JPH05326021A - Secondary battery - Google Patents
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- JPH05326021A JPH05326021A JP4160145A JP16014592A JPH05326021A JP H05326021 A JPH05326021 A JP H05326021A JP 4160145 A JP4160145 A JP 4160145A JP 16014592 A JP16014592 A JP 16014592A JP H05326021 A JPH05326021 A JP H05326021A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、周囲温度下で可逆的に
作動する電池に係り、電解質および正極、負極の改良お
よび電池の製造法の改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery that operates reversibly at ambient temperature, and relates to an improved electrolyte, a positive electrode and a negative electrode, and an improved method for manufacturing a battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近のマイクロエレクトロニクス化は、
各種電子機器のメモリーバックアップ用電源に代表され
るように、電池の電子機器内収納、エレクトロニクス素
子および回路との一体化に伴って、電池の小型化、軽量
化、薄型化とさらに高エネルギー密度を有する電池とが
強く要望されている。近年、一次電池の分野では、既に
リチウム電池などの小型、軽量の電池が実用化されてい
るが、その用途分野は限られたものである。そこで、従
来の鉛電池、ニッケル−カドミウム電池に代わる電池と
して、より小型軽量化が可能な非水電解液を用いた二次
電池がより注目されているが、電極活物質のサイクル特
性、自己放電特性などの実用物性を満足するものが見い
だされていないことが原因で現在も多くの研究機関で検
討されている。2. Description of the Related Art Recent microelectronics is
As typified by power supplies for memory backup of various electronic devices, by accommodating batteries inside electronic devices and integrating them with electronic elements and circuits, batteries can be made smaller, lighter, thinner, and have higher energy density. There is a strong demand for batteries that have them. In recent years, small and lightweight batteries such as lithium batteries have already been put into practical use in the field of primary batteries, but the fields of application thereof are limited. Therefore, secondary batteries using non-aqueous electrolytes, which can be made smaller and lighter, are drawing more attention as batteries that replace conventional lead batteries and nickel-cadmium batteries. Many research institutions are currently studying it because of the fact that nothing satisfying practical properties such as characteristics has been found.
【0003】一方、従来電気化学反応を利用した電池や
電池以外の電気化学デバイス、すなわち、電気二重層キ
ャパシタ、エレクトロクロミック素子などの電解質とし
ては、一般的に液体電解質、特に有機電解液にイオン性
化合物を溶解したものが用いられてきたが、上記液体電
解質は、部品外部への液漏れ、電極物質の溶出、さらに
液体電解質自身の揮発などが発生しやすいため、上記電
気化学デバイスの長期信頼性などの問題や、封口工程で
の電解液の飛散などが問題となっていた。On the other hand, as an electrolyte for a battery or an electrochemical device other than a battery using an electrochemical reaction, that is, an electric double layer capacitor, an electrochromic element or the like, a liquid electrolyte is generally used, and an organic electrolyte is used as an electrolyte. Although the one in which a compound is dissolved has been used, the liquid electrolyte is likely to cause liquid leakage to the outside of parts, elution of electrode substances, and further volatilization of the liquid electrolyte itself, so that the long-term reliability of the electrochemical device is high. However, there have been problems such as scattering of the electrolytic solution in the sealing process.
【0004】そのため、これら耐漏液性、長期保存性を
向上させるために、高いイオン伝導性を有するイオン伝
導性高分子化合物が報告され、上記の問題を解決する手
段の1つとして、さらに研究が進められている。Therefore, in order to improve the liquid leakage resistance and the long-term storage stability, an ion conductive polymer compound having high ion conductivity has been reported, and further research is being conducted as one of the means for solving the above problems. It is being advanced.
【0005】現在研究が進められているイオン伝導性高
分子化合物は、エチレンオキシドを基本単位とするホモ
ポリマーまたはコポリマーの直鎖状高分子、網状架橋高
分子または櫛型高分子などであるが、低温でのイオン伝
導度を上げることを目的として、網状架橋高分子または
櫛型高分子にして上記イオン伝導性高分子化合物の結晶
化を防ぐことが提案され、実施されている。特に上記網
状架橋高分子を用いたイオン伝導性高分子化合物は、機
械的強度が大であり、かつ低温でのイオン伝導度が良好
であるため有用である。The ion-conducting polymer compounds currently being studied are homopolymer or copolymer linear polymers having ethylene oxide as a basic unit, reticulated crosslinked polymers, comb polymers, etc. For the purpose of increasing the ionic conductivity in the above, it has been proposed and implemented to prevent the crystallization of the above ion-conductive polymer compound by using a crosslinked polymer or a comb polymer. In particular, the ion conductive polymer compound using the above network cross-linked polymer is useful because it has high mechanical strength and good ionic conductivity at low temperature.
【0006】さて、より小型軽量で高エネルギー密度を
有する電池を設計する際、本発明者は、薄型電池(単位
セル当たりの厚さが100から500μm(またはシー
ト状電池))と呼ばれる電池について検討した。しかし
ながら電解質として、上記イオン伝導性高分子化合物を
薄膜化して使用する場合に、それに充分匹敵する品質を
有する薄膜状金属リチウムを作製することが技術的に多
少困難なこと、電池の製造工程が複雑となることが問題
となってきた。さらに、二次電池として使用する場合、
リチウムのデンドライトの生成および界面の不動態化と
いった問題が原因で、金属リチウムの使用が制限される
といった問題も生じてきた。When designing a battery that is smaller, lighter, and has a higher energy density, the present inventor has studied a battery called a thin battery (having a thickness of 100 to 500 μm (or a sheet-shaped battery) per unit cell). did. However, when the above-mentioned ion-conductive polymer compound is used as a thin film as an electrolyte, it is technically somewhat difficult to produce thin-film metallic lithium having a quality sufficiently comparable to that, and the battery manufacturing process is complicated. Has become a problem. Furthermore, when used as a secondary battery,
Due to the problems of lithium dendrite formation and interfacial passivation, there has also been a problem of limiting the use of metallic lithium.
【0007】そのため、リチウム−アルミニウム、リチ
ウム−鉛、リチウム−スズ合金に代表されるリチウム金
属含有合金の研究が盛んに行われている。しかしなが
ら、リチウム−アルミニウム合金に代表されるように、
これらの合金は、合金の強度が低いため、充放電の繰り
返しによって電極のわれや微細化を生じることから、サ
イクル特性の向上には至っていない。Therefore, research on lithium metal-containing alloys represented by lithium-aluminum, lithium-lead, and lithium-tin alloys has been actively conducted. However, as represented by a lithium-aluminum alloy,
Since these alloys have low strength, the electrodes are cracked or miniaturized by repeated charging / discharging, and thus cycle characteristics have not been improved.
