JPH01107474A - Lithium ion conductive polymer electrolyte - Google Patents

Lithium ion conductive polymer electrolyte

Info

Publication number
JPH01107474A
JPH01107474A JP62265811A JP26581187A JPH01107474A JP H01107474 A JPH01107474 A JP H01107474A JP 62265811 A JP62265811 A JP 62265811A JP 26581187 A JP26581187 A JP 26581187A JP H01107474 A JPH01107474 A JP H01107474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
polymer electrolyte
lithium ion
lithium
ion conductive
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.)
Pending
Application number
JP62265811A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoaki Akashiro
赤代 清明
Tatsu Nagai
龍 長井
Toshikatsu Manabe
真辺 俊勝
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.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell 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 Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
Priority to JP62265811A priority Critical patent/JPH01107474A/en
Publication of JPH01107474A publication Critical patent/JPH01107474A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • 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

Abstract

PURPOSE:To obtain a polymer electrolyte showing good lithium ion conductivity even at room temperature by using a specified polymer prepared by vinyl- polymerizing allyl polyether glycol as an organic polymer for the polymer electrolyte. CONSTITUTION:A polymer, as shown in the formula I, prepared by vinyl- polymerizing allyl polyether glycol is used as an organic polymer for a polymer electrolyte. In the formula I, R shows H or CH3, m is 3-360, and n is 2-40. Hydrocarbon in a principal chain decreases the glass transition temperature of the polymer to make ion movement easy. Oxygen forming ether bonding in the side chain forms a complex with a lithium salt to form a lithium ion carrier, and polyether glycol in the side chain decreases the crystallinity of the polymer. The polymer electrolyte showing good lithium ion conductivity even at room temperature is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 この発明は、リチウム電池、エレクトロクロミックデイ
スプレィなどの電解質や、リチウムイオン濃度センサー
、リチウムイオン分離膜などの用途に供されるリチウム
イオン伝導性ポリマー電解質に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention is a lithium ion conductive material used in electrolytes such as lithium batteries and electrochromic displays, lithium ion concentration sensors, and lithium ion separation membranes. Concerning polymer electrolytes.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

リチウム電池などのリチウムイオン伝導性電解質として
は、LiCl0a/プロピレンカーボネートに代表され
るような液体電解質や、Li、N。
Lithium ion conductive electrolytes for lithium batteries include liquid electrolytes such as LiCl0a/propylene carbonate, Li, and N.

Lil  A11asなどに代表されるような固体電解
質が知られているが、最近では柔軟性のあるフィルム状
に形成することが容易な有機ポリマーをベースとしたポ
リマー電解質を用いる試みがなされている。
Solid electrolytes such as Lil A11as are known, but recently attempts have been made to use polymer electrolytes based on organic polymers that can be easily formed into a flexible film.

この種のポリマー電解質は、これらを超薄膜化や小型化
が要請されているリチウム電池に適用すれば、電池作製
のための作業性や封止の信鯨性の面で有利となり、また
低コスト化にも役立つ利点がある。また、その柔軟性に
よってリチウムイオン分離膜として利用でき、さらにエ
レクトロクロミックデイスプレィなどの電解質やリチウ
ムイオン濃度センサーなどとしても有用である。
If this type of polymer electrolyte is applied to lithium batteries, which require ultra-thin film and miniaturization, it will be advantageous in terms of workability for battery production and reliability of sealing, and will also be low cost. It also has some useful benefits. In addition, due to its flexibility, it can be used as a lithium ion separation membrane, and is also useful as an electrolyte for electrochromic displays and as a lithium ion concentration sensor.

従来、このようなポリマー電解質のひとつとして、有機
ポリマーとしてポリエチレンオキサイドを使用し、これ
とリチウム塩との複合体としたものが知られている(ガ
st Ion Transport in 5olid
P、131(1979)) 。
Conventionally, as one of such polymer electrolytes, a composite of polyethylene oxide and lithium salt using polyethylene oxide as an organic polymer has been known (Gast Ion Transport in 5-solids).
P, 131 (1979)).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上記のポリエチレンオキサイド−リチウ
ム塩系のポリマー電解質は、60″C以上の高温では溶
融して比較的良好なリチウムイオン伝導性を示すものの
、25℃程度の室温下ではリチウムイオン伝導性が低く
、室温下で用いられることがほとんどのリチウム電池や
前述のごとき各種用途に応用したときに、性能上充分に
満足できないという問題があった。
However, although the above polyethylene oxide-lithium salt polymer electrolyte melts at high temperatures of 60"C or higher and exhibits relatively good lithium ion conductivity, it has low lithium ion conductivity at room temperature of about 25"C. However, when applied to lithium batteries, which are mostly used at room temperature, and the various uses mentioned above, there was a problem in that the performance was not fully satisfactory.

したがって、この発明は、リチウムイオン伝導性ポリマ
ー電解質における有機ポリマーとして、上記ポリエチレ
ンオキサイドとは異なる特定のポリマーを用いることに
より、室温下においても良好なリチウムイオン伝導性を
示すポリマー電解質を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention aims to provide a polymer electrolyte that exhibits good lithium ion conductivity even at room temperature by using a specific polymer different from the above-mentioned polyethylene oxide as an organic polymer in a lithium ion conductive polymer electrolyte. purpose.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究
を重ねた結果、ポリマー電解質を構成させる有機ポリマ
ーとして、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド
共重合体などのポリエーテルグリコールをアリル化した
アリル化ポリエーテルをビニル重合したポリマーを用い
るときは、室温下においても良好なリチウムイオン伝導
性を示すポリマー電解質が得られることを見出し、この
発明を完成するにいたった。
As a result of intensive research to achieve the above object, the inventors discovered that polyether glycols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and ethylene oxide-propylene oxide copolymers were used as organic polymers constituting the polymer electrolyte. It was discovered that a polymer electrolyte that exhibits good lithium ion conductivity even at room temperature can be obtained when a polymer obtained by vinyl polymerizing allylated polyether is used, and the present invention was completed.

