JP3297034B2 - Secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents
Secondary battery and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル化固体電解質
を利用したポリマー二次電池等の二次電池と、その製造
方法とに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary battery such as a polymer secondary battery using a gelled solid electrolyte, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在エレクトロニクス分野から自動車用
途などに様々な電池が用いられている。これら電池の多
くには液体の電解質が含まれるため、その液漏れを防ぐ
ために強固なシールが必要である。高エネルギー密度が
得られることなどから携帯機器用の駆動電源として広く
利用されているリチウムイオン二次電池においても、液
漏れ防止のために例外なく強固な金属缶を外装缶として
用いているため、軽量化に適しているというメリットを
活かしきれていない。現在のデバイス全般について軽量
化、薄型化は避けられない問題であるが、現状のリチウ
ムイオン二次電池を利用したデバイスでは、デバイス全
体に占める電池重量がますます大きくなってきており、
また、電池の厚さによってデバイスの薄型化に制限が生
じるようになってきている。したがって、リチウムイオ
ン二次電池の将来展開を担う一つの鍵は、その軽量化お
よび薄型化にあるといっても過言ではない。2. Description of the Related Art At present, various batteries are used in the field of electronics from automobiles. Since many of these batteries contain a liquid electrolyte, a strong seal is required to prevent leakage of the liquid electrolyte. Even in lithium-ion secondary batteries, which are widely used as driving power supplies for portable devices due to their high energy density, etc., since a strong metal can is used as the outer can without exception to prevent liquid leakage, The advantage of being suitable for weight reduction cannot be fully utilized. Although it is inevitable to reduce the weight and thickness of current devices in general, devices using current lithium-ion rechargeable batteries are occupying a larger weight in the entire device,
Also, the thickness of the battery has been limiting the thickness of the device. Therefore, it is no exaggeration to say that one key to the future development of the lithium ion secondary battery lies in its light weight and thinness.
【0003】このような状況を踏まえ、リチウムポリマ
ー二次電池が開発されつつある。リチウムポリマー二次
電池では、ポリマーを電解液で膨潤させたゲル化固体電
解質を用いるため、電池内にフリーな液体が存在しな
い。そのため、液漏れの心配がない。また、シート化、
薄型化が可能であること、積層して小型化できること、
形状選択の自由度が高いことなどから、次世代タイプの
電池として注目を集めている。例えば米国特許第5,2
96,318号明細書、同5,418,091号明細書
には、フッ化ビニリデン(VDF)と8〜25重量%の
6フッ化プロピレン(HFP)の共重合体〔P(VDF
−HFP)〕に、リチウム塩が溶解した溶液が20〜7
0重量%含まれているゲル電解質と、これを用いたリチ
ウム・インターカレーション電池が開示されている。[0003] Under such circumstances, lithium polymer secondary batteries are being developed. In a lithium polymer secondary battery, a gelled solid electrolyte obtained by swelling a polymer with an electrolyte solution is used, so that there is no free liquid in the battery. Therefore, there is no fear of liquid leakage. Also, sheeting,
That it can be made thinner, that it can be made smaller by lamination,
Due to its high degree of freedom in shape selection, it is attracting attention as a next-generation battery. For example, US Pat.
Nos. 96,318 and 5,418,091 disclose a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and 8 to 25% by weight of propylene hexafluoride (HFP) [P (VDF
-HFP)], the solution in which the lithium salt is dissolved is 20 to 7
A gel electrolyte containing 0% by weight and a lithium intercalation battery using the same are disclosed.
【0004】ゲル化固体電解質の製造方法としては、以
下に説明する2種の方法が知られている。[0004] As a method for producing a gelled solid electrolyte, the following two methods are known.
【0005】第1の方法は、ポリマーを溶媒に溶解し、
そこに電解液等を混合した後、これを種々の方法で基材
に塗布し、溶媒を揮発させてゲル化固体電解質フィルム
を得るものであり、一般的な方法である。また、ポリマ
ーを電解液に溶解し、これを塗布あるいは押出してゲル
化固体電解質フィルムを得る方法も提案されている。し
かし、電気化学デバイスに用いられる電解液は一般に水
を嫌うため、これらの方法を用いて工業的にゲル化固体
電解質を製造しようとする場合、全工程を露点マイナス
30℃程度のドライな雰囲気に維持する必要がある。そ
のため、多額の設備投資および維持費が必要になってし
まう。[0005] The first method is to dissolve the polymer in a solvent,
After mixing an electrolytic solution or the like therewith, this is applied to a substrate by various methods, and the solvent is volatilized to obtain a gelled solid electrolyte film, which is a general method. Further, a method has been proposed in which a polymer is dissolved in an electrolytic solution and applied or extruded to obtain a gelled solid electrolyte film. However, the electrolytic solution used for the electrochemical device generally dislikes water. Therefore, when industrially producing a gelled solid electrolyte using these methods, the entire process must be performed in a dry atmosphere with a dew point of about minus 30 ° C. Need to be maintained. Therefore, a large amount of capital investment and maintenance costs are required.
【0006】第2の方法は、例えば前記米国特許第5,
418,091号明細書に記載されている。この方法で
は、ポリマー溶液に可塑剤を加え、これを基材に塗布
後、溶媒を揮発させてフィルムを作製し、ここから可塑
剤を抽出して多孔膜とし、可塑剤抽出により形成された
空隙に電解液を含浸させる。この方法を利用して電池を
製造する場合、まず、可塑剤を含有した状態の多孔膜を
挟んで正極および負極を積層し、さらに集電体を積層し
て熱圧着することにより積層体を作製する。次いで、可
塑剤の抽出および電解液の含浸を行い、多孔膜をゲル化
する。この方法では、電解液の含浸工程の前までは通常
の環境下で作業できることから、設備投資および維持費
が大幅に低減できる。また、塗布・乾燥後、あるいは可
塑剤抽出後の多孔膜をフィルム状態でストックできるた
め、多孔膜の在庫管理が容易となる。しかし、この方法
では、多孔膜が上記積層体中に挟まれた状態で電解液を
含浸させることになるため、積層体の最外層となる集電
体として、電解液が透過可能なエキスパンドメタルを使
用する必要がある。エキスパンドメタルとは、金属板に
多数の孔を形成したものであり、薄いと外力により変形
しやすいため、電池に使用するためにはある程度の厚さ
が必要である。そのため、エキスパンドメタルを使用し
たリチウムポリマー二次電池では、外装缶の重量を除く
と、液体電解質を使用するリチウム二次電池よりも重く
なってしまうという問題が生じる。また、エキスパンド
メタルを電極に直接接触させる構成とすると、両者の間
で均一な電気的接触がとれないため、例えば米国特許第
5,554,459号明細書に示されるように、樹脂中
に導電剤を分散させた導電塗料をエキスパンドメタルに
塗布しておく必要がある。さらに、エキスパンドメタル
を使用すると、熱圧着時に圧力分布に不均一さを生じ、
また、ゲル化固体電解質の強度が低いため、熱圧着によ
って内部短絡が多く発生し、量産化への障害となってい
た。A second method is disclosed in, for example, the aforementioned US Pat.
No. 418,091. In this method, a plasticizer is added to a polymer solution, applied to a substrate, and then the solvent is volatilized to produce a film, from which a plasticizer is extracted to form a porous film, and a void formed by plasticizer extraction. Is impregnated with an electrolytic solution. When a battery is manufactured using this method, first, a positive electrode and a negative electrode are stacked with a porous film containing a plasticizer interposed therebetween, and a current collector is further stacked and thermocompression-bonded to form a stacked body. I do. Next, extraction of the plasticizer and impregnation of the electrolytic solution are performed to gel the porous membrane. According to this method, it is possible to work under a normal environment before the electrolyte impregnation step, so that the capital investment and the maintenance cost can be greatly reduced. Further, since the porous membrane after coating and drying or after extracting the plasticizer can be stocked in a film state, inventory management of the porous membrane becomes easy. However, in this method, since the electrolytic solution is impregnated in a state where the porous film is sandwiched in the laminate, an expanded metal through which the electrolytic solution can pass is used as the current collector serving as the outermost layer of the laminate. Must be used. The expanded metal is formed by forming a large number of holes in a metal plate. If the metal is thin, it is easily deformed by an external force. Therefore, the expanded metal needs to have a certain thickness for use in a battery. For this reason, in the lithium polymer secondary battery using the expanded metal, there is a problem that, excluding the weight of the outer can, the lithium polymer secondary battery becomes heavier than the lithium secondary battery using the liquid electrolyte. If the expanded metal is brought into direct contact with the electrode, uniform electrical contact between the two cannot be obtained. For example, as shown in US Pat. No. 5,554,459, conductive It is necessary to apply a conductive paint in which an agent is dispersed to the expanded metal in advance. In addition, the use of expanded metal causes uneven pressure distribution during thermocompression bonding,
Further, since the strength of the gelled solid electrolyte is low, many internal short circuits occur due to thermocompression bonding, which is an obstacle to mass production.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のリチウムポリマー二次電池の製造方法には、様々な問
題がある。これらの問題が、ポリマー二次電池が提案さ
れて久しいにもかかわらず実用化できない大きな理由の
一つとなっている。したがって、リチウムポリマー二次
電池の工業的な利用においては、材料面での諸問題もさ
ることながら合理的な製造方法を確立することが重要な
課題である。As described above, the conventional method for manufacturing a lithium polymer secondary battery has various problems. These problems are one of the major reasons why polymer secondary batteries have been proposed but have not been practically used for a long time. Therefore, in the industrial use of lithium polymer secondary batteries, it is important to establish a rational manufacturing method in addition to various materials problems.
