に干渉光を
照射することにより製造することができる。
Such a polymer composite electrolyte membrane can be manufactured by irradiating a mixture comprising a photocurable resin and an ion conductive substance with interference light.

【0015】本発明の高分子複合電解質膜は、高分子と
イオン伝導性物質からなる。「高分子濃度が位置によっ
て連続的に変化している」とは、高分子とイオン伝導性
物質が相溶状態にあり、高分子とイオン伝導物質とは明
確な境界を持たないことをいう。即ち、本発明の高分子
複合電解質膜は、高分子がイオン伝導性物質により膨潤
したゲル状であったり、また、高分子のネットワーク構
造や多孔質構造が観察される場合であっても、明瞭な境
界を観察することができないものである。
The polymer composite electrolyte membrane of the present invention comprises a polymer and an ion conductive substance. "The polymer concentration is continuously changing depending on the position" means that the polymer and the ion-conductive substance are in a compatible state and the polymer and the ion-conductive substance do not have a clear boundary. That is, the polymer composite electrolyte membrane of the present invention has a clear shape even when the polymer is in the form of a gel swollen by an ion-conductive substance, or when a network structure or a porous structure of the polymer is observed. It is not possible to observe a perfect boundary.

【0016】そして、高分子の濃度が高い部分、即ち、
膜中の高分子密度が高くイオン伝導性物質の含有量の少
ない部分と、高分子の濃度の低い部分、即ち、膜中の高
分子密度が低くイオン伝導性物質の含有量の多い部分と
が周期的に存在するように構成されている。
The portion where the concentration of the polymer is high, that is,
The part of the membrane where the polymer density is high and the content of the ion conductive substance is low, and the part where the concentration of the polymer is low, that is, the part where the polymer density is low and the content of the ion conductive substance is high in the membrane are It is configured to exist periodically.

【0017】ここで、高分子濃度の低い部分がイオン伝
導チャンネルとなり、高分子濃度が高い部分が力学的強
度を保持するため、高イオン伝導性で良好な力学的強度
を有するものとなる。
Here, a portion having a low polymer concentration serves as an ion conduction channel, and a portion having a high polymer concentration retains mechanical strength, so that high ion conductivity and good mechanical strength are obtained.

【0018】このような電解質を二次電池に用いると、
電解質が高イオン伝導性でかつ良好な力学的強度を有す
るものであるので、短絡し難く、充放電速度が大きな高
信頼性で高出力の電池が得られ、また、液状のイオン伝
導性物質を用いた場合には液体の流出を抑えることがで
き、同時に構造体全体としての強度も維持することがで
きる。
When such an electrolyte is used for a secondary battery,
Since the electrolyte has high ionic conductivity and good mechanical strength, it is difficult to short-circuit, and a high reliability and high output battery with a large charge / discharge rate can be obtained. When used, the outflow of liquid can be suppressed, and at the same time, the strength of the entire structure can be maintained.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<高分子複合電解質膜>本発明の高分子複合電解質膜に
用いられる高分子は、光硬化性樹脂を硬化させることに
より得られる。光硬化性樹脂としては、光によって硬化
するものであれば特に制限はないが、構造の少なくとも
一部に架橋構造が導入されることが好ましいので、多官
能性のモノマーまたはオリゴマーを少なくとも含むこと
が好ましい。特に、効果、および製造の容易さの面から
多官能アクリレート化合物等の紫外線硬化樹脂の重合体
が好ましい。
<Polymer Composite Electrolyte Membrane> The polymer used in the polymer composite electrolyte membrane of the present invention is obtained by curing a photocurable resin. The photo-curable resin is not particularly limited as long as it can be cured by light, but it is preferable that a cross-linked structure is introduced into at least a part of the structure. preferable. Particularly, a polymer of an ultraviolet curable resin such as a polyfunctional acrylate compound is preferable from the viewpoints of effects and ease of production.

【0020】多官能アクリレート化合物としては、例え
ばエチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタン
ジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジア
クリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、
1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレンオ
キシド変性ビスフェノールAジアクリレート等の二官能
アクリレート及びそれらのメタクリレート化合物、トリ
メチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリ
トールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラ
アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサアクリレー
トなどの多官能アクリレート及びそれらのメタクリレー
ト化合物が挙げられる。
Examples of the polyfunctional acrylate compound include ethylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate,
Bifunctional acrylates such as 1,6-hexanediol diacrylate and ethylene oxide-modified bisphenol A diacrylate and their methacrylate compounds, polyfunctional such as trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, and pentaerythritol hexaacrylate Acrylates and their methacrylate compounds are included.

【0021】本発明の高分子複合電解質膜に用いられる
イオン伝導性物質は、イオン性キャリヤー種の移動によ
り導電性を示す物質であれば特に限定はなく、例えば水
やエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエ
チルカーボネート、γ―ブチロラクトン、N,N‘−ジ
メチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチ
ルピロリドン、m−クレゾール等の高誘電率溶媒に、C
lO4 -、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、(CF3
22-、(C25SO22-、(CF3SO2
3-、(C25SO2 3-等のアニオンのアルカリ金
属塩、アルカリ土類金属塩等を溶解した電解質塩溶液;
上記高誘電率溶媒にポリアクリル酸等の高分子電解質を
溶解した高分子電解質溶液;アタクチックポリプロピレ
ンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリアミン、ポリ
エチレンイミン等の高分子イオン伝導体;およびこれら
の高分子イオン伝導体を溶媒で膨潤した高分子ゲルイオ
ン伝導体等が挙げられる。
Used in the polymer composite electrolyte membrane of the present invention
Ion-conducting materials are caused by the movement of ionic carrier species.
There is no particular limitation as long as the substance shows electrical conductivity.
And ethylene carbonate, propylene carbonate, di
Methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ether
Tyl carbonate, γ-butyrolactone, N, N‘-di
Methylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl
In high dielectric constant solvents such as lupyrrolidone and m-cresol, C
10Four -, BFFour -, PF6 -, CFThreeSOThree -, (CFThreeS
OTwo)TwoN-, (CTwoFFiveSOTwo)TwoN-, (CFThreeSOTwo)
ThreeC-, (CTwoFFiveSOTwo) ThreeC-Alkali gold of anions such as
Electrolyte salt solution in which genus salts, alkaline earth metal salts, etc. are dissolved;
A polymer electrolyte such as polyacrylic acid is used for the high dielectric constant solvent.
Dissolved polymer electrolyte solution; atactic polypropylene
Oxide, polyethylene oxide, polyamine, poly
Polymeric ion conductors such as ethyleneimine; and these
Gel ion obtained by swelling some polymer ion conductor with solvent
Conductors and the like.