すなわち、この発明は、リチウム塩と有機ポリマーの複
合からなるリチウムイオン伝導性ポリマー電解質におい
て、上記の有機ポリマーが、アリル化ポリエーテルグリ
コールをビニル重合した一般式(1) (式中、RはHまたはCH,であり、mは3〜360、
nは2〜40である) で示されるポリマーであることを特徴とするリチウムイ
オン伝導性ポリマー電解質に関するものである。
That is, the present invention provides a lithium ion conductive polymer electrolyte consisting of a composite of a lithium salt and an organic polymer, in which the organic polymer has the general formula (1) (wherein R is H or CH, where m is 3 to 360,
n is 2 to 40) The present invention relates to a lithium ion conductive polymer electrolyte characterized by being a polymer represented by:

上記一般式(1)で示されるポリマーにおいては、主鎖
の炭化水素がポリマーのガラス転移温度を下げ、リチウ
ムのイオン移動をしやすくし、側鎖のポリエーテルグリ
コールのエーテル結合を構成する酸素がリチウム塩と錯
体を形成することによって、リチウムイオンのキャリア
ーを形成し、かつ側鎖のポリエーテルグリコールがポリ
マーの結晶化度を低くして、ポリエチレンオキサイド系
のポリマー電解質に見られるような60℃前後を境とす
るイオン伝導度の著しい変化を防止し、室温下でも良好
なリチウムイオン伝導性を示すポリマー電解質を提供し
うるのである。
In the polymer represented by the above general formula (1), the hydrocarbon in the main chain lowers the glass transition temperature of the polymer and facilitates lithium ion movement, and the oxygen constituting the ether bond of the polyether glycol in the side chain lowers the glass transition temperature of the polymer. By forming a complex with a lithium salt, it forms a carrier for lithium ions, and the polyether glycol in the side chain lowers the crystallinity of the polymer, resulting in a temperature of around 60°C as seen in polyethylene oxide-based polymer electrolytes. This makes it possible to provide a polymer electrolyte that prevents significant changes in ionic conductivity across the range and exhibits good lithium ion conductivity even at room temperature.

また、上記一般式(1)で示されるポリマーの中で、室
温で液状のものは、架橋剤で架橋することによって、液
状のものの有する良好なイオン伝導性を低下させること
な(、固体状にすることができ、室温下においても特に
良好なリチウムイオン伝導性を示すポリマー電解質を得
ることができる。
Furthermore, among the polymers represented by the above general formula (1), those that are liquid at room temperature can be crosslinked with a crosslinking agent without reducing the good ionic conductivity of the liquid (but not in the solid state). It is possible to obtain a polymer electrolyte that exhibits particularly good lithium ion conductivity even at room temperature.

上記一般式(I)で示されるポリマーは、下記の一般式
(II) (CHg=CHCHg(OCHCH*)mOH)   
(If)で示されるアリル化ポリエーテルグリコールの
ビニル重合により得られるものであるが、上記ビニル重
合は、例えばアゾビスイソブチロニトリル、クメンヒド
ロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイ
ル、過硫酸カリウム、t−ブチルヒドロパーオキサイド
、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルヒドロパー
オキサイドなどの重合開始剤の存在下、40〜100℃
程度に加熱することによって行われる。
The polymer represented by the above general formula (I) has the following general formula (II) (CHg=CHCHg(OCHCH*)mOH)
It is obtained by vinyl polymerization of the allylated polyether glycol represented by (If). 40 to 100°C in the presence of a polymerization initiator such as potassium, t-butyl hydroperoxide, dicumyl peroxide, di-t-butyl hydroperoxide, etc.
This is done by heating to a certain degree.

上記アリル化ポリエーテルグリコールにおけるポリエー
テルグリコールとしては、その分子量が数平均分子量で
200〜10,000、特に300〜2.000の範囲
にあるものが好ましい、上記ポリエーテルグリコールの
分子量が数平均分子量で300〜2.000の範囲で特
に好ましい理由は、ポリエーテルグリコールの数平均分
子量が2,000を超えるとビニル重合したときのポリ
マーが結晶化しやすくなり、室温で固体状となってイオ
ン伝導度が低くなり、また数平均分子量が300未満で
は、ビニル重合したポリマーを架橋したとき、架橋点間
の距離が短くなり、リチウムのイオン移動がしにくくな
って、リチウムイオン伝導性が低下するからである。
The polyether glycol in the allylated polyether glycol preferably has a number average molecular weight of 200 to 10,000, particularly preferably 300 to 2.000. The reason why the number average molecular weight of polyether glycol is particularly preferable in the range of 300 to 2,000 is that when the number average molecular weight of polyether glycol exceeds 2,000, the polymer tends to crystallize when vinyl polymerized, becomes solid at room temperature, and has a low ionic conductivity. If the number average molecular weight is less than 300, the distance between the crosslinking points becomes short when a vinyl polymerized polymer is crosslinked, making it difficult for lithium ions to move, resulting in a decrease in lithium ion conductivity. be.

