JPH05283103A - リチウム電池用ゲル状電解質 - Google Patents
リチウム電池用ゲル状電解質Info
- Publication number
- JPH05283103A JPH05283103A JP3057721A JP5772191A JPH05283103A JP H05283103 A JPH05283103 A JP H05283103A JP 3057721 A JP3057721 A JP 3057721A JP 5772191 A JP5772191 A JP 5772191A JP H05283103 A JPH05283103 A JP H05283103A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lithium
- electrolyte
- positive electrode
- negative electrode
- active material
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- Withdrawn
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 正極との界面インピーダンスを低下させ、正
極の分極を小さくする。 【構成】 (a)エーテル系ポリウレタン、(b)Li
ClO4 および(c)ラクトン類からなるリチウム電池
用ゲル状電解質。
極の分極を小さくする。 【構成】 (a)エーテル系ポリウレタン、(b)Li
ClO4 および(c)ラクトン類からなるリチウム電池
用ゲル状電解質。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウムまたはリチウ
ム合金を負極活物質とするリチウム電池用のゲル状電解
質に関する。
ム合金を負極活物質とするリチウム電池用のゲル状電解
質に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリチウム電池としては、例えばシ
ート状の正負極間に、セパレータと電解質溶液を介在
させたもの、あるいはポリエチレンオキシドとリチウ
ム塩との複合体などの固体電解質を介在させたものなど
が知られている。さらに、エレクトロクロミックディ
スプレーの電解質として、架橋性エラストマーフィルム
をリチウム塩の非水溶媒溶液で膨潤させたものなども知
られている。
ート状の正負極間に、セパレータと電解質溶液を介在
させたもの、あるいはポリエチレンオキシドとリチウ
ム塩との複合体などの固体電解質を介在させたものなど
が知られている。さらに、エレクトロクロミックディ
スプレーの電解質として、架橋性エラストマーフィルム
をリチウム塩の非水溶媒溶液で膨潤させたものなども知
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
の場合では、薄型かつ大面積(例えば、単位セルが1mm
程度、面積が30cm×30cm以上)の積層型電池を作製
する際、電解質溶液の注液プロセスが困難となり、また
活物質の脱落やデンドライトの析出によりサイクル寿命
が短くなってしまうという問題を有している。また、前
記の場合では、固体電解質の導電率が10-4S・cm-1
以下と小さいうえに、電極と固体電解質との密着性を保
つことが困難なため、界面インピーダンスが大きくなっ
て分極の増大を招くという問題点を有している。さら
に、前記の電解質では、正極の分極が大きく大電力を
取り出せない。本発明は、以上のような従来の技術的課
題を背景になされたものであり、薄型かつ大面積の積層
型リチウム電池の作製を容易にするとともに、活物質の
脱落やデンドライトの析出を防止してサイクル寿命を向
上させ、しかも電極と電解質の密着性を良好にして、電
解質溶液なみの界面インピーダンスを得ることが可能な
リチウム電池用のゲル状電解質を提供することを目的と
する。
の場合では、薄型かつ大面積(例えば、単位セルが1mm
程度、面積が30cm×30cm以上)の積層型電池を作製
する際、電解質溶液の注液プロセスが困難となり、また
活物質の脱落やデンドライトの析出によりサイクル寿命
が短くなってしまうという問題を有している。また、前
記の場合では、固体電解質の導電率が10-4S・cm-1
以下と小さいうえに、電極と固体電解質との密着性を保
つことが困難なため、界面インピーダンスが大きくなっ
て分極の増大を招くという問題点を有している。さら
に、前記の電解質では、正極の分極が大きく大電力を
取り出せない。本発明は、以上のような従来の技術的課
題を背景になされたものであり、薄型かつ大面積の積層
型リチウム電池の作製を容易にするとともに、活物質の
脱落やデンドライトの析出を防止してサイクル寿命を向
上させ、しかも電極と電解質の密着性を良好にして、電
解質溶液なみの界面インピーダンスを得ることが可能な
リチウム電池用のゲル状電解質を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)エーテ
ル系ポリウレタン、(b)LiClO4 および(c)ラ
クトン類を主成分とするリチウム電池用ゲル状電解質を
提供するものである。
ル系ポリウレタン、(b)LiClO4 および(c)ラ
クトン類を主成分とするリチウム電池用ゲル状電解質を