【0008】また、他のリチウムのデンドライト生成を
抑制する方法としては、電解質塩の選択、セパレータの
改善などの検討が試みられているが、このうちセパレー
タに関しては従来から使用されているポリプロピレン製
不織布、ガラス繊維製不織布などを積層することによ
り、リチウムデンドライトの抑制が試みられているが、
本質的な解決には至っていない。As another method for suppressing dendrite formation of lithium, attempts have been made to select an electrolyte salt and improve the separator. Among them, the polypropylene non-woven fabric conventionally used for the separator has been tried. It has been attempted to suppress lithium dendrites by laminating glass fiber non-woven fabric, etc.
The essential solution has not been reached.
【0009】したがって現在多くの研究機関において
は、電極活物質としては、層状化合物のインターカレー
ションまたは、ドーピング現象を利用したものについて
特に研究されており、これらは、その充電・放電におけ
る電気化学反応の際に、理論的には複雑な化学反応を起
こさないことから、極めて優れた充放電サイクル性能が
期待される。Therefore, at present, many research institutes have particularly studied electrode active materials utilizing intercalation of layered compounds or a doping phenomenon, and these are electrochemical reactions during charging and discharging. In this case, theoretically, a complicated chemical reaction does not occur, so that extremely excellent charge / discharge cycle performance is expected.
【0010】炭素質材料を電極活物質として用いるとい
う例も、電極活物質のサイクル特性、自己放電特性など
の問題点の解決策として現れたものである。この炭素質
材料の特徴は、高いドープ容量、低い自己放電率、優れ
たサイクル特性、そして最も特筆すべきことは、金属リ
チウムに極めて近い卑電位を有することである。The example of using a carbonaceous material as an electrode active material has also appeared as a solution to problems such as cycle characteristics and self-discharge characteristics of the electrode active material. The characteristics of this carbonaceous material are high dope capacity, low self-discharge rate, excellent cycle characteristics, and most notably, a base potential very close to that of metallic lithium.
【0011】しかしながら、上記層状化合物のインター
カレーションまたは、ドーピング現象を利用した電極活
物質については、充電・放電に伴い上記電極活物質の膨
張・収縮が起こるため、本発明者らが検討した、イオン
伝導性高分子化合物と電極活物質と任意に電子伝導性物
質とで構成される複合電極においては、上記電極活物質
を種々選択した際に、数種の複合電極において、充放電
サイクル性能が大きく劣ることがわかった。すなわち、
複合電極を作製する際には、その電極活物質に合わせた
結着剤の選択が必要であることがわかった。However, the electrode active material utilizing the intercalation of the layered compound or the doping phenomenon causes expansion / contraction of the electrode active material due to charging / discharging. In a composite electrode composed of an ion conductive polymer compound, an electrode active material, and optionally an electron conductive material, when various kinds of electrode active materials are selected, the charge / discharge cycle performance is improved in several kinds of composite electrodes. It turned out to be much worse. That is,
It was found that it is necessary to select a binder suitable for the electrode active material when manufacturing the composite electrode.
【0012】また、上記イオン伝導性高分子化合物を電
気化学デバイスの電解質として応用する際、内部抵抗を
低くするために電解質の薄膜化が必要となってくる。上
記イオン伝導性高分子化合物の場合、均一な薄膜を任意
の形状に容易に加工することが可能であるが、その方法
が問題となってくる。例えば、イオン伝導性高分子化合
物の溶液をキャストして溶媒を蒸発、除去する方法、あ
るいは、重合性モノマーあるいはマクロマーを基板上に
塗布して、加熱重合する方法、あるいは活性光線の照射
により硬化させる方法がある。Further, when the above ion-conductive polymer compound is applied as an electrolyte of an electrochemical device, it is necessary to reduce the thickness of the electrolyte to reduce the internal resistance. In the case of the above ion-conductive polymer compound, a uniform thin film can be easily processed into an arbitrary shape, but that method becomes a problem. For example, a method of casting a solution of an ion-conductive polymer compound to evaporate and remove the solvent, a method of coating a polymerizable monomer or macromer on a substrate and heating polymerization, or curing by irradiation with actinic rays. There is a way.
【0013】しかしながら、上記の方法を用いると均一
な薄膜化は可能であるものの、実際にイオン伝導性高分
子化合物薄膜を電極間に積層工程において、電池やエレ
クトロクロミック素子等を組み立てた際に、電解質層が
圧縮変形により破損し、微短絡を生じる場合があった。
特にイオン伝導性高分子化合物薄膜の機械的強度が不十
分であると取扱いの際に破損し、短絡させてしまい、電
池性能が著しく低下する。さらに、イオン伝導性高分子
化合物の大表面積化を図ると、上記問題はいっそう起こ
りやすくなる。However, although it is possible to form a uniform thin film by using the above-mentioned method, when actually assembling a battery, an electrochromic device or the like in the step of laminating an ion-conductive polymer compound thin film between electrodes, In some cases, the electrolyte layer was damaged by compressive deformation, resulting in a slight short circuit.
In particular, if the mechanical strength of the ion-conductive polymer compound thin film is insufficient, the thin film will be damaged during handling and short-circuited, resulting in a marked decrease in battery performance. Furthermore, when the surface area of the ion-conductive polymer compound is increased, the above problem becomes more likely to occur.
【0014】特に、負極活物質にリチウム金属を用いた
場合に、電池の放電時に上記リチウム金属がリチウムイ
オンとして溶出し、負極の体積が減少するとともに正極
活物質中にリチウムイオンが取り込まれて正極の体積が
増加する。これらの変化に対応できうる特性がイオン伝
導性高分子化合物に要求されることとなる。また、正
極、負極ともインターカレーション、またはドーピング
現象を利用したものを用いた場合も同様である。In particular, when lithium metal is used as the negative electrode active material, the lithium metal is eluted as lithium ions during discharge of the battery, the volume of the negative electrode is reduced, and lithium ions are incorporated into the positive electrode active material, so that the positive electrode is positively charged. Increases the volume of. The ion conductive polymer compound is required to have characteristics capable of coping with these changes. The same applies to the case where the positive electrode and the negative electrode utilize intercalation or a doping phenomenon.
【0015】これらの現象は、電極表面の平滑性により
さらに大きく影響される。また、電極表面の平滑性が悪
い場合では、例えば電池を組み立てて充放電サイクル試
験を行った際に、微短絡が発生するなどの問題も生じて
きた。すなわち、上記イオン伝導性高分子化合物薄膜が
電極表面中に存在する凹凸によって、破損や微短絡を生
じてしまうことに大きな原因があるわけだが、これらの
問題点を解決するためには2つの方法が考えられる。These phenomena are greatly affected by the smoothness of the electrode surface. Further, when the smoothness of the electrode surface is poor, a problem such as a slight short circuit occurs when the battery is assembled and a charge / discharge cycle test is performed. That is, there is a major cause that the above-mentioned ion-conductive polymer compound thin film causes breakage or a slight short circuit due to the unevenness present on the electrode surface. There are two methods for solving these problems. Can be considered.
