JP5373355B2 - Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery - Google Patents

Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery Download PDF

Info

Publication number
JP5373355B2
JP5373355B2 JP2008266225A JP2008266225A JP5373355B2 JP 5373355 B2 JP5373355 B2 JP 5373355B2 JP 2008266225 A JP2008266225 A JP 2008266225A JP 2008266225 A JP2008266225 A JP 2008266225A JP 5373355 B2 JP5373355 B2 JP 5373355B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
solid
porous
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.)
Active
Application number
JP2008266225A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010097754A (en
Inventor
智博 植田
聖志 金村
広幸 中野
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.)
Panasonic Corp
Tokyo Metropolitan University
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Tokyo Metropolitan University
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Panasonic Corp, Tokyo Metropolitan University, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008266225A priority Critical patent/JP5373355B2/en
Publication of JP2010097754A publication Critical patent/JP2010097754A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5373355B2 publication Critical patent/JP5373355B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

  • Primary Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in an all-solid polymer battery that, when a porous positive electrode active material with a large pore volume is used, dry polymer electrolyte does not permeate easily in the pores, and contact between the positive electrode active material and the dry polymer electrolyte tends to be insufficient, wherefore, a reaction area of the dry polymer electrolyte and the positive electrode active material gets smaller, and a battery capacity obtained tends to be lower than a theoretical capacity of the positive electrode. <P>SOLUTION: The positive electrode 1 for an all-solid polymer battery contains a positive electrode collector 10 and a positive electrode active material layer 11, which latter 11 contains a porous positive electrode active material, a conductive material and dry polymer electrolyte. The porous positive electrode active material has pores inside it, and, contains high-boiling-point organic matter with a boiling point of 150&deg;C or higher in the pores. Thus, an all-solid polymer battery with a large capacity is obtained, even with the use of the porous positive electrode active material. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、全固体型ポリマー電池用正極、その製造方法および全固体型ポリマー電池に関する。さらに詳しくは、本発明は主に、全固体型ポリマー電池における正極の改良に関する。   The present invention relates to a positive electrode for an all solid-state polymer battery, a method for producing the same, and an all solid-state polymer battery. More specifically, the present invention mainly relates to an improvement in the positive electrode in an all solid-state polymer battery.

非水電解質電池は、正極と負極との間に電解液を介在させた電解液型電池と、正極と負極との間に固体電解質を介在させた全固体型電池とに大別される。全固体型電池は、液漏れのおそれがないために、電池としての信頼性や安全性が高く、また、薄型化や積層化が容易であるという長所を有している。   Nonaqueous electrolyte batteries are roughly classified into an electrolyte type battery in which an electrolyte is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and an all solid state battery in which a solid electrolyte is interposed between a positive electrode and a negative electrode. All solid-state batteries have the advantages of high reliability and safety as batteries, and easy thinning and stacking because there is no risk of liquid leakage.

全固体型電池に使用される固体電解質としては、無機材料や有機材料が用いられている。無機材料からなる固体電解質はイオン伝導性が高いが、脆性が高いために、可撓性を有する膜に加工することが困難である。一方、有機材料の中でも、支持塩を含有する有機高分子化合物からなるドライポリマー電解質は、無機材料からなる固体電解質に比べて柔軟性に優れ、薄膜に成形し易い。このため、ドライポリマー電解質を利用した、薄型で高エネルギー密度を有する全固体型ポリマー電池の開発が期待されている。   As a solid electrolyte used for an all solid state battery, an inorganic material or an organic material is used. A solid electrolyte made of an inorganic material has high ionic conductivity, but is highly brittle, so that it is difficult to process into a flexible film. On the other hand, among organic materials, a dry polymer electrolyte made of an organic polymer compound containing a supporting salt is more flexible than a solid electrolyte made of an inorganic material and can be easily formed into a thin film. For this reason, development of an all-solid-state polymer battery having a thin and high energy density using a dry polymer electrolyte is expected.

ドライポリマー電解質としては、ポリエチレンオキサイドと、リチウム塩やナトリウム塩などの支持塩とを複合化したドライポリマー電解質が一般的に知られている。しかしながら、このドライポリマー電解質は、室温でのイオン伝導性が10-4〜10-7S/cmと低い。このため、このドライポリマー電解質を含む全固体型ポリマー電池には、大電流で充放電した場合の電池容量が低いという問題がある。 As a dry polymer electrolyte, a dry polymer electrolyte in which polyethylene oxide and a supporting salt such as a lithium salt or a sodium salt are combined is generally known. However, this dry polymer electrolyte has a low ion conductivity of 10 −4 to 10 −7 S / cm at room temperature. For this reason, the all-solid-state polymer battery containing this dry polymer electrolyte has a problem of low battery capacity when charged and discharged with a large current.

このような問題に鑑み、たとえば、短いエチレンオキサイド鎖を側鎖に置換することにより、分子配列を無定形化したドライポリマー電解質が提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。非特許文献1には、このドライポリマー電解質が、室温で10-4S/cm以上の導電率を示すことが記載されている。 In view of such a problem, for example, a dry polymer electrolyte in which the molecular arrangement is made amorphous by substituting a short ethylene oxide chain with a side chain has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 describes that this dry polymer electrolyte exhibits a conductivity of 10 −4 S / cm or more at room temperature.

一方、従来の全固体型ポリマー電池においては、正極活物質として、たとえば、高結晶性で、空隙率が低くかつ細孔容積の小さいLiCoO2が使用されている(たとえば、特許文献1参照)。空隙率の低い正極活物質と、非特許文献1のドライポリマー電解質とを併用すると、室温付近において小電流で充放電した場合には、正極の理論容量に近い電池容量を有する全固体型ポリマー電池が得られる。この場合、正極活物質層の空隙率を0.045〜0.40ml/gと低くすることがさらに有効である。 On the other hand, in a conventional all solid-state polymer battery, for example, LiCoO 2 having high crystallinity, a low porosity, and a small pore volume is used as a positive electrode active material (see, for example, Patent Document 1). When a positive electrode active material having a low porosity and the dry polymer electrolyte of Non-Patent Document 1 are used in combination, an all solid-state polymer battery having a battery capacity close to the theoretical capacity of the positive electrode when charged and discharged at a small current near room temperature. Is obtained. In this case, it is more effective to reduce the porosity of the positive electrode active material layer to 0.045 to 0.40 ml / g.

一方、全固体型ポリマー電池の高出力化を図るために、正極活物質または正極活物質層の多孔化が進められている。多孔化とは、たとえば、正極活物質または正極活物質層の細孔容積を増加させ、空隙率を高めることである。具体的には、たとえば、正極集電体と正極活物質層とを含み、正極活物質層の空隙率が30%以上である正極が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。しかしながら、全固体型ポリマー電池において、特許文献2のような空隙率の高い正極と、非特許文献1のドライポリマー電解質に代表される従来のドライポリマー電解質とを併用すると、次のような問題が生じる。   On the other hand, in order to increase the output of the all solid-state polymer battery, the positive electrode active material or the positive electrode active material layer is being made porous. For example, the porosity means increasing the porosity of the positive electrode active material or the positive electrode active material layer to increase the porosity. Specifically, for example, a positive electrode that includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, and the porosity of the positive electrode active material layer is 30% or more has been proposed (see, for example, Patent Document 2). However, in an all solid-state polymer battery, when a positive electrode with a high porosity as in Patent Document 2 and a conventional dry polymer electrolyte typified by the dry polymer electrolyte of Non-Patent Document 1 are used in combination, the following problems occur. Arise.

ドライポリマー電解質は固体であることから、液体電解質や液体を含浸させたポリマー電解質に比べて流動性に乏しい。このため、ドライポリマー電解質と正極活物質または正極活物質層との接触面積が小さくなり易い。したがって、細孔容積が大きく空隙率の高い正極活物質または正極活物質層を含む正極を用いても、ドライポリマー電解質が細孔内に浸透し難いため、ドライポリマー電解質と正極活物質との接触面積すなわち反応面積は増加することがない。その結果、正極の理論容量に対して、得られる電池容量が顕著に低くなる。このため、従来の全固体型ポリマー電池では、細孔容積が小さく空隙率の低い正極活物質または正極活物質層を含む正極が利用されることが多い。   Since the dry polymer electrolyte is a solid, it has poor fluidity compared to a liquid electrolyte or a polymer electrolyte impregnated with a liquid. For this reason, the contact area between the dry polymer electrolyte and the positive electrode active material or the positive electrode active material layer tends to be small. Therefore, even when a positive electrode active material or a positive electrode including a positive electrode active material layer having a large pore volume and a high porosity is used, the dry polymer electrolyte does not easily penetrate into the pores. The area or reaction area does not increase. As a result, the obtained battery capacity is significantly lower than the theoretical capacity of the positive electrode. For this reason, in a conventional all solid-state polymer battery, a positive electrode including a positive electrode active material or a positive electrode active material layer having a small pore volume and a low porosity is often used.

ポリマーバッテリーの最新技術II、金村聖志監修、第113頁、2003年9月発行、(株)シーエムシー出版刊The latest polymer battery technology II, supervised by Seiji Kanamura, page 113, published in September 2003, published by CMC Publishing Co., Ltd. 特開平10−270081号公報JP-A-10-270081 特開2007−109636号公報JP 2007-109636 A

本発明の目的は、多孔性で細孔容積の大きい正極活物質を含有する空隙率の高い正極、および、前記正極を含み、前記正極の理論容量に近い電池容量を有し、出力が高く、信頼性および安全性にも優れた全固体型ポリマー電池を提供することである。   The object of the present invention includes a positive electrode with a high porosity containing a positive electrode active material with a large pore volume, and the positive electrode, has a battery capacity close to the theoretical capacity of the positive electrode, and has a high output, An object of the present invention is to provide an all-solid-state polymer battery excellent in reliability and safety.

本発明者らは、上記課題を解決するための研究過程において、多孔性正極活物質の細孔内に有機溶媒を存在させ、この有機溶媒を介して、多孔性正極活物質層とドライポリマー電解質との接触面積すなわち反応面積を増加させるという構成を着想した。本発明者らは、この着想に基づいてさらに研究を重ねた。その結果、高沸点有機溶媒を用いることにより、多孔性正極活物質の細孔内に高沸点有機溶媒を存在させることに成功した。   In the research process for solving the above-mentioned problems, the inventors have made an organic solvent exist in the pores of the porous cathode active material, and the porous cathode active material layer and the dry polymer electrolyte are passed through the organic solvent. The idea is to increase the contact area, ie the reaction area. The inventors have further studied based on this idea. As a result, by using a high boiling point organic solvent, the high boiling point organic solvent was successfully present in the pores of the porous positive electrode active material.

そして、本発明者らは、高沸点有機溶媒が細孔内部に存在する多孔性正極活物質を用いる場合には、高容量および高出力を有する全固体型ポリマー電池が得られることを見出した。また、本発明者らは、多孔性正極活物質の細孔内に高沸点有機溶媒が存在しているにもかかわらず、液漏れのおそれがなく、全固体型ポリマー電池の特徴である信頼性および安全性の高さが保持されることを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。   Then, the present inventors have found that when a porous positive electrode active material in which a high boiling point organic solvent is present in the pores is used, an all solid-state polymer battery having a high capacity and a high output can be obtained. Further, the present inventors have found that there is no risk of liquid leakage despite the presence of a high-boiling organic solvent in the pores of the porous positive electrode active material, and the reliability that is a feature of all solid-state polymer batteries. And it was found that high safety was maintained. Based on these findings, the inventors have completed the present invention.

本発明において、上記のような優れた効果が得られる理由は十分明らかではないが、次のように推測される。すなわち、高沸点有機溶媒の存在により多孔性正極活物質の細孔内にドライポリマー電解質が浸透し易くなり、多孔性正極活物質とドライポリマー電解質との接触面積が増加するものと考えられる。その結果、多孔性正極活物質とドライポリマー電解質との間でのイオンの授受が容易に進行し、多孔性正極活物質の理論容量に近い電池容量が得られるものと考えられる。   In the present invention, the reason why the above excellent effect is obtained is not sufficiently clear, but is presumed as follows. That is, it is considered that the presence of the high-boiling organic solvent facilitates the penetration of the dry polymer electrolyte into the pores of the porous positive electrode active material, thereby increasing the contact area between the porous positive electrode active material and the dry polymer electrolyte. As a result, it is considered that transfer of ions between the porous positive electrode active material and the dry polymer electrolyte proceeds easily, and a battery capacity close to the theoretical capacity of the porous positive electrode active material can be obtained.