提供するものである。
【0005】本発明のゲル状電解質を構成する(a)エ
ーテル系ポリウレタンは、後述の比較的極性の大きい溶
媒と親和性のある極性基を有し、該溶媒で膨潤するもの
であり、例えばポリオールの平均分子量が1,500〜
4,000程度の多官能性ポリオールと多官能性イソシ
アネートとの反応生成物が挙げられる。このエーテル系
ポリウレタンの具体例としては、三官能性ポリプロピレ
ングリコールとTDI(トルエンジイソシアネート)、
MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)またはH
DI(ヘキサメチレンジイソシアネート)との反応によ
って得られるエーテル系ポリウレタン、三官能性ポリエ
チレングリコールとTDI、MDIまたはHDIとの反
応によって得られるエーテル系ポリウレタンを挙げるこ
とができるが、これらに限定されない。
ーテル系ポリウレタンは、後述の比較的極性の大きい溶
媒と親和性のある極性基を有し、該溶媒で膨潤するもの
であり、例えばポリオールの平均分子量が1,500〜
4,000程度の多官能性ポリオールと多官能性イソシ
アネートとの反応生成物が挙げられる。このエーテル系
ポリウレタンの具体例としては、三官能性ポリプロピレ
ングリコールとTDI(トルエンジイソシアネート)、
MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)またはH
DI(ヘキサメチレンジイソシアネート)との反応によ
って得られるエーテル系ポリウレタン、三官能性ポリエ
チレングリコールとTDI、MDIまたはHDIとの反
応によって得られるエーテル系ポリウレタンを挙げるこ
とができるが、これらに限定されない。
【0006】また、ゲル状電解質に使用される電解質と
しては、正極活物質および負極活物質に対して化学的に
安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質と電気化
学反応をするために移動できる非水物質であればどのよ
うなものでも使用できるが、本発明ではこのうち、特に
LiClO4 (過塩素酸リチウム)を採用するものであ
る。この電解質としては、LiClO4 のほかに、例え
ばLiAsF6 、LiPF6 、LiSbF6 、LiBF
4 、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl4 、L
iHF2 、LiSCN、LiSO3 CF3 などを10モ
ル%以下程度含有するものであってもよい。
しては、正極活物質および負極活物質に対して化学的に
安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質と電気化
学反応をするために移動できる非水物質であればどのよ
うなものでも使用できるが、本発明ではこのうち、特に
LiClO4 (過塩素酸リチウム)を採用するものであ
る。この電解質としては、LiClO4 のほかに、例え
ばLiAsF6 、LiPF6 、LiSbF6 、LiBF
4 、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl4 、L
iHF2 、LiSCN、LiSO3 CF3 などを10モ
ル%以下程度含有するものであってもよい。
【0007】電解質である前記LiClO4 は、溶媒に
より溶解された状態で使用される。本発明では、この溶
媒としてラクトン類を採用するものである。このラクト
ン類としては、例えば4−バレロラクトン、γ−ブチロ
ラクトン、γ−オクタノラクトンなどを挙げることがで
きる。もちろん、溶媒として、ラクトン類のほかに、例
えば炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、テトラヒ
ドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソ
ラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチレングリ
コールジメチルエーテルなどのグライム類、トリエチル
ホスフェートなどのリン酸エステル類、ホウ酸トリエチ
ルなどのホウ酸エステル類、スルホラン、ジメチルスル
ホキシドなどの硫黄化合物、アセトニトリルなどのニト
リル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド
などのアミド類、硫酸ジメチル、ニトロメタン、ニトロ
ベンゼン、ジクロロエタンなどの1種または2種以上を
10重量%以下程度含有するものであってもよい。
より溶解された状態で使用される。本発明では、この溶
媒としてラクトン類を採用するものである。このラクト
ン類としては、例えば4−バレロラクトン、γ−ブチロ
ラクトン、γ−オクタノラクトンなどを挙げることがで
きる。もちろん、溶媒として、ラクトン類のほかに、例
えば炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、テトラヒ
ドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソ
ラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエチレングリ
コールジメチルエーテルなどのグライム類、トリエチル
ホスフェートなどのリン酸エステル類、ホウ酸トリエチ
ルなどのホウ酸エステル類、スルホラン、ジメチルスル
ホキシドなどの硫黄化合物、アセトニトリルなどのニト
リル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド
などのアミド類、硫酸ジメチル、ニトロメタン、ニトロ
ベンゼン、ジクロロエタンなどの1種または2種以上を
10重量%以下程度含有するものであってもよい。
【0008】本願で使用されるゲル状電解質は、以上の
(a)エーテル系ポリウレタン、(b)LiClO
4 (過塩素酸リチウム)および(c)ラクトン類から構
成されるが、これらの組成割合は、重量比で20〜80
/2〜10/18〜70、好ましくは30〜60/2〜
10/38〜60〔ただし、(a)+(b)+(c)=
100重量%)である。かくて、前述したエーテル系ポ
リウレタンからなるシート状の高分子架橋体に、この電
解質(LiClO4 )を含有する溶媒(ラクトン類)を
含浸させることによって高分子架橋体が膨潤してゲル状
電解質となり、正負極間にこのゲル状電解質を介在させ
ることでリチウム電池が構成される。
(a)エーテル系ポリウレタン、(b)LiClO
4 (過塩素酸リチウム)および(c)ラクトン類から構
成されるが、これらの組成割合は、重量比で20〜80
/2〜10/18〜70、好ましくは30〜60/2〜
10/38〜60〔ただし、(a)+(b)+(c)=
100重量%)である。かくて、前述したエーテル系ポ
リウレタンからなるシート状の高分子架橋体に、この電
解質(LiClO4 )を含有する溶媒(ラクトン類)を
含浸させることによって高分子架橋体が膨潤してゲル状
電解質となり、正負極間にこのゲル状電解質を介在させ
ることでリチウム電池が構成される。
【0009】以下、本発明のゲル状電解質を使用したリ
チウム電池を図面を参照してさらに詳細に説明する。す
なわち、このリチウム電池は、図1に示すようにリチウ
ム合金負極2と正極活物質4との間に、エーテル系ポリ
ウレタンからなるシート状高分子架橋体に電解質である
LiClO4 を含有した溶媒であるラクトン類を含浸さ
せてなるゲル状電解質3を介在させ、集電体とケースを
兼ねたステンレス板1で挟み、封止材5で密封したもの
である。前記正極4に使用される正極活物質としては、
リチウム含有五酸化バナジウム、リチウム含有二酸化マ
ンガンなどの焼成体粒子を使用することができる。前記
負極2に使用される負極活物質としては、例えばリチウ
ムまたはリチウムを吸蔵、放出可能なリチウム合金が用
いられる。この場合、リチウム合金としては、リチウム
を含むIIa、IIb、III b、IVb、Vb族の金属または
その2種以上の合金が使用可能であるが、特にリチウム
を含むAl、In、Sn、Pb、Bi、Cd、Znまた
はこれらの2種以上の合金が好ましい。
チウム電池を図面を参照してさらに詳細に説明する。す
なわち、このリチウム電池は、図1に示すようにリチウ
ム合金負極2と正極活物質4との間に、エーテル系ポリ
ウレタンからなるシート状高分子架橋体に電解質である
LiClO4 を含有した溶媒であるラクトン類を含浸さ
せてなるゲル状電解質3を介在させ、集電体とケースを
兼ねたステンレス板1で挟み、封止材5で密封したもの
である。前記正極4に使用される正極活物質としては、
リチウム含有五酸化バナジウム、リチウム含有二酸化マ
ンガンなどの焼成体粒子を使用することができる。前記
負極2に使用される負極活物質としては、例えばリチウ
ムまたはリチウムを吸蔵、放出可能なリチウム合金が用
いられる。この場合、リチウム合金としては、リチウム
を含むIIa、IIb、III b、IVb、Vb族の金属または
その2種以上の合金が使用可能であるが、特にリチウム
を含むAl、In、Sn、Pb、Bi、Cd、Znまた
はこれらの2種以上の合金が好ましい。
【00010】以上説明してきたように、本発明のゲル
状電解質を採用してなるリチウム電池では、ゲル状電解
質が成型体であるため、薄型、大面積のリチウム電池を
作製する場合であっても組立てが容易となり、またゲル
状電解質は弾性体であるため、圧迫効果を有して電極と
電解質の密着性を良好にするとともに、活物質の脱落や
デンドライトの析出を防止してサイクル寿命を向上さ
せ、さらにゲル状であることから電解質の表面は濡れた
状態になっており、従って電極と電解質との接触は溶液
と同様に良好となり、電解質溶液なみの界面インピーダ
ンスを得ることが可能となる。
状電解質を採用してなるリチウム電池では、ゲル状電解
質が成型体であるため、薄型、大面積のリチウム電池を
作製する場合であっても組立てが容易となり、またゲル
状電解質は弾性体であるため、圧迫効果を有して電極と
電解質の密着性を良好にするとともに、活物質の脱落や
デンドライトの析出を防止してサイクル寿命を向上さ
せ、さらにゲル状であることから電解質の表面は濡れた
状態になっており、従って電極と電解質との接触は溶液
と同様に良好となり、電解質溶液なみの界面インピーダ
ンスを得ることが可能となる。
【00011】
【作用】本発明のゲル状電解質を使用したリチウム電池
は、正極の界面インピーダンスを低下させ、正極の分極
を小さくすることができる。この理由は、詳らかではな