【0016】すなわち1つは、イオン伝導性高分子化合
物の機械的強度の向上であり、加えてもう1つは、電極
表面の平滑性の向上である。That is, one is to improve the mechanical strength of the ion conductive polymer compound, and the other is to improve the smoothness of the electrode surface.
【0017】上記イオン伝導性高分子化合物の機械的強
度の向上の方法としては、イオン伝導性高分子化合物中
に無機酸化物を含有させる方法が種々報告されている。
(例えば、特開平2−155173、特開平2−174
071など)しかしながら上記無機酸化物表面には−O
H基などの官能基が存在し、これらを容易に取り除くこ
とが難しいことから、これらが電池やエレクトロクロミ
ック素子などを組み立てた際に副反応を起こす危険性が
極めて高い。この副反応は特に電池の場合、長期にわた
って保存した際に、放電容量の低下、サイクル特性の低
下といった形で顕著に現れる。したがって、上述の方法
を用いた場合は、電池に応用する際には大きな問題を抱
えることとなる。As a method for improving the mechanical strength of the above ion conductive polymer compound, various methods have been reported in which an inorganic oxide is contained in the ion conductive polymer compound.
(For example, JP-A-2-155173 and JP-A-2-174
However, on the surface of the above-mentioned inorganic oxide, -O
Since functional groups such as H groups are present and it is difficult to remove them easily, there is an extremely high risk that these will cause a side reaction when assembling a battery or an electrochromic device. In the case of a battery, this side reaction remarkably appears in the form of a decrease in discharge capacity and a decrease in cycle characteristics when stored for a long period of time. Therefore, when the above-mentioned method is used, there is a big problem when applied to a battery.
【0018】したがって、上記問題を解決するために
は、電極表面の平滑性の向上を図る必要があり、そのた
めには、電極活物質の粒子径の制御が1つの問題となっ
てくる。Therefore, in order to solve the above problem, it is necessary to improve the smoothness of the electrode surface, and for that purpose, controlling the particle size of the electrode active material becomes one problem.
【0019】さらに、上記イオン伝導性高分子化合物を
上述の方法により均一な薄膜を形成するには、従来、主
に加熱重合する方法が簡便であり多く用いられてきた。
しかしながら、加熱重合時間が非常に長くなり製造速度
を向上させることが困難なこと、加熱炉中において温度
勾配が生じやすいこと、不活性ガス雰囲気中で加熱する
必要があるため加熱炉および付帯設備が大型になること
の問題があった。Further, in order to form a uniform thin film of the above ion-conductive polymer compound by the above-mentioned method, a method of mainly heat-polymerizing has heretofore been simple and often used.
However, the heating polymerization time becomes very long and it is difficult to improve the production rate, a temperature gradient is likely to occur in the heating furnace, and it is necessary to heat in an inert gas atmosphere. There was a problem of becoming large.
【0020】本発明者らは複合正極および複合負極の間
に、上記イオン伝導性高分子化合物からなる電解質層を
単独でシート状にして配置することにより、薄型電池
(シート状電池)の作製を試みた。しかしながら、上述
の方法によると、複合電極と電解質層との界面の接触を
良好とする方法に問題があり、通常、接触界面抵抗が大
きくなるため、電池特性とりわけサイクル特性や長期保
存後の充電・放電特性に大きな悪影響を与えた。The present inventors prepared a thin battery (sheet-shaped battery) by arranging an electrolyte layer composed of the above ion-conductive polymer compound alone between the composite positive electrode and the composite negative electrode in the form of a sheet. I tried. However, according to the above-mentioned method, there is a problem in the method of making good contact at the interface between the composite electrode and the electrolyte layer, and usually the contact interface resistance becomes large, so that battery characteristics, especially cycle characteristics and charging / charging after long-term storage are It had a great adverse effect on the discharge characteristics.
【0021】そこで、複合正極表面上または複合負極表
面上に上記イオン伝導性高分子化合物組成液を塗布し
て、加熱重合する方法、あるいは紫外線の照射により硬
化させることを試みた。前述の方法と比較して、複合電
極と電解質層との界面の接触をより良好にすることが可
能となったが、上記の方法では、上記複合電極表面に塗
布した際に、複合電極内部に浸透していくイオン伝導性
高分子化合物組成液まで完全に硬化することが困難であ
り、上記紫外線の照射による硬化による薄型電池におい
てさえも、長期保存後の充電・放電特性を考慮すると、
完全なものとは言えなかった。Therefore, an attempt was made to apply the above-mentioned ion-conductive polymer compound composition liquid on the surface of the composite positive electrode or the surface of the composite negative electrode and heat-polymerize it, or to cure it by irradiation of ultraviolet rays. Compared to the method described above, it has become possible to improve the contact at the interface between the composite electrode and the electrolyte layer.However, in the above method, when the composite electrode is applied to the surface of the composite electrode, It is difficult to completely cure the penetrating ion-conductive polymer compound liquid, and even in a thin battery that is cured by irradiation with the above ultraviolet rays, considering the charge / discharge characteristics after long-term storage,
It wasn't perfect.
【0022】また、加熱重合による硬化方法は、上記の
方法を適用する際には、加熱重合時間が長いのに加え
て、イオン伝導性高分子化合物組成液中において重合開
始剤のかたよりが生じるため、架橋ネットワークがより
不規則な構造となるなどの問題があり、上述の製造速度
や設備などの問題に加えて、大きな問題となっていた。In addition, in the curing method by heat polymerization, when the above-mentioned method is applied, the heat polymerization time is long and, in addition, the bias of the polymerization initiator occurs in the ion conductive polymer compound composition liquid. However, there is a problem that the cross-linked network has a more irregular structure and the like, which is a major problem in addition to the problem of the above-mentioned production speed and equipment.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】そこで、上記従来技術
の問題点に鑑み、電池特性の向上、高性能電極の作製を
目的とし、本発明では、イオン伝導性高分子化合物を用
いた電池において、非常に高い作業性を有し、さらに外
部への液漏れの心配が全くなく、長期信頼性および安全
性の高い電池を提供するものであり、さらに加えて高性
能、高エネルギー密度を有する小型軽量シート状電池を
提供するものである。In view of the above problems of the prior art, therefore, the present invention aims to improve battery characteristics and produce high-performance electrodes. In the present invention, in a battery using an ion-conductive polymer compound, It has a very high workability, there is no fear of liquid leakage to the outside, and it provides a battery with long-term reliability and safety. In addition, it has high performance, high energy density, and is small and lightweight. A sheet-shaped battery is provided.