【0008】本発明はこのような事情からなされたもの
であり、薄くかつ軽量なポリマー二次電池等の二次電池
を、低コストで容易に製造できる方法と、この方法によ
り製造された二次電池とを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for easily manufacturing a thin and lightweight secondary battery such as a polymer secondary battery at low cost and a secondary battery manufactured by this method have been proposed. It is intended to provide a battery.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記(1)
〜(7)の本発明により達成される。 (1) 正極、負極および多孔膜を準備し、多孔膜に対
し正極および負極をそれぞれ位置決めすると共に、正極
の一部および負極の一部をそれぞれ多孔膜に固定した
後、正極、負極および多孔膜を電解液に浸漬し、次い
で、多孔膜に対し正極および負極を圧着して一体化する
工程を有する二次電池の製造方法。 (2) 多孔膜がポリマーを含有し、このポリマーの少
なくとも一部が、電解液への浸漬によりゲル化して固体
電解質となるものである上記(1)の二次電池の製造方
法。 (3) 正極および負極が、電極活物質を結着するため
のバインダとしてポリマーを含有し、このポリマーの少
なくとも一部が、電解液への浸漬によりゲル化するもの
である上記(1)または(2)の二次電池の製造方法。 (4) 正極および負極が、バインダとしてポリフッ化
ビニリデンを含む上記(1)〜(3)のいずれかの二次
電池の製造方法。 (5) 多孔膜に正極の一部および負極の一部を固定す
る際に、ホットメルト接着剤を利用する上記(1)〜
(4)のいずれかの二次電池の製造方法。 (6) 正極および負極が、金属箔からなる集電体と一
体化されている上記(1)〜(5)のいずれかの二次電
池の製造方法。 (7) リチウムイオン二次電池の製造に用いられる上
記(1)〜(6)のいずれかの二次電池の製造方法。The above object is achieved by the following (1).
This is achieved by the present invention according to (7). (1) A positive electrode, a negative electrode, and a porous film are prepared. The positive electrode and the negative electrode are positioned with respect to the porous film, and a part of the positive electrode and a part of the negative electrode are fixed to the porous film. A method for producing a secondary battery, comprising the steps of: immersing a positive electrode and a negative electrode in an electrolytic solution; (2) The method for producing a secondary battery according to (1), wherein the porous film contains a polymer, and at least a part of the polymer is gelled by immersion in an electrolytic solution to become a solid electrolyte. (3) The above (1) or (1), wherein the positive electrode and the negative electrode contain a polymer as a binder for binding the electrode active material, and at least a part of the polymer is gelled by immersion in an electrolytic solution. 2) The method for manufacturing a secondary battery. (4) The method for producing a secondary battery according to any one of (1) to (3), wherein the positive electrode and the negative electrode contain polyvinylidene fluoride as a binder. (5) When fixing a part of the positive electrode and a part of the negative electrode to the porous film, the above (1) to (1) to which a hot melt adhesive is used.
(4) The method for manufacturing a secondary battery according to any of (4). (6) The method for manufacturing a secondary battery according to any one of (1) to (5), wherein the positive electrode and the negative electrode are integrated with a current collector made of a metal foil. (7) The method for producing a secondary battery according to any one of the above (1) to (6), which is used for producing a lithium ion secondary battery.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明者らは、ポリマー二次電池
の軽量化および薄型化と、集電体への導電塗料塗布工程
を省くこととを目的として、集電体として金属箔を利用
する実験を行った。この実験では、ポリマー含有多孔膜
と、金属箔集電体上に形成され、ポリマーを含有する正
負極とを、熱圧着により一体化した後、電解液の含浸を
行った。その結果、ポリマーを十分にゲル化することが
できなかった。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have utilized metal foil as a current collector for the purpose of reducing the weight and thickness of a polymer secondary battery and eliminating the step of applying a conductive paint to the current collector. An experiment was performed. In this experiment, the polymer-containing porous membrane and the polymer-containing positive and negative electrodes formed on the metal foil current collector were integrated by thermocompression bonding, and then impregnated with an electrolytic solution. As a result, the polymer could not be sufficiently gelled.
【0011】この結果から、金属箔集電体を使用する場
合には電解液の含浸を熱圧着前に行う必要があることが
わかった。ポリマーを使用した多孔膜と正極と負極とを
熱圧着するためには、これらに可塑剤を含有させておく
ことが必要であるが、前記米国特許第5,418,09
1号に記載された方法のように、熱圧着後に抽出するこ
とが必要な可塑剤を用いると、電解液の含浸を可塑剤抽
出後、すなわち熱圧着後に行う必要が生じる。したがっ
て、電解液を可塑剤として用い、あらかじめ電解液を含
浸させてポリマーをゲル化した後に熱圧着を行った。具
体的には、金属箔集電体およびこれに塗布した電極と、
電解液含浸前のシート状多孔膜とを、所定の寸法にそれ
ぞれ打ち抜いた後、それぞれに電解液を含浸させ、次い
で、積層して熱圧着することにより、良好な特性のポリ
マー二次電池が得られることがわかった。From these results, it has been found that when a metal foil current collector is used, it is necessary to impregnate the electrolytic solution before thermocompression bonding. In order to thermocompression-bond a porous membrane using a polymer, a positive electrode and a negative electrode, it is necessary to add a plasticizer to them, but as described in the above-mentioned US Pat. No. 5,418,09.
When a plasticizer that needs to be extracted after thermocompression bonding is used as in the method described in No. 1, it is necessary to perform the impregnation of the electrolytic solution after plasticizer extraction, that is, after thermocompression bonding. Therefore, thermocompression bonding was performed after the polymer was gelled by previously impregnating the electrolytic solution with the electrolytic solution as a plasticizer. Specifically, a metal foil current collector and an electrode applied thereto,
The sheet-like porous membrane before the impregnation with the electrolyte is punched out to a predetermined size, then each is impregnated with the electrolyte, and then laminated and thermocompression-bonded to obtain a polymer secondary battery having good characteristics. I knew it could be done.
【0012】しかし、セパレータとして使用する多孔膜
と電極とを、それぞれ個別に電解液に含浸させてゲル化
した場合、これらを積層する際の位置合わせが困難とな
り、また、ゲル化したことにより強度の低下した多孔膜
の取り扱いが非常に困難となって、量産が実質的に不可
能であった。ここで、正負極を積層する際に正確な位置
決めが必要である理由について説明する。リチウムイオ
ン二次電池では、通常、正極よりも負極を大きくし、積
層方向からみたときに正極が負極により完全に覆われた
状態となるように積層する。これは、正極に対向して負
極が存在しないと、正極から放出されたリチウムイオン
が負極中に取り込まれずに析出してしまい、その結果、
電池容量が減少してしまうからである。したがって、正
極に対し負極が正確に向き合うように、両極の位置関係
を正確に決定する必要がある。However, when the porous membrane and the electrode used as a separator are individually impregnated with an electrolytic solution and then gelled, it is difficult to align them when laminating them, and the gelling results in strength. It became very difficult to handle the porous membrane having a reduced amount, and mass production was practically impossible. Here, the reason why accurate positioning is required when laminating the positive and negative electrodes will be described. In a lithium ion secondary battery, a negative electrode is usually made larger than a positive electrode, and stacked so that the positive electrode is completely covered by the negative electrode when viewed from the stacking direction. This is because if the negative electrode does not exist facing the positive electrode, the lithium ions released from the positive electrode are deposited without being taken into the negative electrode, and as a result,
This is because the battery capacity decreases. Therefore, it is necessary to accurately determine the positional relationship between the two electrodes so that the negative electrode faces the positive electrode accurately.
【0013】上記実験結果に基づいて、本発明では図1
に示す工程に従い、電解液を含浸させる前に、図2に示
すように、多孔膜2に対し正極3および負極4をそれぞ
れ位置決めすると共に、正極3の一部および負極4の一
部をそれぞれ多孔膜2に固定する。この固定は、仮止め
であり、例えば正極および負極のそれぞれ中央部だけを
多孔膜に接着剤5等により固定するため、固定後に正極
3および負極4のそれぞれと多孔膜2との間から電解液
が容易に侵入できる。したがって、仮止め後、熱圧着前
に電解液を含浸させることができる。そのため、正極3
用の集電体31および負極4用の集電体41として金属
箔を使用することが可能となるので、電池の軽量化およ
び薄型化が実現できる。また、金属箔集電体の使用によ
り、集電体に導電塗料を塗布する必要がなくなるので工
程が簡素化できる。また、金属箔集電体の使用により、
熱圧着時の圧力分布の不均一さが生じにくくなるので、
内部短絡の発生を抑えることができる。さらに、電解液
の含浸により強度の低下した多孔膜を、単独で取り扱う
必要もなくなる。According to the present invention, based on the above experimental results, FIG.
Before the impregnation with the electrolytic solution, the positive electrode 3 and the negative electrode 4 are positioned with respect to the porous film 2 and a part of the positive electrode 3 and a part of the It is fixed to the membrane 2. This fixation is a temporary fixation. For example, since only the center of each of the positive electrode and the negative electrode is fixed to the porous film with the adhesive 5 or the like, the electrolytic solution is fixed between each of the positive electrode 3 and the negative electrode 4 and the porous film 2 after the fixation. Can easily penetrate. Therefore, after the temporary fixing and before the thermocompression bonding, the electrolyte can be impregnated. Therefore, the positive electrode 3
Since it is possible to use metal foil as the current collector 31 for the battery and the current collector 41 for the negative electrode 4, the weight and thickness of the battery can be reduced. In addition, the use of the metal foil current collector eliminates the need to apply a conductive paint to the current collector, thereby simplifying the process. Also, by using a metal foil current collector,
Non-uniformity of pressure distribution during thermocompression bonding is less likely to occur.
The occurrence of an internal short circuit can be suppressed. Further, it is not necessary to handle the porous membrane whose strength has been reduced by the impregnation with the electrolytic solution alone.
【0014】仮止めを接着剤により行う場合、接着剤が
リチウムイオンの拡散を阻害するおそれがあり、また、
電解液の侵入を阻害するので、接着剤塗布箇所はできる
だけ少ないことが好ましく、また、接着剤塗布面積はで
きるだけ狭いことが好ましい。具体的には、接着剤は、
多孔膜や電極の塗布対象面の中央の1点だけとすること
が好ましい。また、塗布対象面全体に対する接着剤塗布
面積の比率は、位置ずれを生じない程度の接着強度が得
られるように、接着剤の種類や塗布対象面全体の面積な
どに応じて適宜決定すればよいが、通常、0.001〜
1面積%の範囲から選択すればよい。When the temporary fixing is performed with an adhesive, the adhesive may hinder the diffusion of lithium ions.
Since the penetration of the electrolytic solution is hindered, it is preferable that the number of places where the adhesive is applied is as small as possible, and the area where the adhesive is applied is as small as possible. Specifically, the adhesive is
Preferably, only one point at the center of the surface to be coated with the porous film or the electrode is provided. Further, the ratio of the adhesive application area to the entire application target surface may be appropriately determined according to the type of the adhesive, the area of the entire application target surface, and the like so as to obtain an adhesive strength that does not cause displacement. But usually 0.001 to
What is necessary is just to select from the range of 1 area%.
