JP3421409B2 - 高分子固体電解質電池 - Google Patents
高分子固体電解質電池Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高分子固体電解質電池に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】電解質として電解液を用いる電池では、
電解質が漏れやすいという問題がある。このような問題
を解決するために電解質として高分子化合物を用いた高
分子固体電解質電池が開発された。高分子化合物はイオ
ンの伝導度が高く、柔軟性に富むため、電解質層の厚み
を薄くして電池を薄形化することが可能である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高分子固体電解質電池では、極板間短絡が発生し易く、
充放電時において急激に容量が低下するという問題があ
った。このような極板間短絡は、電池の薄形化に伴って
発生し易くなる。これは電池を充電する際に負極活物質
上に析出するデンドライトが極板間に亘って成長した
り、正極活物質の放電時の膨脹によって発生する。なお
固体電解質層の厚みを厚くして極板間短絡の発生を防止
することも考えられたが、固体電解質は電解液に比べて
イオン伝導度が極端に低いため電解質層の厚みを厚くす
ると電解質層中の電気抵抗が大きくなって、電池の容量
が低下する。また高分子固体電解質層中にセパレータを
配置して、極板間短絡の発生を防止することも考えられ
たが、高分子固体電解質は粘性が高いため、高分子固体
電解質層内にセパレータを配置するのは困難である。ま
た高分子固体電解質層内にセパレータを配置すると電解
質層中の電気抵抗が大きくなり、電池の容量が低下す
る。 【０００４】本発明の目的は、極板間短絡が発生し難い
高分子固体電解質電池を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、負
極がＬｉで、高分子化合物からなる高分子固体電解質層
を有する高分子固体電解質電池を対象にして、高分子固
体電解質層内にガラス繊維を分散させて含有させ、ガラ
ス繊維は高分子固体電解質層中に２５〜５０重量％含有
させ、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以下とし、ガ
ラス繊維の平均長さが１００μm 以下とすることを特徴
とする。 【０００６】 【作用】請求項１の発明のように、高分子固体電解質層
にガラス繊維を分散させて含有させると、ガラス繊維が
セパレータ機能を果たし、高分子固体電解質層の機械的
強度が高くなる。そのため、デンドライトの成長が妨げ
られて、極板間短絡が発生するのを防ぐことができる。 【０００７】特に、ガラス繊維を用いると、安価で簡単
に補強用繊維を入手できる上に、電解質層の補強力を高
めることができる。 【０００８】デンドライトの成長を妨げて、電池寿命を
有効に延ばすには、ガラス繊維の高分子固体電解質層中
への含有量を２５〜５０重量％にするとよい。またガラ
ス繊維の平均繊維径が１０μm を超えるとデンドライト
が発生するため、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以
下にする。ガラス繊維の平均長さが１００μm を超える
とデンドライトが発生するため、ガラス繊維の平均長さ
は１００μm 以下にする。 【０００９】 【実施例】以下、本発明を高分子固体電解質リチウム電
池に適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施例の高分子固体電解質リチウム電池の概略
断面図である。本実施例の電池は正極集電体１の一方の
面上に形成された正極活物質層２と負極集電体３の一方
の面上に形成された負極活物質層４とが高分子固体電解
質層５を介して積層された構造を有している。そして高
分子固体電解質層５内にはガラス繊維からなる補強用繊
維７がほぼ均一に分散して含有されている。この高分子
固体電解質リチウム二次電池は次のように製造した。ま
ず重量比５：２：３の五酸化バナジウムキセロゲル（Ｖ
２ Ｏ５ ・Ｈ２ Ｏ）粉末とグラファイト粉末とメト
キシオリゴエチレンオキシポリホスファゼン（以下、Ｍ
ＥＰと言う）との混練物を厚み２０μm のニッケル箔ら
なる正極集電体１の一方の面の中央部分１ａに塗布した
後に乾燥して正極活物質層２を形成した。次にＭＥＰと
該ＭＥＰに対して８重量％の過塩素リチウムとを１，２
−ジメトキシエタン（以下、ＤＭＥと言う）溶液中に２
０重量％溶かしてＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を作った。そし
て、このＭＥＰ／ＤＭＥ溶液中に平均繊維径７μm 、平
