JP4415800B2 - Gel electrolyte and gel electrolyte battery - Google Patents

Gel electrolyte and gel electrolyte battery Download PDF

Info

Publication number
JP4415800B2
JP4415800B2 JP2004258758A JP2004258758A JP4415800B2 JP 4415800 B2 JP4415800 B2 JP 4415800B2 JP 2004258758 A JP2004258758 A JP 2004258758A JP 2004258758 A JP2004258758 A JP 2004258758A JP 4415800 B2 JP4415800 B2 JP 4415800B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acrylonitrile
mol
gel electrolyte
carbonate
aqueous solvent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004258758A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005019418A (en
Inventor
寛之 明石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2004258758A priority Critical patent/JP4415800B2/en
Publication of JP2005019418A publication Critical patent/JP2005019418A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4415800B2 publication Critical patent/JP4415800B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、リチウム二次電池等において非水電解液の代わりに用いられるゲル電解質及びそれを用いたゲル電解質電池に関する   The present invention relates to a gel electrolyte used in place of a non-aqueous electrolyte in a lithium secondary battery or the like, and a gel electrolyte battery using the gel electrolyte.

リチウム含有化合物よりなる正極と、リチウムやリチウム合金、さらには炭素質材料のようなリチウムを吸蔵することが可能な物質よりなる負極と、非水溶媒に電解質塩を溶解してなる非水電解液とを有するリチウム二次電池は、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池等の水溶液系二次電池に比べて出力が高く、高エネルギー密度を有することから注目されている。   A positive electrode made of a lithium-containing compound, a negative electrode made of a material capable of occluding lithium, such as lithium, lithium alloys, and carbonaceous materials, and a non-aqueous electrolyte solution obtained by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent Rechargeable lithium secondary batteries are attracting attention because they have higher output and higher energy density than aqueous secondary batteries such as lead batteries and nickel-cadmium batteries.

このようなリチウム二次電池のさらなる電池性能の向上を図るには、負極材料、正極材料の選択も重要であるが、両極間でのイオンの伝導を担う電解液の特性も電池性能に大きく影響してくる。このため、電解液では、イオン伝導度が高く且つ高い電圧にも耐え得るものを得るべく非水溶媒、電解質塩が数多く提案されている。   In order to further improve the battery performance of such a lithium secondary battery, the selection of the negative electrode material and the positive electrode material is also important, but the characteristics of the electrolyte solution that conducts ions between the two electrodes greatly affect the battery performance. Come on. For this reason, many non-aqueous solvents and electrolyte salts have been proposed in order to obtain electrolytic solutions that have high ionic conductivity and can withstand high voltages.

例えば、非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒の他、γ−ブチルラクトン、1,2−ジメトキシエタン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸ブチル等が使用されている。   For example, as non-aqueous solvents, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, methyl propionate, butyl propionate, etc. are used in addition to carbonate solvents such as propylene carbonate, ethylene carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, etc. Has been.

また、電解質塩には、LiPF6,LiClO,LiBF,LiCFSO,LiAsF,LiN(CFSO、LiC(CFSO等が報告されている。 Further, the electrolyte salt, LiPF6, LiClO 4, LiBF 4 , LiCF 3 SO 3, LiAsF 6, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiC (CF 2 SO 2) 3 and the like have been reported.

以上に列挙した非水溶媒及び電解質塩よりなる非水電解液は、特開平4−184870号公報(特許文献1)にも記載されているとおり比較的熱容量が小さい。このため、電池が例えば火中に投じられたような場合には、周囲の温度上昇に伴って溶媒が揮発し、引火する危険性をはらんでいる。   The non-aqueous electrolyte solution composed of the non-aqueous solvent and the electrolyte salt listed above has a relatively small heat capacity as described in JP-A-4-184870 (Patent Document 1). For this reason, when a battery is thrown into fire, for example, the solvent volatilizes with an increase in ambient temperature, and there is a risk of ignition.

そこで、特許文献1では、このような引火を防止する手法として、電解液に難燃性を有する燐酸エステルを添加することを提案している。   Therefore, Patent Document 1 proposes to add a phosphoric acid ester having flame retardancy to the electrolyte as a technique for preventing such ignition.

特開平4−184870号公報JP-A-4-184870

ところで、燐酸エステル等の有機エステル系化合物は、電気化学的な耐酸化還元性が比較的小さいという問題がある。そのような燐酸エステルを、端子電圧が高いこと、例えば4V以上を長所としているリチウム二次電池に適用すると、充放電に伴って燐酸エステルの酸化還元反応が生起し、結果的に放電容量の劣化を引き起こす原因になる。   By the way, organic ester compounds such as phosphate esters have a problem that their electrochemical redox resistance is relatively small. When such a phosphoric acid ester is applied to a lithium secondary battery having a high terminal voltage, for example, 4 V or more, an oxidation-reduction reaction of the phosphoric acid ester occurs with charge and discharge, resulting in deterioration of discharge capacity. Cause.

そこで、本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、難燃性及び電気化学的な耐酸化還元性に優れ、電池の電解質材料として使用できるゲル電解質及びこのゲル電解質を用いた電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, a gel electrolyte that is excellent in flame retardancy and electrochemical redox resistance, and can be used as an electrolyte material for a battery, and the gel electrolyte. It aims at providing the used battery.

上述のような目的を達成するために提案される本発明に係るゲル電解質は、非水溶媒に少なくともLiPFを含有する電解質塩が溶解されている非水電解液と、ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とからなり、非水溶媒とポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とにおけるアクリロニトリルモノマーの含有率は、5mol%以上、30mol%以下であり、難燃性を有し、温度25℃の環境下でイオン伝導度が1mS/cm以上であり、本発明に係る電池は、このゲル電解質を用いたものである。 The gel electrolyte according to the present invention proposed to achieve the above-described object includes a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt containing at least LiPF 6 is dissolved in a nonaqueous solvent, and a polyacrylonitrile or acrylonitrile-based co-polymer. The content of the acrylonitrile monomer in the non-aqueous solvent and the polyacrylonitrile or acrylonitrile-based copolymer is 5 mol% or more and 30 mol% or less, has flame retardancy, and is at an environment of 25 ° C. The ion conductivity is 1 mS / cm or more, and the battery according to the present invention uses this gel electrolyte.

ある特定の組成を有する非水電解液を、例えばニトリル基を側鎖に有する高分子によってゲル化すると、温度25℃の環境下で1mS/cm以上の高いイオン伝導度を発揮する難燃性のゲル電解質が得られる。   When a non-aqueous electrolyte having a specific composition is gelled by a polymer having a nitrile group in the side chain, for example, a flame retardant that exhibits a high ion conductivity of 1 mS / cm or more in an environment at a temperature of 25 ° C. A gel electrolyte is obtained.