【0024】[0024]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するべく、電気化学的活性物質と、溶媒に溶解および/
または分散した有機化合物からなる結着剤と、任意に電
子伝導性物質とで構成される複合正極(A)および複合
負極(B)と、少なくとも1種のイオン性化合物が溶解
している高分子物質により構成されたイオン伝導性高分
子化合物であって、ポリエーテル構造を有し、イオン伝
導性を有している高分子化合物で構成される電解質
(C)からなる電池において、該複合正極(A)が、一
次粒子の平均粒子径5 μm以下の電気化学的活性物質と
該結着剤、電子伝導性物質とで構成され、該複合負極
(B)が、一次粒子の平均粒子径5 μm以下の炭素粉末
である電気化学的活性物質と該結着剤とで構成されるこ
とを第1の発明とするものである。In order to achieve the above object, the present invention is to dissolve and / or dissolve an electrochemically active substance in a solvent.
Alternatively, a composite positive electrode (A) and a composite negative electrode (B) composed of a binder composed of a dispersed organic compound, and optionally an electron conductive substance, and a polymer in which at least one ionic compound is dissolved An ion-conducting polymer compound composed of a substance, which has a polyether structure and is composed of an electrolyte (C) composed of a polymer compound having ion conductivity, in the composite positive electrode ( A) is composed of an electrochemically active substance having an average primary particle size of 5 μm or less, the binder and an electron conductive substance, and the composite negative electrode (B) has an average primary particle size of 5 μm. The first invention comprises the following carbon powder, which is an electrochemically active substance and the binder.
【0025】また、複合正極(A)表面上および複合負
極(B)表面上に上記イオン伝導性高分子化合物からな
る電解質層(C)が配置され、電離性放射線の照射によ
って電解質層(C)を形成することを第2の発明とする
ものである。Further, an electrolyte layer (C) made of the above ion-conductive polymer compound is arranged on the surface of the composite positive electrode (A) and the surface of the composite negative electrode (B), and the electrolyte layer (C) is irradiated with the ionizing radiation. Is to form the second invention.
【0026】さらに、上記イオン伝導性高分子化合物
が、少なくとも1種のイオン性化合物を溶解した反応性
二重結合を持つポリエーテルである高分子化合物で、重
合反応により架橋ネットワーク構造を形成する高分子化
合物となることを特徴とする高分子化合物となることを
第3の発明とし、上記複合負極(B)中の炭素粉末が炭
素繊維および/または炭素粉末を不活性ガス雰囲気中で
粉砕することにより、一次粒子の平均粒子径5 μm以下
の炭素粉末となることを第4の発明とし、上記イオン伝
導性高分子化合物が、イオン性化合物を溶解することが
できる物質を含んでいることを特徴とするもので、上記
電気化学的活性物質とイオン伝導性高分子化合物とで構
成される上記複合正極(A)、複合負極(B)および上
記イオン伝導性高分子化合物で構成される電解質層
(C)を提供することにより、上記の目的を達成したも
のである。Further, the above-mentioned ion-conductive polymer compound is a polymer compound which is a polyether having a reactive double bond in which at least one ionic compound is dissolved, and has a high degree of forming a crosslinked network structure by a polymerization reaction. A third aspect of the present invention is that the polymer compound is a high molecular compound, and the carbon powder in the composite negative electrode (B) is crushed carbon fiber and / or carbon powder in an inert gas atmosphere. According to a fourth aspect of the present invention, the carbon powder has an average primary particle diameter of 5 μm or less, and the ion-conductive polymer compound contains a substance capable of dissolving an ionic compound. The composite positive electrode (A), the composite negative electrode (B), and the ion conductive polymer composed of the electrochemically active substance and the ion conductive polymer compound. The above object is achieved by providing an electrolyte layer (C) composed of a compound.
【0027】なお、上記複合正極(A)、複合負極
(B)の両電極表面に上記イオン伝導性高分子化合物で
構成される電解質層(C)を配置することにより、電極
界面の接触が良好となり、接触界面抵抗が小さくなる。
このことにより従来から問題となっている、複合負極周
辺部でのリチウム析出状態が一様に分布し、部分的にリ
チウムの析出が集中して内部短絡を起こすといった問題
がなくなる。By disposing the electrolyte layer (C) composed of the ion conductive polymer compound on both electrode surfaces of the composite positive electrode (A) and the composite negative electrode (B), good contact at the electrode interface is achieved. And the contact interface resistance decreases.
As a result, the problem of lithium deposition around the composite negative electrode, which has been a problem in the past, is uniformly distributed, and the problem that lithium deposition is partially concentrated to cause an internal short circuit is eliminated.
【0028】また、シート状電池を組み立てた際に、上
記イオン伝導性高分子化合物で構成される電解質層
(C)が、二重構造となるためにピンホールなどによる
内部短絡も防ぐことができる。さらに、電解質層同士の
接触となるため接触界面抵抗は非常に小さいものとな
る。Further, when the sheet-shaped battery is assembled, the electrolyte layer (C) composed of the above ion-conductive polymer compound has a double structure, so that an internal short circuit due to a pinhole or the like can be prevented. .. Further, since the electrolyte layers are in contact with each other, the contact interface resistance becomes very small.
【0029】さらに、正極活物質として、例えばLiCoX
Ni1-X O2(0 ≦X ≦1 )で表される正極活物質の一次粒
子の平均粒子径5 μm以下であることにより、上記イオ
ン伝導性高分子化合物薄膜が複合正極表面中に凹凸が存
在することがないため、破損や微短絡を生じることがな
く、さらに、一次粒子の平均粒子径5 μm以下であるこ
とにより、可逆性が向上するため正極活物質としての容
量が大きくなり、充放電特性の優れたものとなる。Further, as the positive electrode active material, for example, LiCo X
Since the average particle diameter of the primary particles of the positive electrode active material represented by Ni 1-X O 2 (0 ≤ X ≤ 1) is 5 µm or less, the above ion-conductive polymer compound thin film has irregularities on the composite positive electrode surface. Is not present, damage or slight short circuit does not occur, and the average particle size of the primary particles is 5 μm or less, reversibility is improved, and the capacity as the positive electrode active material is increased, The charge and discharge characteristics are excellent.