すなわち本発明は、正極集電体と正極集電体の表面に形成される正極活物質層とを含み、正極活物質層が、細孔を有する多孔性正極活物質、導電材およびドライポリマー電解質を含有し、多孔性正極活物質が二酸化マンガンであり、多孔性正極活物質の平均細孔径が10〜20nmであり、細孔容積が0.03〜0.15cm 3 /gであり、多孔性正極活物質が、細孔内に沸点150℃以上の高沸点有機溶媒を含有する全固体型ポリマー電池用正極に係る。 That is, the present invention includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector, wherein the positive electrode active material layer has pores, a porous positive electrode active material, a conductive material, and a dry polymer electrolyte The porous positive electrode active material is manganese dioxide, the porous positive electrode active material has an average pore diameter of 10 to 20 nm, a pore volume of 0.03 to 0.15 cm 3 / g, and is porous positive electrode active material, contains a high-boiling organic solvents higher than the boiling point 0.99 ° C. in the pores, Ru engaged in a positive electrode for an all solid-state polymer battery.

高沸点有機溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンおよびグライム類から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
多孔性正極活物質は、その細孔内に、細孔容積の0.01〜3体積%の高沸点有機溶媒を含有することが好ましい。
The high boiling point organic solvent is preferably at least one selected from N-methyl-2-pyrrolidone and glymes.
Porous positive electrode active material, in its pores, it is not preferable to contain a high-boiling organic solvent of 0.01 to 3% by volume of the pore volume.

また本発明は、二酸化マンガンを粉砕処理して、細孔を有し、平均細孔径が10〜20nmであり、細孔容積が0.03〜0.15cm 3 /gである多孔性正極活物質を得る粉砕工程と、粉砕工程で得られる多孔性正極活物質、導電材、ドライポリマー電解質および沸点が150℃以上の高沸点有機溶媒を混合してペーストを調製するペースト調製工程と、ペースト調製工程で得られるペーストを正極集電体表面に塗布して乾燥させる活物質層形成工程とを含む多孔性全固体型ポリマー電池用正極の製造方法に係る。 The present invention also provides a porous positive electrode active material obtained by pulverizing manganese dioxide to have pores, an average pore diameter of 10 to 20 nm, and a pore volume of 0.03 to 0.15 cm 3 / g. A paste preparation step for preparing a paste by mixing a porous positive electrode active material obtained in the pulverization step, a conductive material, a dry polymer electrolyte and a high boiling point organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher, and a paste preparation step And an active material layer forming step of applying the paste obtained in step 1 to the surface of the positive electrode current collector and drying the paste, and a method for producing a positive electrode for a porous all solid-state polymer battery.

粉砕工程において、正極活物質が溶媒中で湿式粉砕されることが好ましい。
粉砕工程で使用される溶媒は、プロトン性溶媒であることが好ましい。
プロトン性溶媒は、第2級アルコールおよび第3級アルコールから選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
さらに本発明は、本発明の全固体型ポリマー電池用正極、負極および固体電解質膜を含む全固体型ポリマー電池に係る。
In the pulverization step, the positive electrode active material is preferably wet pulverized in a solvent.
The solvent used in the pulverization step is preferably a protic solvent.
The protic solvent is preferably at least one selected from a secondary alcohol and a tertiary alcohol.
Furthermore, the present invention relates to an all solid state polymer battery including the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte membrane for the all solid state polymer battery of the present invention.

本発明によれば、細孔容積が比較的に大きい多孔性正極活物質を用いるにもかかわらず、該多孔性正極活物質を含む正極の理論容量に近い電池容量を有しかつ出力の大きい全固体型ポリマーが提供される。また、本発明の全固体型ポリマー電池は、従来の全固体型ポリマー電池と同様に、液漏れのおそれがなく、信頼性および安全性にも優れている。   According to the present invention, although a porous positive electrode active material having a relatively large pore volume is used, the battery capacity close to the theoretical capacity of the positive electrode including the porous positive electrode active material and a large output are obtained. A solid type polymer is provided. In addition, the all solid-state polymer battery of the present invention has no risk of liquid leakage and is excellent in reliability and safety, as in the conventional all solid-state polymer battery.

[全固体型ポリマー電池用正極]
本発明の全固体型ポリマー電池用正極は、内部に細孔を有する多孔性正極活物質を用いること、および多孔性正極活物質がその細孔内に沸点が150℃以上の高沸点有機溶媒を含有することを特徴とし、それ以外の構成については、従来と同様の構成を採用できる。
図1は、本発明の実施形態の1つである全固体型ポリマー電池用正極1(以下単に「本発明の正極1」とする)の構成を簡略化して示す縦断面図である。本発明の正極1は、正極集電体10および正極活物質層11を含む。
[All-solid polymer battery positive electrode]
The positive electrode for an all solid-state polymer battery of the present invention uses a porous positive electrode active material having pores inside, and the porous positive electrode active material contains a high boiling point organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher in the pores. It is characterized by containing, and the configuration other than that can be the same as the conventional configuration.
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a simplified configuration of a positive electrode 1 for an all solid-state polymer battery (hereinafter simply referred to as “the positive electrode 1 of the present invention”), which is one embodiment of the present invention. The positive electrode 1 of the present invention includes a positive electrode current collector 10 and a positive electrode active material layer 11.

正極集電体10には、全固体型ポリマー電池の分野で常用されるものを使用できる。たとえば、金属製のシート状物などが挙げられる。金属製のシート状物とは、たとえば、金属フィルム、金属箔、金属繊維の不織布シートなどである。金属として、たとえば、銀、ニッケル、パラジウム、金、白金、アルミニウム、ステンレス鋼などが挙げられる。金属は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。正極集電体10の厚さは特に制限されないが、たとえば、1〜30μmである。   As the positive electrode current collector 10, those commonly used in the field of all solid-state polymer batteries can be used. For example, a metal sheet-like material can be used. Examples of the metal sheet-like material include a metal film, a metal foil, and a non-woven sheet of metal fibers. Examples of the metal include silver, nickel, palladium, gold, platinum, aluminum, and stainless steel. A metal can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The thickness of the positive electrode current collector 10 is not particularly limited, and is, for example, 1 to 30 μm.

正極活物質層11は、正極集電体10の厚さ方向の片面または両面に形成され、多孔性正極活物質、導電材およびドライポリマー電解質を含有する。
多孔性正極活物質はその内部に細孔を有し、かつその細孔内に沸点150℃以上の高沸点有機溶媒(以下単に「高沸点有機溶媒」とする)を含有する。沸点が150℃未満の有機溶媒を用いると、多孔性正極活物質の細孔内部に、所望量の有機溶媒を含有させることが困難になる。
The positive electrode active material layer 11 is formed on one or both surfaces of the positive electrode current collector 10 in the thickness direction, and contains a porous positive electrode active material, a conductive material, and a dry polymer electrolyte.
The porous positive electrode active material has pores therein, and contains a high-boiling organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher (hereinafter simply referred to as “high-boiling organic solvent”) in the pores. When an organic solvent having a boiling point of less than 150 ° C. is used, it becomes difficult to contain a desired amount of the organic solvent inside the pores of the porous positive electrode active material.

高沸点有機溶媒を用いることにより、後記する本発明の正極1の製造方法に示すように、細孔内部に所望量の有機溶媒を含有する多孔性正極活物質が得られる。また、多孔性正極活物質が細孔内に高沸点有機溶媒を含有することにより、細孔内にドライポリマー電解質が浸透し易くなり、細孔内において多孔性正極活物質とドライポリマー電解質との接触面積が増加するものと推測される。   By using a high-boiling organic solvent, a porous positive electrode active material containing a desired amount of organic solvent in the pores can be obtained as shown in the method for producing the positive electrode 1 of the present invention described later. In addition, since the porous positive electrode active material contains a high-boiling organic solvent in the pores, the dry polymer electrolyte easily penetrates into the pores, and the porous positive electrode active material and the dry polymer electrolyte are in the pores. It is estimated that the contact area increases.

また、全固体型ポリマー電池の高温保存時には、高沸点有機溶媒が多孔質正極活物質層とドライポリマー電解質との反応を最低限に抑制するので、自己放電量を低減化できる。さらに、高沸点有機溶媒は、全固体型ポリマー電池の使用環境では揮散しにくいので、その効果が長期にわたって持続する。このように、多孔性正極活物質がその細孔内に高沸点有機溶媒を含有することにより、細孔容積の大きい多孔性正極活物質を利用しても、電池容量および出力の高く、保存特性に優れた全固体型ポリマー電池が得られる。   Further, when the all solid-state polymer battery is stored at a high temperature, the high boiling point organic solvent suppresses the reaction between the porous positive electrode active material layer and the dry polymer electrolyte to the minimum, so that the self-discharge amount can be reduced. Furthermore, since the high boiling point organic solvent does not easily volatilize in the use environment of the all-solid-state polymer battery, the effect is maintained for a long time. As described above, since the porous positive electrode active material contains a high boiling point organic solvent in its pores, even if a porous positive electrode active material having a large pore volume is used, the battery capacity and output are high, and the storage characteristics are high. All-solid-state polymer battery excellent in the above can be obtained.

多孔性正極活物質は、細孔径が0.1〜1000nmの範囲にある細孔を有している。その平均細孔径は、好ましくは10〜20nmである。また、その細孔容積は、好ましくは0.03〜0.15cm3/gである。平均細孔径および細孔容積はたとえば細孔分布測定により算出できる。多孔性正極活物質の平均細孔径が10nm未満では、高沸点有機溶媒の細孔内への浸透性が不十分になるおそれがある。また、平均細孔径が20nmを超えると、高沸点有機溶媒の細孔内への浸透量が多くなりすぎ、液漏れが起こらないという全固体型ポリマー電池の利点が損なわれるおそれがある。 The porous positive electrode active material has pores having a pore diameter in the range of 0.1 to 1000 nm. The average pore diameter is preferably 10 to 20 nm. The pore volume is preferably 0.03 to 0.15 cm 3 / g. The average pore diameter and pore volume can be calculated by, for example, pore distribution measurement. When the average pore diameter of the porous positive electrode active material is less than 10 nm, the permeability of the high boiling point organic solvent into the pores may be insufficient. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 20 nm, the permeation amount of the high-boiling organic solvent into the pores becomes too large, and the advantage of the all-solid-state polymer battery that liquid leakage does not occur may be impaired.

また、多孔性正極活物質の細孔容積が0.03m3/g未満では、多孔性正極活物質層の細孔内において、多孔性正極活物質表面とドライポリマー電解質との接触面積が減少し、全固体型ポリマー電池の容量が低下するおそれがある。また、細孔容積が0.15m3/gを超えると、平均細孔径が20nmを超える場合と同様の問題が生じる。 Further, when the pore volume of the porous cathode active material is less than 0.03 m 3 / g, the contact area between the surface of the porous cathode active material and the dry polymer electrolyte is reduced in the pores of the porous cathode active material layer. The capacity of the all solid-state polymer battery may be reduced. When the pore volume exceeds 0.15 m 3 / g, the same problem as when the average pore diameter exceeds 20 nm occurs.

多孔性正極活物質の平均細孔径が前記範囲にあれば、高沸点有機溶媒が細孔内に浸透し易くなると考えられる。また、多孔性正極活物質の細孔容積が前記範囲にあると、多孔性正極活物質の細孔表面とドライポリマー電解質との接触性が十分に向上すると考えられる。高沸点有機溶媒は分子径および分子体積が比較的小さい。N−メチル−2−ピロリドン(以下「NMP」とする)を例に採れば、NMPの分子径は0.5〜1nm程度、分子体積は2×10-28cm3程度である。したがって、NMPの細孔内への浸透性が良好であることが明らかである。 If the average pore diameter of the porous positive electrode active material is in the above range, it is considered that the high boiling point organic solvent easily penetrates into the pores. Further, when the pore volume of the porous positive electrode active material is in the above range, it is considered that the contact property between the pore surface of the porous positive electrode active material and the dry polymer electrolyte is sufficiently improved. High-boiling organic solvents have a relatively small molecular diameter and molecular volume. Taking N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as “NMP”) as an example, the molecular diameter of NMP is about 0.5 to 1 nm and the molecular volume is about 2 × 10 −28 cm 3 . Therefore, it is clear that the permeability of NMP into the pores is good.

多孔性正極活物質の細孔内における高沸点有機溶媒の含有量は、好ましくは細孔容積の0.01体積%〜3体積%、さらに好ましくは細孔容積の0.01体積%〜0.5体積%である。これにより、多孔性正極活物質の細孔内にドライポリマー電解質が浸透し易くなり、多孔性正極活物質とドライポリマー電解質との接触面積が増加する。その結果、全固体型ポリマー電池の特徴である信頼性および安全性の良好さを高い水準で維持した上で、電池容量を高めることができる。   The content of the high boiling point organic solvent in the pores of the porous positive electrode active material is preferably 0.01% by volume to 3% by volume of the pore volume, more preferably 0.01% by volume to 0.00% of the pore volume. 5% by volume. Accordingly, the dry polymer electrolyte easily penetrates into the pores of the porous positive electrode active material, and the contact area between the porous positive electrode active material and the dry polymer electrolyte increases. As a result, the battery capacity can be increased while maintaining the high reliability and safety that are the characteristics of the all solid-state polymer battery.