アリル化ポリエーテルグリコールのビニル重合による重
合度、つまり、nの値は前記のごとく、2〜40にされ
る。これは上記nが2未満ではアリル化ポリエーテルグ
リコールモノマーであり、リチウムとの反応性を有する
ことや架橋による固体化がしにく(なることから好まし
くなく、また、上記nが40を超えると主鎖の炭化水素
の分子量が高くなり、リチウムイオン伝導性が低下して
好ましくないからである。
The degree of polymerization of the allylated polyether glycol by vinyl polymerization, that is, the value of n, is set to 2 to 40 as described above. When the above n is less than 2, it is an allylated polyether glycol monomer, which is not preferable because it has reactivity with lithium and is difficult to solidify by crosslinking. This is because the molecular weight of the main chain hydrocarbon increases, which is undesirable because the lithium ion conductivity decreases.

また、前記一般式(1)におけるmは3〜360である
が、これは前記したポリエーテルグリコールの分子量と
対応しており、mが3未満では、ポリエーテルの分子鎖
が短すぎて、分子鎖の運動がしにくくなるためであり、
またmが360を超えると、側鎖のポリエーテルが固体
状となりイオン伝導性が低下するからである。
In addition, m in the general formula (1) is from 3 to 360, which corresponds to the molecular weight of the polyether glycol described above. If m is less than 3, the molecular chain of the polyether is too short and the molecule This is because the chain becomes difficult to move.
Moreover, if m exceeds 360, the polyether in the side chain becomes solid and ionic conductivity decreases.

一般式(1)で示されるポリマーを架橋する際の架橋剤
としては、ポリマー中の水酸基と付加・縮合反応を起こ
す2官能を有する有機物が用いられる。このような2官
能を有する有機物としては、ジイソシアナート、ジアミ
ン、ジカルボン酸、ジカルボン酸塩化物、メチロール化
合物、エピクロルヒドリンなどがあげられる。そして、
上記ジイソシアナートとしては、例えばヘキサメチレン
ジイソシアナート、2.4−)リレンジイソシアナート
、メチレンビス(4−フェニルイソシアナート)、キシ
リレンジイソシアナートなどが用いられ、ジアミンとし
ては、例えばエチレンジアミン、テトラメチレンジアミ
ンなどが用いられる。ジカルボン酸としては、例えばシ
ェラ酸、マロン酸、コハク酸、フタル酸、イソフタル酸
、テレフタル酸などが用いられ、ジカルボン酸塩化物と
しては、例えば塩化スクシネルなどが用いられ、メチロ
ール化合物としては、例えばジメチル尿素などが用いら
れる。
As a crosslinking agent for crosslinking the polymer represented by the general formula (1), an organic substance having bifunctionality that causes an addition/condensation reaction with a hydroxyl group in the polymer is used. Examples of such bifunctional organic substances include diisocyanates, diamines, dicarboxylic acids, dicarboxylic acid chlorides, methylol compounds, and epichlorohydrin. and,
As the diisocyanate, for example, hexamethylene diisocyanate, 2,4-)lylene diisocyanate, methylene bis(4-phenylisocyanate), xylylene diisocyanate, etc. are used, and as the diamine, for example, ethylene diamine, tetra Methylene diamine etc. are used. As the dicarboxylic acid, for example, Scheller's acid, malonic acid, succinic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, etc. are used, as the dicarboxylic acid chloride, for example, succinel chloride is used, and as the methylol compound, for example, dimethyl Urea etc. are used.

ポリマー電解質は、一般式(1)で示されるポリマーと
リチウム塩とを適宜の有機溶媒に溶解した溶液を調製し
たのちに有機溶媒を蒸発除去するか、または一般式(1
)で示されるポリマーを架橋剤で架橋した架橋ポリマー
を適当なリチウム塩の有機溶媒溶液に浸漬し、リチウム
塩溶液をポリマー中に浸透させた後、有機溶媒を蒸発除
去することによって作製される。このようなポリマーと
リチウム塩との有機溶媒への溶解または架橋ポリマーの
リチウム塩溶液への浸漬により、ポリマーのエーテル酸
素(−0−)にリチウム塩が錯体を形成して結合し、溶
媒除去後も上記結合が保持されて有機ポリマーとリチウ
ム塩との複合体が得られる。
The polymer electrolyte can be prepared by preparing a solution in which a polymer represented by the general formula (1) and a lithium salt are dissolved in an appropriate organic solvent, and then removing the organic solvent by evaporation, or
) is crosslinked with a crosslinking agent by immersing the crosslinked polymer in an appropriate organic solvent solution of a lithium salt, allowing the lithium salt solution to permeate into the polymer, and then evaporating and removing the organic solvent. By dissolving such a polymer and lithium salt in an organic solvent or by immersing a crosslinked polymer in a lithium salt solution, the lithium salt forms a complex and binds to the ether oxygen (-0-) of the polymer, and after the solvent is removed, Also, the above-mentioned bonds are retained and a composite of the organic polymer and the lithium salt is obtained.