【0015】仮止めに用いる接着剤は、ホットメルト接
着剤であることが好ましい。ホットメルト接着剤として
は、電極と多孔膜とを接着することが可能であって、か
つ、電極や多孔膜の構成成分であるポリマーに比べ融点
の低いものであれば、特に制限なく用いることができ
る。このようなホットメルト接着剤としては、例えばエ
チレン−メタアクリル酸共重合体を用いることができ
る。The adhesive used for the temporary fixing is preferably a hot melt adhesive. The hot-melt adhesive can be used without any particular limitation as long as it is capable of adhering the electrode and the porous membrane and has a lower melting point than the polymer which is a component of the electrode and the porous membrane. it can. As such a hot melt adhesive, for example, an ethylene-methacrylic acid copolymer can be used.
【0016】なお、本発明では、接着剤以外の手段で仮
止めを行ってもよい。例えば、多孔膜と正極および負極
とを位置決めして重ねた後、中央付近をピン、ネジ、ボ
ルト等の固定手段により穿刺することによっても、多孔
膜と電極とを仮止めすることが可能である。上記固定手
段は、熱圧着後に除去してもよいが、電池としての特性
に悪影響を与えなければ、残しておいてもよい。In the present invention, the temporary fixing may be performed by means other than the adhesive. For example, after the porous film and the positive electrode and the negative electrode are positioned and stacked, the porous film and the electrode can be temporarily fixed by puncturing the vicinity of the center with a fixing means such as a pin, a screw, or a bolt. . The fixing means may be removed after thermocompression bonding, but may be left as long as it does not adversely affect the characteristics of the battery.
【0017】また、本発明において、固体電解質とした
多孔膜と正極と負極との一体化は、上記したように熱圧
着により行うことが好ましいが、加熱せずに圧着して一
体化してもよい。In the present invention, the integration of the porous membrane, which is a solid electrolyte, and the positive electrode and the negative electrode is preferably performed by thermocompression as described above, but may be performed by compression without heating. .
【0018】本発明において使用する多孔膜は特に限定
されず、また、その製造方法も特に限定されない。「微
多孔性ポリマーとその応用展開」(東レ リサーチセン
ター、1997年1月1日発行)に記載されている製造
方法をはじめ、各種製造方法により得られた多孔膜が使
用可能である。The porous membrane used in the present invention is not particularly limited, and its production method is not particularly limited. Porous membranes obtained by various production methods including the production method described in “Microporous Polymer and Its Application Development” (Toray Research Center, issued on January 1, 1997) can be used.
【0019】例えば、前記米国特許第5,418,09
1号明細書に記載されているように、可塑剤を含むポリ
マーを用いてポリマー中に空孔を形成し、これを抽出し
てから電解液を含浸させる構成としてもよい。この場
合、可塑剤の抽出は多孔膜と電極とを仮止めする前に行
うことが好ましい。For example, US Pat. No. 5,418,09 mentioned above.
As described in the specification of Japanese Patent Publication No. 1, a structure may be used in which pores are formed in a polymer using a polymer containing a plasticizer, the pores are extracted, and then the electrolyte is impregnated. In this case, the extraction of the plasticizer is preferably performed before the porous membrane and the electrode are temporarily fixed.
【0020】また、例えば、多孔膜を構成するポリマー
として、ポリマー粒子と、これを結着するポリマーバイ
ンダとを含むものを用いれば、可塑剤を使用しなくても
ポリマーバインダ中に電解液を十分に含ませることがで
きるので、製造工程が簡素となる上に十分に高いイオン
伝導度が得られる。この場合、ポリマー粒子にはポリフ
ッ化ビニリデン(以下、PVDF)を用いることが好ま
しく、ポリマーバインダにはフッ化ビニリデン単位を含
有する共重合体を用いることが好ましい。Further, for example, when a polymer comprising a polymer particle and a polymer binder binding the polymer particle is used as the polymer constituting the porous membrane, the electrolyte solution can be sufficiently contained in the polymer binder without using a plasticizer. Simplifies the manufacturing process and provides a sufficiently high ionic conductivity. In this case, it is preferable to use polyvinylidene fluoride (hereinafter, PVDF) for the polymer particles, and it is preferable to use a copolymer containing vinylidene fluoride units for the polymer binder.
【0021】従来のゲル化固体電解質は、前述したよう
に可塑剤により高分子に多数の空孔を生成させ、電解液
を含浸させてゲル化したものであり、空孔中の電解液と
高分子に吸収された電解液との両方がイオン伝導に寄与
している。一方、本発明において好ましく用いられるポ
リマー粒子を含むゲル化固体電解質では、従来とは異な
り、ポリマーバインダによって結着されたポリマー粒子
によって空孔が3次元的に形成されており、この空孔中
に電解液が保持されてゲル化固体電解質が形成されてい
る。この場合の空孔は、通常、従来のゲル化固体電解質
よりも空孔径が大きくなる。ポリマー粒子およびポリマ
ーバインダは、電解液によって膨潤するものであっても
膨潤しないものであってもよい。ポリマー粒子により空
孔を形成したゲル化固体電解質は、可塑剤を用いて空孔
を形成したPVDF系コポリマーからなる従来のゲル化
固体電解質と同等の十分な保液性をもつので、従来と同
等のイオン伝導度が得られる。その上、特にレート特性
に優れ、放電電流を大きくしても放電容量の低下が少な
いので、上記従来のゲル化固体電解質と同等以上の放電
率をもつ電池が実現する。As described above, the conventional gelled solid electrolyte is formed by forming a large number of pores in a polymer with a plasticizer and impregnating the electrolyte with the polymer to form a gel. Both the electrolyte solution absorbed by the molecules contributes to ionic conduction. On the other hand, in the gelled solid electrolyte containing the polymer particles preferably used in the present invention, unlike the conventional case, the pores are three-dimensionally formed by the polymer particles bound by the polymer binder, and the pores are formed in the pores. The electrolyte is held to form a gelled solid electrolyte. The pores in this case usually have a larger pore diameter than the conventional gelled solid electrolyte. The polymer particles and the polymer binder may or may not swell with the electrolytic solution. The gelled solid electrolyte in which pores are formed by polymer particles has the same sufficient liquid retention as a conventional gelled solid electrolyte consisting of a PVDF-based copolymer in which pores are formed using a plasticizer. Is obtained. In addition, since the battery has particularly excellent rate characteristics and a small decrease in discharge capacity even when the discharge current is increased, a battery having a discharge rate equal to or higher than that of the conventional gelled solid electrolyte is realized.
【0022】また、ポリマー粒子を利用したゲル化固体
電解質は、上記従来のゲル化固体電解質に比べ強度が高
いため、より薄いシート状とすることが可能であり、例
えば、厚さを60μm以下、さらには40μm以下とで
き、15μm以下にすることもできる。また、外力によ
り変形しにくいので、正極と負極とが短絡しにくい。ま
た、引っ張り強度、曲げ強度がともに高いので、量産の
際に有利である。つまり、通常、ポリマーが溶解・分散
したスラリーを基体(キャリヤフィルム)に塗布し、溶
媒を蒸発させてポリマーフィルムを作製するが、ポリマ
ー粒子を含むポリマーフィルムは引っ張っても伸びにく
く、また、曲げても折れにくいので、製造途中でキャリ
ヤフィルムから剥離してロール状に巻くこともできる。The gelled solid electrolyte using polymer particles has a higher strength than the above-mentioned conventional gelled solid electrolyte, and therefore can be formed into a thinner sheet. For example, the thickness is 60 μm or less. Furthermore, it can be set to 40 μm or less, and can be set to 15 μm or less. Further, since the positive electrode and the negative electrode are not easily deformed by an external force, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode is difficult. Further, since both tensile strength and bending strength are high, it is advantageous in mass production. In other words, usually, a slurry in which a polymer is dissolved and dispersed is applied to a substrate (carrier film), and a solvent is evaporated to produce a polymer film. However, a polymer film containing polymer particles is hardly stretched even when pulled, and is bent. Since it is hard to break, it can be peeled off from the carrier film during production and wound into a roll.
【0023】しかも、無機粒子ではなくポリマー粒子を
含有させることにより多孔膜化しているので、無機粒子
を含有させた場合に比べ、より軽量化が可能である。Further, since the porous film is formed by containing polymer particles instead of inorganic particles, the weight can be further reduced as compared with the case where inorganic particles are contained.
【0024】また、ポリマー粒子を含むゲル化固体電解
質では、耐熱性、耐薬品性に劣るPVDF系コポリマー
はバインダに使用するだけであり、従来のゲル化固体電
解質と比べて使用量が非常に少ないので、高温(85℃
程度まで)での保存特性が高く、容量劣化が非常に小さ
く、内部ショートが発生することも少ない。しかも、高
温での充放電特性にも優れている。In a gelled solid electrolyte containing polymer particles, a PVDF copolymer having poor heat resistance and chemical resistance is used only as a binder, and the amount used is very small as compared with a conventional gelled solid electrolyte. Because of high temperature (85 ℃
), The storage capacity is very small, and the occurrence of internal short circuit is small. Moreover, it has excellent charge / discharge characteristics at high temperatures.
【0025】なお、前記米国特許第5,418,091
号明細書では、多孔膜化により電解液の含浸率を向上さ
せるために、高分子固体電解質にアルミナやシリカから
なるフィラーを20重量%混合しているが、それでも可
塑剤が入っているために、ポリマー粒子含有固体電解質
に比べ強度が低い。そのため、薄膜化できず、また、短
絡が発生しやすい。また、強度向上に無機フィラーを利
用するため、重いという問題もある。また、同明細書に
記載された可塑剤の抽出方法は、生産性、量産性の点で
大きなデメリットがある。The above US Pat. No. 5,418,091
In the specification, 20% by weight of a filler made of alumina or silica is mixed with a polymer solid electrolyte in order to improve the impregnation rate of an electrolytic solution by forming a porous film. And lower strength than the solid electrolyte containing polymer particles. Therefore, the film cannot be thinned, and a short circuit is likely to occur. In addition, since an inorganic filler is used for improving strength, there is also a problem that the weight is heavy. Further, the method for extracting a plasticizer described in the same specification has significant disadvantages in terms of productivity and mass productivity.