このようなゲル電解質は、イオン伝導度が1mS/cm以上であり、またリン酸エステルのような耐酸化還元性に劣る物質を含んでいないので、電池の電解質材料として使用できる。このゲル電解質を電池の電解質材料として使用すると、難燃性を有するので、例えば火中に投じられたような場合でも引火することのない安全性に優れた電池が実現する。また、ゲル電解質を電解質材料として用いた電池では、どのように取り扱っても電解液が外部に漏れ出るおそれがないので、周辺デバイス等を汚染しないという利点もある。   Such a gel electrolyte has an ionic conductivity of 1 mS / cm or more and does not contain a substance having poor redox resistance, such as a phosphate ester, and therefore can be used as an electrolyte material for a battery. When this gel electrolyte is used as an electrolyte material for a battery, it has flame retardancy, and thus a battery having excellent safety that does not ignite even when thrown into a fire is realized. Further, a battery using a gel electrolyte as an electrolyte material has an advantage that the electrolytic device does not leak to the outside no matter how it is handled, so that peripheral devices and the like are not contaminated.

このようなゲル電解質において、ゲル化剤としては例えばニトリル基を側鎖に有する高分子によってゲル化される。   In such a gel electrolyte, for example, the gelling agent is gelled by a polymer having a nitrile group in the side chain.

すなわち、ニトリル基を側鎖に有する高分子によってゲル化を行うには、予め所定量の電解質塩を溶解した非水電解液を加熱し、これにニトリル基を有する高分子をゲル化剤として添加する。非水溶媒にゲル化剤を添加すると溶液の粘度が高くなる。そして、このゲル化剤が完全に溶解した後、得られたゲル溶液を素早く基体上に展開し、徐冷することでゲル電解質が得られる。   That is, in order to perform gelation with a polymer having a nitrile group in the side chain, a nonaqueous electrolytic solution in which a predetermined amount of electrolyte salt is dissolved is heated in advance, and a polymer having a nitrile group is added thereto as a gelling agent. To do. When a gelling agent is added to a non-aqueous solvent, the viscosity of the solution increases. And after this gelling agent melt | dissolves completely, the obtained gel solution is rapidly expand | deployed on a base | substrate and a gel electrolyte is obtained by cooling slowly.

このゲル化剤となる高分子としては、ゲル化の状態及び難燃性の点からポリアクリロニトリルが好適であり、この他、アクリロニトリルモノマーと他のモノマー種が適当な比率で共重合された共重合体を使用しても差し支えない。このアクリロニトリル系共重合体としては、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ポリエチレン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル・メタアクリレート樹脂等が挙げられる。   As the polymer used as the gelling agent, polyacrylonitrile is preferable from the viewpoint of gelation and flame retardancy, and in addition, a copolymer obtained by copolymerizing acrylonitrile monomer and other monomer species in an appropriate ratio. You can use coalescing. This acrylonitrile copolymer includes acrylonitrile / butadiene rubber, acrylonitrile / butadiene / styrene resin, acrylonitrile / polyethylene chloride / styrene resin, acrylonitrile / styrene resin, acrylonitrile / ethylene / propylene / diene / styrene resin, acrylonitrile / vinyl chloride resin. And acrylonitrile / methacrylate resin.

ここで、これらポリアクリロニトリルやアクリロニトリル系共重合体によるゲル化の程度はその分子量によって決まる。したがって。ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体としては、十分にゲル化が生起される程度の分子量を有するものであることが必要条件となる。ただし、その分子量が極端に大きい場合には、非水電解液に添加した際に、溶液粘度が高くなり過ぎ、展開、成膜が困難となる。これとの兼ね合いから、ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体としては、数平均分子量が5万から50万程度のものを用いるのが好ましい。   Here, the degree of gelation by these polyacrylonitrile and acrylonitrile-based copolymer is determined by the molecular weight. Therefore. The polyacrylonitrile or acrylonitrile-based copolymer is required to have a molecular weight enough to cause gelation. However, when the molecular weight is extremely large, when added to the non-aqueous electrolyte, the solution viscosity becomes too high, and development and film formation become difficult. In view of this, it is preferable to use a polyacrylonitrile or acrylonitrile copolymer having a number average molecular weight of about 50,000 to 500,000.

一方、ゲル電解質に用いる非水溶媒、電解質塩としては、リチウム二次電池で通常用いられているものが使用できる。   On the other hand, as the non-aqueous solvent and electrolyte salt used for the gel electrolyte, those usually used in lithium secondary batteries can be used.

非水溶媒としては、電位窓がリチウム電位に対して、−0.3Vから4.9Vの範囲にあるものが用いられる。特に、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチルラクトン等が、電位窓が上記範囲であるとともにゲル電解質に高いイオン伝導度を付与できることから好ましい。なお、これら非水溶媒は、単独で用いても複数種組み合わせて用いてもよい。例えば、ECとPCを組み合わせた混合溶媒は、ゲル電解質の非水溶媒として特に好ましい。   As the non-aqueous solvent, one having a potential window in the range of −0.3 V to 4.9 V with respect to the lithium potential is used. In particular, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyl lactone and the like are preferable because the potential window is in the above range and high ionic conductivity can be imparted to the gel electrolyte. These nonaqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. For example, a mixed solvent in which EC and PC are combined is particularly preferable as a nonaqueous solvent for the gel electrolyte.

また、電解質塩に含有されるLiPFは、イオン伝導性の点から優れるとともに、ゲルに難燃性を付与するのに非常に有効である。電解質塩には、LiPFと他のリチウム塩との混合物も使用可能であるが、LiPFを単独使用するのが好ましい。 In addition, LiPF 6 contained in the electrolyte salt is excellent in terms of ion conductivity and is very effective for imparting flame retardancy to the gel. As the electrolyte salt, a mixture of LiPF 6 and another lithium salt can be used, but it is preferable to use LiPF 6 alone.

なお、これら材料の最適な組成比は、イオン伝導性や難燃性の他、作製時の成膜性やゲル化の観点から設定される。具体的には、用いる非水溶媒、ゲル化剤、電解質塩の種類によっても異なるが、ポリアクリロニトリルをゲル化剤として用いる場合には、ポリアクリロニトリルの繰り返し単位であるモノマーと非水溶媒のモル比が、5:95〜30:70であることが望ましい。   The optimum composition ratio of these materials is set from the viewpoints of film forming properties and gelation during production, in addition to ion conductivity and flame retardancy. Specifically, although it varies depending on the type of non-aqueous solvent, gelling agent, and electrolyte salt used, when polyacrylonitrile is used as the gelling agent, the molar ratio of the monomer that is a repeating unit of polyacrylonitrile and the non-aqueous solvent. Is preferably 5:95 to 30:70.

特に、ゲル化剤がポリアクリロニトリルであり、非水溶媒がエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒である場合には、ポリアクリロニトリルの繰り返し単位であるモノマーとエチレンカーボネート,プロピレンカーボネートの組成比は、図1に示す3元組成図上のA,B,C,Dの4点で囲まれる領域内であることが望ましい。   In particular, when the gelling agent is polyacrylonitrile and the non-aqueous solvent is a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate, the composition ratio of the monomer, which is a repeating unit of polyacrylonitrile, to ethylene carbonate and propylene carbonate is as shown in FIG. It is desirable that the region be surrounded by four points A, B, C, and D on the ternary composition diagram shown in FIG.