上記のリチウム塩としては、従来のポリマー電解質に用
いられるものがいずれも使用可能であり、その具体例と
しては、例えばLICF、SO3、t、1CFsso!
 、LiBr% Li  I、LISCN、 LiBF
m 、LiCl0a 、LiAsF=などがあげられ、
上記リチウム塩を溶解させる有機溶媒としては、リチウ
ム塩を充分に溶解し、かつポリマーと反応しない有機溶
媒、例えばアセトニトリル、ジオキソラン、1.2−ジ
メトキシエタン、テトラヒドロフラン、メタノール、ア
セトンなどが用いられる。このリチウム塩の使用量とし
ては、一般式(1)で示されるポリマー側鎖のエーテル
は、リチウム塩の増加によるリチウムイオンのキャリア
ー濃度の増大と、リチウム塩の増加によるリチウムイオ
ンの移動度が低下との兼ね合いに基づくものであり、上
記範囲内でリチウムイオン伝導度が大きくなるからであ
る。
As the above-mentioned lithium salt, any of those used in conventional polymer electrolytes can be used, and specific examples include LICF, SO3, t, 1CFsso!
, LiBr% Li I, LISCN, LiBF
m, LiCl0a, LiAsF=, etc.,
As the organic solvent for dissolving the lithium salt, an organic solvent that sufficiently dissolves the lithium salt and does not react with the polymer, such as acetonitrile, dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methanol, acetone, etc., is used. Regarding the amount of lithium salt used, the ether in the polymer side chain represented by general formula (1) increases the carrier concentration of lithium ions due to an increase in the lithium salt, and decreases the mobility of lithium ions due to an increase in the lithium salt. This is because the lithium ion conductivity increases within the above range.

ポリマー電解質の形態は、その用途目的などによって適
宜法められる0例えば、リチウム電池用の電解質として
用いかつ正負両極間のセパレータとしての機能を兼ねさ
せる場合は、ポリマー電解質をシート状に形成すればよ
い、このシート状のポリマー電解質を得るには、一般式
(1)で示されるポリマーとリチウム塩との有機溶媒溶
液を適宜な基板上に流延し、有機溶媒を蒸発除去するか
、あるいは一般式(1)で示されるポリマーの架橋体を
シート状に形成し、該シート状の架橋ポリマーをリチウ
ム塩の有機溶媒溶液に浸漬し、浸漬後、有機溶媒を蒸発
除去すればよい、上記シートとしては一般にフィルムと
呼ばれているようなミクロンオーダーのきわめて薄いも
のを作製することができる。
The form of the polymer electrolyte is determined as appropriate depending on its intended use. For example, if it is used as an electrolyte for a lithium battery and also functions as a separator between the positive and negative electrodes, the polymer electrolyte may be formed into a sheet shape. To obtain this sheet-like polymer electrolyte, an organic solvent solution of the polymer represented by the general formula (1) and a lithium salt is cast onto a suitable substrate, and the organic solvent is evaporated off, or the general formula The sheet may be formed by forming a crosslinked polymer represented by (1) into a sheet, immersing the sheet-like crosslinked polymer in an organic solvent solution of lithium salt, and removing the organic solvent by evaporation after immersion. It is possible to produce extremely thin materials on the order of microns, commonly called films.

また、この発明のポリマー電解質をリチウム電池の正極
に適用する場合は、一般式(1)で示されるポリマーと
リチウム塩との有機溶媒溶液に正極活物質などを所定割
合で加え、有機溶媒を蒸発除去したのち成形するか、ま
たは−触式(+)で示されるポリマー、架橋剤、正極活
物質などを所定割合で加えた後、ポリマーを架橋させ、
成形後、得られた成形体をリチウム塩の有機溶媒溶液に
浸漬し、浸漬後、有機溶媒を蒸発除去すればよい。
In addition, when applying the polymer electrolyte of the present invention to a positive electrode of a lithium battery, a positive electrode active material or the like is added at a predetermined ratio to an organic solvent solution of the polymer represented by general formula (1) and a lithium salt, and the organic solvent is evaporated. Either by removing it and then molding it, or by adding a polymer, a crosslinking agent, a positive electrode active material, etc. in a predetermined ratio, and then crosslinking the polymer.
After molding, the obtained molded body may be immersed in a solution of a lithium salt in an organic solvent, and after the immersion, the organic solvent may be removed by evaporation.

そうすることによって、ポリマー電解質と正極活物質な
どとが混在−棒体したものが得られる。
By doing so, a rod in which the polymer electrolyte and the positive electrode active material are mixed can be obtained.

第1図は上記したこの発明のポリマー電解質を用いたリ
チウム電池の例を示すもので、図中、1はステンレス鋼
からなる方形平板状の正極集電板、2は周辺を一面側へ
段状に折曲した主面と同じ向きの平坦状の周辺部2aを
設けたステンレス鋼からなる浅い方形皿状の負極集電板
、3は両極集電板1.2の対向する周辺部1a、2a間
を封止する接着剤層である。
Figure 1 shows an example of a lithium battery using the above-mentioned polymer electrolyte of the present invention. A shallow rectangular dish-shaped negative electrode current collector plate made of stainless steel with a flat peripheral part 2a in the same direction as the bent main surface, 3 denotes opposing peripheral parts 1a and 2a of the bipolar current collector plate 1.2 This is an adhesive layer that seals the gap.