【0026】ところで、DBP等の空孔形成用可塑剤を
利用する場合には、可塑剤抽出により形成された空孔に
電解液が侵入して保持されるため、可塑剤抽出前と電解
液含浸後とで、ポリマーの体積はあまり変化しない。こ
れに対し、空孔形成用可塑剤を利用しない場合、電解液
含浸によりポリマーは比較的大きく膨潤する。一方、金
属箔集電体は電解液に浸漬しても膨潤しない。このた
め、活物質を結着するためのバインダとしてポリマーを
利用し、かつ空孔形成用可塑剤を使用しない電極では、
金属箔集電体の一方だけに電極が形成されている場合
に、反りが発生してしまう。この反りを軽減するために
は、少なくとも、金属箔の一方の面にだけ形成された片
面塗布タイプの電極において、バインダとして、電解液
によって膨潤しにくいPVDF(ホモポリマー)を用い
ることが好ましい。When a plasticizer for forming pores such as DBP is used, the electrolyte solution enters and is retained in the pores formed by the extraction of the plasticizer. After that, the volume of the polymer does not change much. On the other hand, when the plasticizer for forming pores is not used, the polymer swells relatively largely due to the impregnation with the electrolytic solution. On the other hand, the metal foil current collector does not swell even when immersed in the electrolytic solution. For this reason, in an electrode using a polymer as a binder for binding the active material and using no plasticizer for forming pores,
When an electrode is formed on only one of the metal foil current collectors, warpage occurs. In order to reduce the warpage, it is preferable to use PVDF (homopolymer) which is hardly swelled by the electrolytic solution as a binder in at least a single-sided electrode formed on only one surface of the metal foil.
【0027】本発明は、リチウムイオン二次電池の製造
に好適である。The present invention is suitable for manufacturing a lithium ion secondary battery.
【0028】以下、多孔膜、電極および電解液につい
て、さらに詳細に説明する。Hereinafter, the porous membrane, the electrode, and the electrolytic solution will be described in more detail.
【0029】多孔膜 本発明で使用する多孔膜は、従来のポリマー二次電池の
セパレータと同様に、電解液含浸によりゲル化するポリ
マーだけから実質的に構成されていてもよいが、前述し
たように、好ましくはポリマー粒子と、これを結着する
ポリマーバインダとを含有することが好ましい。より詳
細には、ポリマー粒子同士の接点にポリマーバインダが
あり、ポリマー粒子を結着している。ポリマー粒子それ
ぞれの周囲にポリマーバインダがあっても、ポリマー粒
子が凝集していてもかまわない。多孔膜中では、ポリマ
ー粒子が3次元的に多数の空孔を形成し、この中に電解
液が侵入して保持された状態となっている。The porous membrane used in the present invention may be substantially composed of only a polymer which gels by impregnation with an electrolytic solution, similarly to the separator of a conventional polymer secondary battery. And preferably a polymer particle and a polymer binder for binding the polymer particle. More specifically, a polymer binder is provided at a contact point between the polymer particles and binds the polymer particles. The polymer binder may be present around each of the polymer particles, or the polymer particles may be aggregated. In the porous film, the polymer particles three-dimensionally form a large number of pores, into which the electrolyte is invaded and held.
【0030】多孔膜は、以下の手順で作製することが好
ましい。The porous membrane is preferably prepared by the following procedure.
【0031】まず、溶媒に、ポリマー粒子を分散すると
ともにポリマーバインダを溶解する。具体的には、ポリ
マーバインダとポリマー粒子との混合物を溶媒に加え、
または、ポリマーバインダをあらかじめ溶媒に溶解して
溶液としたものにポリマー粒子を添加し、室温あるいは
必要により加熱して、マグネチックスターラー、ホモジ
ナイザー等の撹拌機、ポットミル、ボールミル、ス−パ
ーサンドミル、加圧ニーダー等の分散機を用いて、分散
および溶解する。First, the polymer particles are dispersed and the polymer binder is dissolved in the solvent. Specifically, a mixture of a polymer binder and polymer particles is added to a solvent,
Alternatively, the polymer particles are added to a solution prepared by dissolving a polymer binder in a solvent in advance, and the mixture is heated to room temperature or if necessary, and stirred by a magnetic stirrer, a homogenizer, a pot mill, a ball mill, a super sand mill, Disperse and dissolve using a disperser such as a pressure kneader.
【0032】このとき用いる溶媒は、ポリマー粒子が不
溶でポリマーバインダが可溶な各種溶媒から適宜選択す
ればよく、工業的には高沸点で安全性の高いものが好ま
しい。例えば、N,N−ジメチルホルムアミド(DM
F)、ジメチルアセトアミド、アセトン、メチルエチル
ケトン(MEK)、メチルイソブチルケトンなどを用い
ることが好ましい。溶液中におけるポリマーバインダの
濃度は好ましくは5〜25重量%である。The solvent used at this time may be appropriately selected from various solvents in which the polymer particles are insoluble and the polymer binder is soluble, and those having a high boiling point and high safety are industrially preferable. For example, N, N-dimethylformamide (DM
It is preferable to use F), dimethylacetamide, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone, or the like. The concentration of the polymer binder in the solution is preferably 5 to 25% by weight.
【0033】このとき、ポリマー粒子が不溶でポリマー
バインダが可溶な上記溶媒を第一の溶媒とし、これに、
ポリマー粒子およびポリマーバインダが共に不溶な第二
の溶媒を加えることが好ましい。このような混合溶媒に
おいて、上記第2の溶媒の方が上記第1の溶媒よりも沸
点が高いことが好ましい。沸点をこのような関係とする
ことにより、第1の溶媒が蒸発した後、第2の溶媒が蒸
発することになり、その結果、より高い空孔率が得られ
るので、電解液の保持量が増大して特性が向上する。な
お、両溶媒の沸点の差は、20〜100℃程度であるこ
とが好ましい。At this time, the above-mentioned solvent in which the polymer particles are insoluble and the polymer binder is soluble is used as a first solvent.
It is preferable to add a second solvent in which both the polymer particles and the polymer binder are insoluble. In such a mixed solvent, it is preferable that the second solvent has a higher boiling point than the first solvent. By setting the boiling point in such a relationship, after the first solvent evaporates, the second solvent evaporates. As a result, a higher porosity is obtained, so that the retained amount of the electrolyte is reduced. The characteristics increase due to the increase. The difference between the boiling points of the two solvents is preferably about 20 to 100 ° C.
【0034】第1の溶媒および第2の溶媒の具体例とし
ては、例えば、ポリマー粒子としてPVDF、ポリマー
バインダとしてPVDF系ポリマー、好ましくはフッ化
ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重
合体〔P(VDF−HFP)〕を用いる場合、第1の溶
媒にはアセトン、メチルエチルケトン(MEK)等のケ
トン類が好ましく、第2の溶媒にはトルエン、キシレ
ン、ブタノール、イソプロピルアルコール、ヘキサン等
が好ましい。なお、第1の溶媒と第2の溶媒とは、相溶
性が高いことが好ましい。Specific examples of the first solvent and the second solvent include, for example, PVDF as a polymer particle and a PVDF-based polymer as a polymer binder, preferably a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (HFP) copolymer [P ( VDF-HFP)], ketones such as acetone and methyl ethyl ketone (MEK) are preferred as the first solvent, and toluene, xylene, butanol, isopropyl alcohol, hexane and the like are preferred as the second solvent. Note that the first solvent and the second solvent preferably have high compatibility.
【0035】混合溶媒において、重量比(第1の溶媒:
第2の溶媒)は、好ましくは95:5〜60:40、よ
り好ましくは85:15〜75:25である。第2の溶
媒が少ないと、特性の向上の効果が小さくなってくる。
一方、第2の溶媒が多いと、ポリマーバインダが混合溶
媒に溶解しにくくなる。In the mixed solvent, the weight ratio (first solvent:
The second solvent) is preferably from 95: 5 to 60:40, more preferably from 85:15 to 75:25. When the amount of the second solvent is small, the effect of improving the characteristics is reduced.
On the other hand, when the amount of the second solvent is large, it becomes difficult for the polymer binder to be dissolved in the mixed solvent.
【0036】ポリマー粒子が分散し、ポリマーバインダ
が溶解しているスラリーを得た後、このスラリーをキャ
リヤフィルム上に塗布するか、あるいはキャスティング
等によりフィルム状にする。このとき用いるキャリヤフ
ィルムは、平滑なものであれば特に限定されず、例えば
ポリエステルフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフ
ィルム等の樹脂フィルムや、ガラス板を用いることでき
る。スラリーをキャリヤフィルムに塗布するための手段
は特に限定されず、キャリヤフィルムの材質や形状など
に応じて適宜決定すればよく、例えば、ディップコート
法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレ
ード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等が使用
できる。塗布後、必要に応じて、平板プレス、カレンダ
ーロール等により圧延処理を行う。After obtaining a slurry in which the polymer particles are dispersed and the polymer binder is dissolved, the slurry is applied on a carrier film or formed into a film by casting or the like. The carrier film used at this time is not particularly limited as long as it is smooth, and for example, a resin film such as a polyester film or a polytetrafluoroethylene film, or a glass plate can be used. The means for applying the slurry to the carrier film is not particularly limited, and may be appropriately determined depending on the material and shape of the carrier film, for example, dip coating, spray coating, roll coating, doctor blade, A gravure coating method, a screen printing method and the like can be used. After the application, if necessary, a rolling treatment is performed by a flat plate press, a calender roll, or the like.
【0037】塗布後、スラリー中の溶媒を蒸発させるこ
とにより、ポリマー粒子がポリマーバインダで結着され
たポリマーフィルムを得ることができる。溶媒の蒸発に
は、減圧乾燥、風乾、加熱乾燥等のいずれを利用しても
よい。After the application, the solvent in the slurry is evaporated to obtain a polymer film in which the polymer particles are bound by the polymer binder. Any of vacuum drying, air drying, heat drying, and the like may be used for evaporating the solvent.
【0038】乾燥後、キャリヤフィルムを剥離する。た
だし、多孔質の樹脂フィルムをキャリヤフィルムとして
用い、かつ、このキャリヤフィルムを剥離せずに使用し
てもよい。すなわち、ゲル化可能なポリマーフィルムが
多孔質樹脂フィルムに付着したものも、本発明における
多孔膜として利用できる。この場合の多孔質樹脂フィル
ムとしては、例えば、通常のリチウム二次電池において
セパレータとして用いられているポリオレフィン多孔膜
を用いることができる。After drying, the carrier film is peeled off. However, a porous resin film may be used as the carrier film, and the carrier film may be used without peeling. That is, a gellable polymer film attached to a porous resin film can also be used as the porous film in the present invention. As the porous resin film in this case, for example, a polyolefin porous film used as a separator in a normal lithium secondary battery can be used.
【0039】そして、上記ポリマーフィルムに電解液を
含浸させることにより、ゲル化固体電解質を含む多孔膜
が得られる。Then, by impregnating the polymer film with an electrolytic solution, a porous membrane containing a gelled solid electrolyte is obtained.