アクリロニトリルモノマーの割合がこの領域外である場合には、ゲル化が十分に進行せず、良質なゲル電解質が得られない。逆に、アクリロニトリルモノマーの割合がこの領域よりも大きいと、成膜性が損なわれる傾向がある。なお、ポリアクリロニトリルの添加量によって、ゲル電解質のイオン伝導度も変化するので、この割合を制御することで当該ゲル電解質に所望のイオン伝導度を持たせるようにしても良い。これにより、非水電解液では得られない範囲のイオン伝導度をゲル電解質に持たせることが可能であり、例えば高温使用に耐え得る電池も実現できるようになる。   When the ratio of the acrylonitrile monomer is outside this region, the gelation does not proceed sufficiently and a good gel electrolyte cannot be obtained. On the contrary, when the ratio of the acrylonitrile monomer is larger than this region, the film formability tends to be impaired. Since the ionic conductivity of the gel electrolyte also changes depending on the amount of polyacrylonitrile added, the gel electrolyte may have a desired ionic conductivity by controlling this ratio. As a result, the gel electrolyte can have an ionic conductivity in a range that cannot be obtained with a non-aqueous electrolyte, and for example, a battery that can withstand high temperature use can be realized.

また、電解質塩としてLiPFを用いる場合には、その濃度が非水溶媒に対して0.4〜2Mであることが望ましい。電解質塩の非水溶媒に対する濃度が0.4M未満であると十分なイオン伝導度が得られない。逆に、電解質塩の非水溶媒に対する濃度が2Mを越える場合には電解質塩の溶解が困難になり、また、ゲル全体の粘度が上昇するために、イオン伝導度の極端な低下を招く。 In the case of using LiPF 6 as an electrolyte salt, it is desirable that the concentration is 0.4~2M to non-aqueous solvent. If the concentration of the electrolyte salt with respect to the non-aqueous solvent is less than 0.4M, sufficient ionic conductivity cannot be obtained. On the contrary, when the concentration of the electrolyte salt with respect to the non-aqueous solvent exceeds 2M, the dissolution of the electrolyte salt becomes difficult, and the viscosity of the entire gel increases, leading to an extreme decrease in ionic conductivity.

なお、側鎖にニトリル基を有する高分子を用いた電解質材料は、特開平4−253316号公報及び特開平6−271774号公報、特開平6−279647号公報にも提案されている。   An electrolyte material using a polymer having a nitrile group in the side chain is also proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-253316, 6-271774, and 6-279647.

このうち特開平4−253316号公報に記載されている電解質材料は、ポリアクリロニトリルを主体とする高分子固体膜にリチウムイオンを含有させたものである。この電解質材料は、特にコンデンサ用途を想定して提案されものであり、インピーダンス周波数特性に着目した条件設計がなされている。したがって、この公報には、難燃性、高イオン伝導性を得るための具体的な条件に関する記述は全くなく、むしろ低イオン伝導体であることを特長の一つとして言及している。   Among them, the electrolyte material described in JP-A-4-253316 is a polymer solid film mainly composed of polyacrylonitrile containing lithium ions. This electrolyte material has been proposed especially assuming the use of a capacitor, and has been designed with a focus on impedance frequency characteristics. Therefore, this publication does not describe any specific conditions for obtaining flame retardancy and high ionic conductivity, but rather mentions that it is a low ionic conductor as one of its features.

一方、特開平6−271774号公報及び特開平6−279647号公報に記載されている電解質材料は、ニトリル基を有する高分子とアルカリ金属塩のみからなるものであり、非水溶媒を含浸しない完全固体電解質である。この電解質材料は、電池への適用が想定されており、イオン伝導度の向上が目的の一つとされている。しかし、そのイオン伝導度も10−6〜10−5S/cmオーダーであり、十分に大きいとは言えない。 On the other hand, the electrolyte materials described in JP-A-6-271774 and JP-A-6-279647 are composed only of a polymer having a nitrile group and an alkali metal salt, and are completely impregnated with a nonaqueous solvent. It is a solid electrolyte. This electrolyte material is assumed to be applied to batteries, and one of the purposes is to improve ionic conductivity. However, the ionic conductivity is also on the order of 10 −6 to 10 −5 S / cm, and cannot be said to be sufficiently large.

これに対して、本発明で提案しているゲル電解質は、先に示したように非水溶媒と電解質塩よりなる非水電解液を、例えばニトリル基を有する高分子でゲル化してなるものである。このゲル状電解質は、難燃性を有し、1mS/cm以上のイオン伝導度を持たせることができる。すなわち、上記3つの公報で提案されている電解質材料とは、構成を異にし、電池に適用したときに、これら公報に記載されている電解質材料に比べて格段に優れた作用効果を発揮するものである。   On the other hand, the gel electrolyte proposed in the present invention is obtained by gelling a non-aqueous electrolyte composed of a non-aqueous solvent and an electrolyte salt with a polymer having a nitrile group, for example. is there. This gel electrolyte has flame retardancy and can have an ionic conductivity of 1 mS / cm or more. That is, the electrolyte material proposed in the above three publications has a configuration different from that of the electrolyte material described in these publications when applied to a battery. It is.

以上のようなゲル電解質は、例えば電池の電解質材料として用いられるが、適用される電池は一次電池仕様であっても二次電池仕様であってもよい。なお、特に、二次電池仕様の電池の場合には、正極活物質、負極活物質としては以下のものが好適である。   The gel electrolyte as described above is used, for example, as an electrolyte material for a battery. The applied battery may be a primary battery specification or a secondary battery specification. In particular, in the case of a secondary battery specification battery, the following are preferable as the positive electrode active material and the negative electrode active material.

すなわち、正極活物質としては、リチウム含有化合物、例えば、一般式Li MO (但し、Mは1種以上の遷移金属、好ましくはMn、Co、Niの少なくとも1種を表し、xは0.05≦x≦1.10である)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が使用される。 That is, as the positive electrode active material, a lithium-containing compound, for example, a general formula Li X MO 2 (where M represents one or more transition metals, preferably at least one of Mn, Co, and Ni; 05 ≦ x ≦ 1.10) is used.

また、負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金さらにはリチウムを吸蔵することが可能な炭素質材料が用いられる。炭素質材料としては、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等が挙げられる。   As the negative electrode active material, a lithium metal, a lithium alloy, or a carbonaceous material capable of occluding lithium is used. Examples of carbonaceous materials include pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, and organic polymer compound fired bodies (furan resins, etc., fired at an appropriate temperature. Carbonized), carbon fiber, activated carbon and the like.

ところで、ある特定の組成を有する非水電解液を、例えばニトリル基を側鎖に有する高分子によってゲル化すると、温度25℃環境下で1mS/cm以上の高いイオン伝導度を発揮する難燃性のゲル電解質が得られる。   By the way, when a non-aqueous electrolyte having a specific composition is gelled by a polymer having a nitrile group in a side chain, for example, flame retardancy that exhibits a high ion conductivity of 1 mS / cm or more in a temperature 25 ° C. environment. The gel electrolyte is obtained.