4は両極集電板1.2間に構成された空間5内において
正極集電板1側に配されたこの発明のポリマー電解質と
正極活物質などとを既述した方法にてシート状に成形し
てなる正極、6は空間5内において負極集電板2側に装
填されたリチウムまたはリチウム合金からなる負極、7
は正極4、負極6間に介在させた前記この発明のポリマ
ー電解質をシート状に成形してなるセパレータである。
4 is a polymer electrolyte of the present invention, a positive electrode active material, etc. arranged on the side of the positive electrode current collector plate 1 in a space 5 formed between the two electrode current collector plates 1.2, and formed into a sheet shape by the method described above. 6 is a negative electrode made of lithium or lithium alloy loaded on the negative electrode current collector plate 2 side in the space 5; 7
is a separator formed by molding the polymer electrolyte of the present invention interposed between a positive electrode 4 and a negative electrode 6 into a sheet shape.

なお、上記正極4は、場合により正極活物質とポリテト
ラフルオロエチレン粉末などの結着剤や電子伝導助剤と
を混合してシート状に成形したものなどであってもよい
、正極4に用いる正極活物質としては、例えばTi1t
、Mo Stx V6O13、V t Os 、V S
 e % N I P S s % ポリアニリン、ポ
リピロール、ポリチオフェンなどの1種もしくは2種以
上が用いられる。
In addition, the above-mentioned positive electrode 4 may be formed into a sheet by mixing a positive electrode active material with a binder such as polytetrafluoroethylene powder or an electron conduction aid, depending on the case. As the positive electrode active material, for example, Ti1t
, Mo Stx V6O13, V t Os , V S
e % N I P S s % One or more types of polyaniline, polypyrrole, polythiophene, etc. are used.

このように構成されるリチウム電池は、セパレータ7が
前記ポリマー電解質からなるシート状物であることによ
り、また正極4が上記ポリマー電解質を含む同様のシー
ト状物であることによって、電池の薄型化や電池作業の
ための作業性、封止の信転性などの向上に寄与させるこ
とができ、また液体電解質のような漏液の心配が本質的
にないといった種々の利点を有する上に、上記電解質が
そのイオン伝導性にすぐれていることにより、−次電池
としての放電特性や二次電池としての充放電サイクル特
性に非常にすぐれたものとなる。
In the lithium battery constructed in this way, the separator 7 is a sheet-like material made of the polymer electrolyte, and the positive electrode 4 is a similar sheet-like material containing the polymer electrolyte, so that the battery can be made thinner. In addition to having various advantages such as being able to contribute to improvements in workability for battery work, reliability of sealing, etc., and essentially not having to worry about leakage unlike liquid electrolytes, the above-mentioned electrolytes Due to its excellent ionic conductivity, it has very excellent discharge characteristics as a secondary battery and charge/discharge cycle characteristics as a secondary battery.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のとおり、この発明によれば、リチウム塩と複合体
を構成させる有機ポリマーとして、アリル化ポリエーテ
ルグリコールをビニル重合した一般式(I)で示される
ポリマーを用いることにより、室温下においても良好な
リチウムイオン伝導性を示すポリマー電解質を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention, by using the polymer represented by the general formula (I) obtained by vinyl polymerizing allylated polyether glycol as the organic polymer constituting the complex with the lithium salt, it is possible to maintain the property even at room temperature. A polymer electrolyte exhibiting excellent lithium ion conductivity can be provided.

〔実施例〕〔Example〕

以下にこの発明の実施例を比較例と対比して説明する。 Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples.

実施例1 数平均分子量450のアリル化ポリエチレングリコール
(CHt= CHCHz(OCHtCHz)*OH)1
0gとアゾビスイソブチロニトリル0.1gとを三角フ
ラスコの中に入れ、60℃で400時間反応せて、数平
均分子量5,000のポリアリル化ポリエチレングリコ
ールを得た。
Example 1 Allylated polyethylene glycol with number average molecular weight 450 (CHt=CHCHz(OCHtCHz)*OH)1
0 g and 0.1 g of azobisisobutyronitrile were placed in an Erlenmeyer flask and reacted at 60° C. for 400 hours to obtain polyallylated polyethylene glycol having a number average molecular weight of 5,000.

得られたポリアリル化ポリエチレングリコール5gと2
.4−)リレンジイソシアナート0.87gを三角フラ
スコに入れ、マグネチックスターラーで撹拌後、得られ
た粘性溶液状混合物をアルミニウム板上に滴下し、アル
ゴンガスフロー中、ホットプレート上にて80℃で8時
間反応させて架橋体(架橋ポリマーという)を得た。得
られた架橋ポリマーをアルミニウム板からはがし、アセ
トン中に浸漬して、未反応の2.4−トリレンジイソシ
アナートをアセトンに溶解して除去した6次にエタノー
ル中に浸漬し、未反応のNGO基をエタノールと反応さ
せた。ついで架橋ポリマーを濃度3重量%のLiCFs
SOsアセトン溶液中に8時間浸漬し、LiCFiSO
s溶液を架橋ポリマー中に浸透させた後、アセトンを蒸
発除去して厚さ50μmのシート状のポリマー電解質を
得た。
5 g of the obtained polyallylated polyethylene glycol and 2
.. 4-) Put 0.87 g of lylene diisocyanate into an Erlenmeyer flask, stir with a magnetic stirrer, drop the resulting viscous solution mixture onto an aluminum plate, and heat at 80°C on a hot plate in an argon gas flow. The mixture was reacted for 8 hours to obtain a crosslinked product (referred to as a crosslinked polymer). The obtained crosslinked polymer was peeled off from the aluminum plate and dipped in acetone to remove unreacted 2,4-tolylene diisocyanate by dissolving it in acetone.6 Next, it was dipped in ethanol to remove unreacted NGO. The group was reacted with ethanol. The crosslinked polymer was then mixed with LiCFs at a concentration of 3% by weight.
LiCFiSO was immersed in SOs acetone solution for 8 h.
After the S solution was infiltrated into the crosslinked polymer, acetone was removed by evaporation to obtain a sheet-like polymer electrolyte with a thickness of 50 μm.