均長さ７０μm のガラス繊維を３０重量％入れてさらに
混練してガラス繊維含有ＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を作った。
そして、このガラス繊維含有ＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を正極
活物質層２の上に塗布してからＤＭＥを揮発除去して厚
み１５０μm の高分子固体電解質層５を作った。 【００１０】次に高分子固体電解質層５の上に厚み４０
μm のＬｉ箔からなる負極活物質層４を載置し、正極集
電体１の外周端部１ｂの上にフィルム状熱接着型封止材
（ホットメルト）６を載置した。そして、負極活物質層
４とホットメルト６とを覆うようにして正極集電体１と
同寸法のステンレス箔からなる負極集電体３を載置し
た。次に加熱によりホットメルト６を集電体１及び３の
外周端部１ｂ及び３ｂに完全に接続して高分子固体電解
質リチウム電池を製造した。 【００１１】次に本実施例の高分子固体電解質リチウム
電池の特性を調べるために、本実施例の電池と従来例の
電池とを用いて試験を行った。なお従来例の電池は電解
質層中にガラス繊維を含有させず、その他は本実施例の
電池と同じ方法で製造した。そして、２５℃の温度下で
２５μＡ／cm２ の電流密度により終止電圧２Ｖで放電
した後に、２５μＡ／cm２ の電流密度により終止電圧
４．２Ｖで充電を繰り返す充放電を各電池に繰り返し
て、各電池のサイクル寿命特性を調べた。図２は測定結
果を示している。本図より本実施例の電池は従来例の電
池に比べて電池寿命が長くなるのが判る。 【００１２】次に平均繊維径５μm 、平均長さ５０μm
のガラス繊維を用いてガラス繊維の電解質への含有量と
電池の初回放電時の放電容量（初回容量）との関係及び
ガラス繊維の電解質への含有量とデンドライト発生率と
の関係を調べた。図３は測定結果を示している。本図よ
りガラス繊維の含有量を２５〜５０重量％にすると初回
容量を高く維持してしかもデンドライト発生率を抑えら
れるのが判る。ガラス繊維の含有量が２５重量％を下回
るとデンドライトの成長を抑制できない。またガラス繊
維の含有量が５０重量％を上回ると電池の容量が低下す
る。 【００１３】次に平均長さ５０μm で繊維径がそれぞれ
異なるガラス繊維を電解質中に３０重量％含有させてガ
ラス繊維の平均繊維径と電池の初回容量との関係及びガ
ラス繊維の平均繊維径と電解質の抵抗値との関係を調べ
た。図４は測定結果を示している。本図よりガラス繊維
の平均繊維径が１０μm を上回ると電解質の抵抗値が高
くなり、初回容量が低下するのが判る。 【００１４】次に平均繊維径５μm で平均長さがそれぞ
れ異なるガラス繊維を電解質中に３０重量％含有させて
ガラス繊維の平均長さと電池の初回容量との関係及びガ
ラス繊維の平均長さと電解質の抵抗値との関係を調べ
た。図５は測定結果を示している。本図よりガラス繊維
の平均長さが１００μm を上回ると電解質の抵抗値が高
くなり、初回容量が低下するのが判る。 【００１５】 【発明の効果】請求項１の発明によれば、高分子固体電
解質層にガラス繊維を分散させて含有させるので、ガラ
ス繊維がセパレータ機能を果たし、高分子固体電解質層
の機械的強度が高くなる。そのため、デンドライトの成
長が妨げられて、極板間短絡が発生するのを防ぐことが
できる。したがって本発明によれば、充放電時における
電池の急激な容量低下を防ぐことができる。 【００１６】特に、ガラス繊維を用いると、安価で簡単
に補強用繊維を入手できる上に、電解質層の補強力を高
めることができる。 【００１７】デンドライトの成長を妨げて、電池寿命を
有効に延ばすには、ガラス繊維の高分子固体電解質層中
への含有量を２５〜５０重量％にするとよい。またガラ
ス繊維の平均繊維径が１０μm を超えるとデンドライト
が発生するため、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以
下にする。ガラス繊維の平均長さが１００μm を超える
とデンドライトが発生するため、ガラス繊維の平均長さ
は１００μm 以下にする。
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】電解質として電解液を用いる電池では、
電解質が漏れやすいという問題がある。このような問題
を解決するために電解質として高分子化合物を用いた高
分子固体電解質電池が開発された。高分子化合物はイオ
ンの伝導度が高く、柔軟性に富むため、電解質層の厚み
を薄くして電池を薄形化することが可能である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高分子固体電解質電池では、極板間短絡が発生し易く、