【0022】本発明の高分子複合膜は高分子の濃度が位
置によって連続的、かつ周期的に変化した構造体から構
成されており、従来の電池に用いられているセパレータ
膜とは異なる。すなわち、セパレーター膜では高分子膜
に数μm以上の細孔が不規則に開けられており、高分子
の濃度は不連続、かつ不規則に変化する。本発明では連
続的な濃度変化の割合は特に限定されず、位置に対して
直線的に変化したり、正弦波的に変化したりすることが
できる。
The polymer composite membrane of the present invention is composed of a structure in which the concentration of the polymer changes continuously and periodically depending on the position, and is different from a separator membrane used in a conventional battery. That is, in the separator membrane, pores of several μm or more are irregularly formed in the polymer membrane, and the concentration of the polymer changes discontinuously and irregularly. In the present invention, the rate of the continuous density change is not particularly limited, and can be changed linearly or sinusoidally with respect to the position.

【0023】図1は、本発明の高分子複合電解質膜1の
1例である。図1(a)は膜断面であり、高分子濃厚部
分2と高分子希薄部分3とが交互に縦縞状に存在してい
る。図1(b)はその平面図であり、縞状に高分子濃厚
部分2と高分子希薄部分3が存在している。即ち、高分
子の濃厚部分がちょうど板を縦に並べたような状態で存
在している。板面と垂直な方向では、周期的に高分子の
濃度が変化しているが、板面の方向ではほとんど変化し
ていない。尚、本出願において、「板状」と言う場合に
おいても高分子の濃厚部分と希薄部分との間の濃度変化
は連続的である。また、図7(a)および(b)に示す
ように、濃厚部が棒状であっても良い。
FIG. 1 shows an example of the polymer composite electrolyte membrane 1 of the present invention. FIG. 1A is a cross section of the film, in which the polymer-rich portions 2 and the polymer-lean portions 3 are alternately present in the form of vertical stripes. FIG. 1B is a plan view thereof, in which a polymer-rich portion 2 and a polymer-lean portion 3 are present in a stripe shape. That is, the high-molecular-weight portions are present in a state in which the plates are arranged vertically. The concentration of the polymer changes periodically in the direction perpendicular to the plate surface, but hardly changes in the direction of the plate surface. In the present application, even when the term “plate shape” is used, the concentration change between the polymer rich portion and the polymer thin portion is continuous. Further, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the rich portion may be rod-shaped.

【0024】本発明では、濃厚部が板状であることが発
明の効果の面から最も好ましい。板状の方向としては、
図1のように膜面に対して垂直方向ばかりでなく、図8
のように膜面に対して傾斜していても良い。但し、板状
の濃厚部が膜面と平行になるとイオン伝導性が低下する
場合があるので、ある程度は傾斜していることが好まし
い。
In the present invention, it is most preferable that the dense portion has a plate shape from the viewpoint of the effect of the present invention. As a plate-like direction,
In addition to the direction perpendicular to the film surface as shown in FIG.
May be inclined with respect to the film surface. However, if the plate-shaped thick portion becomes parallel to the film surface, the ion conductivity may decrease, so that it is preferable that the plate-like thick portion is inclined to some extent.

【0025】本発明において高分子の濃度変化の周期は
特に限定されないが、発明の効果と製造の容易さから2
μm以下が好ましく、通常0.1μm以上となる程度に
形成する。また、本発明において高分子の濃厚部分の最
も濃度が高い部分では、高分子濃度が好ましくは50体
積%以上、特に好ましくは70体積%以上であれば、高
分子複合電解質膜の強度を十分に保つことができる。
In the present invention, the period of the concentration change of the polymer is not particularly limited.
μm or less is preferable, and usually formed to an extent of 0.1 μm or more. In the present invention, if the polymer concentration is 50% by volume or more, particularly preferably 70% by volume or more, the strength of the polymer composite electrolyte membrane is sufficiently increased in the portion where the concentration of the polymer is the highest. Can be kept.

【0026】<高分子複合電解質膜の製造方法>本発明
の高分子複合電解質膜を製造するには、光硬化性樹脂を
用いて干渉光で重合して高分子複合膜とする方法が好ま
しい。この場合、次の2通りの方法が使用できる。
<Method for Producing Polymer Composite Electrolyte Membrane> In order to produce the polymer composite electrolyte membrane of the present invention, it is preferable to use a photocurable resin and polymerize it with interference light to form a polymer composite electrolyte membrane. In this case, the following two methods can be used.

【0027】まず第1の方法では、光硬化性樹脂とイオ
ン伝導性物質の混合物を膜状に形成し、干渉光を照射す
る。干渉光の光強度の強い部分に対応して高分子濃度の
高い部分が生じ、干渉光の光強度の弱い強い部分に対応
して高分子濃度の低い部分が生じる。この方法では、イ
オン伝導性物質として、光重合に影響のないものに限ら
れるが、前述のイオン伝導性物質はすべて用いることが
できる。この方法では、製造工程が非常に簡単になる利
点がある。
First, in the first method, a mixture of a photocurable resin and an ion-conductive substance is formed into a film, and irradiated with interference light. A portion having a high polymer concentration is generated corresponding to a portion having a high light intensity of the interference light, and a portion having a low polymer concentration is generated corresponding to a portion having a strong light intensity of the interference light. In this method, the ion-conductive substance is not limited to those that do not affect photopolymerization, but any of the above-mentioned ion-conductive substances can be used. This method has the advantage that the manufacturing process is very simple.

【0028】第2の方法では、光硬化性樹脂と、重合し
たポリマーと比較的相溶性の良い液状化合物の混合物を
膜状に形成し、干渉光を照射する。このようにして高分
子濃度の高い部分と低い部分とを有する膜構造を得た
後、例えば得られた膜をイオン伝導性物質に浸積して液
状化合物をイオン伝導性物質と置換する。この方法で
は、光重合に影響を及ぼすようなイオン伝導性物質、ま
たは光に弱いイオン伝性物質でも使用することができ
る。
In the second method, a mixture of a photocurable resin and a liquid compound having relatively good compatibility with the polymerized polymer is formed into a film, and irradiated with interference light. After obtaining a membrane structure having a portion having a high polymer concentration and a portion having a low polymer concentration in this manner, for example, the obtained film is immersed in an ion conductive material to replace the liquid compound with the ion conductive material. In this method, an ion conductive substance that affects photopolymerization or an ion conductive substance that is weak to light can be used.

【0029】上記第1および第2の方法で用いられる光
硬化性樹脂としては、得られる高分子複合膜の性質と製
造の容易さから、前述の多官能アクリレート化合物が好
ましい。
As the photocurable resin used in the first and second methods, the above-mentioned polyfunctional acrylate compound is preferable in view of the properties of the obtained polymer composite film and the ease of production.

【0030】また、第2の方法で使用する液状化合物と
して、シリコンオイル等の不活性なものを用いることが
好ましい。
It is preferable to use an inert compound such as silicone oil as the liquid compound used in the second method.