実施例2 数平均分子it 200のアリル化ポリエチレングリコ
ール(CHI−CHCH!(OCRlCH,)30H)
10gとアゾビスイソブチロニトリル0.1gとを三角
フラスコの中に入れ、60℃で400時間反応せて、数
平均分子量6.000のポリアリル化ポリエチレングリ
コールを得た。このポリアリル化ポリエチレングリコー
ル5gと2.4−)リレンジイソシアナート2.2gを
実施例1と同様の方法により反応させ、それ以後も実施
例1と同様の操作を行ってポリマー電解質を得た。
Example 2 Allylated polyethylene glycol with number average molecular it 200 (CHI-CHCH!(OCRlCH,)30H)
10 g and 0.1 g of azobisisobutyronitrile were placed in an Erlenmeyer flask and reacted at 60° C. for 400 hours to obtain polyallylated polyethylene glycol having a number average molecular weight of 6.000. 5 g of this polyallylated polyethylene glycol and 2.2 g of 2.4-)lylene diisocyanate were reacted in the same manner as in Example 1, and thereafter the same operations as in Example 1 were performed to obtain a polymer electrolyte.

実施例3 数平均分子II 720のアリル化ポリエチレングリ:
I−ル(CHg−C)(CHg(OCHzCH*)ts
OH)10gとアゾビスイソブチロニトリル0.1gと
を三角フラスコの中に入れ、60°Cで400時間反応
せて、数平均分子量6.000のポリアリル化ポリエチ
レングリコールを得た。このポリアリル化ポリエチレン
グリコール5gと2.4−トリレンジイソシアナー)0
.58gとを実施例1と同様の方法により反応させ、そ
れ以後も実施例1と同様の操作を行ってポリマー電解質
を得た。
Example 3 Allylated polyethylene glycol with number average molecular weight II 720:
I-ru(CHg-C)(CHg(OCHzCH*)ts
OH) and 0.1 g of azobisisobutyronitrile were placed in an Erlenmeyer flask and reacted at 60°C for 400 hours to obtain polyallylated polyethylene glycol having a number average molecular weight of 6.000. 5g of this polyallylated polyethylene glycol and 2,4-tolylene diisocyaner)0
.. 58 g was reacted in the same manner as in Example 1, and thereafter the same operations as in Example 1 were performed to obtain a polymer electrolyte.

実施例4 数平均分子量1 、380のアリル化ポリエチレングリ
コール(CHm= CHG Hz(OCHtCHz)s
。OH)10gとアゾビスイソブチロニトリル0.1g
とを三角フラスコの中に入れ、60℃で8時間反応させ
て、数平均分子量8,000のポリアリル化ポリエチレ
ングリコールを得た。このポリアリル化ポリエチレング
リコールを濃度3重量%のLtCF3SOsア七トン溶
液に8時間浸漬し、LiCFsSOi溶液を上記ポリマ
ー中に浸透させた後、アセトンを蒸発除去してポリマー
電解質を得た。
Example 4 Allylated polyethylene glycol (CHm = CHG Hz (OCHtCHz)s) with a number average molecular weight of 1, 380
. OH) 10g and azobisisobutyronitrile 0.1g
were placed in an Erlenmeyer flask and reacted at 60° C. for 8 hours to obtain polyallylated polyethylene glycol having a number average molecular weight of 8,000. This polyallylated polyethylene glycol was immersed in a 3% by weight LtCF3SOs acetone solution for 8 hours to infiltrate the LiCFsSOi solution into the polymer, and then the acetone was removed by evaporation to obtain a polymer electrolyte.

比較例1 数平均分子量600.000のポリエチレンオキサイド
IgとL i CFsSOs  0.326gをアセト
ニトリル5mlに溶解し、マグネチックスターラーで撹
拌して均一に溶解した。この溶液状混合物をガラス基板
上に滴下し、常圧下アルゴンガスフロー中で5時間放置
した後、真空度I X10−”torr、温度120℃
で10時間処理して、アセトニトリルを蒸発除去し、厚
さ20μmのシート状のポリマー電解質を得た。
Comparative Example 1 Polyethylene oxide Ig having a number average molecular weight of 600.000 and 0.326 g of Li CFsSOs were dissolved in 5 ml of acetonitrile and stirred with a magnetic stirrer to uniformly dissolve. This solution mixture was dropped onto a glass substrate, left for 5 hours under normal pressure in an argon gas flow, and then vacuumed at I
was treated for 10 hours to remove acetonitrile by evaporation to obtain a sheet-like polymer electrolyte with a thickness of 20 μm.

上記実施例1〜4および比較例1のポリマー電解質の性
能を調べるために、以下のイオン伝導度試験および電池
の内部抵抗試験を行った。
In order to examine the performance of the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the following ionic conductivity test and battery internal resistance test were conducted.

くイオン伝導度試験〉 実施例1〜4の各ポリマー電解質はAu板でサンドイン
チ状に挾み、比較例1のポリマー電解質はその上にAu
<L型電極を蒸着法で形成し、電極間の交流インピーダ
ンスを測定し、複素インピーダンス解析(Cole−C
oleプロット)を行い、室温(25℃)でのイオン伝
導度を決定した。結果は第1表に示すとおりである。
Ionic conductivity test> Each of the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 was sandwiched between Au plates, and the polymer electrolyte of Comparative Example 1 was sandwiched between Au plates.
<L-shaped electrodes were formed by vapor deposition, AC impedance between the electrodes was measured, and complex impedance analysis (Cole-C
ole plot) to determine the ionic conductivity at room temperature (25°C). The results are shown in Table 1.