高沸点有機溶媒の含有量が細孔容積の0.01体積%未満では、ドライポリマー電解質を細孔内に浸透させる効果が不十分になり、容量の高い全固体型ポリマー電池が得られないおそれがある。また、高沸点有機溶媒の含有量が細孔容積の3体積%を超えると、高沸点有機溶媒が多孔性正極活物質の細孔内に定着せず、遊離状態の液体として存在し、液漏れの原因になるおそれがある。その結果、全固体型ポリマー電池の信頼性、安全性などが損なわれるおそれがある。さらには、負極活物質とドライポリマー電解質との界面において、高沸点有機溶媒と負極活物質とが反応し、電池性能に悪影響を及ぼす絶縁性被膜が生成する可能性もある。   If the content of the high-boiling organic solvent is less than 0.01% by volume of the pore volume, the effect of allowing the dry polymer electrolyte to permeate into the pores becomes insufficient, and a high-capacity all-solid polymer battery may not be obtained. There is. In addition, when the content of the high boiling point organic solvent exceeds 3% by volume of the pore volume, the high boiling point organic solvent does not settle in the pores of the porous positive electrode active material and exists as a free liquid, resulting in liquid leakage. This may cause As a result, the reliability and safety of the all solid-state polymer battery may be impaired. Furthermore, the high boiling point organic solvent and the negative electrode active material may react at the interface between the negative electrode active material and the dry polymer electrolyte, and an insulating coating that adversely affects battery performance may be generated.

なお、多孔性正極活物質の細孔内における高沸点有機溶媒の含有量は、たとえば、正極1作製時の乾燥工程の乾燥温度、乾燥時間、真空度などを制御することにより、調整できる。また、高沸点有機溶媒の含有量は、たとえば、熱抽出GC/MS分析法により測定できる。   The content of the high-boiling organic solvent in the pores of the porous positive electrode active material can be adjusted, for example, by controlling the drying temperature, the drying time, the degree of vacuum, etc. in the drying step when the positive electrode 1 is produced. Further, the content of the high-boiling organic solvent can be measured by, for example, a heat extraction GC / MS analysis method.

高沸点有機溶媒としては、沸点が150℃以上であれば特に制限されないが、分子径や分子体積を考慮すると、NMPおよびグライム類から選ばれる少なくとも1つが好ましい。NMPは、上記に示したとおり、N−メチル−2−ピロリドンである。NMPおよびグライム類は、分子体積が小さいので、細孔内に浸透するのが容易である。   The high-boiling organic solvent is not particularly limited as long as the boiling point is 150 ° C. or higher, but at least one selected from NMP and glymes is preferable in consideration of the molecular diameter and molecular volume. NMP is N-methyl-2-pyrrolidone as indicated above. Since NMP and glymes have a small molecular volume, they easily penetrate into the pores.

グライム類は、エチレンオキシド鎖:(CH2CH2O)nを有する有機溶媒である。グライム類の中でも、エチレンオキシド鎖の繰り返し数を示すnの値が2〜5のものが好ましい。nの値が2〜5であるグライム類の具体例としては、たとえば、メチルジグライム、メチルトリグライム、メチルテトラグライム、メチルペンタグライム、エチルジグライム、エチルトリグライム、エチルテトラグライム、などが挙げられる。 Glymes are organic solvents having an ethylene oxide chain: (CH 2 CH 2 O) n . Among the glymes, those having a value of n indicating the number of ethylene oxide chain repeats of 2 to 5 are preferred. Specific examples of glymes having an n value of 2 to 5 include, for example, methyl diglyme, methyl triglyme, methyl tetraglyme, methyl pentag lime, ethyl diglyme, ethyl triglyme, ethyl tetraglyme, and the like. It is done.

多孔性正極活物質はその内部に細孔を有するものであれば、組成的には特に制限されず、この分野で常用されるものを使用できる。この分野とは、リチウムイオンをイオン伝導体として用いる全固体型ポリマー電池の分野である。多孔質正極活物質の組成的な具体例としては、たとえば、二酸化マンガン、フッ化カーボン類、硫化物、リチウム含有複合酸化物、バナジウム酸化物とそのリチウム化合物、ニオブ酸化物とそのリチウム化合物、有機導電性物質を含有する共役系ポリマー、シェブレル相化合物、オリビン系化合物などが挙げられる。これらの中でも、二酸化マンガン、フッ化カーボン類、硫化物、リチウム複合酸化物などが好ましい。   The porous positive electrode active material is not particularly limited in terms of composition as long as it has pores therein, and those commonly used in this field can be used. This field is the field of all solid-state polymer batteries using lithium ions as ion conductors. Specific examples of the composition of the porous positive electrode active material include manganese dioxide, carbon fluorides, sulfide, lithium-containing composite oxide, vanadium oxide and its lithium compound, niobium oxide and its lithium compound, organic Examples thereof include a conjugated polymer containing a conductive substance, a chevrel phase compound, and an olivine compound. Among these, manganese dioxide, carbon fluorides, sulfides, lithium composite oxides, and the like are preferable.

フッ化カーボン類としては、(CFwm(前記式中、0<w≦1、mは1以上の整数を示す)などが挙げられる。硫化物としては、たとえば、TiS2、MoS2、FeS2などが挙げられる。リチウム含有複合酸化物としては、たとえば、LixaCoO2、LixaNiO2、LixaMnO2、LixaCoyNi1-y2、LixaCoy1-yz、LixaNi1-yyz、LixbMn24、LixbMn2-yy4(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、SbおよびBよりなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を示す。xa=0〜1.2、xb=0〜2.0、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である)などが挙げられる。なお、上記の各組成式におけるxa値およびxb値は、充放電開始前の値であり、充放電により増減する。 Examples of the carbon fluorides include (CF w ) m (wherein 0 <w ≦ 1, m represents an integer of 1 or more). Examples of the sulfide include TiS 2 , MoS 2 , FeS 2 and the like. Examples of the lithium-containing composite oxide include Li xa CoO 2 , Li xa NiO 2 , Li xa MnO 2 , Li xa Co y Ni 1-y O 2 , Li xa Co y M 1-y O z , Li xa Ni 1-y M y O z, Li xb Mn 2 O 4, Li xb Mn 2-y M y O 4 ( in each of the formulas above, M is Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu And at least one element selected from the group consisting of Zn, Al, Cr, Pb, Sb and B. xa = 0 to 1.2, xb = 0 to 2.0, y = 0 to 0.9, z = 2.0 to 2.3). In addition, the xa value and the xb value in each of the above composition formulas are values before the start of charge / discharge, and increase / decrease by charge / discharge.

上記した好ましい多孔性正極活物質の中でも、二酸化マンガンを主成分にするものが好ましい。二酸化マンガンの反応電位は、ドライポリマー電解質が電気化学的に安定な領域にある。また、二酸化マンガンの電池内での反応が一電子反応であると仮定した場合に、質量当たりの理論容量が308mAh/gと高い。さらに、二酸化マンガンは安価に入手できる。二酸化マンガンの中でも、電解二酸化マンガンが好ましい。   Among the preferable porous positive electrode active materials described above, those having manganese dioxide as a main component are preferable. The reaction potential of manganese dioxide is in a region where the dry polymer electrolyte is electrochemically stable. Further, when it is assumed that the reaction of manganese dioxide in the battery is a one-electron reaction, the theoretical capacity per mass is as high as 308 mAh / g. Further, manganese dioxide is available at a low cost. Among manganese dioxides, electrolytic manganese dioxide is preferable.

二酸化マンガンを主成分とする多孔性正極活物質には、二酸化マンガンからなる多孔性正極活物質、二酸化マンガンと製造工程上での不可避的な不純物とを含む多孔性正極活物質、二酸化マンガンと他の正極活物質の1または2以上とを含み、二酸化マンガンの含有量が最も多い多孔性正極活物質などがある。本発明では、上記組成を有する多孔性正極活物質を、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   Porous positive electrode active materials mainly composed of manganese dioxide include porous positive electrode active materials made of manganese dioxide, porous positive electrode active materials containing manganese dioxide and inevitable impurities in the manufacturing process, manganese dioxide and others There are one or more of the positive electrode active materials, and a porous positive electrode active material having the highest manganese dioxide content. In this invention, the porous positive electrode active material which has the said composition can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

多孔性正極活物質の体積平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは0.1〜20μmである。これにより、多孔性正極活物質を含有する正極合剤ペーストを正極集電体に塗布して厚さ50μm以下の薄型の正極を作製する際に、筋などの塗布むらの発生を抑制できる。塗布むらの発生を抑制すると、単位面積あたりの電極容量ばらつきを低減化できる。   The volume average particle diameter of the porous positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20 μm. Thereby, when the positive electrode mixture paste containing the porous positive electrode active material is applied to the positive electrode current collector to produce a thin positive electrode having a thickness of 50 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of uneven coating such as streaks. By suppressing the occurrence of uneven coating, it is possible to reduce variations in electrode capacity per unit area.

導電材としても、リチウムイオンをイオン伝導体として用いる全固体型ポリマー電池において常用されるものを使用できる。導電材の具体例としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、アルミニウム粉などの金属粉末類、酸化亜鉛ウィスカー、チタン酸カリウムウィスカーなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料などが挙げられる。導電材は1種を単独でまたは2種以上を併用して使用できる。   As the conductive material, those commonly used in all solid-state polymer batteries using lithium ions as ion conductors can be used. Specific examples of the conductive material include, for example, graphites such as natural graphite and artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black, carbon fiber, metal fiber, and the like. Conductive fibers, metal powders such as aluminum powder, conductive whiskers such as zinc oxide whisker and potassium titanate whisker, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as phenylene derivatives It is done. A conductive material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

ドライポリマー電解質は、正極活物質層11における結着材として使用される。これにより、正極活物質層11表面から、正極集電体10と正極活物質層11との界面に至るまで、イオンが容易に移動できる。この場合、ドライポリマー電解質を単独で使用でき、または、ドライポリマー電解質と他の結着材とを併用できる。   The dry polymer electrolyte is used as a binder in the positive electrode active material layer 11. Thereby, ions can easily move from the surface of the positive electrode active material layer 11 to the interface between the positive electrode current collector 10 and the positive electrode active material layer 11. In this case, the dry polymer electrolyte can be used alone, or the dry polymer electrolyte and another binder can be used in combination.

ドライポリマー電解質は、マトリックスポリマーとリチウム塩とを含有する。
マトリックスポリマーは、電子供与性元素を含有するポリマー鎖を有している。電子供与性元素は、リチウムイオンとの間に強い相互作用を発生させることができる。この相互作用は、リチウムイオンとアニオンとの相互作用に匹敵するような強いものである。したがって、電子供与性元素は、リチウム塩を解離させることができる。解離したリチウムイオンは電子供与性元素に配位し、さらにポリマー中またはポリマー鎖上を移動する。リチウムイオンは、主に、ポリマー鎖のセグメント運動によってマトリックスポリマー中を移動できるものと考えられる。これにより、マトリックスポリマーは良好なイオン伝導性を有している。
The dry polymer electrolyte contains a matrix polymer and a lithium salt.
The matrix polymer has a polymer chain containing an electron donating element. The electron donating element can generate a strong interaction with lithium ions. This interaction is as strong as that of lithium ions and anions. Therefore, the electron donating element can dissociate the lithium salt. The dissociated lithium ions are coordinated to the electron donating element and further move in the polymer or on the polymer chain. Lithium ions are thought to be able to move through the matrix polymer mainly by segmental movement of the polymer chain. Thereby, the matrix polymer has good ionic conductivity.

マトリックスポリマーとしては、たとえば、ポリマーの主鎖および側鎖のいずれか一方または両方が電子供与性元素を含むポリマーを使用できる。電子供与性元素としては特に制限されないが、たとえば、エーテル酸素、エステル酸素などの電子供与性酸素が好ましい。マトリックスポリマーの具体例としては、たとえば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、エチレンオキサイド単位を有するポリマー、プロピレンオキサイド単位を有するポリマー、ポリカーボネートなどが挙げられる。マトリックスポリマーは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   As the matrix polymer, for example, a polymer in which one or both of the main chain and the side chain of the polymer contains an electron donating element can be used. Although it does not restrict | limit especially as an electron-donating element, For example, electron-donating oxygen, such as ether oxygen and ester oxygen, is preferable. Specific examples of the matrix polymer include, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, a polymer having an ethylene oxide unit, a polymer having a propylene oxide unit, and a polycarbonate. A matrix polymer can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

リチウム塩は、少なくとも一部がリチウムイオンとアニオンとに解離し、溶解した状態でマトリックスポリマー中に存在する。上記したように、マトリックスポリマーが電子供与性元素を含有することにより、リチウム塩の解離が起こる。リチウム塩としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiAsF6、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22などが挙げられる。リチウム塩は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。なお、この分野とは、リチウムイオンをイオン伝導体として用いる全固体型ポリマー電池の分野である。 The lithium salt is at least partially dissociated into lithium ions and anions and exists in the matrix polymer in a dissolved state. As described above, dissociation of the lithium salt occurs when the matrix polymer contains an electron donating element. As the lithium salt, those commonly used in this field can be used. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , lower aliphatic lithium carboxylate, Examples include LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, lithium tetraphenylborate, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and the like. Lithium salts can be used alone or in combination of two or more. This field refers to the field of all solid-state polymer batteries using lithium ions as ion conductors.