【0031】また、本発明では必要に応じて光硬化性樹
脂に重合開始剤を添加することもできる。重合開始剤の
例としては、例えばジエトキシアセトフェノン、1−ヒ
ドロキシシクロヘキシルフェニルケトン−1−(4−ド
デシルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパ
ン−1−オン等のアセトフェノン系化合物、ベンゾイ
ン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソブチル
エーテル等のベンゾイン化合物、ベンゾフェノン、4−
フェニルベンゾフェノン−3,3‘−ジメチル−4−メ
トキシベンゾフェノン、3,3’,4,4‘−テトラ
(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等
のベンゾフェノン系化合物、チオキサンソン、2−クロ
ルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン−2,
4−ジイソプロピルチオキサンソン等のチオキサンソン
系化合物が挙げられる。
In the present invention, a polymerization initiator can be added to the photocurable resin as required. Examples of the polymerization initiator include, for example, acetophenone compounds such as diethoxyacetophenone, 1-hydroxycyclohexylphenylketone-1- (4-dodecylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, benzoin, benzoin Benzoin compounds such as methyl ether and benzoin isobutyl ether; benzophenone;
Benzophenone-based compounds such as phenylbenzophenone-3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butylperoxycarbonyl) benzophenone, thioxanthone, 2-chlorothioxanthone, Isopropylthioxanthone-2,
And thioxanthone compounds such as 4-diisopropylthioxanthone.

【0032】第1の方法における光硬化性樹脂とイオン
伝導性物質の混合物の膜、または第2の方法における光
硬化性樹脂と液状化合物の混合物の膜の形成方法として
は、ディップコーター、スピンコーター、バーコータ
ー、ロールコーター等の通常の塗膜形成方法を用いるこ
とができる。
As a method of forming a film of a mixture of a photocurable resin and an ion conductive substance in the first method or a film of a mixture of a photocurable resin and a liquid compound in the second method, a dip coater, a spin coater Ordinary coating film forming methods such as a bar coater and a roll coater can be used.

【0033】また、干渉光は、常法に従い干渉性のある
コヒーレントな光を用いて発生させる。特に、少なくと
も2つの方向からのレーザー光によって干渉光を形成す
ると、高分子の濃度変化の周期を容易に小さくすること
ができるので、力学的強度が大きくイオン伝導性も高い
電解質膜が得られる。
The interference light is generated by using coherent light having coherence according to a conventional method. In particular, when interference light is formed by laser light from at least two directions, the period of the change in the concentration of the polymer can be easily reduced, so that an electrolyte membrane having high mechanical strength and high ion conductivity can be obtained.

【0034】図3は2つの方向からのレーザーによる干
渉を利用した高分子複合電解質膜の製造原理を示したも
のである。光硬化性樹脂とイオン伝導性物質とからなる
混合物の層に2つの方向からレーザー光を照射すると、
干渉稿が生じる。その強度に応じて重合、場合によって
は架橋反応が進行し、高分子の濃度が位置によって連続
的、かつ周期的に変化した膜となる。その結果、高分子
濃度の濃厚部が規則正しく板状に配列した構造体が得ら
れる。この高分子濃厚部の間隔は入射レーザー光の波長
や互いのなす角によって制御できる。
FIG. 3 shows the principle of manufacturing a polymer composite electrolyte membrane utilizing interference by laser beams from two directions. When a layer of a mixture of a photocurable resin and an ion conductive material is irradiated with laser light from two directions,
Interference drafts occur. Polymerization and, in some cases, a cross-linking reaction proceed according to the strength, and a film in which the concentration of the polymer changes continuously and periodically depending on the position is obtained. As a result, it is possible to obtain a structure in which the high polymer concentration portions are regularly arranged in a plate shape. The distance between the polymer dense portions can be controlled by the wavelength of the incident laser light and the angle between them.

【0035】例えば、第1のレーザ光を膜面の後方(裏
側)から照射し、第2のレーザー光を膜面の前方(表
側)から照射する方法が用いられる。
For example, a method of irradiating the first laser light from the back (back side) of the film surface and irradiating the second laser light from the front (front side) of the film surface is used.

【0036】また、第1のレーザーと第2のレーザー光
を共に膜面の前方から照射しても良い。このとき2つの
レーザー光が膜面の垂線に対して対称になるようにする
と、膜中の高分子の濃度の高い部分が、板状でかつ膜面
に垂直になるように形成することができる。このように
すると、イオン伝導の方向が膜面に垂直になり、イオン
伝導度が高い高分子複合電解質膜が得られる。このと
き、2つのレーザー光の互いになす角度が90〜270
°となるようにすると、膜強度が高い高分子複合電解質
膜が得られるので好ましい。
Further, both the first laser and the second laser light may be irradiated from the front of the film surface. At this time, if the two laser beams are made symmetrical with respect to the perpendicular to the film surface, a portion where the concentration of the polymer in the film is high can be formed in a plate shape and perpendicular to the film surface. . By doing so, the direction of ion conduction becomes perpendicular to the membrane surface, and a polymer composite electrolyte membrane having high ion conductivity can be obtained. At this time, the angle between the two laser beams is 90 to 270.
° is preferable because a polymer composite electrolyte membrane having high membrane strength can be obtained.

【0037】この製造方法に用いられるレーザー光の種
類は特に限定はなく、YAGレーザー、ルビーレーザー
等の気体レーザー、He−Neレーザー、炭酸ガスレー
ザー等の気体レーザー、Kr−Fエキシマレーザー、A
r−Fエキシマレーザー等のエキシマレーザー、半導体
レーザーや色素レーザー等の一般のレーザーの中から、
光重合にあった波長のレーザを選んで用いる。
The type of laser light used in this manufacturing method is not particularly limited, and gas lasers such as YAG laser and ruby laser, gas lasers such as He-Ne laser, carbon dioxide laser, Kr-F excimer laser, A
From general lasers such as excimer lasers such as r-F excimer lasers, semiconductor lasers and dye lasers,
A laser having a wavelength suitable for photopolymerization is selected and used.

【0038】さらに、本発明の高分子複合電解質膜の製
造には電子線等を用いることも可能であるが、干渉光を
用いる方が大面積膜の製造に適している。
Further, an electron beam or the like can be used for producing the polymer composite electrolyte membrane of the present invention, but the use of interference light is more suitable for producing a large-area membrane.

【0039】<二次電池>本発明の高分子複合電解質膜
を二次電池の電解質と用いると、電解質が高イオン伝導
性と力学的強度を有しているため、短絡し難く、充放電
速度の大きな高出力電池が得られる。
<Secondary Battery> When the polymer composite electrolyte membrane of the present invention is used as an electrolyte of a secondary battery, the electrolyte has high ionic conductivity and mechanical strength. And a high output battery having a large

【0040】本発明の二次電池は、例えば図2に示すよ
うに、本発明の高分子複合電解質膜1を、正極活物質層
4と負極活物質層5とで挟み、さらにその上を正極集電
体6と負極集電体7でそれぞれ挟み、封止剤8により周
囲が封口されて構成される。
In the secondary battery of the present invention, for example, as shown in FIG. 2, the polymer composite electrolyte membrane 1 of the present invention is sandwiched between the positive electrode active material layer 4 and the negative electrode active material layer 5, and the positive electrode active material layer 4 is further placed thereon. The current collector 6 is sandwiched between the negative electrode current collector 7, and the surroundings are sealed by a sealant 8.