第    1    表 また、種々の温度条件下でのイオン伝導度を上記同様に
して測定した結果は、第2図に示すとおりである。第2
図において、縦軸はイオン伝導度(S/cm)であり、
横軸は絶対温度の逆数10’/T (K−1)である、
また、曲線2aは実施例1の結果、曲線2bは実施例2
の結果、曲線2cは実施例3の結果、曲線2dは実施例
4の結果、曲線2eは比較例1の結果である。
Table 1 Further, the results of measuring the ionic conductivity under various temperature conditions in the same manner as above are shown in FIG. Second
In the figure, the vertical axis is ionic conductivity (S/cm),
The horizontal axis is the reciprocal of absolute temperature 10'/T (K-1),
Also, curve 2a is the result of Example 1, and curve 2b is the result of Example 2.
As a result, curve 2c is the result of Example 3, curve 2d is the result of Example 4, and curve 2e is the result of Comparative Example 1.

(電池の内部抵抗試験〉 実施例1〜4および比較例1のポリマー電解質をセパレ
ータとして用いた第1図に示す構成の総厚0.5s+w
、−辺の長さ15mmの正方形薄型のリチウム電池を作
製した。
(Battery internal resistance test) The total thickness of the structure shown in FIG. 1 using the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 as a separator was 0.5 s + w.
, - A square thin lithium battery with a side length of 15 mm was produced.

なお、負極はリチウムとアルミニウムとの合金を、正極
は実施例1〜4および比較例1と同組成のポリマー電解
質と二硫化チタン(TIS、)とを含むシート状成形物
をそれぞれ用いた。
An alloy of lithium and aluminum was used as the negative electrode, and a sheet-shaped molded product containing a polymer electrolyte having the same composition as in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 and titanium disulfide (TIS) was used as the positive electrode.

これらのリチウム電池について、25℃、60℃、10
0℃での内部抵抗を測定した結果を第2表に示す。
For these lithium batteries, 25℃, 60℃, 10℃
Table 2 shows the results of measuring the internal resistance at 0°C.

第     2     表 以上の試験結果から明らかなように、この発明の実施例
1〜4のポリマー電解質は、室温(25℃;第2図の横
軸の値で約3.35)付近においても、1.6X1G−
’〜1.OXIG−フS/cm程度の高いイオン伝導性
を示したが、ポリエチレンオキサイドをポリマー成分と
する比較例1のポリマー電解質は、室温でのイオン伝導
度が1.0X1G−”S/cmであり、この発明の実施
例1〜4のポリマー電解質に比べて、イオン伝導度が劣
っていた。
As is clear from the test results in Table 2 and above, the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 of the present invention have a 1. .6X1G-
'~1. OXIG-F showed a high ionic conductivity of about S/cm, but the polymer electrolyte of Comparative Example 1 containing polyethylene oxide as a polymer component had an ionic conductivity of 1.0 x 1 G-''S/cm at room temperature. The ionic conductivity was inferior to that of the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 of this invention.

また、第2表に示すように、この発明の実施例1〜4の
ポリマー電解質を用いたリチウム電池の室温(25℃)
での内部抵抗は、55.6〜8.900Ωであったが、
比較例1のポリマー電解質を用いたリチウム電池の室温
(25°C)での内部抵抗は89.000Ωと非常に大
きかった。
Furthermore, as shown in Table 2, lithium batteries using the polymer electrolytes of Examples 1 to 4 of the present invention were prepared at room temperature (25°C).
The internal resistance was 55.6 to 8.900Ω,
The internal resistance of the lithium battery using the polymer electrolyte of Comparative Example 1 at room temperature (25°C) was as large as 89.000Ω.

特に分子量が小さいポリマーを架橋剤で架橋した架橋ポ
リマーをポリマー成分として用いた実施例1〜3のポリ
マー電解質は、イオン伝導度が太き(、また、それらを
電解質として用いたリチウム電池の室温下での内部抵抗
は他のものに比べて非常に小さかった。
In particular, the polymer electrolytes of Examples 1 to 3, which used crosslinked polymers with a small molecular weight crosslinked with a crosslinking agent as polymer components, had high ionic conductivity (and the lithium batteries using them as electrolytes at room temperature The internal resistance was very small compared to the others.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明のリチウムイオン伝導性ポリマー電解
質を用いたリチウム電池の一例を示す縦断面図である。 第2図はこの発明および比較用のリチウムイオン伝導性
ポリマー電解質のイオン伝導度と温度との関係を示す図
である。 7・・・セパレータ(ポリマー電解質)特許出願人 日
立マクセル株式会社 第  1  図 第  2  図 103/T (k−’)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a lithium battery using the lithium ion conductive polymer electrolyte of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between ionic conductivity and temperature of lithium ion conductive polymer electrolytes of the present invention and comparative lithium ion conductive polymer electrolytes. 7...Separator (polymer electrolyte) Patent applicant Hitachi Maxell, Ltd. Figure 1 Figure 2 Figure 103/T (k-')