【0030】負極活物質である炭素繊維および/または
炭素粉末を、不活性ガス雰囲気中で粉砕し、一次粒子の
平均粒子径5 μm以下の炭素粉末とすることにより、上
記イオン伝導性高分子化合物薄膜が複合負極表面中に凹
凸が存在することがないため、破損や微短絡を生じるこ
とがなく、さらに、一次粒子の平均粒子径5 μm以下で
あることにより、炭素粉末の表面積が向上し、電極表面
で円滑な電気化学反応が進行することとなるため、負極
活物質としての容量が大きくなり、Liイオンのドープ
/脱ドープ特性の優れたものとなる。また、不活性ガス
雰囲気中で粉砕を行うことにより電気化学的活性表面が
失われることがないため、サイクル寿命特性、自己放電
特性および電流効率特性等での劣化が見られない。Carbon fiber and / or carbon powder, which is the negative electrode active material, is crushed in an inert gas atmosphere to obtain carbon powder having an average primary particle size of 5 μm or less. Since the thin film does not have unevenness on the surface of the composite negative electrode, it does not cause breakage or a minute short circuit. Further, the average particle size of the primary particles is 5 μm or less, the surface area of the carbon powder is improved, Since a smooth electrochemical reaction proceeds on the surface of the electrode, the capacity as the negative electrode active material increases, and the Li ion doping / dedoping property becomes excellent. Further, since the electrochemically active surface is not lost by pulverizing in an inert gas atmosphere, deterioration in cycle life characteristics, self-discharge characteristics, current efficiency characteristics, etc. is not seen.
【0031】溶媒に溶解および/または分散した有機化
合物からなる結着剤を用いる場合には、該有機化合物を
溶媒に溶解させたバインダー溶液に、電極活物質を分散
させたものを塗布液として用いる方法や、該有機化合物
と該有機化合物を分散させる分散剤との分散液に、電極
活物質を分散させたものを塗布液として用いる方法など
が一般的であるが、これらに限定されるものではない。
なお、電極を作製する際には、上記塗布液を正極集電体
および負極集電体上に塗布乾燥することにより該電極を
形成する方法が望ましいが、特に限定されるものではな
い。When a binder comprising an organic compound dissolved and / or dispersed in a solvent is used, a binder solution prepared by dissolving the organic compound in the solvent and an electrode active material dispersed therein is used as a coating liquid. The method and a method of using a dispersion of an electrode active material in a dispersion of the organic compound and a dispersant for dispersing the organic compound as a coating solution are common, but are not limited thereto. Absent.
When the electrode is produced, a method of forming the electrode by coating and drying the coating liquid on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is preferable, but not limited thereto.
【0032】上記有機化合物の一例を示すと以下のよう
なものが挙げられる。すなわち、アクリロニトリル、メ
タクリロニトリル、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、
クロロプレン、塩化ビニリデン、エチレン、プロピレ
ン、環状ジエン(例えば、シクロペンタジエン、1,3
−シクロヘキサジエンなど)などの重合体および上記有
機化合物の共重合体などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。Examples of the above organic compounds include the following. That is, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinylidene fluoride, vinyl fluoride,
Chloroprene, vinylidene chloride, ethylene, propylene, cyclic dienes (eg cyclopentadiene, 1,3
-Cyclohexadiene and the like) and copolymers of the above organic compounds, but not limited thereto.
【0033】なお、本発明のポリエーテルを架橋した高
分子化合物に金属塩を溶解したイオン伝導性高分子化合
物は、エーテル結合によって生成した架橋ポリマーであ
るために、分子間水素結合のない、ガラス転移温度の低
い構造となり、溶解した金属塩イオンの泳動がきわめて
容易になる。The ion-conductive polymer compound of the present invention, in which a metal salt is dissolved in a polyether-crosslinked polymer compound, is a crosslinked polymer formed by an ether bond, and therefore has no intermolecular hydrogen bond. The structure has a low transition temperature, and migration of dissolved metal salt ions becomes extremely easy.
【0034】また、例えば、ポリエチレングリコールジ
メタクリレートまたはジアクリレートとポリエチレング
リコールモノメタクリレートまたはモノアクリレートの
混合物を反応させた架橋ネットワーク構造の高分子を用
いてもよい。Further, for example, a polymer having a crosslinked network structure obtained by reacting a mixture of polyethylene glycol dimethacrylate or diacrylate and polyethylene glycol monomethacrylate or monoacrylate may be used.
【0035】次に、このようにして得られた高分子化合
物に溶解するイオン性化合物としては、例えば、LiCl
O4、LiBF4 、LIAsF6、LiPF6 、LiI 、LiBr、Li2B10C
l10、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiSCN 、NaI 、NaSCN 、NaB
r、NaClO4、KClO4 、KSCN、などのLi、Na、またはK の
1種を含む無機イオン塩、(CH3)4NBF4、(CH3)4NBr 、(C
2H5)4NClO4、(C2H5)4NI 、(C3H7)4NBr、(n-C4H9)4NCl
O4、(n-C4H9)4NI 、(C2H5)4N-maleate、(C2H5)4N-benzo
ate 、(C2H5)4N-phtalate 等の四級アンモニウム塩、ス
テアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸ナト
リウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機
イオン塩が挙げられる。これらのイオン性化合物は、2
種以上を併用してもよい。Next, as the ionic compound which is soluble in the polymer compound thus obtained, for example, LiCl
O 4 , LiBF 4 , LIASF 6 , LiPF 6 , LiI, LiBr, Li 2 B 10 C
l 10 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiSCN, NaI, NaSCN, NaB
An inorganic ionic salt containing one of Li, Na, or K such as r, NaClO 4 , KClO 4 , KSCN, (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C
2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (nC 4 H 9 ) 4 NCl
O 4 , (nC 4 H 9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzo
ate, quaternary ammonium salts such as (C 2 H 5 ) 4 N-phtalate, and organic ionic salts such as lithium stearylsulfonate, sodium octylsulfonate, and lithium dodecylbenzenesulfonate. These ionic compounds are 2
You may use together 1 or more types.
【0036】このようなイオン性化合物の配合割合は、
前述の高分子化合物のエーテル結合酸素に対して、イオ
ン性化合物が0.0001から5.0モルの割合であ
り、中でも0.005から2.0モルであることが好ま
しい。このイオン性化合物の使用量があまり多すぎる
と、過剰のイオン性化合物、例えば無機イオン塩が解離
せず、単に混在するのみとなり、イオン伝導度を逆に低
下させる結果となる。The mixing ratio of such an ionic compound is
The ratio of the ionic compound to the ether-bonded oxygen of the polymer compound is 0.0001 to 5.0 mol, and preferably 0.005 to 2.0 mol. If the amount of the ionic compound used is too large, an excess ionic compound, for example, an inorganic ionic salt does not dissociate, but simply mixes, resulting in a decrease in ionic conductivity.