【0041】正極活物質としては、放電時に正イオンを
吸収するもの、もしくは負イオンを放出するものであれ
ば特に限定されず、LiMnO2、LiMn24、Li
CoO2、LiNiO2等の金属酸化物やポリアセチレ
ン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポ
リパラフェニレン等の導電性高分子やその誘導体、一般
式(R−Sm)n(Rは、脂肪族炭化水素残基、または
芳香族炭化水素残基を表し、Sは硫黄を表し、m、n
は、m≧1、n≧1の整数である。)で示されるジスル
フィド化合物(ジチオグリコール、2、5−ジメルカプ
ト−1、3、4−チアジアゾール、S−トリアジン−
2、4、6−トリチオール等)等の正極活物質材料とし
て公知のものを使用することができる。
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it absorbs positive ions or discharges negative ions at the time of discharge. LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 2
Metal oxides such as CoO 2 and LiNiO 2 , conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyparaphenylene and derivatives thereof, and a general formula (R-Sm) n (R is an aliphatic hydrocarbon residue Or an aromatic hydrocarbon residue, S represents sulfur, m, n
Is an integer of m ≧ 1 and n ≧ 1. ) (Dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-)
Any known positive electrode active material such as 2,4,6-trithiol) can be used.

【0042】また、本発明では正極活物質を適当な結着
剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これ
らの結着剤や機能性材料としては例えば、結着剤として
はポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子、機能
性材料としては電子伝導性を確保するためのアセチレン
ブラックやポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分
子、イオン伝導性を確保するための有機電解液や高分子
電解質、それらの複合体等が挙げられる。
In the present invention, the positive electrode active material can be formed by mixing with a suitable binder or a functional material. These binders and functional materials include, for example, halogen-containing polymers such as polyvinylidene fluoride as binders, and conductive materials such as acetylene black, polypyrrole, and polyaniline as functional materials to secure electronic conductivity. Examples include a conductive polymer, an organic electrolyte solution for ensuring ionic conductivity, a polymer electrolyte, and a composite thereof.

【0043】負極活物質としては、カチオンを吸蔵・放
出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭
・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素
等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセ
チレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カ
ーボン、金属リチウムやAlLi等のリチウム合金等の
負極活物質として公知のものを使用することができる。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing cations. Crystalline carbon such as graphitized carbon obtained by heat-treating natural graphite, coal or petroleum pitch at a high temperature, Known negative electrode active materials such as amorphous carbon obtained by heat-treating coal, petroleum pitch coke, and acetylene pitch coke, and lithium alloys such as metallic lithium and AlLi can be used.

【0044】正極集電体および負極集電体としては、従
来から使用されているステンレス、銅、ニッケル、及び
アルミニウム等の薄膜、網状物、またはその他のシート
が使用できる。
As the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, conventionally used thin films, meshes, and other sheets of stainless steel, copper, nickel, aluminum, and the like can be used.

【0045】本発明の二次電池の実装形態としては、円
筒型、角型、シート型、及びコイン型二次電池等が挙げ
られるが、これらに限定されるものではない。また、本
発明では高分子複合膜とは別に従来より用いられている
セパレーターを使うこともできる。
Examples of the mounting form of the secondary battery of the present invention include a cylindrical type, a square type, a sheet type, and a coin type secondary battery, but are not limited to these. In the present invention, a conventionally used separator can be used separately from the polymer composite membrane.

【0046】<二次電池の製造方法>このような、本発
明の高分子複合電解質膜を用いた二次電池は、別途、高
分子複合電解質膜を前述の方法でガラス基板等に形成し
て引き剥がした膜を、正極活物質層または負極活物質層
の上に重ね合わせて積層し、この上に負極活物質層また
は正極活物質層を形成するか、または別途形成した負極
活物質層または正極活物質層と対向させて重ね合わせる
ことで製造することができる。
<Method of Manufacturing Secondary Battery> In such a secondary battery using the polymer composite electrolyte membrane of the present invention, a polymer composite electrolyte membrane is separately formed on a glass substrate or the like by the above-described method. The peeled film is stacked on top of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, and a negative electrode active material layer or a positive electrode active material layer is formed thereon, or a separately formed negative electrode active material layer or It can be manufactured by being overlapped with facing the positive electrode active material layer.

【0047】あるいは、正極活物質層または負極活物質
層の上に、前述のように光硬化性樹脂とイオン伝導性物
質の混合物を塗布した後に、干渉光を照射して高分子複
合電解質膜を形成することもできる。
Alternatively, after the mixture of the photocurable resin and the ion conductive material is applied on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer as described above, the polymer composite electrolyte membrane is irradiated with interference light to form a polymer composite electrolyte membrane. It can also be formed.

【0048】正極活物質層、負極活物質層は、構成材料
を適当な溶媒に溶解、分散し、正極集電体上、負極集電
体上、または高分子複合電解質膜上にコーティング後、
溶媒を蒸発させることにより得ることができる。
The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are formed by dissolving and dispersing the constituent materials in an appropriate solvent, coating the material on the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, or the polymer composite electrolyte membrane.
It can be obtained by evaporating the solvent.

【0049】また、本発明の二次電池の製造方法では高
分子膜とは別に従来より用いられるセパレーターを挟む
こともできる。
In the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention, a conventional separator can be interposed in addition to the polymer film.

【0050】本発明の高分子複合電解質膜は二次電池以
外にも、一次電池や電気二重層コンデンサ、電解コンデ
ンサの電解質膜やセパレーターとして利用することがで
きる。
The polymer composite electrolyte membrane of the present invention can be used as an electrolyte membrane and separator for primary batteries, electric double layer capacitors, and electrolytic capacitors, in addition to secondary batteries.

【0051】[0051]

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0052】(実施例1)光硬化性樹脂としてエチレン
グリコールジアクリレート10gにシリコンオイル20
gを添加し、さらにアミン系色素増感剤を含むカンファ
ーキノン1.5gを加えて遮光下、70℃で攪拌し、混
合溶液を調整した。この混合溶液をガラス基板上に滴下
し、スピンコート法にて製膜した。
(Example 1) Silicon oil 20 in 10 g of ethylene glycol diacrylate as a photocurable resin
g, and 1.5 g of camphorquinone containing an amine-based dye sensitizer was further added. The mixture was stirred at 70 ° C. under light shielding to prepare a mixed solution. This mixed solution was dropped on a glass substrate, and a film was formed by a spin coating method.

【0053】この薄膜に対して、照射強度100mW/
cm2、波長488nmのArイオンレーザーをビーム
スプリッターで分割し、図3に示すように基板底面に対
して垂直方向から第1のレーザー光11、および基板表
面から垂線に対して45゜の第2のレーザー光12を1
0秒間照射した。その結果、干渉縞13に対応する板状
の高分子濃度の高い部分を有する高分子とシリコンオイ
ルの複合膜が得られた。
An irradiation intensity of 100 mW /
cm 2, an Ar ion laser with a wavelength of 488nm divided by the beam splitter, the first laser beam 11 from a direction perpendicular to the substrate bottom surface, as shown in FIG. 3, and 45 ° second with respect to the perpendicular from the substrate surface Laser light 12
Irradiated for 0 seconds. As a result, a composite film of a polymer and silicon oil having a plate-like portion having a high polymer concentration corresponding to the interference fringes 13 was obtained.