ドライポリマー電解質以外の結着材としては、電池分野で常用されるものを使用できる。その具体例としては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。ドライポリマー電解質以外の結着材は、1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。   As the binder other than the dry polymer electrolyte, those commonly used in the battery field can be used. Specific examples thereof include, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polymethyl acrylate, polyacrylic acid Ethyl, polyhexyl acrylate, polymethacrylic acid, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polyhexyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyether, polyethersulfone, hexafluoropolypropylene, styrene butadiene rubber, carboxy Examples include methyl cellulose. Binders other than the dry polymer electrolyte can be used alone or in combination of two or more.

正極活物質層11は、たとえば、正極合剤スラリーを正極集電体10の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延することにより形成でき、これにより正極1を作製できる。正極合剤スラリーは、細孔内に高沸点有機溶媒を含有しない多孔性正極活物質、導電材、ドライポリマー電解質および高沸点有機溶媒を混合することにより調製できる。正極活物質層11の厚さは特に制限されないが、たとえば、1〜30μmである。正極1の製造方法については、以下に詳述する。   The positive electrode active material layer 11 can be formed, for example, by applying a positive electrode mixture slurry to the surface of the positive electrode current collector 10, drying, and rolling as necessary, whereby the positive electrode 1 can be produced. The positive electrode mixture slurry can be prepared by mixing a porous positive electrode active material that does not contain a high boiling point organic solvent in the pores, a conductive material, a dry polymer electrolyte, and a high boiling point organic solvent. The thickness of the positive electrode active material layer 11 is not particularly limited, and is, for example, 1 to 30 μm. The manufacturing method of the positive electrode 1 will be described in detail below.

[全固体型ポリマー電池用正極の製造方法]
本発明の製造方法は、粉砕工程、ペースト調製工程および活物質層形成工程を含む。
粉砕工程では、正極活物質を粉砕処理する。粉砕により、正極活物質に細孔が形成され、多孔性正極活物質が得られる。細孔平均径および細孔容積は、たとえば、粉砕時間を適宜選択することにより、調整できる。また、正極活物質は体積平均粒子径が比較的大きく、かつ粒子径のばらつきが大きいものが多い。したがって、正極活物質に粉砕処理を施さずに正極活物質層11を形成すると、正極活物質層11の組織が不均一になり、得られる正極1の性能が不十分になるおそれがある。したがって、正極活物質を粉砕し、粒子径を整えてから使用するのは、正極1の性能を向上させる上で重要である。
[Method for producing positive electrode for all solid-state polymer battery]
The production method of the present invention includes a pulverization step, a paste preparation step, and an active material layer formation step.
In the pulverization step, the positive electrode active material is pulverized. By the pulverization, pores are formed in the positive electrode active material, and a porous positive electrode active material is obtained. The average pore diameter and pore volume can be adjusted, for example, by appropriately selecting the grinding time. Further, many positive electrode active materials have a relatively large volume average particle size and large variations in particle size. Therefore, when the positive electrode active material layer 11 is formed without subjecting the positive electrode active material to pulverization, the structure of the positive electrode active material layer 11 becomes non-uniform, and the resulting positive electrode 1 may have insufficient performance. Therefore, it is important to improve the performance of the positive electrode 1 after pulverizing the positive electrode active material and adjusting the particle diameter.

また、粉砕を行なわない状態で細孔を有する正極活物質についても、細孔容平均径および細孔容積の調整、粒子径の均一化のみを目的として、粉砕を行なうのが好ましい。このような正極活物質としては、たとえば、電解二酸化マンガンが挙げられる。電解二酸化マンガンは一般に体積平均粒子径が40μm程度であり、かつ粒子径のばらつきが非常に大きいので、粉砕処理の効果が顕著である。   Moreover, it is preferable to grind | pulverize also about the positive electrode active material which has a pore in the state which does not grind | pulverize only for the purpose of adjustment of a pore volume average diameter and a pore volume, and uniformization of a particle diameter. Examples of such a positive electrode active material include electrolytic manganese dioxide. Electrolytic manganese dioxide generally has a volume average particle diameter of about 40 μm and a large variation in particle diameter, so that the effect of the pulverization treatment is remarkable.

正極活物質の粉砕には、乾式粉砕法および湿式粉砕法をいずれも利用できる。乾式粉砕は、正極活物質を粉体のまま粉砕する方法である。湿式粉砕は、正極活物質を溶媒中にて粉砕する方法である。湿式粉砕では、正極活物質をボールなどのメディアとともに溶媒中に分散させてスラリーを調製し、このスラリーに粉砕処理を施す。湿式粉砕は、粉砕された粒子がメディアや粉砕機の内壁などに付着し難く、また粒子が溶媒中に分散しているので、乾式粉砕に比べて粉砕された粒子の粒度をそろえることが容易である。したがって、正極活物質の粉砕は、湿式粉砕にて行なうのが好ましい。   Both the dry pulverization method and the wet pulverization method can be used for pulverizing the positive electrode active material. Dry pulverization is a method of pulverizing the positive electrode active material in powder form. The wet pulverization is a method of pulverizing the positive electrode active material in a solvent. In the wet pulverization, the positive electrode active material is dispersed in a solvent together with a medium such as a ball to prepare a slurry, and this slurry is pulverized. Wet pulverization makes it difficult for the pulverized particles to adhere to the media and the inner wall of the pulverizer, and because the particles are dispersed in a solvent. is there. Therefore, the positive electrode active material is preferably pulverized by wet pulverization.

湿式粉砕に用いられる溶媒としては、非プロトン性溶媒およびプロトン性溶媒が挙げられる。非プロトン性溶媒として、たとえば、ヘキサン、アセトン、酢酸n−ブチルなどを使用できる。プロトン性溶媒としては、たとえば、水、メチルアルコール、エチルアルコール、1−プロピルアルコール、1−ブチルアルコールなどの第1級アルコール、2−プロピルアルコール(イソプロピルアルコール)、シクロヘキシルアルコールなどの第2級アルコール、2−ブチルアルコール(tert−ブチルアルコール)、2−メチル−2−プロパノールなどを使用できる。非プロトン性溶媒およびプロトン性溶媒は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。   Examples of the solvent used for wet pulverization include aprotic solvents and protic solvents. As the aprotic solvent, for example, hexane, acetone, n-butyl acetate and the like can be used. Examples of the protic solvent include water, methyl alcohol, ethyl alcohol, 1-propyl alcohol, primary alcohol such as 1-butyl alcohol, secondary alcohol such as 2-propyl alcohol (isopropyl alcohol), cyclohexyl alcohol, 2-butyl alcohol (tert-butyl alcohol), 2-methyl-2-propanol and the like can be used. An aprotic solvent and a protic solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

非プロトン性溶媒およびプロトン性溶媒の中でも、プロトン性溶媒が好ましい。正極活物質の表面には親水基である水酸基が存在することが多い。正極活物質を分散させる溶媒としてプロトン性溶媒を使用すると、正極活物質の水酸基とプロトン性溶媒との相互作用により、正極活物質のプロトン性溶媒中での分散性が向上する。その結果、粉砕後に得られる多孔性正極活物質の粒子径が均一になる。   Of the aprotic solvent and the protic solvent, a protic solvent is preferable. In many cases, a hydroxyl group which is a hydrophilic group is present on the surface of the positive electrode active material. When a protic solvent is used as a solvent for dispersing the positive electrode active material, the dispersibility of the positive electrode active material in the protic solvent is improved by the interaction between the hydroxyl group of the positive electrode active material and the protic solvent. As a result, the particle diameter of the porous positive electrode active material obtained after pulverization becomes uniform.

さらに、プロトン性溶媒の中でも、第2級アルコールおよび第3級アルコールがより好ましい。水や第1級アルコールを用いると、粉砕中に溶媒と正極活物質とが反応し、正極活物質の還元反応が進行する可能性がある。還元反応により、正極活物質中に電気化学反応に寄与できない不純物が生成し、全固体型ポリマー電池の容量が低下するおそれがある。第2級アルコールおよび第3級アルコールは耐酸化性に優れるので、正極活物質の還元反応が進み難く、結果として全固体型ポリマー電池の容量低下を抑制できる。   Furthermore, among the protic solvents, secondary alcohols and tertiary alcohols are more preferable. When water or primary alcohol is used, the solvent and the positive electrode active material may react during pulverization, and the reduction reaction of the positive electrode active material may proceed. Due to the reduction reaction, impurities that cannot contribute to the electrochemical reaction are generated in the positive electrode active material, which may reduce the capacity of the all-solid-state polymer battery. Since the secondary alcohol and the tertiary alcohol are excellent in oxidation resistance, the reduction reaction of the positive electrode active material is difficult to proceed, and as a result, capacity reduction of the all solid-state polymer battery can be suppressed.

なお、粉砕工程で得られる多孔性正極活物質は、体積平均粒子径が0.1〜20μmの範囲にあることが好ましい。また、粉砕工程で得られる多孔性正極活物質の細孔内部には、高沸点有機溶媒は含有されていない。   In addition, it is preferable that the porous positive electrode active material obtained by a grinding | pulverization process exists in the range whose volume average particle diameter is 0.1-20 micrometers. Moreover, the high boiling point organic solvent is not contained inside the pores of the porous positive electrode active material obtained in the pulverization step.

ペースト調製工程では、粉砕工程で得られる多孔性正極活物質、導電材、ドライポリマー電解質および高沸点有機溶媒を混合して正極合剤ペーストを調製する。この時、多孔性正極活物質の細孔内に高沸点有機溶媒が浸透する。これら各成分の混合には、一般的な混合機を使用できる。   In the paste preparation step, the positive electrode mixture paste is prepared by mixing the porous positive electrode active material, conductive material, dry polymer electrolyte and high boiling point organic solvent obtained in the pulverization step. At this time, the high boiling point organic solvent penetrates into the pores of the porous positive electrode active material. A general mixer can be used for mixing these components.

活物質層形成工程では、ペースト調製工程で得られる正極合剤ペーストを正極集電体10表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて圧延する。これにより、正極集電体10表面に正極活物質層11が形成され、正極1が製造される。
乾燥は、−50℃以下に露点管理された雰囲気中にて行われる。雰囲気としては、真空、ドライエア、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。
In the active material layer forming step, the positive electrode mixture paste obtained in the paste preparation step is applied to the surface of the positive electrode current collector 10, dried, and rolled as necessary. Thereby, the positive electrode active material layer 11 is formed on the surface of the positive electrode current collector 10, and the positive electrode 1 is manufactured.
Drying is performed in an atmosphere whose dew point is controlled at -50 ° C or lower. Examples of the atmosphere include vacuum, dry air, nitrogen, argon, helium and the like.

乾燥温度は、多孔性正極活物質の細孔内における高沸点有機溶媒の含有量、ドライポリマー電解質の熱安定性などを考慮すると、好ましくは20〜200℃である。また、乾燥時間は、1〜72時間である。乾燥温度および乾燥時間を前記範囲から適宜選択することにより、多孔性正極活物質の細孔内に所望量の高沸点有機溶媒を含有させることができる。また、雰囲気が真空である場合は、乾燥温度および乾燥時間とともに真空度を適宜選択することにより、細孔内における高沸点有機溶媒の含有量をさらにきめ細かく調整できる。   The drying temperature is preferably 20 to 200 ° C. in consideration of the content of the high-boiling organic solvent in the pores of the porous positive electrode active material, the thermal stability of the dry polymer electrolyte, and the like. The drying time is 1 to 72 hours. By appropriately selecting the drying temperature and drying time from the above ranges, a desired amount of a high-boiling organic solvent can be contained in the pores of the porous positive electrode active material. When the atmosphere is vacuum, the content of the high-boiling organic solvent in the pores can be adjusted more finely by appropriately selecting the degree of vacuum together with the drying temperature and drying time.

[全固体型ポリマー電池]
本発明の全固体型ポリマー電池は、本発明の正極を正極として用いる以外は、従来の全固体型ポリマー電池と同様の構成を採ることができる。
図2は、本発明の実施形態の一つである全固体型ポリマー電池2の構成を模式的に示す縦断面図である。全固体型ポリマー電池2は、正極1、負極5、固体電解質膜6およびラミネート外装体7を含むリチウム電池である。正極1は、図1に示す本発明の正極である。
[All-solid polymer battery]
The all solid-state polymer battery of the present invention can have the same configuration as the conventional all solid-state polymer battery except that the positive electrode of the present invention is used as the positive electrode.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the all solid-state polymer battery 2 which is one of the embodiments of the present invention. The all solid-state polymer battery 2 is a lithium battery including a positive electrode 1, a negative electrode 5, a solid electrolyte membrane 6, and a laminate outer package 7. The positive electrode 1 is the positive electrode of the present invention shown in FIG.