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)リチウム塩と有機ポリマーとの複合体からなるリ
チウムイオン伝導性ポリマー電解質において、上記の有
機ポリマーが、アリル化ポリエーテルグリコールをビニ
ル重合した一般式(I)▲数式、化学式、表等がありま
す▼(I) (式中、RはHまたはCH_3であり、mは3〜360
、nは2〜40である) で示されるポリマーであることを特徴とするリチウムイ
オン伝導性ポリマー電解質。
(1) In a lithium ion conductive polymer electrolyte consisting of a composite of a lithium salt and an organic polymer, the above organic polymer has the general formula (I) obtained by vinyl polymerizing allylated polyether glycol ▲ Numerical formula, chemical formula, table, etc. ▼(I) (In the formula, R is H or CH_3, and m is 3 to 360
, n is 2 to 40) A lithium ion conductive polymer electrolyte is a polymer having the following formula.
(2)リチウム塩と有機ポリマーとの複合体からなるリ
チウムイオン伝導性ポリマー電解質において、上記の有
機ポリマーがアリル化ポリエーテルグリコールをビニル
重合した一般式(I)▲数式、化学式、表等があります
▼(I) (式中、RはHまたはCH_3であり、mは3〜360
、nは2〜40である) で示されるポリマーを架橋剤で架橋した架橋ポリマーで
あることを特徴とするリチウムイオン伝導性ポリマー電
解質。
(2) In a lithium ion conductive polymer electrolyte consisting of a composite of a lithium salt and an organic polymer, the above organic polymer has the general formula (I) obtained by vinyl polymerizing allylated polyether glycol ▲ There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc. ▼(I) (wherein R is H or CH_3, m is 3-360
, n is 2 to 40) A lithium ion conductive polymer electrolyte is a crosslinked polymer obtained by crosslinking a polymer represented by the following formula with a crosslinking agent.
JP62265811A 1987-10-20 1987-10-20 Lithium ion conductive polymer electrolyte Pending JPH01107474A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62265811A JPH01107474A (en) 1987-10-20 1987-10-20 Lithium ion conductive polymer electrolyte

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62265811A JPH01107474A (en) 1987-10-20 1987-10-20 Lithium ion conductive polymer electrolyte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01107474A true JPH01107474A (en) 1989-04-25

Family

ID=17422380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62265811A Pending JPH01107474A (en) 1987-10-20 1987-10-20 Lithium ion conductive polymer electrolyte

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01107474A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01319268A (en) * 1988-06-21 1989-12-25 Ricoh Co Ltd Secondary battery
JPH02186561A (en) * 1989-01-12 1990-07-20 Yuasa Battery Co Ltd Polymer solid state electrolyte
JPH0324163A (en) * 1989-06-21 1991-02-01 Yuasa Battery Co Ltd Solid polyelectrolyte
JPH0324164A (en) * 1989-06-22 1991-02-01 Yuasa Battery Co Ltd Solid polyelectrolyte
JPH03129603A (en) * 1989-10-13 1991-06-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid electrolyte
EP0838487A2 (en) * 1996-10-28 1998-04-29 Daiso Co., Ltd. Polyether copolymer and polymer solid electrolyte

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01319268A (en) * 1988-06-21 1989-12-25 Ricoh Co Ltd Secondary battery
JPH02186561A (en) * 1989-01-12 1990-07-20 Yuasa Battery Co Ltd Polymer solid state electrolyte
JPH0324163A (en) * 1989-06-21 1991-02-01 Yuasa Battery Co Ltd Solid polyelectrolyte
JPH0324164A (en) * 1989-06-22 1991-02-01 Yuasa Battery Co Ltd Solid polyelectrolyte
JPH03129603A (en) * 1989-10-13 1991-06-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid electrolyte
EP0838487A2 (en) * 1996-10-28 1998-04-29 Daiso Co., Ltd. Polyether copolymer and polymer solid electrolyte
EP0838487A3 (en) * 1996-10-28 1998-07-22 Daiso Co., Ltd. Polyether copolymer and polymer solid electrolyte

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7226702B2 (en) Solid polymer electrolyte and method of preparation
JPH03190959A (en) Lithium ion-conductive polyelectrolyte
US8357470B2 (en) Organic solid electrolyte and secondary battery
US5227043A (en) Ionic conductive polymer electrolyte and cell comprising the same
US6214251B1 (en) Polymer electrolyte composition
CN110518282B (en) Solid polymer electrolyte and solid lithium ion battery
EP3664210B1 (en) Secondary battery solid electrolyte composition and solid electrolyte prepared therefrom
JP3407363B2 (en) Polymer solid electrolyte
JPH02291603A (en) Ion conductive polymer electrolyte and battery using it
JP3022317B2 (en) Polymer solid electrolyte
JPH01107474A (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte
JPH02295004A (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte
JP3348513B2 (en) Polymer solid electrolyte battery
JPH0224976A (en) Lithium ion conducting polymer electrolyte
JPS63136407A (en) Lithium ion conducting polymer electrolyte
JP4985959B2 (en) Organic solid electrolyte and secondary battery using the same
JPH0224975A (en) Lithium ion conducting polymer electrolyte
JP3384174B2 (en) Polymer solid electrolyte
JPH01107471A (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte
JPS63193954A (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte
JPS62254303A (en) Lithium ion conducting polymer electrolyte
JPH0384809A (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte
JPH03190960A (en) Lithium low-conductive polyelectrolyte
JPH10130487A (en) Solid polymer electrolyte and battery made by using it
JPH0737419A (en) Polymer electrolyte