充放電時において急激に容量が低下するという問題があ
った。このような極板間短絡は、電池の薄形化に伴って
発生し易くなる。これは電池を充電する際に負極活物質
上に析出するデンドライトが極板間に亘って成長した
り、正極活物質の放電時の膨脹によって発生する。なお
固体電解質層の厚みを厚くして極板間短絡の発生を防止
することも考えられたが、固体電解質は電解液に比べて
イオン伝導度が極端に低いため電解質層の厚みを厚くす
ると電解質層中の電気抵抗が大きくなって、電池の容量
が低下する。また高分子固体電解質層中にセパレータを
配置して、極板間短絡の発生を防止することも考えられ
たが、高分子固体電解質は粘性が高いため、高分子固体
電解質層内にセパレータを配置するのは困難である。ま
た高分子固体電解質層内にセパレータを配置すると電解
質層中の電気抵抗が大きくなり、電池の容量が低下す
る。 【０００４】本発明の目的は、極板間短絡が発生し難い
高分子固体電解質電池を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、負
極がＬｉで、高分子化合物からなる高分子固体電解質層
を有する高分子固体電解質電池を対象にして、高分子固
体電解質層内にガラス繊維を分散させて含有させ、ガラ
ス繊維は高分子固体電解質層中に２５〜５０重量％含有
させ、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以下とし、ガ
ラス繊維の平均長さが１００μm 以下とすることを特徴
とする。 【０００６】 【作用】請求項１の発明のように、高分子固体電解質層
にガラス繊維を分散させて含有させると、ガラス繊維が
セパレータ機能を果たし、高分子固体電解質層の機械的
強度が高くなる。そのため、デンドライトの成長が妨げ
られて、極板間短絡が発生するのを防ぐことができる。 【０００７】特に、ガラス繊維を用いると、安価で簡単
に補強用繊維を入手できる上に、電解質層の補強力を高
めることができる。 【０００８】デンドライトの成長を妨げて、電池寿命を
有効に延ばすには、ガラス繊維の高分子固体電解質層中
への含有量を２５〜５０重量％にするとよい。またガラ
ス繊維の平均繊維径が１０μm を超えるとデンドライト
が発生するため、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以
下にする。ガラス繊維の平均長さが１００μm を超える
とデンドライトが発生するため、ガラス繊維の平均長さ
は１００μm 以下にする。 【０００９】 【実施例】以下、本発明を高分子固体電解質リチウム電
池に適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施例の高分子固体電解質リチウム電池の概略
断面図である。本実施例の電池は正極集電体１の一方の
面上に形成された正極活物質層２と負極集電体３の一方
の面上に形成された負極活物質層４とが高分子固体電解
質層５を介して積層された構造を有している。そして高
分子固体電解質層５内にはガラス繊維からなる補強用繊
維７がほぼ均一に分散して含有されている。この高分子
固体電解質リチウム二次電池は次のように製造した。ま
ず重量比５：２：３の五酸化バナジウムキセロゲル（Ｖ
２ Ｏ５ ・Ｈ２ Ｏ）粉末とグラファイト粉末とメト
キシオリゴエチレンオキシポリホスファゼン（以下、Ｍ
ＥＰと言う）との混練物を厚み２０μm のニッケル箔ら
なる正極集電体１の一方の面の中央部分１ａに塗布した
後に乾燥して正極活物質層２を形成した。次にＭＥＰと
該ＭＥＰに対して８重量％の過塩素リチウムとを１，２
−ジメトキシエタン（以下、ＤＭＥと言う）溶液中に２
０重量％溶かしてＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を作った。そし
て、このＭＥＰ／ＤＭＥ溶液中に平均繊維径７μm 、平
均長さ７０μm のガラス繊維を３０重量％入れてさらに
混練してガラス繊維含有ＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を作った。
そして、このガラス繊維含有ＭＥＰ／ＤＭＥ溶液を正極
活物質層２の上に塗布してからＤＭＥを揮発除去して厚
み１５０μm の高分子固体電解質層５を作った。 【００１０】次に高分子固体電解質層５の上に厚み４０
μm のＬｉ箔からなる負極活物質層４を載置し、正極集
電体１の外周端部１ｂの上にフィルム状熱接着型封止材
（ホットメルト）６を載置した。そして、負極活物質層
４とホットメルト６とを覆うようにして正極集電体１と
同寸法のステンレス箔からなる負極集電体３を載置し
た。次に加熱によりホットメルト６を集電体１及び３の
外周端部１ｂ及び３ｂに完全に接続して高分子固体電解