【0040】本発明で用いるポリマー粒子は、平均粒径
が0.1〜0.5μm、特に0.1〜0.4μmであるこ
とが好ましい。このような粒子を用いることで、適切な
空孔径と空孔率とが得られるので、電解液を十分に含浸
でき、優れた特性が得られる。平均粒径が小さすぎると
粒子が詰まりすぎてしまうので、電解液の保持が不十分
となりやすい。一方、平均粒径が大きすぎると、ポリマ
ーフィルムの薄膜化に支障をきたす場合がある。ポリマ
ー粒子の粒度分布は狭い方が均一な空孔径が得られるの
で好ましい。The average particle size of the polymer particles used in the present invention is preferably 0.1 to 0.5 μm, particularly preferably 0.1 to 0.4 μm. By using such particles, an appropriate pore diameter and porosity can be obtained, so that the electrolyte can be sufficiently impregnated and excellent characteristics can be obtained. If the average particle size is too small, the particles are clogged too much, and the retention of the electrolyte solution tends to be insufficient. On the other hand, if the average particle size is too large, it may hinder the thinning of the polymer film. The narrower particle size distribution of the polymer particles is preferable because a uniform pore diameter can be obtained.
【0041】ポリマー粒子は、通常、球状であることが
好ましいが、適切な空孔が形成できればその形状は特に
限定されず、回転楕円体状など他の形状であってもよ
い。The polymer particles are usually preferably spherical, but the shape is not particularly limited as long as appropriate pores can be formed, and may be other shapes such as a spheroid.
【0042】ポリマー粒子の構成材料は、製造時に用い
る溶媒に不溶であればよく、そのほかは特に限定されな
いが、耐熱性、耐薬品性に優れたものが好ましい。例え
ば、PVDF、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ラテッ
クス、アクリロニトリル・ブタジエン系ラテックス、ウ
レタン樹脂等を用いることができるが、中でも、PVD
Fホモポリマーが好ましい。これらは、1種を用いても
2種以上を併用してもかまわない。ポリマー粒子構成材
料の重量平均分子量Mwは、材料の強度の点で1.0×
105程度以上、特に3.0×105程度以上であること
が好ましい。なお、Mwの上限は、通常、1.0×10
6程度である。The constituent material of the polymer particles is not particularly limited as long as it is insoluble in the solvent used at the time of production. Other materials are preferable, but those having excellent heat resistance and chemical resistance are preferable. For example, PVDF, phenolic resin, epoxy resin, latex, acrylonitrile-butadiene-based latex, urethane resin and the like can be used.
F homopolymers are preferred. These may be used alone or in combination of two or more. The weight average molecular weight Mw of the polymer particle constituting material is 1.0 × in terms of the strength of the material.
It is preferably about 10 5 or more, especially about 3.0 × 10 5 or more. The upper limit of Mw is usually 1.0 × 10
It is about 6 .
【0043】このようなポリマー粒子は市販されてい
る。PVDF粒子は、例えばエルフ・アトケム社の商品
名「KynarFlex741」、「KynarFlex731」、「KynarFlex7
61」、「FORAFLON1000」、呉羽化学の「KFシリー
ズ」、SOLVAY社の「ソレフ1000シリーズ」、「ソレフ60
00シリーズ」として販売されており、フェノール樹脂粒
子は、例えばユニチカ(株)の「ユニベックス」、住友
ジュレスの「ACSシリーズ」として販売されており、
ラテックス粒子は、例えば日本ゼオンの「Nipol LX51
3」として販売されており、ウレタン樹脂粒子は、例え
ば大日本インキ化学の「パーノックCFB」、積水化成
品「テクポリマーUB」として販売されている。[0043] Such polymer particles are commercially available. PVDF particles are, for example, trade names “KynarFlex741”, “KynarFlex731”, and “KynarFlex7” of Elf Atochem.
61, FORAFLON1000, Kureha Chemical's KF Series, SOLVAY's Solef 1000 Series, Solef 60
Phenol resin particles are sold, for example, as "Unibex" of Unitika Ltd. and "ACS series" of Sumitomo Jules,
Latex particles include, for example, “Nipol LX51” from Zeon Corporation.
3 ", and the urethane resin particles are sold, for example, as" Pernock CFB "of Dainippon Ink and Chemicals, and Sekisui Plastics" Techpolymer UB ".
【0044】ポリマーバインダは、製造時に溶媒に溶解
するものであればよく、そのほかは特に限定されない
が、好ましくはフッ素系ポリマーを用い、より好ましく
はフッ化ビニリデン単位を含有する共重合体を用いる。The polymer binder may be any as long as it can be dissolved in a solvent at the time of production, and is not particularly limited. Preferably, a fluoropolymer is used, and more preferably, a copolymer containing vinylidene fluoride units is used.
【0045】フッ素系ポリマーとしては、例えば、フッ
化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共
重合体〔P(VDF−HFP)〕、フッ化ビニリデン−
塩化3フッ化エチレン(CTFE)共重合体〔P(VD
F−CTFE)〕、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロ
プロピレンフッ素ゴム〔P(VDF−HFP)〕、フッ
化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオ
ロプロピレンフッ素ゴム〔P(VDF−TFE−HF
P)〕、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−
パーフルオロアルキルビニルエーテルフッ素ゴム等が好
ましく挙げられる。フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロ
プロピレンフッ素ゴム、フッ化ビニリデン−テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴムの
組成域は、おおよそVDF−HFP二元共重合体でのV
DFが50〜85モル%の組成に、さらにTFEを0〜
35モル%加えた組成域である。フッ化ビニリデン系ポ
リマーとしては、フッ化ビニリデンが50重量%以上、
特に70重量%以上(上限値は97重量%程度である)
であるものが好ましく、特に、フッ化ビニリデンとヘキ
サフルオロプロピレンとの共重合体〔P(VDF−HF
P)〕、フッ化ビニリデンと塩化3フッ化エチレンとの
共重合体〔P(VDF−CTFE)〕、中でも〔P(V
DF−HFP)〕が好ましい。本発明では、膨潤性の高
い高分子を用いても、膨潤性の低い高分子を用いてもよ
いが、膨潤性の低い高分子は溶解性が低いので、取り扱
いが難しく、作業性に劣る。一方、膨潤性の高い高分子
は、電解液を含浸しやすく、また、これを保持しやすい
ので、より優れた特性が得られる。Examples of the fluoropolymer include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (HFP) copolymer [P (VDF-HFP)] and vinylidene fluoride
Trifluoroethylene chloride (CTFE) copolymer [P (VD
F-CTFE)], vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluoro rubber [P (VDF-HFP)], vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluoro rubber [P (VDF-TFE-HF)
P)], vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-
Perfluoroalkyl vinyl ether fluoro rubber is preferably exemplified. The composition range of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluororubber is approximately VDF-HFP binary copolymer.
DF has a composition of 50 to 85 mol%, and TFE has a composition of 0 to 85 mol%.
This is a composition region in which 35 mol% is added. As the vinylidene fluoride polymer, vinylidene fluoride is 50% by weight or more,
Especially 70% by weight or more (the upper limit is about 97% by weight)
Is preferable, and particularly, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene [P (VDF-HF
P)], a copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride [P (VDF-CTFE)], and especially [P (V
DF-HFP)]. In the present invention, a polymer having a high swelling property or a polymer having a low swelling property may be used. However, since the polymer having a low swelling property has low solubility, handling is difficult and workability is poor. On the other hand, a polymer having a high swelling property easily impregnates and retains the electrolytic solution, so that more excellent characteristics can be obtained.
【0046】このようなフッ化ビニリデン系ポリマーは
市販されており、VDF−CTFE共重合体は、例えば
セントラル硝子(株)から商品名「セフラルソフト(G
150,G180)」として、日本ソルベイ(株)から
商品名「ソレフ31508」等として販売されている。
また、VDF−HFP共重合体は、エルフ・アトケム社
から商品名「KynarFlex2750(VDF:HFP=85:15wt%) 」、
「KynarFlex2801(VDF:HFP=90:10wt%) 」、「KynarFlex2
851(VDF:HFP=95:5wt%)」等として、日本ソルベイ(株)
から商品名「ソレフ11008」、「ソレフ1101
0」、「ソレフ21508」、「ソレフ21510」等
として販売されている。Such a vinylidene fluoride-based polymer is commercially available, and a VDF-CTFE copolymer is commercially available from Central Glass Co., Ltd. under the trade name “Sefuralsoft (G
150, G180) "sold by Solvay Japan Limited under the trade name" Solef 31508 ".
In addition, VDF-HFP copolymer is trade name "KynarFlex2750 (VDF: HFP = 85: 15wt%)" from Elf Atochem,
KynarFlex2801 (VDF: HFP = 90: 10wt%), KynarFlex2
851 (VDF: HFP = 95: 5wt%) ”, etc.
From "Solef 11008", "Solef 1101"
0, "Solef 21508", "Solef 21510", and the like.
【0047】ポリマーバインダの重量平均分子量Mw
は、1.0×105〜1.0×106、特に3.0×10
5〜8.0×105であることが好ましい。The weight average molecular weight Mw of the polymer binder
Is 1.0 × 10 5 to 1.0 × 10 6 , especially 3.0 × 10
It is preferably from 5 to 8.0 × 10 5 .
【0048】ポリマー粒子とポリマーバインダとの重量
比(ポリマー粒子:ポリマーバインダ)は、好ましくは
70:30〜98:2、より好ましくは75:25〜9
5:5、さらに好ましくは80:20〜93:7であ
る。ポリマーバインダの比率が高くなると、適切な空孔
および空孔率が得られにくくなり、高特性を得ることが
難しくなる。ポリマーバインダの比率が低くなると、ポ
リマー粒子を十分に結着することが難しくなるので、十
分なシート強度が得られず、シートの薄型化が困難にな
ってくる。The weight ratio between the polymer particles and the polymer binder (polymer particles: polymer binder) is preferably 70:30 to 98: 2, more preferably 75:25 to 9
5: 5, more preferably 80:20 to 93: 7. When the ratio of the polymer binder is high, it is difficult to obtain appropriate porosity and porosity, and it is difficult to obtain high characteristics. When the ratio of the polymer binder is low, it becomes difficult to sufficiently bind the polymer particles, and thus sufficient sheet strength cannot be obtained, and it becomes difficult to reduce the thickness of the sheet.