いが、本発明を構成するエーテル系ポリウレタンに過塩
素酸リチウムのラクトン類溶液を膨潤させた特定の組成
からなるゲル状電解質が、正極との界面インピーダンス
を小さくさせるためと考えられる。
は、正極の界面インピーダンスを低下させ、正極の分極
を小さくすることができる。この理由は、詳らかではな
いが、本発明を構成するエーテル系ポリウレタンに過塩
素酸リチウムのラクトン類溶液を膨潤させた特定の組成
からなるゲル状電解質が、正極との界面インピーダンス
を小さくさせるためと考えられる。
【00012】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は必ずしもこの実施例に限定されない。 実施例1 3官能性ポリプロピレングリコール(平均分子量4,0
00)とトルエンジイソシアネート(TDI)とを当量
比で1/1.1使用し、これをDABCO(1,4−ジ
アザビシクロ〔2.2.2〕−オクタン)の触媒存在下
で、架橋重合させて得たエーテル系ポリウレタンを厚さ
200μmにシート状に成型したものを、1モル/lの
LiClO4 の4−バレロラクトン溶液で膨潤させてゲ
ル状電解質を得た。このゲル状電解質を、正極としてV
2 O5 と負極リチウムとで挟んで図1に示すような電池
を構成した(面積16cm2 )。この電池の正・負極のイ
ンピーダンスを、cole−coleプロット図とし
て、図2に示す。図2から明らかなように、正極の半円
が著しく小さく、正極とゲル状電解質との界面インピー
ダンスが0.5Ωと非常に小さいことが分かる。また、
この電池の100mAの放電を行ったときの分極の様子
を図3に示す。図3から、正極の分極が50mVと非常
に小さいことが分かる。これは、電解質溶液の分極より
も小さい。
は必ずしもこの実施例に限定されない。 実施例1 3官能性ポリプロピレングリコール(平均分子量4,0
00)とトルエンジイソシアネート(TDI)とを当量
比で1/1.1使用し、これをDABCO(1,4−ジ
アザビシクロ〔2.2.2〕−オクタン)の触媒存在下
で、架橋重合させて得たエーテル系ポリウレタンを厚さ
200μmにシート状に成型したものを、1モル/lの
LiClO4 の4−バレロラクトン溶液で膨潤させてゲ
ル状電解質を得た。このゲル状電解質を、正極としてV
2 O5 と負極リチウムとで挟んで図1に示すような電池
を構成した(面積16cm2 )。この電池の正・負極のイ
ンピーダンスを、cole−coleプロット図とし
て、図2に示す。図2から明らかなように、正極の半円
が著しく小さく、正極とゲル状電解質との界面インピー
ダンスが0.5Ωと非常に小さいことが分かる。また、
この電池の100mAの放電を行ったときの分極の様子
を図3に示す。図3から、正極の分極が50mVと非常
に小さいことが分かる。これは、電解質溶液の分極より
も小さい。
【00013】比較例1 実施例1のゲル状電解質の代わりに、ポリプロピレン製
のセパレータと1モル/lのLiClO4 の炭酸プロピ
レン(PC):ジメトキシエタン(DME)=1:1
(体積比)溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして
電池を構成した。この電池の正・負極のインピーダンス
を、cole−coleプロット図として、図4に、ま
たこの電池の100mAの放電を行ったときの分極の様
子を図5に示す。図4〜5から明らかなように正極は
7.5Ω、負極は5Ωの界面インピーダンスをし、また
100mA放電時の分極は、正極が330mV、負極が
220mVであった。
のセパレータと1モル/lのLiClO4 の炭酸プロピ
レン(PC):ジメトキシエタン(DME)=1:1
(体積比)溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして
電池を構成した。この電池の正・負極のインピーダンス
を、cole−coleプロット図として、図4に、ま
たこの電池の100mAの放電を行ったときの分極の様
子を図5に示す。図4〜5から明らかなように正極は
7.5Ω、負極は5Ωの界面インピーダンスをし、また
100mA放電時の分極は、正極が330mV、負極が
220mVであった。
【0014】
【発明の効果】本発明のゲル状電解質は、以上のように
構成されているため、薄型かつ大面積の積層型リチウム
電池の作製を容易にするとともに、活物質の脱落やデン
ドライトの析出を防止してサイクル特性を良好とし、し
かも電極と電解質の密着性を良好にして、電解質溶液な
みの界面インピーダンスを得ることが可能なリチウム電
池を提供することができる。特に、正極との界面インピ
ーダンスは、電解質溶液よりも小さい。
構成されているため、薄型かつ大面積の積層型リチウム
電池の作製を容易にするとともに、活物質の脱落やデン
ドライトの析出を防止してサイクル特性を良好とし、し
かも電極と電解質の密着性を良好にして、電解質溶液な
みの界面インピーダンスを得ることが可能なリチウム電
池を提供することができる。特に、正極との界面インピ
ーダンスは、電解質溶液よりも小さい。
【00015】
【図1】本発明のゲル状電解質を用いたリチウム電池の
断面図である。
断面図である。
【図2】本発明のゲル状電解質を用いたリチウム電池の
正・負極のインピーダンスのcole−coleプロッ