質リチウム電池を製造した。 【００１１】次に本実施例の高分子固体電解質リチウム
電池の特性を調べるために、本実施例の電池と従来例の
電池とを用いて試験を行った。なお従来例の電池は電解
質層中にガラス繊維を含有させず、その他は本実施例の
電池と同じ方法で製造した。そして、２５℃の温度下で
２５μＡ／cm２ の電流密度により終止電圧２Ｖで放電
した後に、２５μＡ／cm２ の電流密度により終止電圧
４．２Ｖで充電を繰り返す充放電を各電池に繰り返し
て、各電池のサイクル寿命特性を調べた。図２は測定結
果を示している。本図より本実施例の電池は従来例の電
池に比べて電池寿命が長くなるのが判る。 【００１２】次に平均繊維径５μm 、平均長さ５０μm
のガラス繊維を用いてガラス繊維の電解質への含有量と
電池の初回放電時の放電容量（初回容量）との関係及び
ガラス繊維の電解質への含有量とデンドライト発生率と
の関係を調べた。図３は測定結果を示している。本図よ
りガラス繊維の含有量を２５〜５０重量％にすると初回
容量を高く維持してしかもデンドライト発生率を抑えら
れるのが判る。ガラス繊維の含有量が２５重量％を下回
るとデンドライトの成長を抑制できない。またガラス繊
維の含有量が５０重量％を上回ると電池の容量が低下す
る。 【００１３】次に平均長さ５０μm で繊維径がそれぞれ
異なるガラス繊維を電解質中に３０重量％含有させてガ
ラス繊維の平均繊維径と電池の初回容量との関係及びガ
ラス繊維の平均繊維径と電解質の抵抗値との関係を調べ
た。図４は測定結果を示している。本図よりガラス繊維
の平均繊維径が１０μm を上回ると電解質の抵抗値が高
くなり、初回容量が低下するのが判る。 【００１４】次に平均繊維径５μm で平均長さがそれぞ
れ異なるガラス繊維を電解質中に３０重量％含有させて
ガラス繊維の平均長さと電池の初回容量との関係及びガ
ラス繊維の平均長さと電解質の抵抗値との関係を調べ
た。図５は測定結果を示している。本図よりガラス繊維
の平均長さが１００μm を上回ると電解質の抵抗値が高
くなり、初回容量が低下するのが判る。 【００１５】 【発明の効果】請求項１の発明によれば、高分子固体電
解質層にガラス繊維を分散させて含有させるので、ガラ
ス繊維がセパレータ機能を果たし、高分子固体電解質層
の機械的強度が高くなる。そのため、デンドライトの成
長が妨げられて、極板間短絡が発生するのを防ぐことが
できる。したがって本発明によれば、充放電時における
電池の急激な容量低下を防ぐことができる。 【００１６】特に、ガラス繊維を用いると、安価で簡単
に補強用繊維を入手できる上に、電解質層の補強力を高
めることができる。 【００１７】デンドライトの成長を妨げて、電池寿命を
有効に延ばすには、ガラス繊維の高分子固体電解質層中
への含有量を２５〜５０重量％にするとよい。またガラ
ス繊維の平均繊維径が１０μm を超えるとデンドライト
が発生するため、ガラス繊維の平均繊維径は１０μm 以
下にする。ガラス繊維の平均長さが１００μm を超える
とデンドライトが発生するため、ガラス繊維の平均長さ
は１００μm 以下にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施例の高分子固体電解質リチウム電池の
概略断面図である。 【図２】 試験に用いた電池のサイクル寿命特性を示す
図である。 【図３】 ガラス繊維の電解質への含有量と電池の初回
容量との関係及びガラス繊維の電解質への含有量とデン
ドライト発生率との関係を示す図である。 【図４】 ガラス繊維の平均繊維径と電池の初回容量と
の関係及びガラス繊維の平均繊維径と電解質の抵抗値と
の関係を示す図である。 【図５】 ガラス繊維の平均長さと電池の初回容量との
関係及びガラス繊維の平均長さと電解質の抵抗値との関
係を示す図である。 【符号の説明】 ２ 正極活物質層 ４ 負極活物質層 ５ 高分子固体電解質層 ７ ガラス繊維（補強用繊維）
概略断面図である。 【図２】 試験に用いた電池のサイクル寿命特性を示す
図である。 【図３】 ガラス繊維の電解質への含有量と電池の初回
容量との関係及びガラス繊維の電解質への含有量とデン
ドライト発生率との関係を示す図である。 【図４】 ガラス繊維の平均繊維径と電池の初回容量と
の関係及びガラス繊維の平均繊維径と電解質の抵抗値と
の関係を示す図である。 【図５】 ガラス繊維の平均長さと電池の初回容量との
関係及びガラス繊維の平均長さと電解質の抵抗値との関
係を示す図である。 【符号の説明】 ２ 正極活物質層 ４ 負極活物質層 ５ 高分子固体電解質層 ７ ガラス繊維（補強用繊維）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 早川 他▲く▼美
東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 新