【0054】次に、この基板を、濃度1M(モル/リッ
トル)のホウフッ化リチウムを含むプロピレンカーボネ
ート溶液に10分間浸漬し、シリコンオイルとプロピレ
ンカーボネート溶液を交換した。
Next, this substrate was immersed in a propylene carbonate solution containing lithium borofluoride at a concentration of 1 M (mol / liter) for 10 minutes to exchange the silicon oil and the propylene carbonate solution.

【0055】得られた高分子複合電解質膜は膜厚45μ
mで緑色の発色を呈していた。膜構造を調べるために、
乾燥して走査型電子顕微鏡で観察したところ約0.5μ
m間隔の板状の組織が認められた。高分子濃厚部からな
る板状組織の方向は膜面に対して約30゜の方向であっ
た。また、乾燥前後の重量変化から、得られた高分子複
合膜は40重量%の溶液を含んでいたことがわかった。
The obtained polymer composite electrolyte membrane had a thickness of 45 μm.
m exhibited a green color. To study the membrane structure,
About 0.5μ when dried and observed with a scanning electron microscope
Plate-like structures at m intervals were observed. The direction of the plate-like structure composed of the polymer-rich portion was about 30 ° relative to the film surface. The change in weight before and after drying indicated that the obtained polymer composite film contained a 40% by weight solution.

【0056】以上のように作成した高分子複合電解質膜
を直径10mmの鏡面研磨した2枚の白金ブロッキング
電極で挟み、電極からの引き出しリード線をエレクトロ
ケミカルワークステーション(CH Instrume
nts、Model604)に接続して周波数範囲0.
1Hz〜100kHz、電圧0.1Vでイオン導電率を
測定したところ室温で1.4mS/cmであった。
The polymer composite electrolyte membrane prepared as described above is sandwiched between two mirror-polished platinum blocking electrodes having a diameter of 10 mm, and the lead wire from the electrode is connected to an electrochemical work station (CH Instrument).
nts, Model 604).
When the ionic conductivity was measured at a frequency of 1 Hz to 100 kHz and a voltage of 0.1 V, it was 1.4 mS / cm at room temperature.

【0057】この高分子複合膜からの液の流出は認めら
れず、引っ張り試験を行ったところ破断強度16M(メ
ガ)N/m2であった。
No outflow of the liquid from the polymer composite membrane was observed, and a tensile test showed that the breaking strength was 16 M (mega) N / m 2 .

【0058】次に、このようにして製造した高分子複合
電解質膜を用いて図2に示す構成の二次電池を製造し
た。
Next, a secondary battery having the structure shown in FIG. 2 was manufactured using the polymer composite electrolyte membrane thus manufactured.

【0059】まず、平均粒径5μmのコバルト酸リチウ
ム、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデン、N―
メチル−2−ピロリドンを10:1:1:30の重量比
で混合、分散した。これをワイヤーバーを用いて正極集
電体となるアルミ箔の片面に均一に塗布し、100℃で
2時間真空乾燥させ、溶媒を除去した。得られた薄層
を、適当な大きさとなるようにカットして約25mAh
の容量を持つ正極層を作製した。
First, lithium cobalt oxide having an average particle size of 5 μm, acetylene black, polyvinylidene fluoride, N-
Methyl-2-pyrrolidone was mixed and dispersed at a weight ratio of 10: 1: 1: 30. This was uniformly coated on one side of an aluminum foil serving as a positive electrode current collector using a wire bar, and dried under vacuum at 100 ° C. for 2 hours to remove the solvent. The obtained thin layer was cut into an appropriate size and cut to about 25 mAh.
The positive electrode layer having a capacity of was prepared.

【0060】この正極層の上に、上記のように製造した
ホウフッ化リチウムを含むプロピレンカーボネート溶液
とアクリル系高分子からなる高分子複合電解質膜を重ね
合わせて積層した。
On the positive electrode layer, a propylene carbonate solution containing lithium borofluoride produced as described above and a polymer composite electrolyte membrane made of an acrylic polymer were laminated.

【0061】この積層膜にポリフッ化ビニリデン、N―
メチル−2−ピロリドン、粉末石油コークス、及びアセ
チレンブラックを1:30:20:1の重量比で混合し
たスラリーを流延し、ワイヤーバー法によって均一に成
形して、100℃で2時間真空乾燥して負極層とした。
The laminated film is made of polyvinylidene fluoride, N-
A slurry in which methyl-2-pyrrolidone, petroleum petroleum coke, and acetylene black were mixed at a weight ratio of 1: 30: 20: 1 was cast, uniformly formed by a wire bar method, and vacuum-dried at 100 ° C. for 2 hours. Thus, a negative electrode layer was obtained.

【0062】その後、正極のアルミ箔と同じ面積のステ
ンレス箔を集電体として負極層の上に載せ、図2に示す
位置関係でそれらの外周部の上に、封止剤として加熱圧
着タイプのホットメルト型接着剤を充填した。最後に全
体を加熱して、集電体の外周端部がホットメルト型接着
剤で被覆された二次電池を完成した。
Thereafter, a stainless steel foil having the same area as the aluminum foil of the positive electrode is placed as a current collector on the negative electrode layer, and is placed on the outer peripheral portion thereof in a positional relationship shown in FIG. Hot melt adhesive was filled. Finally, the whole was heated to complete a secondary battery in which the outer peripheral edge of the current collector was covered with a hot melt adhesive.

【0063】得られた二次電池の充放電試験を行ったと
ころ最大放電電流は80mAであった。また、5mAの
定電流で、電圧4.1Vと2.0Vの間で充放電試験を
100回繰り返したところ、容量、エネルギー密度、お
よび最大放電電流はほとんど変化しなかった。
When a charging / discharging test was performed on the obtained secondary battery, the maximum discharge current was 80 mA. When the charge / discharge test was repeated 100 times at a constant current of 5 mA between a voltage of 4.1 V and 2.0 V, the capacity, the energy density, and the maximum discharge current hardly changed.

【0064】(比較例1)実施例1において、Arイオ
ンレーザーの代わりに、紫外線照射強度15mW/c
m、波長365nmの高圧水銀ランプを用いて10秒間
照射した以外は実施例1を繰り返して高分子複合電解質
膜を製造した。
(Comparative Example 1) In Example 1, an ultraviolet irradiation intensity of 15 mW / c was used instead of the Ar ion laser.
Example 1 was repeated except that irradiation was performed for 10 seconds using a high-pressure mercury lamp having a wavelength of 365 nm and a wavelength of 365 nm to produce a polymer composite electrolyte membrane.

【0065】走査型電子顕微鏡観察では直径200nm
微少粒子が連鎖状に連なった構造の多孔性高分子薄膜が
認められた。この高分子複合膜では高分子濃度の規則的
な変化は見られず、膜全体にわたって粒子が連結した網
状の構造が認められた。また、乾燥前後の重量変化か
ら、得られた高分子複合膜は40重量%の溶液を含んで
いたことがわかった。
In observation with a scanning electron microscope, the diameter was 200 nm.
A porous polymer thin film having a structure in which fine particles were connected in a chain was observed. In this polymer composite film, no regular change in the polymer concentration was observed, and a network structure in which particles were connected throughout the film was observed. The change in weight before and after drying indicated that the obtained polymer composite film contained a 40% by weight solution.