【0037】また、上記イオン性化合物の配合割合は、
電極活物質によって適当な配合割合が異なる。例えば、
層状化合物のインターカレーションを利用した電池にお
いては、電解質のイオン伝導度が最大となる付近が好ま
しいし、また、ドーピング現象を利用する導電性高分子
を電極活物質として使用する電池においては、充放電に
より電解質中のイオン濃度が変化に対応しうる必要があ
る。The mixing ratio of the ionic compound is
The appropriate compounding ratio differs depending on the electrode active material. For example,
In the battery using intercalation of the layered compound, it is preferable that the ionic conductivity of the electrolyte is around the maximum, and in the battery using the conductive polymer that utilizes the doping phenomenon as the electrode active material, It is necessary that the ion concentration in the electrolyte can be changed by the discharge.
【0038】このイオン性化合物の含有方法については
特に制限はないが、例えば、メチルエチルケトンやテト
ラヒドロフラン等の有機溶媒に溶解して、有機化合物に
均一に混合した後、有機溶媒を真空減圧により除去する
方法なども挙げられる。The method for containing the ionic compound is not particularly limited. For example, a method of dissolving the ionic compound in an organic solvent such as methyl ethyl ketone or tetrahydrofuran, uniformly mixing with the organic compound, and then removing the organic solvent by vacuum decompression. And so on.
【0039】次に、本発明では、イオン伝導性高分子化
合物に、該イオン伝導性高分子化合物中に含まれるイオ
ン性化合物を溶解できる物質を含ませてもよく、この種
の物質を含ませることによって、高分子化合物の基本骨
格を変えることなく、イオン伝導度を著しく向上でき
る。Next, in the present invention, the ion-conductive polymer compound may contain a substance capable of dissolving the ionic compound contained in the ion-conductive polymer compound, and this kind of substance is contained therein. As a result, the ionic conductivity can be remarkably improved without changing the basic skeleton of the polymer compound.
【0040】上記イオン性化合物を溶解できる物質とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート
などの環状炭酸エステル;γ−ブチロラクトンなどの環
状エステル;テトラヒドロフランまたはその誘導体、
1,3−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、メチ
ルジグライムなどのエーテル類;アセトニトリル、ベン
ゾニトリルなどのニトリル類;ジオキサランまたはその
誘導体;スルホランまたはその誘導体などの単独または
それら2種以上の混合物などが挙げられる。しかしこれ
らに限定されるものではない。また、その配合割合およ
び配合方法は任意である。As the substance capable of dissolving the ionic compound, cyclic carbonate such as propylene carbonate or ethylene carbonate; cyclic ester such as γ-butyrolactone; tetrahydrofuran or its derivative,
Ethers such as 1,3-dioxane, 1,2-dimethoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxalane or a derivative thereof; Sulfolane or a derivative thereof alone or a mixture of two or more thereof. Is mentioned. However, it is not limited to these. Moreover, the mixing ratio and the mixing method are arbitrary.
【0041】なお、本発明のイオン伝導性高分子化合物
を複合正極表面上、複合負極表面上に配置する方法につ
いては、例えば、アプリケーターロールなどのローラー
コーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレ
ード方式、スピンコーティング、バーコーダーなどの手
段を用いて、上記複合正極表面上および複合負極表面上
に、任意の厚みおよび任意の形状に塗布されることが望
ましいが、これらに限定されるものではない。Regarding the method for disposing the ion conductive polymer of the present invention on the surface of the composite positive electrode and the surface of the composite negative electrode, for example, roller coating such as an applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, It is desirable that the composition is applied to the surface of the composite positive electrode and the surface of the composite negative electrode in any thickness and in any shape using a means such as a bar coder, but is not limited thereto.
【0042】さらに、上記イオン伝導性高分子化合物を
電解質層(セパレータ)として用いることにより、複合
負極周辺部におけるリチウムのデンドライト生成を抑制
することにが可能であり、かつ機械的強度に優れ、熱
的、電気化学的に安定な電解質層を提供することが可能
である。Further, by using the above ion-conductive polymer compound as an electrolyte layer (separator), it is possible to suppress the generation of dendrite of lithium in the peripheral portion of the composite negative electrode, and it is excellent in mechanical strength and heat. It is possible to provide a chemically and electrochemically stable electrolyte layer.
【0043】さらに、複合負極に使用する負極活物質と
しては、以下の電池電極材料が挙げられる。Further, as the negative electrode active material used for the composite negative electrode, the following battery electrode materials can be mentioned.
【0044】すなわち、カーボンなどの炭素質材料、
〔例えば上記炭素質材料が、X線回折等による分析結
果; 格子面間隔(d002 ) 3.35から3.40Å a軸方向の結晶子の大きさ La 200 Å以上 c軸方向の結晶子の大きさ Lc 200 Å以上 真密度 2.00から2.25g/cm
3 また、異方性のピッチを2000℃以上の温度で焼成した炭
素粉末(平均粒子径15μm以下)あるいは、炭素繊維で
あるものが望ましいが、もちろんこれらの範囲に限定さ
れるものではない。〕That is, a carbonaceous material such as carbon,
[For example, the carbonaceous material is analyzed by X-ray diffraction or the like; lattice spacing (d002) 3.35 to 3.40 Å a-axis crystallite size La 200 Å or more c-axis crystallite size Lc 200 Å or more True density 2.00 to 2.25 g / cm
3 Also, carbon powder (average particle diameter of 15 μm or less) obtained by firing an anisotropic pitch at a temperature of 2000 ° C. or higher, or carbon fiber is preferable, but it is not limited to these ranges. ]
【0045】なお、本発明の複合正極および複合負極
を、正極集電体上および負極集電体上に配置する方法に
ついては、例えば、アプリケーターロールなどのローラ
ーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブ
レード方式、スピンコーティング、バーコーダーなどの
手段を用いて、任意の厚みおよび任意の形状に塗布され
ることが望ましいが、これらに限定されるものではな
い。これらの手段を用いた場合、電解質層およびカレン
トコレクターと接触する電気化学的活性物質の実表面積
を増加させることが可能である。Regarding the method of disposing the composite positive electrode and composite negative electrode of the present invention on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, for example, roller coating such as an applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, etc. It is desirable to be applied to any thickness and any shape by using a means such as coating or bar coder, but it is not limited thereto. Using these means it is possible to increase the real surface area of the electrochemically active material in contact with the electrolyte layer and the current collector.
【0046】これらの場合、必要に応じて、グラファイ
ト、カーボンブラック、アセチレンブラックなどのカー
ボン(ここでいうカーボンとは、上述の負極活物質にお
けるカ−ボンとは全く異なる特性を有するものであ
る。)および金属粉末、導電性金属酸化物などの導電材
料を、複合正極および複合負極内に混合して、電子伝導
の向上を図ることができる。In these cases, carbon such as graphite, carbon black, acetylene black, etc. (the carbon here has characteristics completely different from the carbon in the above-mentioned negative electrode active material), if necessary. ) And a conductive material such as a metal powder or a conductive metal oxide can be mixed in the composite positive electrode and the composite negative electrode to improve electron conduction.