神戸電機株式会社内
(72)発明者 小牧 昭夫
東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 新
神戸電機株式会社内
(72)発明者 中長 偉文
徳島県徳島市川内町加賀須野463番地
大塚化学株式会社 徳島研究所内
(72)発明者 犬伏 昭嘉
徳島県徳島市川内町加賀須野463番地
大塚化学株式会社 徳島研究所内
(72)発明者 笹岡 三千雄
徳島県徳島市川内町加賀須野463番地
大塚化学株式会社 徳島研究所内
(56)参考文献 特開 平５−325934（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−155173（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−57781（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−203841（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 10/40
H01M 6/18
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 負極がＬｉで、高分子化合物からなる高
分子固体電解質層を有する高分子固体電解質電池におい
て、 前記高分子固体電解質層内にガラス繊維を分散させて含
有させ、前記ガラス繊維は前記高分子固体電解質層中に
２５〜５０重量％含有させ、前記ガラス繊維の平均繊維
径は１０μm 以下とし、前記ガラス繊維の平均長さは１
００μm 以下とすることを特徴とする高分子固体電解質
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31309593A JP3421409B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高分子固体電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31309593A JP3421409B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高分子固体電解質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169507A JPH07169507A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3421409B2 true JP3421409B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=18037108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31309593A Expired - Fee Related JP3421409B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 高分子固体電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3421409B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019240547A1 (ko) * | 2018-06-15 | 2019-12-19 | 주식회사 엘지화학 | 고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지 |
| WO2021130920A1 (ja) * | 2019-12-25 | 2021-07-01 | 株式会社恒大新能源日本研究院 | 蓄電デバイス及び蓄電デバイス用シート状固体電解質 |
| KR20230032092A (ko) * | 2021-08-30 | 2023-03-07 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 고체 전해질막 및 이를 포함하는 전고체 전지 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP31309593A patent/JP3421409B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07169507A (ja) | 1995-07-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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