【0066】高分子複合電解質膜の膜厚、引っ張り強
度、イオン伝導度、およびこの高分子複合電解質膜を用
いて実施例1と同様にして製造した二次電池の特性を表
1に示す。
Table 1 shows the film thickness, tensile strength and ionic conductivity of the polymer composite electrolyte membrane and the characteristics of a secondary battery produced in the same manner as in Example 1 using this polymer composite electrolyte membrane.

【0067】この高分子複合電解質膜からの液の流出は
認められなかったが、表1から明らかにイオン伝導度が
小さく、また二次電池の繰り返し耐久性が悪かった。
No outflow of liquid from the polymer composite electrolyte membrane was observed, but from Table 1, the ion conductivity was clearly low, and the repetition durability of the secondary battery was poor.

【0068】(実施例2)光硬化性樹脂としてエチレン
グリコールジアクリレート10gに、濃度1Mのホウフ
ッ化リチウムを含むベンゾニトリル20gを添加し、さ
らにアミン系色素増感剤を含むカンファーキノン1.5
gを加えて遮光下、70℃で攪拌し、混合溶液を調整し
た。この混合溶液をガラス基板上に滴下し、スピンコー
ト法にて製膜した。
Example 2 20 g of benzonitrile containing 1 M lithium borofluoride was added to 10 g of ethylene glycol diacrylate as a photocurable resin, and further, camphorquinone 1.5 containing an amine dye sensitizer was added.
g was added and the mixture was stirred at 70 ° C. under light shielding to prepare a mixed solution. This mixed solution was dropped on a glass substrate, and a film was formed by a spin coating method.

【0069】その後、実施例1と同様の方法で干渉光を
照射して高分子複合電解質膜を得た。尚、この実施例で
はイオン伝導性物質との置換は不要である。
After that, irradiation with interference light was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a polymer composite electrolyte membrane. In this embodiment, the replacement with the ion conductive material is unnecessary.

【0070】得られた高分子複合膜は緑色の発色を呈し
ていた。走査型電子顕微鏡観察では約0.5μm間隔の
板状の組織が認められた。高分子濃厚部からなる板状組
織の方向は膜面に対して約30゜の方向であった。ま
た、乾燥前後の重量変化から、得られた高分子複合膜は
45重量%の溶液を含んでいたことがわかった。
The resulting polymer composite film exhibited a green color. Scanning electron microscope observation showed a plate-like structure at intervals of about 0.5 μm. The direction of the plate-like structure composed of the polymer-rich portion was about 30 ° relative to the film surface. The change in weight before and after drying indicated that the obtained polymer composite film contained a 45% by weight solution.

【0071】高分子複合電解質膜の膜厚、引っ張り強
度、イオン伝導度、およびこの高分子複合電解質膜を用
いて実施例1と同様にして製造した二次電池の特性を表
1に示す。
Table 1 shows the thickness, tensile strength and ionic conductivity of the polymer composite electrolyte membrane, and the characteristics of the secondary battery manufactured in the same manner as in Example 1 using this polymer composite electrolyte membrane.

【0072】(実施例3)実施例2において、濃度1M
のホウフッ化リチウムを含むベンゾニトリルに代えて、
1Mのホウフッ化リチウムを含む分子量10000のポ
リプロピレンオキシドを用いた以外は実施例2を繰り返
した。
Example 3 In Example 2, the concentration was 1M.
Instead of benzonitrile containing lithium borofluoride,
Example 2 was repeated except that a 10000 molecular weight polypropylene oxide containing 1M lithium borofluoride was used.

【0073】その結果、板状の高分子濃厚部を有する高
分子とホウフッ化リチウムを含むポリプロピレンオキシ
ドからなる複合膜が得られた。
As a result, a composite film comprising a polymer having a plate-shaped polymer-rich portion and a polypropylene oxide containing lithium borofluoride was obtained.

【0074】高分子複合電解質膜の膜厚、引っ張り強
度、イオン伝導度、およびこの高分子複合電解質膜を用
いて実施例1と同様にして製造した二次電池の特性を表
1に示す。
Table 1 shows the thickness of the polymer composite electrolyte membrane, the tensile strength, the ionic conductivity, and the characteristics of the secondary battery manufactured in the same manner as in Example 1 using this polymer composite electrolyte membrane.

【0075】(実施例4)実施例2において、エチレン
グリコールジアクリレートに代えてフッ素系アクリル樹
脂オプトダインUV3000(ダイキン化成工業製)を
用いた以外は実施例2を繰り返した。
(Example 4) Example 2 was repeated except that in place of ethylene glycol diacrylate, a fluorinated acrylic resin Optodyne UV3000 (manufactured by Daikin Kasei Kogyo) was used instead of ethylene glycol diacrylate.

【0076】その結果、板状の高分子濃厚部を有する高
分子とホウフッ化リチウムを含むベンゾニトリルからな
る複合膜が得られた。得られた高分子複合膜は緑色の発
色を呈していた。走査型電子顕微鏡観察では約0.5μ
m間隔の板状の組織が認められた。高分子濃厚部からな
る板状組織の方向は膜面に対して約30゜の方向であっ
た。また、乾燥前後の重量変化から、得られた高分子複
合膜は46重量%の溶液を含んでいたことがわかった。
As a result, a composite film comprising a polymer having a plate-shaped polymer-rich portion and benzonitrile containing lithium borofluoride was obtained. The obtained polymer composite film exhibited a green color. About 0.5μ in scanning electron microscope observation
Plate-like structures at m intervals were observed. The direction of the plate-like structure composed of the polymer-rich portion was about 30 ° relative to the film surface. The change in weight before and after drying indicated that the obtained polymer composite film contained a 46% by weight solution.

【0077】高分子複合電解質膜の膜厚、引っ張り強
度、イオン伝導度、およびこの高分子複合電解質膜を用
いて実施例1と同様にして製造した二次電池の特性を表
1に示す。
Table 1 shows the thickness of the polymer composite electrolyte membrane, the tensile strength, the ionic conductivity, and the characteristics of the secondary battery manufactured using this polymer composite electrolyte membrane in the same manner as in Example 1.

【0078】(実施例5〜7)実施例2において、2つ
のArイオンレーザーの照射方向を、図4(実施例
5)、図5(実施例6)、図6(実施例7)に示すよう
に膜面の垂線に対して対称に、互いに90゜(実施例
5)、120゜(実施例6)、150゜(実施例7)と
なるように角度を変えて10分間照射した。
(Examples 5 to 7) In Example 2, the irradiation directions of the two Ar ion lasers are shown in FIGS. 4 (Example 5), FIG. 5 (Example 6), and FIG. 6 (Example 7). In this manner, irradiation was performed for 10 minutes while changing the angles so as to be 90 ° (Example 5), 120 ° (Example 6), and 150 ° (Example 7) symmetrically with respect to the perpendicular of the film surface.