【0049】本発明では、通常、多孔膜をシート状とす
る。シート状多孔膜の厚さは、電解液を含浸させる前の
状態で、好ましくは5〜100μm、より好ましくは5
〜60μm、さらに好ましくは10〜40μmである。ポ
リマー粒子を含有する多孔膜は強度が高いので、シート
を薄型化できる。すなわち、実用上60μm以下にはで
きなかった従来のゲル化固体電解質と比べ薄膜化が可能
であり、溶液系のリチウムイオン電池において使用され
ているセパレータ(一般に厚さ25μm程度)よりも薄
くできる。そのため、ゲル化固体電解質を用いる場合の
利点の一つである薄型大面積化に関し極めて優れてい
る。In the present invention, the porous membrane is usually in the form of a sheet. The thickness of the sheet-like porous membrane is preferably 5 to 100 μm, more preferably 5 to 100 μm before impregnation with the electrolytic solution.
6060 μm, more preferably 10-40 μm. Since the porous membrane containing polymer particles has high strength, the sheet can be made thin. That is, it can be made thinner than a conventional gelled solid electrolyte which could not be reduced to 60 μm or less in practical use, and can be thinner than a separator (generally, about 25 μm) used in a solution-type lithium ion battery. Therefore, the use of a gelled solid electrolyte is extremely excellent in thinning and increasing the area, which is one of the advantages of using a gelled solid electrolyte.
【0050】多孔膜中の空孔率は、電解液を含浸させる
前の乾燥時において、35%以上であることが好まし
い。空孔率が低すぎると、電解液を十分に保持すること
が困難となり、イオン伝導度やレート特性が低下してく
る。空孔率は、90%以下であることが好ましい。空孔
率が高すぎると、強度が不十分になってくる。なお、空
孔率はアルキメデス法により測定できる。The porosity of the porous film is preferably 35% or more when dried before impregnation with the electrolytic solution. If the porosity is too low, it will be difficult to hold the electrolyte sufficiently, and the ionic conductivity and rate characteristics will decrease. The porosity is preferably 90% or less. If the porosity is too high, the strength will be insufficient. The porosity can be measured by the Archimedes method.
【0051】多孔膜中の平均空孔径は0.005〜0.
5μm、特に0.01〜0.3μmであることが好まし
い。空孔径の平均がこれより大きいと、電流に偏りが見
られ、負極にリチウムデンドライトが発生する可能性が
ある。一方、これより小さいと、リチウムイオンの拡散
に問題が生じる可能性がある。空孔径は、水銀ポロシメ
ータで測定できる。The average pore diameter in the porous membrane is 0.005 to 0.5.
It is preferably 5 μm, particularly preferably 0.01 to 0.3 μm. If the average of the pore diameters is larger than this, the current is biased, and lithium dendrite may be generated on the negative electrode. On the other hand, if it is smaller than this, a problem may occur in diffusion of lithium ions. The pore diameter can be measured with a mercury porosimeter.
【0052】本発明では、上述したようにポリマー粒子
を含有する多孔膜を用いることが好ましいが、従来と同
様にポリマー粒子を含有しない多孔膜を用いてもよい。
この場合、上記したポリマーバインダなどから、電解液
含浸によるゲル化が可能であって、かつ電極と積層して
圧着または熱圧着が可能なものを、適宜選択すればよ
い。なお、この場合、前述したように可塑剤[ジブチル
フタレート(DBP)等]を含有させることにより、多
孔膜中に空孔を形成することが好ましい。In the present invention, it is preferable to use a porous membrane containing polymer particles as described above, but a porous membrane containing no polymer particles may be used as in the prior art.
In this case, from the above-mentioned polymer binders, those which can be gelled by impregnation with an electrolytic solution and which can be laminated with an electrode and subjected to pressure bonding or thermocompression bonding may be appropriately selected. In this case, it is preferable to form pores in the porous film by including a plasticizer [dibutyl phthalate (DBP) or the like] as described above.
【0053】電極 本発明において電極は、公知のものの中から適宜選択し
て使用すればよいが、好ましくは、電極活物質と、これ
を結着するバインダとしてのポリマーとを含有し、必要
により導電助剤を含有するものを用いる。バインダとし
て用いるポリマーとしては、電解液の含浸によりゲル化
固体電解質となるものが好ましい。 Electrodes In the present invention, the electrodes may be appropriately selected from known ones and used. Preferably, the electrodes contain an electrode active material and a polymer as a binder for binding the same, and if necessary, a conductive material. One containing an auxiliary agent is used. The polymer used as the binder is preferably a polymer that becomes a gelled solid electrolyte by impregnation with an electrolytic solution.
【0054】リチウム二次電池とする場合、負極活物質
は、炭素材料、リチウム金属、リチウム合金、酸化物材
料などから適宜選択することが好ましく、正極活物質
は、リチウムイオンがインターカレート・デインターカ
レート可能な酸化物または炭素材料を用いることが好ま
しい。In the case of a lithium secondary battery, it is preferable that the negative electrode active material is appropriately selected from a carbon material, a lithium metal, a lithium alloy, an oxide material, and the like. It is preferable to use an intercalable oxide or carbon material.
【0055】電極活物質として用いる炭素材料は、例え
ば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、天然あ
るいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラッ
ク、炭素繊維などから適宜選択すればよい。The carbon material used as the electrode active material may be appropriately selected from, for example, mesocarbon microbeads (MCMB), natural or artificial graphite, resin fired carbon material, carbon black, carbon fiber and the like.
【0056】リチウムイオンがインターカレート・デイ
ンターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む
複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO2、LiM
n2O 4、LiNiO2、LiV2O4などが挙げられる。
これらの酸化物の粉末の平均粒子径は1〜40μm程度
であることが好ましい。Lithium ion is intercalated day
Intercalatable oxides include lithium
Complex oxides are preferred, for example, LiCoOTwo, LiM
nTwoO Four, LiNiOTwo, LiVTwoOFourAnd the like.
The average particle size of these oxide powders is about 1 to 40 μm
It is preferred that
【0057】電極には、必要により導電助剤が添加され
る。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラ
ック、炭素繊維等の炭素系材料や、ニッケル、アルミニ
ウム、銅、銀等の金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボン
ブラックが好ましい。A conductive assistant is added to the electrode as required. Examples of the conductive auxiliary agent include preferably carbonaceous materials such as graphite, carbon black, and carbon fiber, and metals such as nickel, aluminum, copper, and silver. Particularly, graphite and carbon black are preferable.
【0058】電極組成は、正極では、重量比で、活物
質:導電助剤:ゲル化固体電解質=30〜90:3〜1
0:10〜70の範囲が好ましく、負極では、重量比
で、活物質:導電助剤:ゲル化固体電解質=30〜9
0:0〜10:10〜70の範囲が好ましい。ゲル化固
体電解質として利用するポリマーの種類は特に限定され
ず、例えば多孔膜の説明において挙げた各種ポリマーか
ら適宜選択すればよいが、電極の反りを抑えるために
は、前述したようにPVDF(ホモポリマー)を用いる
ことが好ましい。The electrode composition of the positive electrode was as follows: active material: conductive auxiliary agent: gelled solid electrolyte = 30 to 90: 3 to 1 in weight ratio.
The range of 0:10 to 70 is preferable. In the negative electrode, the active material: conductive auxiliary agent: gelled solid electrolyte = 30 to 9 by weight ratio.
The range of 0: 0 to 10:10 to 70 is preferred. The type of polymer used as the gelled solid electrolyte is not particularly limited, and may be appropriately selected from, for example, the various polymers described in the description of the porous membrane. In order to suppress the warpage of the electrode, as described above, PVDF (homopolymer) is used. (Polymer).
【0059】本発明では、電解液含浸によってはゲル化
しないポリマーを電極のバインダとして用いてもよい。
例えば、フッ素樹脂やフッ素ゴム等からゲル化しないも
のを選択することができる。この場合のバインダの量
は、電極全体の3〜30重量%程度とすることが好まし
い。In the present invention, a polymer that does not gel by the impregnation of the electrolyte may be used as a binder for the electrode.
For example, a non-gelling material such as a fluororesin or a fluororubber can be selected. In this case, the amount of the binder is preferably about 3 to 30% by weight of the whole electrode.
【0060】電極の製造に際しては、まず、活物質と必
要に応じて添加する導電助剤とを、バインダ溶液に分散
して塗布液を調製する。次いで、この塗布液を集電体に
塗布する。塗布手段は特に限定されず、集電体の材質や
形状などに応じて適宜決定すればよいが、一般に、メタ
ルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプ
レーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、
グラビアコート法、スクリーン印刷法等を使用すればよ
い。その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロ
ール等により圧延処理を行う。In manufacturing the electrode, first, an active material and a conductive additive to be added as required are dispersed in a binder solution to prepare a coating solution. Next, this coating liquid is applied to the current collector. The application means is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material and shape of the current collector, but generally, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, Doctor blade method,
A gravure coating method, a screen printing method, or the like may be used. Thereafter, if necessary, a rolling treatment is performed by a flat plate press, a calender roll, or the like.
【0061】集電体は、電池形状やケース内への集電体
の配置方法などに応じて、材質および形態を適宜選択す
ればよい。一般に、正極にはアルミニウムが、負極には
銅またはニッケルが使用される。本発明では、前述した
ように金属箔を集電体として用いた場合に効果が高い
が、必要に応じ金属メッシュを用いてもよい。The material and form of the current collector may be appropriately selected according to the shape of the battery, the method of disposing the current collector in the case, and the like. Generally, aluminum is used for the positive electrode and copper or nickel is used for the negative electrode. In the present invention, the effect is high when the metal foil is used as the current collector as described above, but a metal mesh may be used if necessary.
【0062】塗布後、溶媒を蒸発させることにより、集
電体と一体化した電極が得られる。塗膜の厚さは、50
〜400μm程度とすることが好ましい。After the application, the solvent is evaporated to obtain an electrode integrated with the current collector. The thickness of the coating is 50
The thickness is preferably about 400 μm.
【0063】電解液 本発明で用いる電解液は、電解質塩を有機溶媒に溶解さ
せた非水系のものである。リチウムイオン二次電池への
応用を考えると、電解質塩にはリチウムが含有されてい
る必要がある。リチウム含有電解質塩としては、例えば
LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、L
iSO3CF3、LiN(CF3SO2)2等を用いること
ができる。電解質塩は1種だけを単独で用いてもよい
し、複数の塩を混合して用いてもよい。 Electrolyte The electrolyte used in the present invention is a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent. In consideration of application to a lithium ion secondary battery, the electrolyte salt needs to contain lithium. Examples of the lithium-containing electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , L
ISO 3 CF 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and the like can be used. As the electrolyte salt, only one kind may be used alone, or a plurality of salts may be mixed and used.