このようなゲル電解質は、イオン伝導度が1mS/cm以上であり、またリン酸エステルのような耐酸化還元性に劣る物質を含んでいないので、電池の電解質材料として使用できる。このゲル電解質を電池の電解質材料として使用すると、難燃性を有するので、例えば火中に投じられたような場合でも引火することのない安全性に優れた電池が実現する。また、ゲル電解質を電解質材料として用いた電池では、どのように取り扱っても電解液が外部に漏れ出るおそれがないので、周辺デバイス等を汚染しないという利点もある。   Such a gel electrolyte has an ionic conductivity of 1 mS / cm or more and does not contain a substance having poor redox resistance, such as a phosphate ester, and therefore can be used as an electrolyte material for a battery. When this gel electrolyte is used as an electrolyte material for a battery, it has flame retardancy, and thus a battery having excellent safety that does not ignite even when thrown into a fire is realized. Further, a battery using a gel electrolyte as an electrolyte material has an advantage that the electrolytic device does not leak to the outside no matter how it is handled, so that peripheral devices and the like are not contaminated.

なお、ゲル化剤となるニトリル基を側鎖に有する高分子としてはアクリロニトリル系高分子が好適であり、電解質塩としてはLiPFが最も好ましい。そして、アクリロニトリル系高分子の繰り返し単位であるモノマーと非水溶媒のモル比を、5:95〜30:70とし、LiPFの濃度を非水溶媒に対して0.4〜2Mにすると、イオン伝導性が非常に高く、また難燃性に優れたゲル電解質が獲得される。 An acrylonitrile-based polymer is suitable as a polymer having a nitrile group as a gelling agent in the side chain, and LiPF 6 is most preferred as an electrolyte salt. When the molar ratio of the monomer that is a repeating unit of the acrylonitrile polymer and the nonaqueous solvent is 5:95 to 30:70 and the concentration of LiPF 6 is 0.4 to 2 M with respect to the nonaqueous solvent, A gel electrolyte having very high conductivity and excellent flame retardancy is obtained.

本発明に係るゲル電解質は、難燃性を有し、温度25℃の環境下でのイオン伝導度が1mS/cm以上であるので、電池の電解質材料として使用できる。   Since the gel electrolyte according to the present invention has flame retardancy and has an ionic conductivity of 1 mS / cm or more in an environment at a temperature of 25 ° C., it can be used as an electrolyte material for a battery.

このようなゲル電解質を電池の電解質材料として使用すると、難燃性を有するので、例えば火中に投じられたような場合でも引火することのない安全性に優れた電池を構成できる。また、ゲル電解質を電解質材料として用いた電池では、どのように取り扱っても電解液が外部に漏れ出るおそれがないので、周辺デバイス等を汚染しないという利点もある。   When such a gel electrolyte is used as an electrolyte material for a battery, it has flame retardancy, and thus a battery with excellent safety that does not ignite even when thrown into a fire can be constructed. Further, a battery using a gel electrolyte as an electrolyte material has an advantage that the electrolytic device does not leak to the outside no matter how it is handled, so that peripheral devices and the like are not contaminated.

本発明の好適な実施例について実験結果に基づいて説明する。   A preferred embodiment of the present invention will be described based on experimental results.

ゲル電解質は、非水電解液をゲル化することで得られるものであり、本発明のゲル電解質は、特に難燃性を有し、温度25℃の環境下でのイオン伝導度が1mS/cm以上と規制される。本実施例では、まず、このような条件を満たすゲル電解質を得るための材料組成について検討を行った。   The gel electrolyte is obtained by gelling a non-aqueous electrolyte. The gel electrolyte of the present invention is particularly flame retardant and has an ionic conductivity of 1 mS / cm in an environment at a temperature of 25 ° C. It is regulated as above. In this example, first, a material composition for obtaining a gel electrolyte satisfying such conditions was examined.

非水溶媒とゲル化剤の組成比の検討
ゲル電解質を次のようにして作製した。
Examination of composition ratio of non-aqueous solvent and gelling agent A gel electrolyte was prepared as follows.

表1、表2に示す混合比でポリアクリロニトリルと、エチレンカーボネート(EC)及びプロピレンカーボネート(PC)を計量し、このうち非水溶媒成分であるECとPCをビーカー中に投入して混合攪はんした。但し、表中、ポリアクリロニトリルの混合比は、ポリアクリロニトリルの繰り返し単位であるモノマーのモル比で示した。次いで、この混合溶液に、1.0Mなる濃度でLiPFを添加し、130℃まで加熱した。十分加熱された時点で、この溶液に、ゲル化剤となるポリアクリロニトリルを少量ずつ添加していき、添加終了後、さらに10分間加熱しながら攪はんを行った。その結果、透明性のある粘ちょうな液体であるゲル溶液が得られた。そして、このゲル溶液をガラスシャーレ上に展開した後、室温にて冷却することで目的のゲル電解質を得た。 Polyacrylonitrile, ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) are weighed at the mixing ratios shown in Tables 1 and 2, and EC and PC, which are non-aqueous solvent components, are put into a beaker and mixed. I did. However, in the table, the mixing ratio of polyacrylonitrile is shown by the molar ratio of the monomer which is a repeating unit of polyacrylonitrile. Next, LiPF 6 was added to the mixed solution at a concentration of 1.0 M and heated to 130 ° C. When sufficiently heated, polyacrylonitrile as a gelling agent was added little by little to this solution. After the addition was completed, stirring was performed while heating for an additional 10 minutes. As a result, a gel solution which is a transparent viscous liquid was obtained. And after developing this gel solution on a glass petri dish, the target gel electrolyte was obtained by cooling at room temperature.

そして、作製されたゲル電解質について、温度25℃下及び温度−20℃下でイオン伝導度(σ1,σ2)を測定するとともに難燃性の評価を行った。イオン伝導度,難燃性の測定法は以下の通りである。   And about the produced gel electrolyte, the ionic conductivity ((sigma) 1, (sigma) 2) was measured under temperature 25 degreeC and temperature-20 degreeC, and flame retardance was evaluated. The measurement methods of ionic conductivity and flame retardancy are as follows.

イオン伝導度:作製されたゲル電解質を直径1cmの円柱状に切り出し、これを直径1cmの一対の白金電極円板の間に挟持させた。そして、この状態でゲル電解質のイオン伝導度をインピーダンスアナライザーを使用して測定した。測定条件は、印加電圧0.5mV、掃引周波数5〜13MHzである。 Ionic conductivity: The prepared gel electrolyte was cut into a cylindrical shape having a diameter of 1 cm, and sandwiched between a pair of platinum electrode disks having a diameter of 1 cm. In this state, the ionic conductivity of the gel electrolyte was measured using an impedance analyzer. The measurement conditions are an applied voltage of 0.5 mV and a sweep frequency of 5 to 13 MHz.