【0079】その結果、板状の高分子濃厚部を有する高
分子複合電解質膜が得られた。走査型電子顕微鏡観察で
は約0.5μm間隔の板状の組織が認められた。高分子
濃厚部からなる板状組織の方向は膜面に対して約90゜
の方向であった。また、乾燥前後の重量変化から、得ら
れた高分子複合膜は40重量%の溶液を含んでいたこと
がわかった。
As a result, a polymer composite electrolyte membrane having a plate-like polymer dense portion was obtained. Scanning electron microscope observation showed a plate-like structure at intervals of about 0.5 μm. The direction of the plate-like structure composed of the polymer-rich portion was about 90 ° with respect to the film surface. The change in weight before and after drying indicated that the obtained polymer composite film contained a 40% by weight solution.

【0080】高分子複合電解質膜の膜厚、引っ張り強
度、イオン伝導度、およびこの高分子複合電解質膜を用
いて実施例1と同様にして製造した二次電池の特性を表
1に示す。
Table 1 shows the thickness of the polymer composite electrolyte membrane, the tensile strength, the ionic conductivity, and the characteristics of the secondary battery manufactured using this polymer composite electrolyte membrane in the same manner as in Example 1.

【0081】(実施例8)実施例2で得られた板状の高
分子濃厚部を有する高分子と1Mのホウフッ化リチウム
を含むベンゾニトリル溶液からなる複合膜を電解質とす
る二次電池を作製した。まず、実施例1と同様にして正
極層を作製し、さらに正極層に高分子複合電解質膜を積
層した。この積層膜に正極層と同じ面積の金属リチウム
箔を積層し、負極層とした。その後、正極のアルミ箔と
同じ面積のステンレス箔を集電体として負極層の上に載
せた。その後、実施例1と同様にして二次電池を完成し
た。
(Example 8) A secondary battery having an electrolyte made of a composite membrane comprising a polymer having a plate-shaped polymer-rich portion obtained in Example 2 and a benzonitrile solution containing 1M lithium borofluoride was prepared. did. First, a positive electrode layer was prepared in the same manner as in Example 1, and a polymer composite electrolyte membrane was further laminated on the positive electrode layer. A metal lithium foil having the same area as the positive electrode layer was laminated on this laminated film to form a negative electrode layer. Thereafter, a stainless steel foil having the same area as the aluminum foil of the positive electrode was placed on the negative electrode layer as a current collector. Thereafter, a secondary battery was completed in the same manner as in Example 1.

【0082】この二次電池の特性を表1に示す。Table 1 shows the characteristics of this secondary battery.

【0083】[0083]

【表1】 表中、充放電100回後の容量は、実施例1と同様にして
測定したもので、○はほとんど変化がないことを示す。
[Table 1] In the table, the capacity after 100 charge / discharge cycles was measured in the same manner as in Example 1, and ○ indicates that there was almost no change.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明によれば、高イオン伝導性と良好
な力学的強度の両方を同時に満足する高分子複合電解質
膜を提供することができる。従って、これを用いた二次
電池は、信頼性が高く、出力の高い優れた性能を示す。
According to the present invention, it is possible to provide a polymer composite electrolyte membrane which simultaneously satisfies both high ionic conductivity and good mechanical strength. Therefore, a secondary battery using this has high reliability and high performance with high output.

【0085】また、本発明によれば、このような高分子
複合電解質膜、および二次電池を簡便に製造することが
できる。
Further, according to the present invention, such a polymer composite electrolyte membrane and a secondary battery can be easily manufactured.

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

【図1】本発明の高分子複合電解質膜の1例を示す図で
ある。(a)断面図(b)平面図
FIG. 1 is a diagram showing one example of a polymer composite electrolyte membrane of the present invention. (A) sectional view (b) plan view

【図2】本発明の二次電池の構成の1例を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one example of a configuration of a secondary battery of the present invention.

【図3】2方向からのレーザーによる干渉を利用した高
分子複合電解質膜の製造方法を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a polymer composite electrolyte membrane using interference by lasers from two directions.

【図4】90゜の2方向からのレーザーによる干渉を利
用した高分子複合電解質膜の製造方法を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a polymer composite electrolyte membrane utilizing interference by laser beams from two directions at 90 °.

【図5】120゜の2方向からのレーザーによる干渉を
利用した高分子複合電解質膜の製造方法を示す断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a polymer composite electrolyte membrane utilizing interference by lasers from two directions at 120 °.

【図6】150゜の2方向からのレーザーによる干渉を
利用した高分子複合電解質膜の製造方法を示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for producing a polymer composite electrolyte membrane utilizing interference by lasers from two directions at 150 °.

【図7】本発明の高分子複合電解質膜の1例を示す図で
ある。 (a)断面図 (b)平面図
FIG. 7 is a view showing one example of a polymer composite electrolyte membrane of the present invention. (A) Cross-sectional view (b) Plan view

【図8】本発明の高分子複合電解質膜の1例を示す断面
図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one example of the polymer composite electrolyte membrane of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高分子複合膜 2 高分子濃厚部 3 高分子希薄部 4 正極活物質 5 負極活物質 6 正極集電体 7 負極集電体 8 封止剤 11 第1のレーザー光 12 第2のレーザー光 13 干渉稿 REFERENCE SIGNS LIST 1 polymer composite film 2 polymer rich portion 3 polymer dilute portion 4 positive electrode active material 5 negative electrode active material 6 positive electrode current collector 7 negative electrode current collector 8 sealant 11 first laser beam 12 second laser beam 13 Interference draft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 公輔 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 坂内 裕 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−223877(JP,A) 特開 平8−255614(JP,A) 特開 平8−295711(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 C08L 1/00 - 101/14 H01B 1/06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kosuke Amano 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation (72) Inventor Hiroshi Sakauchi 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC (56) References JP-A-6-223877 (JP, A) JP-A-8-255614 (JP, A) JP-A-8-295711 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 C08L 1/00-101/14 H01B 1/06