負極4は、負極集電体12および負極活物質層13を含み、固体電解質膜6を介して正極1に対向するように設けられる。
負極集電体12には、全固体型ポリマー電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、金属製シート状物などが挙げられる。金属製シート状物とは、たとえば、金属フィルム、金属箔、金属繊維の不織布などを意味する。金属製シート状物に含まれる金属として、たとえば、銅、ニッケル、パラジウム、ステンレス鋼などが挙げられる。金属は1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。
The negative electrode 4 includes a negative electrode current collector 12 and a negative electrode active material layer 13, and is provided to face the positive electrode 1 with the solid electrolyte membrane 6 interposed therebetween.
As the negative electrode current collector 12, those commonly used in the field of all solid-state polymer batteries can be used, and examples thereof include a metal sheet. The metal sheet-like material means, for example, a metal film, a metal foil, a metal fiber non-woven fabric, and the like. Examples of the metal contained in the metal sheet-like material include copper, nickel, palladium, and stainless steel. A metal can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質層13は、厚み方向の一方の面が負極集電体12に接触し、他方の面が固体電解質膜6に接するように設けられる。また、負極活物質層13は、固体電解質膜6を介して正極活物質層11に対向するように設けられる。負極活物質層13は、負極活物質を含有する。負極活物質としては、たとえば、リチウムまたはリチウム合金を使用できる。リチウム合金としては、全固体型ポリマー電池の分野で常用されるものを使用でき、たとえば、Li−Si合金、Li−Sn合金、Li−Al合金、Li−Ga合金、Li−Mg合金、Li−In合金などが挙げられる。   The negative electrode active material layer 13 is provided so that one surface in the thickness direction is in contact with the negative electrode current collector 12 and the other surface is in contact with the solid electrolyte membrane 6. The negative electrode active material layer 13 is provided so as to face the positive electrode active material layer 11 with the solid electrolyte membrane 6 interposed therebetween. The negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material. For example, lithium or a lithium alloy can be used as the negative electrode active material. As the lithium alloy, those commonly used in the field of all solid-state polymer batteries can be used. For example, Li—Si alloy, Li—Sn alloy, Li—Al alloy, Li—Ga alloy, Li—Mg alloy, Li— Examples include In alloys.

固体電解質膜6には、本発明の正極に含まれるドライポリマー電解質からなる電解質膜を使用できる。固体電解質膜6には、その特性を損なわない範囲で、ドライポリマー電解質以外の成分を添加してもよい。該成分としては、たとえば、Li塩とグライム類の固体との結晶性錯体が挙げられる。この結晶性錯体を固体電解質膜6に添加することにより、リチウムイオンとポリマー鎖との相互作用を弱め、固定電解質膜6のイオン伝導性をさらに高めることができる。また、膜強度、膜質均一性、イオン伝導性などを向上させる目的で、無機フィラーを添加できる。このような無機フィラーとしては、たとえば、アルミナ、シリカなどの微粒子が挙げられる。   As the solid electrolyte membrane 6, an electrolyte membrane made of a dry polymer electrolyte contained in the positive electrode of the present invention can be used. Components other than the dry polymer electrolyte may be added to the solid electrolyte membrane 6 as long as the characteristics are not impaired. As this component, the crystalline complex of Li salt and the solid of glymes is mentioned, for example. By adding this crystalline complex to the solid electrolyte membrane 6, the interaction between lithium ions and the polymer chain can be weakened, and the ionic conductivity of the fixed electrolyte membrane 6 can be further increased. In addition, an inorganic filler can be added for the purpose of improving the film strength, film quality uniformity, ion conductivity and the like. Examples of such an inorganic filler include fine particles such as alumina and silica.

固体電解質膜6は、たとえば、ポリマー電解質溶液の調製工程、固体電解質膜の作製工程を含む方法により得られる。
ポリマー電解質溶液の調製工程では、マトリックスポリマーの有機溶媒溶液にリチウム塩を添加してポリマー電解質溶液を調製する。ドライポリマー電解質以外の成分を使用する場合は、該成分をポリマー電解質溶液に添加し、溶解または分散させるのが好ましい。ここで有機溶媒としては、マトリックスポリマーを溶解でき、かつマトリックスポリマーおよびリチウム塩に対して不活性なものであれば特に制限されず、公知のものを使用できる。該有機溶媒の具体例としては、たとえば、アセトニトリルなどのニトリル類、メチルモノグライムなどのグライム類、NMPが挙げられる。
The solid electrolyte membrane 6 is obtained, for example, by a method including a polymer electrolyte solution preparation step and a solid electrolyte membrane preparation step.
In the polymer electrolyte solution preparation step, a lithium salt is added to an organic solvent solution of the matrix polymer to prepare a polymer electrolyte solution. When a component other than the dry polymer electrolyte is used, it is preferable to add the component to the polymer electrolyte solution and dissolve or disperse the component. Here, the organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the matrix polymer and is inert to the matrix polymer and the lithium salt, and a known one can be used. Specific examples of the organic solvent include nitriles such as acetonitrile, glymes such as methyl monoglyme, and NMP.

固体電解質膜の作製工程では、ポリマー電解質溶液を基材表面に塗布し、乾燥により該溶液中の有機溶媒を乾燥除去することにより、ドライポリマー電解質からなる固体電解質膜6を形成する。この固体電解質膜6は基材から剥離して使用する。なお、基材として電池用電極を用い、電極の活物質層表面に固体電解質膜6を形成すれば、そのまま電池の構成部品として使用できるので有利である。   In the production process of the solid electrolyte membrane, the polymer electrolyte solution is applied to the substrate surface, and the organic solvent in the solution is removed by drying to form the solid electrolyte membrane 6 made of the dry polymer electrolyte. This solid electrolyte membrane 6 is used after being peeled off from the substrate. If a battery electrode is used as the substrate and the solid electrolyte membrane 6 is formed on the active material layer surface of the electrode, it can be advantageously used as it is as a battery component.

また、固体電解質膜6の機械的強度などを向上させるために、図示しない支持体を用いてもよい。支持体は、たとえば、固体電解質6の厚み方向の片面または両面に接するように配置される。また、支持体にポリマー電解質溶液を含浸させ、乾燥により有機溶媒を除去して、固体電解質膜6を作製してもよい。   Further, in order to improve the mechanical strength and the like of the solid electrolyte membrane 6, a support not shown may be used. A support body is arrange | positioned so that the single side | surface or both surfaces of the thickness direction of the solid electrolyte 6 may be contact | connected, for example. Alternatively, the solid electrolyte membrane 6 may be produced by impregnating the support with a polymer electrolyte solution and removing the organic solvent by drying.

支持体としては、たとえば、多孔質シートが挙げられる。多孔質シートには、たとえば、不織布、微孔性フィルムなどが含まれる。不織布は、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂、セルロースなどの高分子化合物などから作製される。また、微孔性フィルムは、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンから作製される。   Examples of the support include a porous sheet. Examples of the porous sheet include a nonwoven fabric and a microporous film. The nonwoven fabric is made of, for example, a synthetic resin such as polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, or polyphenylene sulfide, or a polymer compound such as cellulose. The microporous film is made of polyolefin such as polypropylene and polyethylene, for example.

ラミネート外装体7は、たとえば、金属製フィルムと樹脂フィルムとの積層体である。該積層体としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、酸変性ポリプロピレン/ポリエチレンテレフタレート(PET)/Al箔/PETのラミネートフィルム、酸変性ポリエチレン/ポリアミド/Al箔/PETのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂/Ni箔/ポリエチレン/PETのラミネートフィルム、エチレンビニルアセテート/ポリエチレン/Al箔/PETのラミネートフィルム、アイオノマー樹脂/PET/Al箔/PETのラミネートフィルムなどが挙げられる。   The laminate outer package 7 is a laminate of a metal film and a resin film, for example. As the laminate, those commonly used in this field can be used, for example, acid-modified polypropylene / polyethylene terephthalate (PET) / Al foil / PET laminate film, acid-modified polyethylene / polyamide / Al foil / PET laminate film. , Ionomer resin / Ni foil / polyethylene / PET laminate film, ethylene vinyl acetate / polyethylene / Al foil / PET laminate film, ionomer resin / PET / Al foil / PET laminate film, and the like.

図3は、本発明の他の実施形態である全固体型ポリマー電池3の構成を模式的に示す縦断面図である。全固体型ポリマー電池3は、全固体型ポリマー電池2に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。全固体型ポリマー電池3は、ラミネート外装体7を用いることなく、その周縁部において正極集電体10と負極集電体12とが直接対向する部分にシール材8が装着されていることを特徴とする。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of an all solid-state polymer battery 3 which is another embodiment of the present invention. The all-solid-state polymer battery 3 is similar to the all-solid-state polymer battery 2, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The all-solid-state polymer battery 3 is characterized in that the sealing material 8 is attached to a portion where the positive electrode current collector 10 and the negative electrode current collector 12 are directly opposed to each other at the periphery without using the laminate outer body 7. And

すなわち、全固体型ポリマー電池3は、正極1、負極5、固体電解質膜6およびシール材8を含む。正極1は正極集電体10と正極活物質層11とを含み、負極5は負極集電体12と負極活物質層13とを含み、正極活物質層11と負極活物質層13とが固体電解質膜6を介して対向するように、正極1、負極5および固体電解質膜6が配置されている。また、全固体型ポリマー電池3の周縁部において、正極集電体10の正極活物質層11が形成されない部分と負極集電体12の負極活物質層13が形成されない部分とが直接対向する。この部分にはシール材8が装着されている。シール材8には、たとえば、合成樹脂製のものを使用できる。   That is, the all solid-state polymer battery 3 includes the positive electrode 1, the negative electrode 5, the solid electrolyte membrane 6, and the sealing material 8. The positive electrode 1 includes a positive electrode current collector 10 and a positive electrode active material layer 11, the negative electrode 5 includes a negative electrode current collector 12 and a negative electrode active material layer 13, and the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 13 are solid. The positive electrode 1, the negative electrode 5, and the solid electrolyte membrane 6 are arranged so as to face each other with the electrolyte membrane 6 interposed therebetween. Further, in the peripheral portion of the all-solid-state polymer battery 3, the portion of the positive electrode current collector 10 where the positive electrode active material layer 11 is not formed and the portion of the negative electrode current collector 12 where the negative electrode active material layer 13 is not formed face each other directly. A sealing material 8 is attached to this portion. As the sealing material 8, for example, a synthetic resin material can be used.

全固体型ポリマー電池3は、たとえば、次のようにして製造される。
まず、正極集電体10の片面に正極活物質層11を形成し、正極1を作製する。また、負極集電体12の片面に、負極活物質層(リチウム系活物質層)13および固体電解質膜6をこの順番で積層する。次に、正極活物質層11と負極活物質層13とが固体電解質膜6を介して対向するように、正極1と負極4とを重ね合わせる。さらに、正極1と負極4との周縁部にシール材8を装着し、該周縁部を封止することにより、全固体型ポリマー電池3が得られる。
The all solid-state polymer battery 3 is manufactured, for example, as follows.
First, the positive electrode active material layer 11 is formed on one surface of the positive electrode current collector 10 to produce the positive electrode 1. Further, the negative electrode active material layer (lithium-based active material layer) 13 and the solid electrolyte membrane 6 are laminated on one surface of the negative electrode current collector 12 in this order. Next, the positive electrode 1 and the negative electrode 4 are overlapped so that the positive electrode active material layer 11 and the negative electrode active material layer 13 are opposed to each other through the solid electrolyte membrane 6. Furthermore, the all-solid-state polymer battery 3 is obtained by attaching the sealing material 8 to the periphery of the positive electrode 1 and the negative electrode 4 and sealing the periphery.

本発明の全固体型ポリマー電池は、図2および図3に示す以外の種々の形態を採ることができ、たとえば、扁平型、コイン型、円筒型、角型、ラミネート型などの形態が可能である。また、本発明の全固体型ポリマー電池においては、正極、負極および固体電解質膜を含む電極群は、たとえば、積層型、捲回型、バイポーラ型などに構成できる。さらに、本発明の全固体型ポリマー電池は、一次電池および二次電池のいずれにも構成できる。   The all-solid-state polymer battery of the present invention can take various forms other than those shown in FIGS. 2 and 3, for example, flat, coin-type, cylindrical, square, and laminate forms. is there. In the all solid-state polymer battery of the present invention, the electrode group including the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte membrane can be configured, for example, as a stacked type, a wound type, or a bipolar type. Furthermore, the all solid-state polymer battery of the present invention can be configured as either a primary battery or a secondary battery.