難燃性:図2に示すように、作製されたゲル電解質13を、濾紙(10cm×10cm×0.01cm)12上に500mg担持させた。そして、この濾紙12を、ゲル電解質を担持させた側とは反対側の一端がはみ出すように支持台14上に載置し、このはみ出した濾紙12の一端に、直接ガスライター11の炎を1分間接触させ続けた。1分後、ガスライターを濾紙から遠ざけたときに、ゲル電解質を担持部させた部分に着火が観察されないか、あるいは着火しても直ちに自己消火した場合を「不燃」と記録し、着火が目視にて認められた場合を「着火」と記録した。   Flame retardancy: As shown in FIG. 2, 500 mg of the prepared gel electrolyte 13 was supported on a filter paper (10 cm × 10 cm × 0.01 cm) 12. Then, the filter paper 12 is placed on the support base 14 so that one end opposite to the side on which the gel electrolyte is supported protrudes, and the flame of the gas lighter 11 is directly applied to one end of the protruding filter paper 12. The contact was continued for a minute. After 1 minute, when the gas lighter is moved away from the filter paper, no ignition is observed in the part where the gel electrolyte is supported, or the case where the self-extinguishment immediately occurs is recorded as “non-combustible”, and the ignition is visually Recorded as “ignited” in cases where

その測定結果を、ゲル電解質の組成比と併せて表1,表2に示す。   The measurement results are shown in Tables 1 and 2 together with the composition ratio of the gel electrolyte.

Figure 0004415800
Figure 0004415800

Figure 0004415800
Figure 0004415800

まず、表1、表2から、ポリアクリロニトリルの含有率を検討すると、アクリロニトリルモノマーの含有率が2mol%又は4mol%と少量となされた実験例14,実験例15では、ゲル作製段階でゲル化が進行しにくく、ゲル電解質の作製が非常に困難であった。このため、導電率が測定できなかった。このことから、ゲル電解質中に含有させるアクリルニトリルモノマーの割合は5mol%以上とする必要があることがわかった。但し、アクリロニトリルモノマーの含有率が30mol%と多量となされた実験例16では、ゲル作製段階で溶液の粘度が高くなり、ゲルの成膜が比較的困難であった。さらに、ゲルのモノマー含有率を上昇させると、このような成膜性の劣化はさらに顕著となる。このことから、アクリロニトリルモノマーの含有率の上限は30mol%であると判断された。   First, from Table 1 and Table 2, when examining the content of polyacrylonitrile, in Experimental Examples 14 and 15 in which the content of acrylonitrile monomer was as small as 2 mol% or 4 mol%, gelation occurred at the gel preparation stage. It was difficult to proceed and it was very difficult to produce a gel electrolyte. For this reason, the electrical conductivity could not be measured. From this, it was found that the ratio of the acrylonitrile monomer contained in the gel electrolyte needs to be 5 mol% or more. However, in Experimental Example 16 in which the content of the acrylonitrile monomer was as large as 30 mol%, the viscosity of the solution was high at the gel preparation stage, and gel formation was relatively difficult. Further, when the monomer content of the gel is increased, such deterioration of the film forming property becomes more remarkable. From this, it was judged that the upper limit of the content rate of an acrylonitrile monomer was 30 mol%.

次に、PC含有率を見ると、PCの含有率が5mol%となされた実験例4〜実験例6のゲル電解質は、PCの含有率が10mol%となされた実験例1〜実験例3のゲル電解質に比べて、特に低温環境下におけるイオン伝導度σ2が1/10程度と非常に低い値になっている。このことから、ゲル電解質中に含有されるPCの割合は10mol%以上とする必要があることがわかった。   Next, looking at the PC content, the gel electrolytes of Experimental Example 4 to Experimental Example 6 in which the PC content was 5 mol% were the same as those in Experimental Examples 1 to 3 in which the PC content was 10 mol%. Compared to the gel electrolyte, the ionic conductivity σ2 in a low temperature environment is about 1/10, which is a very low value. From this, it was found that the proportion of PC contained in the gel electrolyte needs to be 10 mol% or more.

さらに、ECの含有率について検討すると、ECの含有率が10mol%となされた実験例10〜実験例12のゲル電解質では、ECの含有率が20mol%となされた実験例7〜実験例12のゲル電解質に比べて、25℃環境下でのイオン伝導度が比較的低い値になっている。このことから、ゲル電解質中のECの含有率は20mol%以上とするのが望ましいことがわかった。   Further, when the EC content is examined, in the gel electrolytes of Experimental Example 10 to Experimental Example 12 in which the EC content is 10 mol%, the Experimental Examples 7 to 12 in which the EC content is 20 mol%. Compared to the gel electrolyte, the ionic conductivity in a 25 ° C. environment is a relatively low value. From this, it was found that the EC content in the gel electrolyte is desirably 20 mol% or more.

すなわち、ゲル化剤としてポリアクリロニトリルを用い、非水溶媒としてPC−EC系混合溶媒を用いる場合には、図1に示す3元組成図上でA,B,C,Dの4点で囲まれる領域内の組成比とすると、電解質材料として好適なゲル電解質が得られるようになることがわかった。   That is, when polyacrylonitrile is used as the gelling agent and a PC-EC mixed solvent is used as the non-aqueous solvent, it is surrounded by four points A, B, C, and D on the ternary composition diagram shown in FIG. It was found that a gel electrolyte suitable as an electrolyte material can be obtained when the composition ratio in the region is used.

なお、さらに確認のため、このA,B,C,Dの4点で囲まれる領域内あるいは領域外で任意の組成比を選択してゲル電解質を作製し、同様にしてイオン伝導度及び難燃性を測定した。その結果を表3に示す。   For further confirmation, a gel electrolyte was prepared by selecting an arbitrary composition ratio within or outside the region surrounded by the four points A, B, C, and D. Similarly, ion conductivity and flame retardancy were produced. Sex was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 0004415800
Figure 0004415800

このように、領域内の組成となされたゲル電解質は、イオン伝導度が高く、難燃性にも優れている。これに対して、領域外の組成となされたゲル電解質は、成膜性に難があったり、イオン伝導度が低い値になっている。このことからも、ゲル電解質の組成は、3元組成図上でA,B,C,Dの4点で囲まれる領域内が最も好ましいことが確認された。   Thus, the gel electrolyte having a composition in the region has high ionic conductivity and excellent flame retardancy. On the other hand, the gel electrolyte having a composition outside the region has difficulty in film formation and has a low ionic conductivity. This also confirms that the gel electrolyte composition is most preferably in the region surrounded by four points A, B, C, and D on the ternary composition diagram.

電解質塩の検討
アクリロニトリルモノマー:EC:PCを20mol%:60mol%:20mol%で固定し、電解質塩として表4に示す種類のリチウム塩を用いること以外は上述と同様にしてゲル電解質を作製した。
Examination of electrolyte salt A gel electrolyte was prepared in the same manner as described above except that acrylonitrile monomer: EC: PC was fixed at 20 mol%: 60 mol%: 20 mol%, and a lithium salt of the type shown in Table 4 was used as the electrolyte salt.

そして、作製したゲル電解質について難燃性の評価を行った。その結果を表4に示す。   And the flame-retardant evaluation was performed about the produced gel electrolyte. The results are shown in Table 4.