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光硬化性樹脂を硬化させた高分子とイオ
ン伝導性物質とからなる高分子複合電解質膜であって、
膜中に高分子濃度の高い部分と低い部分が存在し、高分
子濃度が位置によって連続的かつ周期的に変化している
ことを特徴とする高分子複合電解質膜。
1. A polymer composite electrolyte membrane comprising a polymer obtained by curing a photocurable resin and an ion conductive material,
A polymer composite electrolyte membrane, wherein a high polymer concentration portion and a low polymer concentration portion exist in the membrane, and the polymer concentration changes continuously and periodically depending on the position.
【請求項2】 高分子の濃度の高い部分が膜中に板状に
存在することを特徴とする請求項1記載の高分子複合電
解質膜。
2. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein a portion having a high polymer concentration exists in a plate shape in the membrane.
【請求項3】 前記光硬化性樹脂が多官能アクリレート
化合物であることを特徴とする請求項1または2記載の
高分子複合電解質膜。
3. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein the photocurable resin is a polyfunctional acrylate compound.
【請求項4】 高分子の濃度変化の周期が2μm以下で
あることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
高分子複合電解質膜。
4. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein the period of the concentration change of the polymer is 2 μm or less.
【請求項5】 光硬化性樹脂とイオン伝導性物質とから
なる混合物に干渉光を照射することを特徴とする請求項
1記載の高分子複合電解質膜の製造方法。
5. The method for producing a polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein a mixture comprising a photocurable resin and an ion conductive material is irradiated with interference light.
【請求項6】 光硬化性樹脂と液状化合物とからなる混
合物に干渉光を照射した後、前記液状化合物をイオン伝
導性物質で置換することを特徴とする請求項1記載の高
分子複合電解質膜の製造方法。
6. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein after irradiating the mixture comprising the photocurable resin and the liquid compound with interference light, the liquid compound is replaced with an ion conductive substance. Manufacturing method.
【請求項7】 前記干渉光が少なくとも2つの方向から
のレーザー光によって形成されることを特徴とする請求
項5または6に記載の高分子複合電解質膜の製造方法。
7. The method for producing a polymer composite electrolyte membrane according to claim 5, wherein the interference light is formed by laser light from at least two directions.
【請求項8】 前記干渉光が、照射膜面の後方からの第
1のレーザー光と、前方からの第2のレーザー光によっ
て形成される請求項7記載の高分子複合電解質膜の製造
方法。
8. The method for producing a polymer composite electrolyte membrane according to claim 7, wherein the interference light is formed by a first laser light from behind the irradiation film surface and a second laser light from the front.
【請求項9】 前記干渉光が、照射膜面の前方からの第
1のレーザー光と、同じく前方からの第2のレーザー光
によって形成され、第1と第2のレーザー光のなす角が
90〜270°であることを特徴とする請求項7記載の
高分子複合電解質膜の製造方法。
9. The interference light is formed by a first laser beam from the front of the irradiation film surface and a second laser beam from the front, and the angle between the first and second laser beams is 90. The method for producing a polymer composite electrolyte membrane according to claim 7, wherein the angle is from -270 °.
【請求項10】 前記光硬化性樹脂が多官能アクリレー
ト化合物であることを特徴とする請求項5〜9のいずれ
かに記載の高分子複合電解質膜の製造方法。
10. The method for producing a polymer composite electrolyte membrane according to claim 5, wherein the photocurable resin is a polyfunctional acrylate compound.
【請求項11】 正極活物質層、電解質層および負極活
物質層を備えた二次電池において前記電解質層として請
求項1〜4のいずれかに記載の高分子複合電解質膜を用
いたことを特徴とする二次電池。
11. A secondary battery comprising a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the polymer composite electrolyte membrane according to claim 1 is used as the electrolyte layer. Secondary battery.
【請求項12】 正極活物質層、電解質層および負極活
物質層を備えた二次電池の製造方法において請求項5〜
10のいずれかに記載の方法により高分子複合電解質膜
を別途製造する工程と、 得られた高分子複合電解質膜を正極活物質層と負極活物
質層で挟む工程とを有する二次電池の製造方法。
12. A method for manufacturing a secondary battery comprising a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer.
10. Production of a secondary battery having a step of separately producing a polymer composite electrolyte membrane by the method according to any one of 10 and a step of sandwiching the obtained polymer composite electrolyte membrane between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer Method.
【請求項13】 正極活物質層、電解質層および負極活
物質層を備えた二次電池の製造方法において正極活物質
層または負極活物質層を形成した後に、この正極活物質
層または負極活物質層の表面に、請求項5〜10のいず
れかに記載の方法により別途製造した高分子複合電解質
膜を重ね合わせ、その後この高分子複合電解質膜の表面
上に対になる負極活物質層または正極活物質層を形成す
ることを特徴とする二次電池の製造方法
13. A method for manufacturing a secondary battery including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer is formed after forming the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. A polymer composite electrolyte membrane separately manufactured by the method according to any one of claims 5 to 10, which is superposed on the surface of the layer, and then a negative electrode active material layer or a cathode which forms a pair on the surface of the polymer composite electrolyte membrane A method for manufacturing a secondary battery, comprising forming an active material layer.
【請求項14】 正極活物質層、電解質層および負極活
物質層を備えた二次電池の製造方法において正極活物質
層または負極活物質層を形成した後に、この正極活物質
層または負極活物質層の表面に、光硬化性樹脂とイオン
伝導性物質とからなる混合物を塗布した後、表面から干
渉光を照射して高分子複合電解質膜を形成し、この高分
子複合電解質膜表面に別途形成した対になる負極活物質
層または正極活物質層を重ね合わせるか、またはこの高
分子複合電解質膜表面上に対になる負極活物質層または
正極活物質層を形成することを特徴とする二次電池の製
造方法
14. A method for manufacturing a secondary battery including a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer is formed after forming the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. After applying a mixture of a photo-curable resin and an ion conductive material to the surface of the layer, the surface is irradiated with interference light to form a polymer composite electrolyte membrane, which is separately formed on the polymer composite electrolyte membrane surface The secondary anode is characterized in that a paired negative electrode active material layer or a positive electrode active material layer is overlapped, or a paired negative electrode active material layer or a positive electrode active material layer is formed on the surface of the polymer composite electrolyte membrane. Battery
Construction method .
【請求項15】 二次電池の正極活物質層と負極活物質
層との間に配置されて用いられることを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載の高分子複合電解質膜。
15. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 1, wherein the polymer composite electrolyte membrane is used between a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer of a secondary battery.
【請求項16】 板状の力学的強度の高い部分とイオン
伝導性の高い部分とを連続的かつ交互に有し、板状の方
向が膜面に対して傾斜していることを特徴とする高分子
複合電解質膜。
16. A plate-shaped portion having high mechanical strength and a portion having high ion conductivity are continuously and alternately provided, and the plate-like direction is inclined with respect to the film surface. Polymer composite electrolyte membrane.
【請求項17】 前記板状の力学的強度の高い部分と、
前記イオン伝導性の高い部分とが周期的に配列されてい
ることを特徴とする請求項16記載の高分子複合電解質
膜。
17. The plate-shaped portion having high mechanical strength,
17. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 16, wherein the portions having high ion conductivity are periodically arranged.
【請求項18】 前記高分子複合電解質膜は、光硬化性
樹脂を硬化させた高分子とイオン伝導性物質とを含み、
前記板状の力学的強度の高い部分では高分子濃度が高
く、前記イオン伝導性の高い部分では高分子濃度が低い
ことを特徴とする請求項16または17記載の高分子複
合電解質膜。
18. The polymer composite electrolyte membrane contains a polymer obtained by curing a photocurable resin and an ion conductive substance,
18. The polymer composite electrolyte membrane according to claim 16, wherein the polymer concentration is high in the plate-like portion having high mechanical strength, and the polymer concentration is low in the portion having high ion conductivity.
【請求項19】 正極活物質層、電解質層および負極活
物質層を備えた二次電池において前記電解質層として請
求項16〜18のいずれかに記載の高分子複合電解質膜
を用いたことを特徴とする二次電池。
19. A secondary battery comprising a positive electrode active material layer, an electrolyte layer, and a negative electrode active material layer, wherein the polymer composite electrolyte membrane according to claim 16 is used as the electrolyte layer. Secondary battery.
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