以下に実施例および比較例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。
(実施例1および比較例1)
以下のような手順で、本発明、参考例および比較例の全固体型ポリマー電池用正極を作製した。
(1)多孔性正極活物質の製造
平均細孔径5μm、細孔容積0.039cm3/g、体積平均粒子径40μmの電解二酸化マンガン(三井金属鉱業(株)製)を大気中400℃で5時間焼成した。得られた焼成物を湿式粉砕した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
(Example 1 and Comparative Example 1)
The positive electrode for an all-solid-state polymer battery of the present invention , reference examples and comparative examples was produced by the following procedure.
(1) Production of porous positive electrode active material Electrolytic manganese dioxide (manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.) having an average pore diameter of 5 μm, a pore volume of 0.039 cm 3 / g, and a volume average particle diameter of 40 μm at 400 ° C. Baked for hours. The obtained fired product was wet pulverized.

湿式粉砕には遊星型ボールミル装置(商品名:P―7型、フリッチュ・ジャパン(株)製)を用い、回転数は400rpmとした。溶媒には2−プロピルアルコール、メディアにはφ5mmのジルコニアボール、容器にはジルコニア製の250cc容器を使用した。粉砕終了後、60℃で5時間、真空乾燥を行なって溶媒を除去し、続いてドライエア中250℃で5時間熱風乾燥し、多孔性二酸化マンガンを製造した。なお、表1に示すように粉砕時間を変更し、6種の多孔性二酸化マンガンである多孔性正極活物質1〜6を製造した。   A planetary ball mill apparatus (trade name: P-7 type, manufactured by Fritsch Japan Co., Ltd.) was used for the wet pulverization, and the rotation speed was 400 rpm. The solvent used was 2-propyl alcohol, the medium used was a φ5 mm zirconia ball, and the container used was a 250 cc container made of zirconia. After pulverization, the solvent was removed by vacuum drying at 60 ° C. for 5 hours, followed by hot air drying at 250 ° C. in dry air for 5 hours to produce porous manganese dioxide. In addition, the pulverization time was changed as shown in Table 1, and porous positive electrode active materials 1 to 6 which were six types of porous manganese dioxide were produced.

得られた多孔性正極活物質1〜6の平均細孔径、細孔容積および体積平均粒子径を次のようにして測定した。平均細孔径および細孔容積は、窒素ガスを吸着ガスとして用いる細孔分布測定装置(商品名:ASAP2010、(株)島津製作所製)を使用して測定した。また、多孔性二酸化マンガンの体積平均粒子径は、フロー式粒子像解析装置(商品名:FPIA−3000S、シスメックス(株)製)を使用して測定した。結果を表1に示す。なお、多孔性正極活物質1を用いた正極は、参考例である。 The average pore diameter, pore volume, and volume average particle diameter of the obtained porous positive electrode active materials 1 to 6 were measured as follows. The average pore diameter and pore volume were measured using a pore distribution measuring apparatus (trade name: ASAP2010, manufactured by Shimadzu Corporation) using nitrogen gas as an adsorption gas. Moreover, the volume average particle diameter of the porous manganese dioxide was measured using a flow type particle image analyzer (trade name: FPIA-3000S, manufactured by Sysmex Corporation). The results are shown in Table 1. In addition, the positive electrode using the porous positive electrode active material 1 is a reference example.

また、比較正極活物質1および2として、未粉砕のLiMn24(東ソー(株)製)およびLiCoO2((株)田中化学研究所製)についても、上記と同様にして平均細孔径、細孔容積および体積平均粒子径を測定した。結果を表1に示す。 In addition, as the comparative positive electrode active materials 1 and 2, unground LiMn 2 O 4 (manufactured by Tosoh Corp.) and LiCoO 2 (manufactured by Tanaka Chemical Laboratories) were also used in the same manner as described above, The pore volume and volume average particle size were measured. The results are shown in Table 1.

表1から、粉砕時間が長いほど、二酸化マンガンの体積平均粒子径が小さくなり、逆に平均細孔径および細孔容積が大きくなることが判る。また、未粉砕のLiMn24、LiCoO2は、その内部に細孔がほとんど形成されず、多孔性になっていないことが判る。 From Table 1, it can be seen that the longer the pulverization time, the smaller the volume average particle diameter of manganese dioxide, and conversely, the average pore diameter and pore volume increase. In addition, it can be seen that unmilled LiMn 2 O 4 and LiCoO 2 have almost no pores and are not porous.

(2)全固体型ポリマー電池用正極の作製
上記で得られた多孔性正極活物質1〜6および比較正極活物質1〜2を用い、次のようにして、全固体型ポリマー電池用正極を作製した。なお、以下の各操作は、全て−50℃以下に露点管理されたドライエア雰囲気で実施した。また、以下において、特に断らないかぎり、多孔性正極活物質1〜6および比較正極活物質1〜2を正極活物質と総称する。
(2) Production of positive electrode for all solid-state polymer battery Using the porous positive electrode active materials 1 to 6 and the comparative positive electrode active materials 1 and 2 obtained above, a positive electrode for an all solid-state polymer battery was prepared as follows. Produced. The following operations were all performed in a dry air atmosphere whose dew point was controlled at −50 ° C. or lower. Hereinafter, unless otherwise specified, the porous positive electrode active materials 1 to 6 and the comparative positive electrode active materials 1 to 2 are collectively referred to as a positive electrode active material.

ポリエチレンオキサイド(粘度平均分子量100000、Sigma−Aldrich社製)のアセトニトリル溶液に、リチウムイオン濃度[Li]とエーテル酸素濃度[EO]とのモル比率[Li]/[EO]が0.05になるようにLiN(CF3SO22を添加し、ドライポリマー電解質溶液を調製した。なお、エーテル酸素濃度[EO]とは、ポリエチレンオキサイド中のエチレンオキサイド鎖に含まれるエーテル酸素のモル濃度である。 In a acetonitrile solution of polyethylene oxide (viscosity average molecular weight 100000, manufactured by Sigma-Aldrich), the molar ratio [Li] / [EO] of the lithium ion concentration [Li] and the ether oxygen concentration [EO] is 0.05. LiN (CF 3 SO 2 ) 2 was added to a dry polymer electrolyte solution. The ether oxygen concentration [EO] is the molar concentration of ether oxygen contained in the ethylene oxide chain in polyethylene oxide.

次に、正極活物質:アセチレンブラック:ポリエチレンオキサイド=80質量%:10質量%:10質量%になるように、正極活物質、アセチレンブラック(導電材)および上記で得られたドライポリマー電解質溶液を乳鉢に取って混練した。得られた混練物に、質量比で正極活物質:NMP=1:2になるようにNMPを添加し、さらに乳鉢内で混練し、正極合材ペーストを調製した。   Next, the positive electrode active material, acetylene black (conductive material), and the dry polymer electrolyte solution obtained above were adjusted so that the positive electrode active material: acetylene black: polyethylene oxide = 80% by mass: 10% by mass: 10% by mass. Taking in a mortar and kneading. NMP was added to the obtained kneaded material so that the positive electrode active material: NMP = 1: 2 by mass ratio, and further kneaded in a mortar to prepare a positive electrode mixture paste.

得られた正極合材ペーストを、厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗布し、85℃で5時間真空乾燥し、正極活物質層を形成し、正極板を作製した。真空度は1.0×10-3mmHgとした。この正極板をタブ付きの12mm角の四角形に切り抜いた後にタブ表面の正極活物質層を剥離し、残りの正極活物質層を油圧プレスで圧延し、正極活物質層の厚さが20μmである正極を作製した。 The obtained positive electrode mixture paste was applied to one side of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm and vacuum-dried at 85 ° C. for 5 hours to form a positive electrode active material layer, thereby producing a positive electrode plate. The degree of vacuum was 1.0 × 10 −3 mmHg. The positive electrode plate was cut into a 12 mm square with a tab, and then the positive electrode active material layer on the tab surface was peeled off. The remaining positive electrode active material layer was rolled with a hydraulic press, and the thickness of the positive electrode active material layer was 20 μm. A positive electrode was produced.

上記と同様にして得られた正極板について、正極活物質層を目視観察し、塗布むらの有無を調べた。また、正極活物質層の厚み方向の断面を顕微鏡観察し、正極活物質の分散状態を調べた。結果を表2に示す。また、図4は、多孔性正極活物質4を含有する正極活物質層を含む正極板の、厚さ方向の断面の走査型電子顕微鏡写真である。   About the positive electrode plate obtained by carrying out similarly to the above, the positive electrode active material layer was visually observed and the presence or absence of the coating unevenness was investigated. Moreover, the cross section of the thickness direction of a positive electrode active material layer was observed with the microscope, and the dispersion state of the positive electrode active material was investigated. The results are shown in Table 2. FIG. 4 is a scanning electron micrograph of a cross section in the thickness direction of the positive electrode plate including the positive electrode active material layer containing the porous positive electrode active material 4.

上記と同様にして得られた正極板について、アルミニウム箔から正極活物質層を剥離した。この正極活物質層を熱抽出GC/MS分析し、正極活物質に含まれる、NMPの質量を測定した。測定には、ガスクロマトグラフ分析計(商品名:GCMS−QP2010 Plus、(株)島津製作所製)を使用した。次に、単位質量あたりの正極活物質に含まれるNMPの質量を、正極活物質の細孔容積に対するNMPの体積%に換算した。結果を表2に示す。   About the positive electrode plate obtained by carrying out similarly to the above, the positive electrode active material layer was peeled from the aluminum foil. This positive electrode active material layer was subjected to thermal extraction GC / MS analysis, and the mass of NMP contained in the positive electrode active material was measured. For the measurement, a gas chromatograph analyzer (trade name: GCMS-QP2010 Plus, manufactured by Shimadzu Corporation) was used. Next, the mass of NMP contained in the positive electrode active material per unit mass was converted to the volume percentage of NMP with respect to the pore volume of the positive electrode active material. The results are shown in Table 2.

表2から、体積平均粒子径の大きい多孔性正極活物質1、2を用いた正極活物質層には、すじなどの塗布むらが発生することがわかる。また、正極活物質の分散が不均一になっていることが判る。表2および図4から、体積平均粒子径の小さい多孔性正極活物質3〜6を用いた正極活物質層には、塗布むらが認められず、正極活物質が均一に分散していることが判る。また、比較正極活物質1、2を用いても、すじなどの塗布むらの発生がなく、正極活物質が均一に分散した正極活物質層が形成できることが判る。   From Table 2, it can be seen that uneven coating such as streaks occurs in the positive electrode active material layer using the porous positive electrode active materials 1 and 2 having a large volume average particle diameter. Moreover, it turns out that dispersion | distribution of a positive electrode active material is non-uniform | heterogenous. From Table 2 and FIG. 4, in the positive electrode active material layer using the porous positive electrode active materials 3 to 6 having a small volume average particle diameter, no coating unevenness is observed, and the positive electrode active material is uniformly dispersed. I understand. It can also be seen that even when the comparative positive electrode active materials 1 and 2 are used, there is no occurrence of uneven coating such as streaks, and a positive electrode active material layer in which the positive electrode active material is uniformly dispersed can be formed.

以上の結果から、体積平均粒子径が20μm以下の正極活物質を用いると、塗布むらの発生がなく、正極活物質が均一に分散した正極活物質層が形成できることが判る。
また、表2から、多孔性正極活物質の平均細孔径および細孔容積に関係なく、細孔容積に対するNMP量はほとんど変化しないことが判る。一方、比較正極活物質1、2は、細孔がその内部にほとんど存在していないので、NMPを検出できなかった。このことから、NMPが正極活物質層の組織中に存在するのではなく、多孔性正極活物質の細孔内に存在することが明らかである。
From the above results, it can be seen that when a positive electrode active material having a volume average particle diameter of 20 μm or less is used, there is no occurrence of coating unevenness and a positive electrode active material layer in which the positive electrode active material is uniformly dispersed can be formed.
Further, it can be seen from Table 2 that the amount of NMP with respect to the pore volume hardly changes regardless of the average pore diameter and pore volume of the porous positive electrode active material. On the other hand, since the comparative positive electrode active materials 1 and 2 have almost no pores therein, NMP could not be detected. From this, it is clear that NMP does not exist in the structure of the positive electrode active material layer but exists in the pores of the porous positive electrode active material.

(3)全固体型ポリマー電池用負極の作製
本工程、(4)固体電解質膜の作製工程および(5)全固体型ポリマー電池の組立工程は、いずれも−60℃以下に露点管理されたアルゴングローブボックス中で行った。20mm角、厚さ10μmの銅箔にニッケル製リードを溶接した。次いで、銅箔のリードが溶接されていない側の面に20mm角、厚さ150μmのリチウム箔を圧着し、全固体型ポリマー電池用負極を作製した。
(3) Preparation of negative electrode for all solid-state polymer battery This step, (4) preparation step of solid electrolyte membrane, and (5) assembly step of all solid-state polymer battery are all argon controlled at dew point below -60 ° C. I went in the glove box. A nickel lead was welded to a 20 mm square copper foil having a thickness of 10 μm. Next, a 20 mm square lithium foil having a thickness of 150 μm was pressure-bonded to the surface of the copper foil lead on which the lead was not welded to produce an all solid-state polymer battery negative electrode.

(4)固体電解質膜の作製
ポリエチレンオキサイド(粘度平均分子量100000、Sigma−Aldrich製)20gをアセトニトリル100gに溶解させてポリマー溶液を調製した。得られたポリマー溶液に、リチウムイオン濃度[Li]とエーテル酸素濃度[EO]とのモル比率[Li]/[EO]が0.05となるようにLiN(CF3SO22を添加し、ドライポリマー電解質溶液を得た。なお、エーテル酸素濃度[EO]とは、ポリエチレンオキサイドのエチレンオキサイド鎖に含まれるエーテル酸素の濃度である。
(4) Production of Solid Electrolyte Membrane A polymer solution was prepared by dissolving 20 g of polyethylene oxide (viscosity average molecular weight 100000, manufactured by Sigma-Aldrich) in 100 g of acetonitrile. LiN (CF 3 SO 2 ) 2 was added to the obtained polymer solution so that the molar ratio [Li] / [EO] of the lithium ion concentration [Li] and the ether oxygen concentration [EO] was 0.05. A dry polymer electrolyte solution was obtained. The ether oxygen concentration [EO] is the concentration of ether oxygen contained in the ethylene oxide chain of polyethylene oxide.

得られたドライポリマー電解質溶液を、負極の負極活物質層(リチウム箔)表面に塗布し、室温で48時間真空乾燥を行い、溶媒であるアセトニトリルを除去し、厚さ120μmの固体電解質膜を形成した。これにより、負極と固体電解質膜との積層体を作製した。   The obtained dry polymer electrolyte solution is applied to the surface of the negative electrode active material layer (lithium foil) of the negative electrode, vacuum-dried at room temperature for 48 hours, acetonitrile as a solvent is removed, and a 120 μm thick solid electrolyte membrane is formed. did. Thereby, the laminated body of the negative electrode and the solid electrolyte membrane was produced.

(5)全固体型ポリマー電池の組立
上記で得られた正極および積層体(負極と固体電解質膜との積層体)を用い、図5に示す全固体型ポリマー電池4を作製した。図5は、ラミネート型の全固体型ポリマー電池4の構成を簡略化して示す上面図である。全固体型ポリマー電池4は、電極群15、正極リード16、負極リード17および外装ケース18を含む。
(5) Assembly of all solid-state polymer battery Using the positive electrode and laminate (a laminate of a negative electrode and a solid electrolyte membrane) obtained above, an all-solid polymer battery 4 shown in FIG. 5 was produced. FIG. 5 is a top view showing a simplified configuration of a laminate-type all solid-state polymer battery 4. The all solid-state polymer battery 4 includes an electrode group 15, a positive electrode lead 16, a negative electrode lead 17, and an outer case 18.

電極群15は、上記で得られた正極および積層体を、固体電解質膜を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置することにより作製される。この電極群15を金属ラミネート製外装ケース18の内部に挿入し、外装ケース18の開口から正極リード16および負極リード17を外部に導出した後、外装ケース18の開口を融着させて封止し、全固体型ポリマー電池4を作製した。   The electrode group 15 is produced by disposing the positive electrode and the laminate obtained above so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the solid electrolyte membrane interposed therebetween. The electrode group 15 is inserted into the outer case 18 made of metal laminate, the positive lead 16 and the negative lead 17 are led out from the opening of the outer case 18, and then the opening of the outer case 18 is fused and sealed. An all solid polymer battery 4 was produced.

(6)全固体型ポリマー電池の評価
上記で得られた全固体型ポリマー電池4を60℃で1日間保存するエージングを行った。その後、環境温度30℃、電流密度25μA/cm2で充放電試験を行った。ここで電流密度は正極面積あたりの電流値を指す。正極活物質の組成が二酸化マンガンおよびLiMn24である電池は、終止電圧1.8Vの条件で放電試験を行い、正極活物質の組成がLiCoO2である電池は、終止電圧4.2Vの条件で充電した後に、終止電圧3.0Vの条件で放電する充放電試験を行った。これらの試験に基づいて、正極活物質質量あたりの電池容量(mAh/g)、電池容量と理論容量との比[(電池容量/理論容量)×100](%)、および保存試験後の容量維持率(%)を求めた。結果を表3に示す。
(6) Evaluation of all-solid-state polymer battery The all-solid-state polymer battery 4 obtained above was aged at 60 degreeC for 1 day. Thereafter, a charge / discharge test was performed at an environmental temperature of 30 ° C. and a current density of 25 μA / cm 2 . Here, the current density indicates a current value per positive electrode area. A battery in which the composition of the positive electrode active material is manganese dioxide and LiMn 2 O 4 is subjected to a discharge test under the condition of a final voltage of 1.8V, and a battery in which the composition of the positive electrode active material is LiCoO 2 has a final voltage of 4.2V. After charging under conditions, a charge / discharge test was performed in which discharge was performed under the condition of a final voltage of 3.0V. Based on these tests, the battery capacity per unit mass of the positive electrode active material (mAh / g), the ratio between the battery capacity and the theoretical capacity [(battery capacity / theoretical capacity) × 100] (%), and the capacity after the storage test The maintenance rate (%) was determined. The results are shown in Table 3.

なお、電池容量(mAh/g)、および電池容量と理論容量との比は、放電時の容量から求めた。また、多孔性正極活物質1〜6を用いた放電試験前の全固体型ポリマー電池4を60℃の恒温槽で60日間保存した後に、環境温度:30℃、電流密度:25μA/cm2、終止電圧:1.8Vの条件で放電試験を行い、60日保存後の放電容量を測定し、60日保存前の放電容量に対する百分率として、保存試験後の容量維持率(%)を求めた。すなわち、保存試験後の容量維持率(%)=(60日保存後の放電容量/60日保存前の放電容量)×100である。 The battery capacity (mAh / g) and the ratio between the battery capacity and the theoretical capacity were determined from the capacity during discharge. In addition, after storing the all-solid-state polymer battery 4 before the discharge test using the porous positive electrode active materials 1 to 6 in a thermostatic bath at 60 ° C. for 60 days, the environmental temperature: 30 ° C., the current density: 25 μA / cm 2 , A discharge test was conducted under the condition of final voltage: 1.8 V, the discharge capacity after 60 days storage was measured, and the capacity retention rate (%) after the storage test was determined as a percentage of the discharge capacity before 60 days storage. That is, capacity retention rate after storage test (%) = (discharge capacity after 60 days storage / discharge capacity before 60 days storage) × 100.

表3から、組成が二酸化マンガンである多孔性正極活物質を用いると、正極活物質の質量あたりの電池容量は200〜260mAh/gであり、比較正極活物質であるLiMn24やLiCoO2を用いるよりも、高い容量が得られることが判る。これは、二酸化マンガンの理論容量がLiMn24やLiCoO2の理論容量よりも高いことにもよる。しかしながら、全固体型ポリマー電池において、単に理論容量の高い正極活物質を用いるだけでは、高い電池容量が得られないことは、従来技術の項で示したとおりである。 From Table 3, when a porous positive electrode active material having a composition of manganese dioxide is used, the battery capacity per mass of the positive electrode active material is 200 to 260 mAh / g, and LiMn 2 O 4 and LiCoO 2 that are comparative positive electrode active materials. It can be seen that a higher capacity can be obtained than using. This is because the theoretical capacity of manganese dioxide is higher than that of LiMn 2 O 4 or LiCoO 2 . However, as shown in the section of the prior art, in an all solid-state polymer battery, a high battery capacity cannot be obtained simply by using a positive electrode active material having a high theoretical capacity.

本発明は、多孔性正極活物質の細孔内に高沸点有機溶媒を存在させるという特有の構成を有している。この構成により、理論容量が高い多孔性正極活物質を用いても、該活物質の理論容量に近い、高容量の全固体型ポリマー電池を作製することができる。なお、二酸化マンガンの理論反応を一電子反応と仮定すると、理論容量は308mAh/gである。LiMn24の理論反応を1電子反応と仮定すると、理論容量は148mAh/gである。LiCoO2の理論反応を0.5電子反応と仮定すると、理論容量は137mAh/gである。 The present invention has a specific configuration in which a high-boiling organic solvent is present in the pores of a porous positive electrode active material. With this configuration, even when a porous positive electrode active material having a high theoretical capacity is used, a high-capacity all solid-state polymer battery close to the theoretical capacity of the active material can be produced. Assuming that the theoretical reaction of manganese dioxide is a one-electron reaction, the theoretical capacity is 308 mAh / g. Assuming that the theoretical reaction of LiMn 2 O 4 is a one-electron reaction, the theoretical capacity is 148 mAh / g. Assuming that the theoretical reaction of LiCoO 2 is a 0.5 electron reaction, the theoretical capacity is 137 mAh / g.

また、表3から、平均細孔径が20nm以下であり、かつ細孔容積が0.15cm3/g以下である多孔性正極活物質1〜5を用いると、保存後の容量維持率が80%以上になることが判る。多孔性正極活物質6のように、平均細孔径が20nmを超え、細孔容積が0.15cm3/gを超えると、多孔性正極活物質と固体電解質膜との反応が進みすぎ、保存時の容量劣化が大きくなるものと考えられる。 Further, from Table 3, when porous positive electrode active materials 1 to 5 having an average pore diameter of 20 nm or less and a pore volume of 0.15 cm 3 / g or less are used, the capacity retention rate after storage is 80%. It turns out that it becomes the above. When the average pore diameter exceeds 20 nm and the pore volume exceeds 0.15 cm 3 / g as in the porous positive electrode active material 6, the reaction between the porous positive electrode active material and the solid electrolyte membrane proceeds excessively, and during storage It is considered that the capacity deterioration of the battery becomes large.

(実施例2)
多孔性正極活物質4を用い、かつ真空乾燥時間を5時間から表4に示す時間に変更する以外は、実施例1と同様にして、全固体型ポリマー電池4を作製した。ここで、真空乾燥時間とは、正極合材ペーストを厚さ15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗布し、85℃で真空乾燥する際の時間である。多孔性正極活物質4の細孔容積に対するNMP量(体積%)、電池容量(mAh/g)および保存試験後の容量維持率(%)を、実施例1と同様にして求めた。結果を表4に示す。なお、表4において乾燥時間5時間の各値は、実施例1における各値を、比較のために再掲したものである。
(Example 2)
An all solid-state polymer battery 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous positive electrode active material 4 was used and the vacuum drying time was changed from 5 hours to the time shown in Table 4. Here, the vacuum drying time is a time when the positive electrode mixture paste is applied to one side of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm and vacuum-dried at 85 ° C. The amount of NMP (volume%), the battery capacity (mAh / g) and the capacity retention rate (%) after the storage test with respect to the pore volume of the porous positive electrode active material 4 were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4. In Table 4, the values for the drying time of 5 hours are the values in Example 1 reprinted for comparison.

表4から、乾燥時間が長くなると、NMP量が減少することが判る。また、放電試験の結果から、NMP量が0.01体積%以上であると、200mAh/g以上の電池容量が得られることが判る。ただし、乾燥時間が0時間と1時間の結果を比較することにより、NMP量が0.5体積%を超えると、保存試験後の容量維持率が低下し、保存後の劣化が大きくなることが判る。これは、NMPが正極中で過剰になり、遊離状態になって保存時に負極へ移動し、負極のリチウムと反応して絶縁性の被膜が形成され、保存後の特性が低下したものと考えられる。また、NMPが遊離状態であるため、電池の信頼性および安全性も低下していると推測される。   From Table 4, it can be seen that the amount of NMP decreases as the drying time increases. From the results of the discharge test, it can be seen that a battery capacity of 200 mAh / g or more can be obtained when the NMP amount is 0.01% by volume or more. However, by comparing the results when the drying time is 0 hour and 1 hour, if the amount of NMP exceeds 0.5% by volume, the capacity retention rate after the storage test may decrease, and deterioration after storage may increase. I understand. This is presumably because NMP becomes excessive in the positive electrode, becomes free and moves to the negative electrode during storage, reacts with lithium in the negative electrode to form an insulating film, and the properties after storage deteriorate. . Moreover, since NMP is a free state, it is estimated that the reliability and safety | security of a battery are also falling.

(実施例3)
電解二酸化マンガンを湿式粉砕する際の溶媒を2−プロパノール(第2級アルコール)から、2−メチル−2−ブタノール(第3級アルコール)、水またはエタノール(第1級アルコール)に変更し、かつ粉砕時間を12時間とする以外は、実施例1と同様にして、全固体型ポリマー電池用正極、および全固体型ポリマー電池を作製した。
(Example 3)
Changing the solvent for wet grinding of electrolytic manganese dioxide from 2-propanol (secondary alcohol) to 2-methyl-2-butanol (tertiary alcohol), water or ethanol (primary alcohol); and A positive electrode for an all solid polymer battery and an all solid polymer battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the pulverization time was 12 hours.

多孔性正極活物質の平均細孔径および細孔容積ならびに細孔容積に対するNMP量を、実施例1と同様にして測定した。また、Mn価数は、JIS−K1467に従って化学滴定し、二酸化マンガン以外の不純物が全てMnSO4と仮定し、見掛け上のMn価数を算出した。電池容量は実施例1と同様にして求めた。結果を表5に示す。 The average pore diameter and pore volume of the porous positive electrode active material and the amount of NMP relative to the pore volume were measured in the same manner as in Example 1. The Mn valence was chemically titrated according to JIS-K1467, and the apparent Mn valence was calculated assuming that all impurities other than manganese dioxide were MnSO 4 . The battery capacity was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5.

表5から、多孔性正極活物質8、9を用いると、電池容量が低下することが判る。多孔性正極活物質8、9は、湿式粉砕時に、粉砕溶媒としてエタノールまたは水を用いたものである。粉砕溶媒が水またはエタノールであると、Mn価数が小さくなり、Mn23やMn34などの不純物が生成していることが判明した。これは、水および第1級アルコールが、第2級アルコールおよび第3級アルコールに比べて、耐酸化性に劣るため、湿式粉砕時に粉砕溶媒と二酸化マンガンが反応して二酸化マンガンが還元されるためであると考えられる。このため、第2級および第3級アルコールを用いた場合よりも、電池容量が低下するものと考えられる。 From Table 5, it can be seen that the battery capacity decreases when the porous positive electrode active materials 8 and 9 are used. The porous positive electrode active materials 8 and 9 are obtained by using ethanol or water as a grinding solvent during wet grinding. It has been found that when the grinding solvent is water or ethanol, the Mn valence decreases, and impurities such as Mn 2 O 3 and Mn 3 O 4 are generated. This is because water and primary alcohols are inferior in oxidation resistance compared to secondary alcohols and tertiary alcohols, so that the grinding solvent reacts with manganese dioxide during wet grinding to reduce manganese dioxide. It is thought that. For this reason, it is thought that a battery capacity falls rather than the case where secondary and tertiary alcohol are used.

本発明では、細孔容積が大きい多孔性正極活物質を用いるにもかかわらず、高い電池容量を有する全固体型ポリマー電池を提供できる。そして、漏液の恐れがないことから信頼性および安全性が高く、またポリマー電解質の形状自由という特徴を活かした、薄型でフレキシブルな全固体型ポリマー電池を提供できる。本発明の全固体型ポリマー電池は、たとえば、携帯情報端末、携帯電子機器、医療用機器などの、薄型でかつ信頼性が要求されるデバイスの電源として好適に利用できる。   The present invention can provide an all solid-state polymer battery having a high battery capacity despite the use of a porous positive electrode active material having a large pore volume. And since there is no fear of liquid leakage, it is possible to provide a thin and flexible all solid-state polymer battery that has high reliability and safety and that takes advantage of the free shape of the polymer electrolyte. The all solid-state polymer battery of the present invention can be suitably used as a power source for thin and reliable devices such as portable information terminals, portable electronic devices, and medical devices.

本発明の実施形態の1つである全固体型ポリマー電池用正極の構成を簡略化して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which simplifies and shows the structure of the positive electrode for all solid-state polymer batteries which is one of the embodiments of the present invention. 本発明の実施形態の一つである全固体型ポリマー電池の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structure of the all-solid-state polymer battery which is one of the embodiments of this invention. 本発明の他の実施形態である全固体型ポリマー電池の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the structure of the all-solid-state polymer battery which is other embodiment of this invention. 多孔性正極活物質を含有する正極活物質層を含む正極板の、厚さ方向の断面の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the cross section of the thickness direction of the positive electrode plate containing the positive electrode active material layer containing a porous positive electrode active material. ラミネート型の全固体型ポリマー電池の構成を簡略化して示す上面図である。It is a top view which simplifies and shows the structure of a laminate-type all-solid-state polymer battery.

符号の説明Explanation of symbols

1 全固体型ポリマー電池用正極
2、3、4 全固体型ポリマー電池
5 負極
6 固体電解質膜
7 ラミネート外装体
8 シール材
10 正極集電体
11 正極活物質層
12 負極集電体
13 負極活物質層
15 電極群
16 正極リード
17 負極リード
18 外装ケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode for all-solid-state polymer battery 2, 3, 4 All-solid-state polymer battery 5 Negative electrode 6 Solid electrolyte membrane 7 Laminate exterior body 8 Sealing material 10 Positive electrode collector 11 Positive electrode active material layer 12 Negative electrode collector 13 Negative electrode active material Layer 15 Electrode group 16 Positive electrode lead 17 Negative electrode lead 18 Exterior case

Claims (8)

正極集電体と、正極集電体の表面に形成される正極活物質層とを含み、
正極活物質層が、細孔を有する多孔性正極活物質、導電材およびドライポリマー電解質を含有し、
多孔性正極活物質が二酸化マンガンであり、
多孔性正極活物質の平均細孔径が10〜20nmであり、細孔容積が0.03〜0.15cm3/gであり、
多孔性正極活物質が、細孔内に沸点が150℃以上の高沸点有機溶媒を含有する、全固体型ポリマー電池用正極。
A positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer formed on the surface of the positive electrode current collector,
The positive electrode active material layer contains a porous positive electrode active material having pores, a conductive material and a dry polymer electrolyte,
The porous positive electrode active material is manganese dioxide,
The average pore diameter of the porous positive electrode active material is 10 to 20 nm, the pore volume is 0.03 to 0.15 cm 3 / g,
A positive electrode for an all solid-state polymer battery, wherein the porous positive electrode active material contains a high-boiling organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher in the pores.
高沸点有機溶媒が、N−メチル−2−ピロリドンおよびグライム類から選ばれる少なくとも1つである請求項1に記載の全固体型ポリマー電池用正極。   The positive electrode for an all-solid-state polymer battery according to claim 1, wherein the high-boiling organic solvent is at least one selected from N-methyl-2-pyrrolidone and glymes. 多孔性正極活物質が、細孔内に、細孔容積の0.01〜3体積%の高沸点有機溶媒を含有する請求項1または2に記載の全固体型ポリマー電池用正極。   The positive electrode for an all solid-state polymer battery according to claim 1 or 2, wherein the porous positive electrode active material contains a high-boiling organic solvent having a pore volume of 0.01 to 3% by volume of the pore volume. 二酸化マンガンを粉砕処理して、細孔を有し、平均細孔径が10〜20nmであり、細孔容積が0.03〜0.15cm3/gである多孔性正極活物質を得る粉砕工程と、
粉砕工程で得られる多孔性正極活物質、導電材、ドライポリマー電解質および沸点が150℃以上の高沸点有機溶媒を混合してペーストを調製するペースト調製工程と、
ペースト調製工程で得られるペーストを正極集電体表面に塗布して乾燥させる活物質層形成工程と、を含む、全固体型ポリマー電池用正極の製造方法。
A pulverizing step of pulverizing manganese dioxide to obtain a porous positive electrode active material having pores, an average pore diameter of 10 to 20 nm, and a pore volume of 0.03 to 0.15 cm 3 / g; ,
A paste preparation step of preparing a paste by mixing a porous positive electrode active material obtained in the pulverization step, a conductive material, a dry polymer electrolyte, and a high boiling point organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher;
And an active material layer forming step of applying and drying the paste obtained in the paste preparation step on the surface of the positive electrode current collector and drying the positive electrode for an all solid-state polymer battery.
粉砕工程において、正極活物質が溶媒中で湿式粉砕される請求項に記載の全固体型ポリマー電池用正極の製造方法。 The method for producing a positive electrode for an all solid-state polymer battery according to claim 4 , wherein the positive electrode active material is wet-pulverized in a solvent in the pulverization step. 溶媒がプロトン性溶媒である請求項5に記載の全固体型ポリマー電池用正極の製造方法。   The method for producing a positive electrode for an all solid-state polymer battery according to claim 5, wherein the solvent is a protic solvent. プロトン性溶媒が第2級アルコールおよび第3級アルコールから選ばれる少なくとも1つである請求項6に記載の全固体型ポリマー電池用正極の製造方法。   The method for producing a positive electrode for an all solid-state polymer battery according to claim 6, wherein the protic solvent is at least one selected from a secondary alcohol and a tertiary alcohol. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の全固体型ポリマー電池用正極、負極および固体電解質膜を含む全固体型ポリマー電池。   The all-solid-state polymer battery containing the positive electrode for all-solid-state polymer batteries as described in any one of Claims 1-3, a negative electrode, and a solid electrolyte membrane.
JP2008266225A 2008-10-15 2008-10-15 Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery Active JP5373355B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008266225A JP5373355B2 (en) 2008-10-15 2008-10-15 Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008266225A JP5373355B2 (en) 2008-10-15 2008-10-15 Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010097754A JP2010097754A (en) 2010-04-30
JP5373355B2 true JP5373355B2 (en) 2013-12-18

Family

ID=42259298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008266225A Active JP5373355B2 (en) 2008-10-15 2008-10-15 Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5373355B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SI3011619T1 (en) * 2013-06-21 2018-10-30 Cabot Corporation Active materials for lithium ion batteries
EP3162764B1 (en) * 2015-11-02 2018-04-04 IMEC vzw Methods for forming lithium manganese oxide layers
JP2017228458A (en) * 2016-06-23 2017-12-28 パナソニック株式会社 Power storage element and method of manufacturing the same
JP7000675B2 (en) * 2016-11-29 2022-01-19 セイコーエプソン株式会社 Complex manufacturing methods, batteries and battery manufacturing methods, electronic devices
JP7014043B2 (en) * 2018-05-15 2022-02-01 トヨタ自動車株式会社 Method of manufacturing the electrode layer
US20200212435A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electrode active substance, method for producing electrode active substance, and all-solid battery using electrode active substance
JP7482436B2 (en) 2018-12-27 2024-05-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Manufacturing method of electrode active material
JP7281091B2 (en) 2020-02-10 2023-05-25 トヨタ自動車株式会社 Positive electrode materials for secondary batteries, and secondary batteries

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4161437B2 (en) * 1998-12-18 2008-10-08 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション Lithium battery
JP2000331683A (en) * 1999-05-24 2000-11-30 Toshiba Battery Co Ltd Lithium secondary battery
JP2007134220A (en) * 2005-11-11 2007-05-31 Takashi Ogiwara Blended lithium manganate substance, cathode of lithium secondary battery, and their manufacturing method
JP5113393B2 (en) * 2007-01-22 2013-01-09 パナソニック株式会社 Negative electrode active material for all solid-state polymer battery, method for producing the same, and all solid-state polymer battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010097754A (en) 2010-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7378041B2 (en) Electrode material for lithium secondary battery, electrode structure comprising the electrode material and secondary battery comprising the electrode structure
KR101365980B1 (en) Lithium air battery
JP5373355B2 (en) Positive electrode for all solid-state polymer battery, manufacturing method thereof, and all solid-state polymer battery
WO2021145420A1 (en) Positive electrode active material for all-solid-state lithium ion battery, electrode, and all-solid-state lithium ion battery
WO2010073332A1 (en) Lithium air battery
JP5317435B2 (en) Negative electrode active material for all solid polymer battery and all solid polymer battery
JP5580931B2 (en) Cathode catalyst for metal-air secondary battery and metal-air secondary battery
JP2013214493A (en) Lithium manganese oxide positive active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery including the same
US11967713B2 (en) Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery comprising tungsten coating film, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101484503B1 (en) Cathode Catalyst for Lithium-Air Battery, Method of Manufacturing the Same, and Lithium-Air Battery Comprising the Same
KR20170017765A (en) Positive electrode material for lithium secondary battery and manufacturing method thereof
CN111512478B (en) Method for producing positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5253785B2 (en) Dry polymer electrolyte and all solid polymer battery
JPWO2020049843A1 (en) Coated positive electrode active material, manufacturing method of lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery
CN115699385A (en) Electricity storage device and electrode or separator used therein
JP2018056021A (en) Lithium ion secondary battery
KR101360837B1 (en) Positive composition for lithium secondary battery using spherical cobalt oxide with nano-titanate and manufacturing method thereof
JP2017183048A (en) Positive electrode active material, positive electrode arranged by use thereof, and lithium ion secondary battery
JP5593169B2 (en) Metal-air secondary battery
JP2011003450A (en) All solid polymer battery
WO2022097366A1 (en) Positive electrode composite active substance, lithium ion secondary battery, composite active substance, method for producing positive electrode composite active substance, and method for producing lithium ion secondary battery
KR102207523B1 (en) Lithium secondary battery
JP2014017157A (en) Positive electrode active material for lithium secondary battery, method for producing positive electrode active material for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP2022154861A (en) Coated cathode active material and manufacturing method thereof
WO2013024688A1 (en) Negative electrode active material, negative electrode, and secondary cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110425

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130409

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130704

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130725

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: 20130823

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130919

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5373355

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250