Figure 0004415800
Figure 0004415800

表4に示すように、電解質塩としてLiPFを用いたゲル電解質のみが難燃性を示し、他の電解質塩を用いたゲル電解質では、着火が認められた。このことから、ゲル電解質の電解質塩としてはLiPFが好適であることがわかった。 As shown in Table 4, only the gel electrolyte using LiPF 6 as the electrolyte salt showed flame retardancy, and ignition was recognized in the gel electrolytes using other electrolyte salts. From this, it was found that LiPF 6 is suitable as the electrolyte salt of the gel electrolyte.

次に、アクリロニトリルモノマー:EC:PCを20mol%:60mol%:20mol%で固定し、電解質塩としてLiPFを表5に示す濃度で含有させたこと以外は上述と同様にしてゲル電解質を作製した。 Next, a gel electrolyte was prepared in the same manner as described above except that acrylonitrile monomer: EC: PC was fixed at 20 mol%: 60 mol%: 20 mol% and LiPF 6 was contained as an electrolyte salt at a concentration shown in Table 5. .

そして、作製したゲル電解質について、温度25℃下でイオン伝導度(σ1)を測定するとともに難燃性の評価を行った。その結果を表5に示す。   The produced gel electrolyte was measured for ionic conductivity (σ1) at a temperature of 25 ° C. and evaluated for flame retardancy. The results are shown in Table 5.

Figure 0004415800
Figure 0004415800

表5からわかるように、ゲル電解質のイオン伝導度はLiPFの溶媒に対する濃度が0.4〜2.0Mの範囲にある場合には2.0以上と比較的大きな値になるが、LiPFの溶媒に対する濃度がこの範囲から外れると2.0を下回るようになる。このことから、ゲル電解質のLiPFの含有率は溶媒に対して0.4〜2.0Mの範囲が適当であることがわかった。 As can be seen from Table 5, the ionic conductivity of the gel electrolyte is a relatively large value of 2.0 or more when the concentration of LiPF 6 with respect to the solvent is in the range of 0.4 to 2.0 M, but LiPF 6 When the concentration with respect to the solvent is out of this range, it becomes less than 2.0. From this, it was found that the content of LiPF 6 in the gel electrolyte is suitably in the range of 0.4 to 2.0 M with respect to the solvent.

ゲル電解質の電解質材料としての評価
ここでは電解質材料としてゲル電解質を用いて一次電池、二次電池を作製し、その電解質材料としての特性を評価した。なお、作製した電池は、一次電池,二次電池のいずれの場合も図3に示すような薄型タイプである。
Evaluation of Gel Electrolyte as Electrolyte Material Here, a primary battery and a secondary battery were prepared using a gel electrolyte as an electrolyte material, and the characteristics as the electrolyte material were evaluated. The produced battery is a thin type as shown in FIG. 3 in both cases of the primary battery and the secondary battery.

まず、このような薄型タイプの一次電池を以下のようにして作製した。   First, such a thin type primary battery was produced as follows.

正極板1を作製するために、二酸化マンガン(正極活物質)85重量%、グラファイト10重量%、ポリフッ化ビニリデン5重量%の割合で混合し、さらにジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒として混練することで正極合剤を調製した。そして、この正極合剤を、集電体となるアルミニウム箔上に塗布し、温度120℃で減圧乾燥した後、8cmの寸法に裁断することで正極板を作製した。 In order to produce the positive electrode plate 1, 85% by weight of manganese dioxide (positive electrode active material), 10% by weight of graphite, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride were mixed, and further kneaded with dimethylformamide (DMF) as a solvent. A positive electrode mixture was prepared. And after apply | coating this positive electrode mixture on the aluminum foil used as a collector and drying under reduced pressure at the temperature of 120 degreeC, the positive electrode plate was produced by cutting to a dimension of 8 cm < 2 >.

また、負極板2は、厚さ2mmのリチウム金属板を8cmの寸法に裁断することで作製した。 The negative electrode plate 2 was produced by cutting a 2 mm thick lithium metal plate into a size of 8 cm 2 .

以上のようにして作製された正極板1、負極板2を、それぞれ正極外装材3、負極外装材4に収容し、これら正極外装材3、負極外装材4とを正極板1、負極板2が対向するように積層した。   The positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 produced as described above are accommodated in the positive electrode outer packaging material 3 and the negative electrode outer packaging material 4, respectively. The positive electrode outer packaging material 3 and the negative electrode outer packaging material 4 are connected to the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. Were laminated so that they face each other.

次に、ゲル電解質6を次のようにして作製した。   Next, the gel electrolyte 6 was produced as follows.

ポリアクリロニトリル、EC、PC及びLiPFよりなるゲル溶液を、セパレータ5上に素早く展開した後、室温にて冷却することで膜厚120μmのゲル電解質6を形成した。また、セパレータ5のもう一方の面にも同様にしてゲル電解質6を形成した。なお、ゲル溶液の各組成物の比率は、アクリロニトリルモノマー:15mol%,EC:57mol%,PC:28mol%,LiPF:溶媒成分に対して0.8Mである。また、セパレータ5は、膜厚が20ミクロン程度の不織布である。 A gel solution composed of polyacrylonitrile, EC, PC, and LiPF 6 was quickly spread on the separator 5 and then cooled at room temperature to form a gel electrolyte 6 having a thickness of 120 μm. Further, the gel electrolyte 6 was formed on the other surface of the separator 5 in the same manner. The ratio of each composition of the gel solution, acrylonitrile monomer: 15mol%, EC: 57mol% , PC: 28mol%, LiPF 6: is a 0.8M to the solvent components. The separator 5 is a nonwoven fabric having a film thickness of about 20 microns.

そして、このようにしてゲル電解質6が形成されたセパレータ5を、上述のようにして積層された正極板1、負極板2の間に挿入し、正極外装材3、負極外装材4の外周縁部をホットメルト材7を介して熱融着することで接合、密閉し、薄型一次電池を作製した。   The separator 5 thus formed with the gel electrolyte 6 is inserted between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 laminated as described above, and the outer peripheral edges of the positive electrode exterior material 3 and the negative electrode exterior material 4. The parts were joined and sealed by heat-sealing via a hot melt material 7 to produce a thin primary battery.

以上のようにして作製された一次電池について放電特性を調べた。   The discharge characteristics of the primary battery produced as described above were examined.

放電は、200μA/cmの電流密度で、開回路電圧が1.8Vに達するまで行う定電流放電である。測定された放電曲線を図4に示す。 The discharge is a constant current discharge performed at a current density of 200 μA / cm 2 until the open circuit voltage reaches 1.8V. The measured discharge curve is shown in FIG.

図4からわかるように、この一次電池の放電時の平均電圧は約2.8V程度であり、電圧曲線の平坦性も良好である。このことから、ゲル電解質は、一次電池の電解質材料として十分に使用できることが確認された。   As can be seen from FIG. 4, the average voltage during discharge of the primary battery is about 2.8 V, and the flatness of the voltage curve is also good. From this, it was confirmed that the gel electrolyte can be sufficiently used as an electrolyte material for a primary battery.