ト図
正・負極のインピーダンスのcole−coleプロッ
ト図
【図3】本発明のゲル状電解質を用いたリチウム電池の
100mAの放電を行ったときの分極の状態図
100mAの放電を行ったときの分極の状態図
【図4】従来の電解質溶液を用いたリチウム電池の正・
負極のインピーダンスのcole−coleプロット図
負極のインピーダンスのcole−coleプロット図
【図5】従来の電解質溶液を用いたリチウム電池の10
0mAの放電を行ったときの分極の状態図
0mAの放電を行ったときの分極の状態図
1 ステンレス基板 2 負極 3 ゲル状電解質 4 正極活物質 5 封止材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 公一 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項1】 (a)エーテル系ポリウレタン、(b)
LiClO4 および(c)ラクトン類を主成分とするリ
チウム電池用ゲル状電解質。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3057721A JPH05283103A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | リチウム電池用ゲル状電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3057721A JPH05283103A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | リチウム電池用ゲル状電解質 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05283103A true JPH05283103A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13063809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3057721A Withdrawn JPH05283103A (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | リチウム電池用ゲル状電解質 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05283103A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5558959A (en) * | 1994-07-22 | 1996-09-24 | Motorola, Inc. | Polyurethane based electrolytes for electrochemical cells and electrochemical cells using same |
JP2006294615A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Samsung Sdi Co Ltd | 電極、その製造方法、バインダ組成物及びそれらを採用したリチウム電池 |
JP2011198691A (ja) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Sekisui Plastics Co Ltd | ゲル状イオン導電体及びその製造方法 |
US8722230B2 (en) | 2006-01-27 | 2014-05-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Polyurethane binder, electrodes containing the same and lithium battery employing the electrodes |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3057721A patent/JPH05283103A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US8865844B2 (en) | 2005-04-14 | 2014-10-21 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode, method of preparing the same, binder composition, lithium battery containing the electrode and the binder composition |
US8722230B2 (en) | 2006-01-27 | 2014-05-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Polyurethane binder, electrodes containing the same and lithium battery employing the electrodes |
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