【0064】有機溶媒としては、多孔膜や電極に含まれ
るポリマーや、電解質塩との相溶性が良好なものであれ
ば特に限定されないが、リチウム二次電池への応用を考
えると、高い電圧をかけた場合にも分解の起こらないも
のが好ましく、例えば、エチレンカーボネート(E
C)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチル
カーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネ
ート類、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテ
トラヒドロフラン等の環式エーテル、1,3−ジオキソ
ラン、4−メチルジオキソラン等の環式エーテル、γ−
ブチロラクトン等のラクトン、スルホラン、3−メチル
スルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、エ
トキシメトキシエタン、エチルジグライム等を好ましく
用いることができる。これらは単独で用いても、混合し
て用いてもよい。The organic solvent is not particularly limited as long as it has good compatibility with the polymer contained in the porous film or the electrode or the electrolyte salt. However, considering the application to the lithium secondary battery, a high voltage is required. Those which do not decompose even when applied are preferred, for example, ethylene carbonate (E
C), carbonates such as propylene carbonate (PC), butylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, Cyclic ethers such as 4-methyldioxolane, γ-
Lactones such as butyrolactone, sulfolane, 3-methylsulfolane, dimethoxyethane, diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, ethyldiglyme and the like can be preferably used. These may be used alone or as a mixture.
【0065】電解液における電解質塩の濃度は、好まし
くは0.3〜5mol/lであり、通常、1mol/l付近で最も
高い導電性を示す。The concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution is preferably from 0.3 to 5 mol / l, and usually shows the highest conductivity at around 1 mol / l.
【0066】電解液の含有量はゲル化固体電解質の30
〜70重量%、特に40〜60重量%であることが好ま
しい。含有量がこれより多くなると、余分な電解液が多
くなり、電池を作製したとき重量的に不利になってく
る。また、含有量がこれより少なくなると、十分なイオ
ン伝導度が得られにくくなってくる。The content of the electrolyte was 30% of the gelled solid electrolyte.
It is preferably from 70 to 70% by weight, particularly preferably from 40 to 60% by weight. If the content is more than this, an excessive amount of electrolyte increases, which is disadvantageous in weight when a battery is manufactured. On the other hand, if the content is less than this, it becomes difficult to obtain sufficient ionic conductivity.
【0067】なお、本発明は、ポリマー二次電池、すな
わち、多孔膜がポリマーを含有し、このポリマーの少な
くとも一部が電解液への浸漬によりゲル化して固体電解
質となる二次電池の製造に適用した場合に効果が高い。
ただし本発明は、ポリマー二次電池以外の二次電池にも
適用可能である。すなわち、ゲル化しない多孔膜、例え
ば、通常のリチウム二次電池においてセパレータとして
用いられているポリオレフィン多孔膜などを用いてもよ
い。その場合でも、正極、負極および多孔膜を位置合わ
せして仮止めした状態で電解液に浸漬できるので、正極
と負極との位置ずれを防いだ上で、電解液の含浸を容易
に行うことが可能となる。The present invention relates to the production of a polymer secondary battery, that is, a secondary battery in which a porous film contains a polymer, and at least a part of the polymer is gelled by immersion in an electrolyte to become a solid electrolyte. Effective when applied.
However, the present invention is also applicable to secondary batteries other than polymer secondary batteries. That is, a porous film that does not gel may be used, for example, a polyolefin porous film used as a separator in a normal lithium secondary battery. Even in this case, since the positive electrode, the negative electrode, and the porous film can be immersed in the electrolytic solution while being aligned and temporarily fixed, the displacement of the positive electrode and the negative electrode can be prevented, and the impregnation of the electrolytic solution can be easily performed. It becomes possible.
【0068】また、電極のバインダが、電解液の含浸に
よりゲル化するポリマーを含む場合、電解液含浸により
電極強度が低下して位置決めが困難となるが、本発明を
適用すれば電解液含浸前に位置決めできるため、正極と
負極とを容易かつ正確に位置決めすることが可能とな
る。したがって、多孔膜がゲル化する場合およびしない
場合のいずれにおいても、ゲル化する電極を用いると、
本発明はより有効となる。When the binder of the electrode contains a polymer which gels by the impregnation of the electrolyte, the electrode strength is lowered by the impregnation of the electrolyte and the positioning becomes difficult. Therefore, the positive electrode and the negative electrode can be easily and accurately positioned. Therefore, in both cases where the porous membrane gels and when it does not, using an electrode that gels,
The present invention is more effective.
【0069】[0069]
【実施例】実施例 図1に示す工程に基づき、以下の手順でポリマー二次電
池を作製した。EXAMPLES Based on the steps shown in Embodiment FIG 1, to produce a polymer secondary battery by the following procedure.
【0070】まず、正極活物質としてLiCoO2を、
導電助剤としてカーボンブラックおよびグラファイト
を、バインダとして前記KynarFlex741(エルフ・アトケ
ム社製のPVDFホモポリマー粒子、重量平均分子量Mw
5.5×105、平均粒径0.2μm、NMPに可溶)を
用い、重量比でLiCoO2:カーボンブラック:グラ
ファイト:バインダ=90:3:3:4となるように秤
量し、さらに、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)
をNMP:バインダ=94:6(重量比)となるように
加え、これらを室温下で混合して正極用スラリーとし
た。この正極用スラリーを、厚さ60μmのアルミニウ
ム箔集電体の片面に塗布して乾燥し、集電体と一体化し
た片面塗布型の正極を作製した。また、上記正極用スラ
リーを、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に
塗布して乾燥し、集電体と一体化した両面塗布型の正極
を作製した。First, LiCoO 2 was used as a positive electrode active material,
Carbon black and graphite are used as conductive aids, and KynarFlex741 (PVDF homopolymer particles manufactured by Elf Atochem, weight average molecular weight Mw is used as a binder).
5.5 × 10 5 , average particle size 0.2 μm, soluble in NMP) and weighed so that the weight ratio of LiCoO 2 : carbon black: graphite: binder = 90: 3: 3: 4. , N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)
Was added so that NMP: binder = 94: 6 (weight ratio), and these were mixed at room temperature to obtain a slurry for a positive electrode. This positive electrode slurry was applied on one side of an aluminum foil current collector having a thickness of 60 μm and dried to produce a single-sided application positive electrode integrated with the current collector. Further, the positive electrode slurry was applied on both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm and dried to prepare a double-sided application type positive electrode integrated with the current collector.
【0071】また、負極活物質としてメソカーボンマイ
クロビーズ(MCMB)を、導電助剤としてカーボンブ
ラックを、バインダとして前記KynarFlex741を用い、重
量比でMCMB:カーボンブラック:バインダ=87:
3:10となるように秤量し、さらに、NMPをNM
P:バインダ=93:7(重量比)となるように加え、
これらを室温下で混合して負極用スラリーとした。この
負極用スラリーを、厚さ10μmの銅箔集電体の両面に
塗布して乾燥し、集電体と一体化した負極を作製した。Also, using mesocarbon microbeads (MCMB) as the negative electrode active material, carbon black as the conductive additive, and the above-mentioned KynarFlex741 as the binder, MCMB: carbon black: binder = 87:
The sample was weighed so as to be 3:10, and NMP was further NM
P: binder = 93: 7 (weight ratio)
These were mixed at room temperature to obtain a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was applied on both sides of a copper foil current collector having a thickness of 10 μm and dried to prepare a negative electrode integrated with the current collector.
【0072】また、ポリマー粒子として前記KynarFlex7
41を、バインダとして前記KynarFlex2851(エルフ・ア
トケム社製、VDF:HFP=95:5wt%)を用い、重量比でポリ
マー粒子:バインダ=90:10となるように秤量して
混合し、混合物1重量部に対して溶媒[アセトン:トル
エン=8.9:1.1(重量比))]2.4重量部を加
え、これらをホモジナイザーを用いて30〜40℃で混
合、溶解して、スラリーを得た。なお、アセトンは前記
第1の溶媒であり、トルエンは前記第2の溶媒である。
このスラリー中では、バインダのポリマーだけが溶解
し、PVDFホモポリマーからなるポリマー粒子は溶液
中に分散していた。Further, KynarFlex7 is used as polymer particles.
41 was weighed and mixed using the above-mentioned KynarFlex2851 (VDF: HFP = 95: 5 wt%, manufactured by Elf Atochem Co., Ltd.) as a binder so that the weight ratio became polymer particles: binder = 90: 10, and 1 weight of the mixture was obtained. 2.4 parts by weight of a solvent [acetone: toluene = 8.9: 1.1 (weight ratio))] was added to the parts, and these were mixed and dissolved at 30 to 40 ° C. using a homogenizer, and a slurry was obtained. Obtained. Note that acetone is the first solvent, and toluene is the second solvent.
In this slurry, only the binder polymer was dissolved, and the polymer particles composed of the PVDF homopolymer were dispersed in the solution.
【0073】そして、このスラリーを、ドクターブレー
ド法によりポリエチレンテレフタレート(PET)フィ
ルム上に塗布し、室温から120℃の範囲で溶媒を蒸発
させて、固体電解質シートを得た。この固体電解質シー
トの厚さ(乾燥厚さ)は、30μmとした。アルキメデ
ス法により測定した空孔率は、40%であった。The slurry was applied on a polyethylene terephthalate (PET) film by a doctor blade method, and the solvent was evaporated at a temperature in the range of room temperature to 120 ° C. to obtain a solid electrolyte sheet. The thickness (dry thickness) of this solid electrolyte sheet was 30 μm. The porosity measured by the Archimedes method was 40%.
【0074】次に、正極、負極および多孔膜をほぼ矩形
となるように切断してシートとし、正極シートおよび負
極シートの中央付近にホットメルト接着剤(エチレン−
メタアクリル酸共重合体)を塗布した。接着剤塗布面積
は、シート面の0.05〜0.5面積%とした。次い
で、図2に示すように、両面塗布型の正極が両端に存在
するよう、正極、多孔膜、負極、多孔膜、正極、・・・
の順に各シートを位置決めして積層し、110℃に加熱
しながら加圧して上記接着剤により仮止めし、積層体を
得た。この積層体中の多孔膜の数は、10とした。Next, the positive electrode, the negative electrode and the porous film are cut into substantially rectangular sheets to form a sheet, and a hot melt adhesive (ethylene-
(Methacrylic acid copolymer). The adhesive applied area was 0.05 to 0.5 area% of the sheet surface. Then, as shown in FIG. 2, a positive electrode, a porous film, a negative electrode, a porous film, a positive electrode,.