次に、薄型タイプの二次電池を作製した。なお、二次電池は、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いること以外は一次電池の場合と同様な材料、手順で作製した。   Next, a thin type secondary battery was produced. In addition, the secondary battery was produced with the material and procedure similar to the case of a primary battery except using lithium cobaltate as a positive electrode active material.

そして、作製された二次電池について充放電特性を調べた。   And the charging / discharging characteristic was investigated about the produced secondary battery.

充放電試験は、25μA/cmの電流密度で、開回路電圧が4.2Vに達するまで定電流充電を行い、この開回路電圧が4.2Vに達した時点で定電位充電に切り替え、さらに全充電時間が20時間になるまで充電を続けた後、200μA/cmの電流密度で、開回路電圧が2.5Vに達するまで定電流放電を行うといった充放電サイクルを繰り返すことで行った。充放電2回目と5回目の充放電曲線を図5に併せて示す。 In the charge / discharge test, constant current charging was performed until the open circuit voltage reached 4.2 V at a current density of 25 μA / cm 2. When this open circuit voltage reached 4.2 V, switching to constant potential charging was performed. Charging was continued until the total charging time reached 20 hours, and then the charging / discharging cycle was repeated at a current density of 200 μA / cm 2 until the open circuit voltage reached 2.5 V. The charge / discharge curves for the second and fifth charge / discharge cycles are also shown in FIG.

図5を見ると、充放電2回目,5回目のいずれの場合も90%以上の充放電効率が得られることがわかる。このことから、ゲル電解質は二次電池の電解質材料としても十分に使用できることが確認された。   As can be seen from FIG. 5, the charge / discharge efficiency of 90% or more is obtained in both the second and fifth charge / discharge cases. From this, it was confirmed that the gel electrolyte can be sufficiently used as an electrolyte material for a secondary battery.

本発明に係るゲル電解質の好適な組成範囲を示す3元組成図である。It is a ternary composition diagram showing a preferred composition range of the gel electrolyte according to the present invention. ゲル電解質の難燃性試験を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the flame retardance test of gel electrolyte. 本発明に係るゲル電解質を用いた電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the battery using the gel electrolyte which concerns on this invention. 本発明に係るゲル電解質を用いた一次電池の放電特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the discharge characteristic of the primary battery using the gel electrolyte which concerns on this invention. 本発明に係るゲル電解質を用いた二次電池の充放電特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the charging / discharging characteristic of the secondary battery using the gel electrolyte which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極板、 2 負極板、 3 セパレータ   1 positive plate, 2 negative plate, 3 separator

Claims (16)

非水溶媒に少なくともLiPFを含有する電解質塩が溶解されている非水電解液と、ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とからなり、
非水溶媒とポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とにおけるアクリロニトリルモノマーの含有率が、5mol%以上、30mol%以下であり、
難燃性を有し、温度25℃の環境下でイオン伝導度が1mS/cm以上であるゲル電解質。
A non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt containing at least LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, and polyacrylonitrile or an acrylonitrile-based copolymer,
The content of acrylonitrile monomer in the non-aqueous solvent and polyacrylonitrile or acrylonitrile-based copolymer is 5 mol% or more and 30 mol% or less,
A gel electrolyte having flame retardancy and having an ionic conductivity of 1 mS / cm or more in an environment at a temperature of 25 ° C.
上記アクリロニトリル系共重合体は、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ポリエチレン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル・メタアクリレート樹脂から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1記載のゲル電解質。   The acrylonitrile-based copolymer is acrylonitrile / butadiene rubber, acrylonitrile / butadiene / styrene resin, acrylonitrile / polyethylene chloride / styrene resin, acrylonitrile / styrene resin, acrylonitrile / ethylene / propylene / diene / styrene resin, acrylonitrile / vinyl chloride resin, The gel electrolyte according to claim 1, comprising at least one selected from acrylonitrile-methacrylate resins. 上記高分子の数平均分子量が5万から50万である請求項1記載のゲル電解質。   The gel electrolyte according to claim 1, wherein the polymer has a number average molecular weight of 50,000 to 500,000. 上記非水電解液の非水溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、メチルエチルカーボネート又はジメチルカーボネートから選ばれる少なくとも1種を含有する請求項1記載のゲル電解質。   The gel electrolyte according to claim 1, wherein the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte contains at least one selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyl lactone, methyl ethyl carbonate, or dimethyl carbonate. 上記アクリロニトリルモノマーと、上記非水溶媒を構成するエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの組成比が、三元組成図上でA(アクリロニトリルモノマー:30mol%,エチレンカーボネート:20mol%,プロピレンカーボネート50mol%)、B(アクリロニトリルモノマー:5mol%,エチレンカーボネート:20mol%,プロピレンカーボネート:75mol%)、C(アクリロニトリルモノマー:5mol%,エチレンカーボネート:85mol%,プロピレンカーボネート:10mol%)、D(アクリロニトリルモノマー:30mol%,エチレンカーボネート:60mol%,プロピレンカーボネート10mol%)なる4点に囲まれる領域内である請求項4記載のゲル電解質。   The composition ratio between the acrylonitrile monomer and the ethylene carbonate and propylene carbonate constituting the non-aqueous solvent is A (acrylonitrile monomer: 30 mol%, ethylene carbonate: 20 mol%, propylene carbonate 50 mol%), B on the ternary composition diagram. (Acrylonitrile monomer: 5 mol%, ethylene carbonate: 20 mol%, propylene carbonate: 75 mol%), C (acrylonitrile monomer: 5 mol%, ethylene carbonate: 85 mol%, propylene carbonate: 10 mol%), D (acrylonitrile monomer: 30 mol%, ethylene 5. The gel electrolyte according to claim 4, wherein the gel electrolyte is in a region surrounded by four points of carbonate: 60 mol% and propylene carbonate 10 mol%). 上記非水溶媒に対する上記LiPFの濃度が0.4M〜2Mである請求項1記載のゲル電解質。 Gel electrolyte according to claim 1, wherein the concentration of the LiPF 6 is 0.4M~2M for the nonaqueous solvent. 上記ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体と上記非水溶媒とのモル比が5:95〜30:70である請求項1記載のゲル電解質。   The gel electrolyte according to claim 1, wherein a molar ratio of the polyacrylonitrile or acrylonitrile-based copolymer to the non-aqueous solvent is 5:95 to 30:70. 非水溶媒に少なくともLiPFを含有する電解質塩が溶解されている非水電解液と、ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とからなり、非水溶媒とポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体とにおけるアクリロニトリルモノマーの含有率が、5mol%以上、30mol%以下であり、難燃性を有し、温度25℃の環境下でイオン伝導度が1mS/cm以上であるゲル電解質と、
正極及び負極とを有してなるゲル電解質電池。
A non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt containing at least LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, and polyacrylonitrile or an acrylonitrile copolymer, and acrylonitrile in the non-aqueous solvent and the polyacrylonitrile or acrylonitrile copolymer A gel electrolyte having a monomer content of 5 mol% or more and 30 mol% or less, flame retardancy, and an ionic conductivity of 1 mS / cm or more in an environment at a temperature of 25 ° C;
A gel electrolyte battery comprising a positive electrode and a negative electrode.
上記アクリロニトリル系共重合体は、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ポリエチレン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・スチレン樹脂、アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエン・スチレン樹脂、アクリロニトリル・塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル・メタアクリレート樹脂から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項8記載のゲル電解質電池。   The acrylonitrile-based copolymer is acrylonitrile / butadiene rubber, acrylonitrile / butadiene / styrene resin, acrylonitrile / polyethylene chloride / styrene resin, acrylonitrile / styrene resin, acrylonitrile / ethylene / propylene / diene / styrene resin, acrylonitrile / vinyl chloride resin, The gel electrolyte battery according to claim 8, comprising at least one selected from acrylonitrile / methacrylate resins. 上記高分子の数平均分子量が5万から50万である請求項8記載のゲル電解質電池。   The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein the polymer has a number average molecular weight of 50,000 to 500,000. 上記非水電解液の非水溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、メチルエチルカーボネート又はジメチルカーボネートから選ばれる少なくとも1種を含有する請求項8記載のゲル電解質電池。   The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte contains at least one selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyl lactone, methyl ethyl carbonate, or dimethyl carbonate. 上記アクリロニトリルモノマーと、上記非水溶媒を構成するエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの組成比が、三元組成図上でA(アクリロニトリルモノマー:30mol%,エチレンカーボネート:20mol%,プロピレンカーボネート50mol%)、B(アクリロニトリルモノマー:5mol%,エチレンカーボネート:20mol%,プロピレンカーボネート:75mol%)、C(アクリロニトリルモノマー:5mol%,エチレンカーボネート:85mol%,プロピレンカーボネート:10mol%)、D(アクリロニトリルモノマー:30mol%,エチレンカーボネート:60mol%,プロピレンカーボネート10mol%)なる4点に囲まれる領域内である請求項11記載のゲル電解質電池。   The composition ratio between the acrylonitrile monomer and the ethylene carbonate and propylene carbonate constituting the non-aqueous solvent is A (acrylonitrile monomer: 30 mol%, ethylene carbonate: 20 mol%, propylene carbonate 50 mol%), B on the ternary composition diagram. (Acrylonitrile monomer: 5 mol%, ethylene carbonate: 20 mol%, propylene carbonate: 75 mol%), C (acrylonitrile monomer: 5 mol%, ethylene carbonate: 85 mol%, propylene carbonate: 10 mol%), D (acrylonitrile monomer: 30 mol%, ethylene The gel electrolyte battery according to claim 11, wherein the gel electrolyte battery is in a region surrounded by four points of carbonate: 60 mol% and propylene carbonate 10 mol%. 上記非水溶媒に対する上記LiPFの濃度が0.4M〜2Mである請求項8記載のゲル電解質電池。 The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein the concentration of LiPF 6 with respect to the non-aqueous solvent is 0.4 M to 2 M. 上記ポリアクリロニトリル又はアクリロニトリル系共重合体と上記非水溶媒とのモル比が5:95〜30:70である請求項8記載のゲル電解質電池。   The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein a molar ratio of the polyacrylonitrile or acrylonitrile-based copolymer to the non-aqueous solvent is 5:95 to 30:70. 上記正極がリチウム含有化合物よりなり、上記負極がリチウム金属、リチウム合金又はリチウムを吸蔵することが可能な炭素質材料よりなる請求項8記載のゲル電解質電池。   The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein the positive electrode is made of a lithium-containing compound, and the negative electrode is made of a carbonaceous material capable of occluding lithium metal, a lithium alloy, or lithium. 上記正極を構成するリチウム含有化合物は、リチウムと遷移金属の複合化合物である請求項8記載のゲル電解質電池。   The gel electrolyte battery according to claim 8, wherein the lithium-containing compound constituting the positive electrode is a composite compound of lithium and a transition metal.
JP2004258758A 1995-01-26 2004-09-06 Gel electrolyte and gel electrolyte battery Expired - Fee Related JP4415800B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004258758A JP4415800B2 (en) 1995-01-26 2004-09-06 Gel electrolyte and gel electrolyte battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1105195 1995-01-26
JP2004258758A JP4415800B2 (en) 1995-01-26 2004-09-06 Gel electrolyte and gel electrolyte battery