【0047】また、上記複合正極および複合負極を製造
するとき、均一な混合分散系を得るために、数種の分散
剤と分散媒を加えることができる。さらに増粘剤、増量
剤、粘着補助剤等を添加することも可能である。上記物
質の添加により正極活物質粒子および負極活物質粒子を
凝集させることなく、極めて一次粒子に近い形で均一な
混合分散系を長時間維持させることが可能となる。When manufacturing the composite positive electrode and the composite negative electrode, several kinds of dispersants and dispersion media can be added in order to obtain a uniform mixed dispersion system. Further, it is also possible to add a thickener, a bulking agent, an adhesion aid and the like. By adding the above-mentioned substance, it becomes possible to maintain a uniform mixed dispersion system in a form very close to the primary particles for a long time without aggregating the positive electrode active material particles and the negative electrode active material particles.
【0048】請求項記載の上記電離性放射線とは、γ
線、X線、電子線、中性子線などが挙げられる。上記イ
オン伝導性高分子化合物を架橋する際に、これら電離性
放射線を用いる方法は非常に効率的である。すなわち、
上記電離性放射線のエネルギー効率だけではなく、例え
ば種々の複合正極、複合負極および電解質を形成する際
に、上記イオン伝導性高分子化合物の架橋度を容易にコ
ントロールすることができるため、上記電離性放射線の
照射量を制御することにより、電気化学的に最適な電極
および電解質を作製することが可能となる。The ionizing radiation described in the claims is γ
Rays, X-rays, electron rays, neutron rays and the like can be mentioned. The method of using these ionizing radiations in cross-linking the ion conductive polymer compound is very efficient. That is,
Not only the energy efficiency of the ionizing radiation, for example, when forming various composite positive electrodes, composite negative electrodes and electrolytes, it is possible to easily control the degree of cross-linking of the ion conductive polymer compound, and thus the ionizing property By controlling the dose of radiation, it becomes possible to prepare electrochemically optimal electrodes and electrolytes.
【0049】正極集電板としては、アルミニウム、ステ
ンレス、チタン、銅などの材質が、また、負極集電板と
しては、ステンレス、鉄、ニッケル、銅などの材質が好
ましいが、特に限定されるものではない。The positive electrode current collector plate is preferably made of a material such as aluminum, stainless steel, titanium or copper, and the negative electrode current collector plate is preferably made of a material such as stainless steel, iron, nickel or copper, but is not particularly limited thereto. is not.
【0050】[0050]
【実施例】以下、本発明の詳細について、実施例により
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。EXAMPLES The details of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
【0051】(実施例1)下記の手順にしたがって、本
発明のシート状電池を作製した。 a)電池の正極活物質としてLiCoO2 (一次粒子の
平均粒子径2.5 μm)を、導電剤としてアセチレンブラ
ックを用い、そしてポリアクリロニトリルのジメチルホ
ルムアミド溶液と混合したものを複合正極として使用し
た。Example 1 A sheet-shaped battery of the present invention was manufactured according to the following procedure. a) LiCoO 2 (average particle size of primary particles: 2.5 μm) was used as the positive electrode active material of the battery, acetylene black was used as the conductive agent, and a mixture with a dimethylformamide solution of polyacrylonitrile was used as the composite positive electrode.
【0052】この複合正極の作製方法は以下の通りであ
る。すなわち、上記LiCoO2 とアセチレンブラック
を85:15の重量比率で混合したものと、ポリアクリ
ロニトリルのジメチルホルムアミド溶液(2wt%溶
液)を混合させたものを、乾燥不活性ガス雰囲気中、
2.4:2の重量比率で混合した。これらの混合物を、
アルミニウムからなる正極集電板の表面に導電性カーボ
ン被膜を形成した集電体の上にスクリーンコーティング
でキャストした。その後、乾燥不活性ガス雰囲気中で乾
燥させることにより上記複合正極を形成した。正極集電
体上に形成した複合正極被膜の厚さは、60μmであっ
た。The method for producing this composite positive electrode is as follows. That is, a mixture of LiCoO 2 and acetylene black in a weight ratio of 85:15 and a mixture of a polydimethylacamide solution of polyacrylonitrile (2 wt% solution) were mixed in a dry inert gas atmosphere,
Mixed in a weight ratio of 2.4: 2. A mixture of these
A positive electrode current collector plate made of aluminum was cast by screen coating on a current collector having a conductive carbon film formed thereon. Then, the composite positive electrode was formed by drying in a dry inert gas atmosphere. The thickness of the composite positive electrode coating film formed on the positive electrode current collector was 60 μm.
【0053】b)次に、上記複合正極上にイオン伝導性
高分子化合物を形成させるべく、ポリエチレングリコー
ルジアクリレート(分子量:5000)とポリエチレングリ
コールモノアクリレート(分子量:400 )を6:4の重
量比率で混合した有機化合物30重量部と四フッ化ホウ
酸リチウム6重量部、1,2−ジメトキシエタン32重
量部およびγ−ブチロラクトン32重量部を混合したも
のを、乾燥不活性ガス雰囲気中、上記複合正極上にスク
リーンコーティングによりキャストし、その後、乾燥不
活性ガス雰囲気中、電子線量8Mradの電子線を照射
して上記イオン伝導性高分子化合物層を硬化させた。こ
れによって得られた電解質層の厚みは、25μmであっ
た。B) Next, polyethylene glycol diacrylate (molecular weight: 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) are mixed in a weight ratio of 6: 4 to form an ion conductive polymer compound on the composite positive electrode. 30 parts by weight of the organic compound mixed with 6 parts by weight of lithium tetrafluoroborate, 32 parts by weight of 1,2-dimethoxyethane and 32 parts by weight of γ-butyrolactone were mixed in a dry inert gas atmosphere to obtain the above composite. The film was cast on the positive electrode by screen coating, and then the ion conductive polymer compound layer was cured by irradiating it with an electron beam having an electron dose of 8 Mrad in a dry inert gas atmosphere. The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 25 μm.
【0054】c)電池の負極活物質として、不活性ガス
雰囲気中で粉砕を行った炭素粉末(一次粒子の平均粒子
径3.7 μm)を用い、エチレン−プロピレン−シクロペ
ンタジエンの共重合体のトルエン溶液と混合したものを
複合負極として使用した。C) Toluene solution of ethylene-propylene-cyclopentadiene copolymer using carbon powder (average particle size of primary particles: 3.7 μm) crushed in an inert gas atmosphere as the negative electrode active material of the battery. Was used as a composite negative electrode.