The sheets were positioned and laminated in this order, and were pressed while heating to 110 ° C. and temporarily fixed with the above adhesive to obtain a laminate. The number of porous films in this laminate was set to 10.
【0075】次いで、正極タブにアルミニウム線を、負
極タブにニッケル線をそれぞれ溶接してリードを取り出
した後、積層体を電解液に浸漬して含浸させた。電解液
には、1M LiPF6/EC+DMC[EC:DMC
=1:2(体積比)]を用いた。次いで、積層体中の余
分な電解液を除去した後、積層体をアルミラミネートパ
ックに封入し、70〜90℃でプレスすることにより積
層体中のシートを熱圧着し、ポリマー二次電池を得た。Next, an aluminum wire was welded to the positive electrode tab and a nickel wire was welded to the negative electrode tab to take out a lead, and the laminate was immersed in an electrolytic solution for impregnation. For the electrolyte, 1M LiPF 6 / EC + DMC [EC: DMC
= 1: 2 (volume ratio)]. Next, after removing the excessive electrolyte solution in the laminate, the laminate is sealed in an aluminum laminate pack, and pressed at 70 to 90 ° C. to thermally press the sheets in the laminate to obtain a polymer secondary battery. Was.
【0076】なお、このポリマー二次電池において、正
極および負極が含有するバインダは、電解液の含浸によ
りゲル化するものである。In this polymer secondary battery, the binder contained in the positive electrode and the negative electrode is gelled by impregnation with the electrolytic solution.
【0077】比較例 正極活物質としてLiCoO2を、導電助剤としてアセ
チレンブラックを、バインダとして前記KynarFlex2801
(VDF:HFP=90:10wt%)を、可塑剤としてDBPをそれぞれ
含有する正極シートをドクターブレード法を利用して作
製した。また、負極活物質としてメソカーボンマイクロ
ビーズ(MCMB)を、導電助剤としてアセチレンブラ
ックを、バインダとして前記KynarFlex2801を、可塑剤
としてDBPをそれぞれ含有する負極シートを、ドクタ
ーブレード法を利用して作製した。また、無機フィラー
としてSiO2を、可塑剤としてDBPを、バインダと
して前記KynarFlex2801をそれぞれ含有する多孔膜を、
ドクターブレード法を利用して作製した。 Comparative Example LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, acetylene black was used as the conductive additive, and the above-mentioned Kynar Flex2801 was used as the binder.
(VDF: HFP = 90: 10wt%), and a positive electrode sheet containing DBP as a plasticizer was prepared by using a doctor blade method. Also, a negative electrode sheet containing mesocarbon microbeads (MCMB) as a negative electrode active material, acetylene black as a conductive aid, the aforementioned KynarFlex2801 as a binder, and DBP as a plasticizer was prepared using a doctor blade method. . Further, a porous film containing SiO 2 as an inorganic filler, DBP as a plasticizer, and the aforementioned KynarFlex2801 as a binder,
It was produced using a doctor blade method.
【0078】次に、正極、負極および多孔膜をほぼ矩形
となるように切断してシートとし、正極、多孔膜、負極
がこの順となるように各シートを積層し、130℃でプ
レスして熱圧着した。一体化後、両端を集電体で挟んで
100〜130℃で熱圧着し、積層体を得た。なお、正
極用の集電体には、厚さ80μmのアルミニウム製エキ
スパンドメタルに、カーボンとエチレン−アクリル酸共
重合体とを混合したスラリーを塗布したものを使用し、
負極用の集電体には、厚さ30μmの銅製エキスパンド
メタルに、上記スラリーを塗布したものを使用した。Next, the positive electrode, the negative electrode, and the porous film are cut into a substantially rectangular shape to form a sheet. The sheets are stacked so that the positive electrode, the porous film, and the negative electrode are in this order, and pressed at 130 ° C. Thermocompression bonded. After integration, thermocompression bonding was performed at 100 to 130 ° C. with both ends sandwiched between current collectors to obtain a laminate. For the current collector for the positive electrode, a material obtained by applying a slurry obtained by mixing carbon and an ethylene-acrylic acid copolymer on an aluminum expanded metal having a thickness of 80 μm,
As the current collector for the negative electrode, one obtained by applying the above slurry to a copper expanded metal having a thickness of 30 μm was used.
【0079】次いで、正極タブにアルミニウム線を、負
極タブにニッケル線をそれぞれ溶接してリードを取り出
した後、上記積層体をヘキサン中に浸漬することによ
り、可塑剤であるDBPを抽出した。乾燥後、積層体を
上記実施例で用いた電解液に浸漬して含浸させた。次い
で、積層体中の余分な電解液を除去した後、積層体をア
ルミラミネートパックに封入し、ポリマー二次電池を得
た。Next, an aluminum wire was welded to the positive electrode tab and a nickel wire was welded to the negative electrode tab, and the lead was taken out. Then, the laminate was immersed in hexane to extract DBP as a plasticizer. After drying, the laminate was immersed in the electrolytic solution used in the above example to be impregnated. Next, after removing excess electrolyte solution in the laminate, the laminate was sealed in an aluminum laminate pack to obtain a polymer secondary battery.
【0080】上記実施例および上記比較例のそれぞれに
ついて、上述した手順で50個の電池を作製し、内部短
絡している電池の個数を調べた。また、短絡していなか
った電池について、2C放電容量(800mAの定電流で
放電したときの容量)と0.2C放電容量(80mAの定
電流で放電したときの容量)との比の平均値を求めた。
これらの結果を表1に示す。また、作製した電池のサイ
クル特性を図3に示す。For each of the above Examples and Comparative Examples, 50 batteries were manufactured by the above-described procedure, and the number of batteries that were internally short-circuited was examined. The average value of the ratio between the 2C discharge capacity (capacity when discharged at a constant current of 800 mA) and the 0.2 C discharge capacity (capacity when discharged at a constant current of 80 mA) of the battery that was not short-circuited was I asked.
Table 1 shows the results. FIG. 3 shows the cycle characteristics of the manufactured battery.
【0081】[0081]
【表1】 [Table 1]
【0082】表1から、実施例の電池は、比較例の電池
に比べ短絡発生率が低いことがわかる。また、実施例の
電池では、2C放電容量と0.2C放電容量との比が比
較例の電池と同等であり、従来のものと同等のレート特
性が得られることがわかる。Table 1 shows that the batteries of the examples have a lower short-circuit occurrence rate than the batteries of the comparative examples. Further, in the batteries of the examples, the ratio between the 2C discharge capacity and the 0.2C discharge capacity was equivalent to that of the battery of the comparative example, and it can be seen that the rate characteristics equivalent to those of the conventional battery were obtained.
【0083】なお、85℃で充放電を行ったところ、実
施例の電池では容量の劣化は認められず、信頼性が良好
であることがわかった。これに対し比較例の電池では、
短絡が発生した。When the battery was charged and discharged at 85 ° C., no deterioration in capacity was observed in the batteries of Examples, and it was found that the batteries had good reliability. On the other hand, in the battery of the comparative example,
A short circuit has occurred.
【0084】[0084]
【発明の効果】本発明によれば、薄くかつ軽量なポリマ
ー二次電池等の二次電池を、容易に製造することができ
る。According to the present invention, a thin and lightweight secondary battery such as a polymer secondary battery can be easily manufactured.
【図1】本発明の製造方法を説明するためのフローチャ
ートである。FIG. 1 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the present invention.
【図2】本発明により製造されるポリマー二次電池の構
造を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the structure of a polymer secondary battery manufactured according to the present invention.
【図3】実施例および比較例について、電池のサイクル
特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing cycle characteristics of a battery in Examples and Comparative Examples.
2 多孔膜 3 正極 31 正極用の集電体 4 負極 41 負極用の集電体 5 接着剤 2 Porous film 3 Positive electrode 31 Current collector for positive electrode 4 Negative electrode 41 Current collector for negative electrode 5 Adhesive
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古林 眞 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−195433(JP,A) 特開2000−21234(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 2/16 H01M 4/02 - 4/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Makoto Kobayashi 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Inside TDK Corporation (56) References JP-A-11-195433 (JP, A) JP-A-2000- 21234 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 H01M 2/16 H01M 4/02-4/04
Claims (7)
膜に対し正極および負極をそれぞれ位置決めすると共
に、正極の一部および負極の一部をそれぞれ多孔膜に固
定した後、正極、負極および多孔膜を電解液に浸漬し、
次いで、多孔膜に対し正極および負極を圧着して一体化
する工程を有する二次電池の製造方法。1. A positive electrode, a negative electrode, and a porous film are prepared. The positive electrode and the negative electrode are positioned with respect to the porous film, and a part of the positive electrode and a part of the negative electrode are fixed to the porous film. Immerse the porous membrane in the electrolyte,
Next, a method for manufacturing a secondary battery, comprising a step of integrating a positive electrode and a negative electrode by pressure bonding to a porous membrane.
ーの少なくとも一部が、電解液への浸漬によりゲル化し
て固体電解質となるものである請求項1の二次電池の製
造方法。2. The method for producing a secondary battery according to claim 1, wherein the porous membrane contains a polymer, and at least a part of the polymer is gelled by immersion in an electrolytic solution to form a solid electrolyte.
るためのバインダとしてポリマーを含有し、このポリマ
ーの少なくとも一部が、電解液への浸漬によりゲル化す
るものである請求項1または2の二次電池の製造方法。3. The positive electrode and the negative electrode contain a polymer as a binder for binding an electrode active material, and at least a part of the polymer is gelled by immersion in an electrolytic solution. 2. A method for manufacturing a secondary battery.
フッ化ビニリデンを含む請求項1〜3のいずれかの二次
電池の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode contain polyvinylidene fluoride as a binder.
固定する際に、ホットメルト接着剤を利用する請求項1
〜4のいずれかの二次電池の製造方法。5. A hot melt adhesive is used for fixing a part of the positive electrode and a part of the negative electrode to the porous film.
5. The method for manufacturing a secondary battery according to any one of items 4 to 4.
体と一体化されている請求項1〜5のいずれかの二次電
池の製造方法。6. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode and the negative electrode are integrated with a current collector made of a metal foil.
れる請求項1〜6のいずれかの二次電池の製造方法。7. The method for manufacturing a secondary battery according to claim 1, which is used for manufacturing a lithium ion secondary battery.
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