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11071795A Division JP3635713B2 (en) 1995-01-26 1995-05-09 Gel electrolyte and battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005019418A JP2005019418A (en) 2005-01-20
JP4415800B2 true JP4415800B2 (en) 2010-02-17

Family

ID=34196294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004258758A Expired - Fee Related JP4415800B2 (en) 1995-01-26 2004-09-06 Gel electrolyte and gel electrolyte battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4415800B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5598850B2 (en) * 2010-08-17 2014-10-01 旭化成イーマテリアルズ株式会社 Electrolyte and lithium ion secondary battery
WO2022183211A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 Epstein Scott M Rechargeable energy-storage device including partially- hydrolyzed structural hydrogel

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005019418A (en) 2005-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5314885B2 (en) Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte secondary power source including the same
JP3635713B2 (en) Gel electrolyte and battery
JP2008053212A (en) Nonaqueous electrolytic solution for battery, and nonaqueous electrolytic solution battery equipped with it
WO2006038614A1 (en) Nonaqueous electrolyte solution, and nonaqueous electrolyte battery having same
KR20010113516A (en) Gel electrolyte and nonaqueous electrolyte battery
JP3055536B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP2005142141A (en) Organic electrolyte and lithium battery using the same
JP4953605B2 (en) Polymer gel electrolyte for secondary battery and polymer secondary battery using the same
JP2008041413A (en) Nonaqueous electrolyte for battery and nonaqueous electrolyte battery having the same
JP2010015719A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it
JP4458841B2 (en) Nonaqueous electrolyte for battery and nonaqueous electrolyte battery provided with the same
CN101197436A (en) Positive plate of lithium ion secondary battery, and battery including the same
JP2010015717A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it
JP2002334719A (en) Solid electrolyte battery
WO2005091421A1 (en) Additive for nonaqueous electrolyte of battery, nonaqueous electrolyte for battery and battery loaded with nonaqueous electrolyte
JP3617197B2 (en) Flame retardant gel electrolyte and battery using the same
JP4415800B2 (en) Gel electrolyte and gel electrolyte battery
JP4818603B2 (en) Battery separator and non-aqueous electrolyte battery including the same
JP2010015720A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it
JP2010050026A (en) Nonaqueous electrolyte for battery and nonaqueous electrolyte secondary battery having the same
KR20040099606A (en) Gel-formable electrolyte composition and lithium secondary batteries manufactured using the same and Preparation process thereof
JPH11214037A (en) Gel electrolyte and battery using the same
JP4092742B2 (en) battery
JP2010050023A (en) Nonaqueous electrolyte for battery and nonaqueous electrolyte secondary battery having the same
JP2006134736A (en) Gel electrolyte for polymer battery and polymer battery equipped with it

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070911

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080122

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080324

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080513

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080714

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091104

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091117

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees