JP6253149B2 - 固体電解質を用いる電気化学デバイスの製造方法及び電気化学デバイス - Google Patents
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Description
(1)正極、負極及び電解質層を備え、前記電解質層の電解質として固体電解質を用いる電気化学デバイスの製造方法であって、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記電解質層との間に繊維状のポリマー電解質を配置し、前記正極、負極、電解質層及び繊維状のポリマー電解質を積層することを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
(2)繊維状のポリマー電解質の平均直径が0.05〜1.0μmであることを特徴とする上記(1)記載の電気化学デバイスの製造方法。
(3)正極及び負極の少なくとも一方と、繊維状のポリマー電解質と、固体電解質膜とを重ね、加圧して積層することを特徴とする上記(1)又は(2)記載の電気化学デバイスの製造方法。
(4)繊維状のポリマー電解質が、不織布を形成していることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の電気化学デバイスの製造方法。
(5)正極、負極及び電解質層を備え、前記電解質層の電解質として固体電解質を用いる電気化学デバイスにおける電極と電解質層との間の電気特性向上方法であって、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記電解質層との間に繊維状のポリマー電解質を配置することを特徴とする電極と電解質層との間の電気特性向上方法。
(6)正極、負極及び電解質層を備え、前記電解質層の電解質として固体電解質を用いる電気化学デバイスであって、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記電解質層との間に繊維状のポリマー電解質を備えることを特徴とする電気化学デバイス。
200mLのナスフラスコに3−エチル−3−(ヒドロキシメチル)オキセタン(EHO)を23.23g(0.199mol)、アクリロニトリル(AN)を27.21mL(0.415mol)、さらにイオン交換水を10mL加え攪拌した。その後、20%テトラエチルアンモニウム=ヒドロキシド溶液2.6mLを加え、室温で18時間攪拌させながら反応させた。次に、ジエチルエーテル100mL、イオン交換水50mLを加え分液漏斗を用いて抽出した。その後、硫酸マグネシウムを用いて脱水処理を行い、得られた有機層をロータリーエバポレーターを用いて減圧下で溶媒除去を行った。そして、得られた液体を減圧蒸留(沸点113℃/1mmHg)により精製し、無色の液体(シアノ基含有オキセタンモノマー:CEO)を得た。50mLのナスフラスコに、得られたCEOを8.00g(47.2mmol)、ジクロロメタンを8mL加えた。次に、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を0.198mL(1.57mmol)加え、アルゴン雰囲気下、30℃で1時間攪拌し、ゲル状の固体を得た。これにメタノールを1mL加え、反応を停止させた。反応終了後、ロータリーエバポレーターを用いて減圧下で溶媒を除去した。その後、良溶媒としてジクロロメタン、貧溶媒としてエタノールを加えて5回再沈殿した。再沈殿後、19時間減圧乾燥を行い、シアノ基含有ポリオキセタン(PCEO)を回収した。
サンプル管に上記で得られたPCEOを0.0930g、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロポリプロピレン(PVdF−HFP)を0.0928g、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニド)イミド(LiTFSA)を0.0663g、アセトンを1.4mL、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を0.6mL加え、PCEOとPVdF−HFPを合わせて10wt%となる紡糸溶液を調製し、22時間攪拌した。紡糸条件は、流速1.0mL/h、印加電圧12kV、紡糸間距離10cmでステンレス板上に電界紡糸した。前記電界紡糸により、膜厚が0.014mmの不織布が得られた。調製した繊維状ポリマー電解質(不織布)の表面を、走査型電子顕微鏡(SEM)JSM−7600F(日本電子(株))により観察した結果を図1に示す。平均直径が0.44μmの繊維からなる不織布が形成されていた。
サンプル管に上記で得られたPCEOを0.0506g、PVdF−HFPを0.0502g、LiTFSAを0.0354g、アセトンを2mL加え、2時間攪拌させながら溶解した。この溶液をテフロン(登録商標)板にキャストした後、80℃で22時間減圧下乾燥を行うことで膜厚が0.12mmの膜を調製した。
アルミ箔上に活物質としてLiCoO2が塗工されLiCoO2層が形成された電極(パイオトレック社製)(0.5cm×0.5cm)に、上記で作製した繊維状ポリマー電解質からなる不織布(0.5cm×0.5cm)、固体電解質層(0.5cm×0.5cm)を積層し、ハンドプレスSSP−10A(島津製作所(株))を用いて800MPaで圧着させた。
交流インピーダンス法により、上記で作製した固体電解質層/繊維状ポリマー電解質/電極の界面インピーダンスを、Ar雰囲気下、60℃で測定した。なお、測定装置にはCHEMICAL IMPEDANCE METER(日置電気(株)3532−80)を使用し、以下の測定条件で測定した。
(測定条件)
測定周波数:4Hz〜1MHz、印加電圧:0.100V、リミット:Off、測定レンジ:Auto,Hold、オーブン補正:All、ショート補正:All、トリガーモード:INT、トリガーディレイ:0.1s、積分回数:64、測定スピード:NORMAL
[断面の観察]
集束イオンビーム(FIB)により、上記で作製した固体電解質層/繊維状ポリマー電解質/電極の界面の断面を観察した。観察した結果を図2に示す。
実施例で用いたのと同じ、アルミ箔上に活物質としてLiCoO2が塗工されLiCoO2層が形成された電極(パイオトレック社製)(0.5cm×0.5cm)に、固体電解質層(0.5cm×0.5cm)を積層し、ハンドプレスSSP−10A(島津製作所(株))を用いて800MPaで圧着させ、実施例と同様に界面インピーダンス測定を行った。また、実施例と同様に、集束イオンビーム(FIB)により、上記で作製した固体電解質層/電極の界面の断面を観察した。観察した結果を図3に示す。
Claims (5)
- 正極、負極及び電解質層を備え、前記電解質層の電解質として固体電解質を用いる電気化学デバイスの製造方法であって、前記固体電解質が高分子化合物と電解質塩とを含む電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)であり、前記電解質層として固体電解質膜を用い、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記固体電解質膜との間に、高分子化合物と電解質塩とを含む繊維状のポリマー電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)を配置し、前記正極、負極、固体電解質膜及び繊維状のポリマー電解質を加圧して積層することを特徴とする電気化学デバイスの製造方法。
- 繊維状のポリマー電解質の平均直径が0.05〜1.0μmであることを特徴とする請求項1記載の電気化学デバイスの製造方法。
- 繊維状のポリマー電解質が、不織布を形成していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気化学デバイスの製造方法。
- 正極、負極及び電解質層として固体電解質膜を備え、前記固体電解質が高分子化合物と電解質塩とを含む固体電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)である電気化学デバイスにおける電極と電解質層との間の電気特性向上方法であって、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記固体電解質膜との間に、高分子化合物と電解質塩とを含む繊維状のポリマー電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)を配置し、加圧することを特徴とする電極と電解質層との間の電気特性向上方法。
- 正極、負極及び電解質層として固体電解質膜を備える電気化学デバイスであって、前記固体電解質が高分子化合物と電解質塩とを含む固体電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)であり、前記正極及び負極の少なくとも一方と前記固体電解質膜との間に、高分子化合物と電解質塩とを含む繊維状のポリマー電解質(ただし、ポリマーを電解液で膨潤させてゲル化したゲル電解質を除く)を備え、前記正極、負極、固体電解質膜及び繊維状のポリマー電解質が加圧されて積層されたことを特徴とする電気化学デバイス。
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