【0055】この複合負極の作製方法は以下の通りであ
る。すなわち上記炭素粉末と、エチレン−プロピレン−
シクロペンタジエンの共重合体のトルエン溶液(2wt
%溶液)を混合したものを、乾燥不活性ガス雰囲気中、
2:5の重量比率で混合した。これらの混合物を、ステ
ンレス鋼からなる負極集電板上にスクリーンコーティン
グによりキャストした。その後、乾燥不活性ガス雰囲気
中で乾燥させることにより上記複合負極を形成した。負
極集電体上に形成した複合負極の厚さは、30μmであ
った。The method for producing this composite negative electrode is as follows. That is, the above carbon powder and ethylene-propylene-
Toluene solution of cyclopentadiene copolymer (2 wt
% Solution) in a dry inert gas atmosphere,
Mixed in a weight ratio of 2: 5. These mixtures were cast by screen coating on a negative electrode current collector plate made of stainless steel. Then, the composite negative electrode was formed by drying in a dry inert gas atmosphere. The composite negative electrode formed on the negative electrode current collector had a thickness of 30 μm.
【0056】d)次に、上記複合負極上にイオン伝導性
高分子化合物を形成させるべく、ポリエチレングリコー
ルジアクリレート(分子量:5000)とポリエチレングリ
コールモノアクリレート(分子量:400 )を6:4の重
量比率で混合した有機化合物30重量部と四フッ化ホウ
酸リチウム6重量部、1,2−ジメトキシエタン32重
量部およびγ−ブチロラクトン32重量部を混合したも
のを、乾燥不活性ガス雰囲気中、上記複合負極上にスク
リーンコーティングによりキャストし、その後、乾燥不
活性ガス雰囲気中、電子線量8Mradの電子線を照射
して上記イオン伝導性高分子化合物層を硬化させた。こ
れによって得られた電解質層の厚みは、25μmであっ
た。D) Next, polyethylene glycol diacrylate (molecular weight: 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) are mixed in a weight ratio of 6: 4 to form an ion conductive polymer compound on the composite negative electrode. 30 parts by weight of the organic compound mixed with 6 parts by weight of lithium tetrafluoroborate, 32 parts by weight of 1,2-dimethoxyethane and 32 parts by weight of γ-butyrolactone were mixed in a dry inert gas atmosphere to obtain the above composite. The film was cast on the negative electrode by screen coating, and then the ion conductive polymer compound layer was cured by irradiating it with an electron beam having an electron dose of 8 Mrad in a dry inert gas atmosphere. The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 25 μm.
【0057】e)d)で得られた電解質層/複合負極/
負極集電体と、b)で得られた正極集電体/複合正極/
電解質層を接触させることにより、本発明の実施例1の
シート状電池を作製した。E) Electrolyte layer obtained in d) / composite negative electrode /
Negative electrode current collector and positive electrode current collector / composite positive electrode / obtained in b)
The sheet-shaped battery of Example 1 of the present invention was produced by bringing the electrolyte layer into contact with each other.
【0058】図1は、本発明のシート状電池の断面図で
ある。図中1は、アルミニウムからなる正極集電体で、
外装も兼ねている。2は複合正極であり、正極活物質に
LiCoO2 を、導電剤としてアセチレンブラック
を、結着剤としてポリアクリロニトリルを混合した有機
化合物を用いた。また、3は本発明のイオン伝導性高分
子化合物からなる電解質層である。4は複合負極であ
り、負極活物質として炭素粉末を、結着剤としてエチレ
ン−プロピレン−シクロペンタジエンの共重合体を用い
た。5は、ステンレス鋼からなる負極集電板で、外装も
兼ねている。6は、変性ポリプロピレンからなる封口剤
である。FIG. 1 is a sectional view of the sheet-shaped battery of the present invention. In the figure, 1 is a positive electrode current collector made of aluminum,
It also serves as the exterior. 2 is a composite positive electrode, a LiCoO 2 positive active material, acetylene black as a conductive agent, an organic compound mixed with polyacrylonitrile as the binder. Further, 3 is an electrolyte layer composed of the ion conductive polymer compound of the present invention. Reference numeral 4 represents a composite negative electrode, and carbon powder was used as the negative electrode active material, and an ethylene-propylene-cyclopentadiene copolymer was used as the binder. Reference numeral 5 is a negative electrode current collector plate made of stainless steel, which also serves as an exterior. 6 is a sealing agent made of modified polypropylene.
【0059】(比較例1)下記の手順にしたがって、比
較例1のシート状電池を作製した。 a)電池の正極活物質としてLiCoO2 (一次粒子の
平均粒子径7.8 μm)を、導電剤としてアセチレンブラ
ックを用い、そしてポリアクリロニトリルのジメチルホ
ルムアミド溶液と混合したものを複合正極として使用し
た。Comparative Example 1 A sheet-shaped battery of Comparative Example 1 was produced according to the following procedure. a) LiCoO 2 (average particle size of primary particles: 7.8 μm) was used as the positive electrode active material of the battery, acetylene black was used as the conductive agent, and a mixture with a dimethylformamide solution of polyacrylonitrile was used as the composite positive electrode.
【0060】比較例1の複合正極は、実施例1と同様の
方法により作製した。なお、正極集電体上に形成した複
合正極被膜の厚さは、60μmであった。The composite positive electrode of Comparative Example 1 was produced by the same method as in Example 1. The thickness of the composite positive electrode coating film formed on the positive electrode current collector was 60 μm.
【0061】b)電池の負極活物質として、空気中で粉
砕を行った炭素粉末(一次粒子の平均粒子径8.5 μm)
を用い、エチレン−プロピレン−シクロペンタジエンの
共重合体のトルエン溶液と混合したものを複合負極とし
て使用した。比較例1の複合負極は、実施例1と同様の
方法により作製した。なお、負極集電体上に形成した複
合負極の厚さは、30μmであった。B) Carbon powder crushed in air as the negative electrode active material of the battery (average particle size of primary particles: 8.5 μm)
Was mixed with a toluene solution of a copolymer of ethylene-propylene-cyclopentadiene and used as a composite negative electrode. The composite negative electrode of Comparative Example 1 was produced by the same method as in Example 1. The thickness of the composite negative electrode formed on the negative electrode current collector was 30 μm.
【0062】c)次に、上記複合負極上にイオン伝導性
高分子化合物層を形成させるべく、30重量部と四フッ
化ホウ酸リチウム6重量部、1,2−ジメトキシエタン
32重量部およびγ−ブチロラクトン32重量部と、ベ
ンジルメチルケタール0.03重量部を混合したもの
を、乾燥不活性ガス雰囲気中、上記複合負極上にスクリ
ーンコーティングによりキャストし、その後、乾燥不活
性ガス雰囲気中、20mW/cm2 の紫外線を60秒間照射
して上記イオン伝導性高分子化合物層を硬化させた。こ
れによって得られた電解質層の厚みは、50μmであっ
た。C) Next, 30 parts by weight, 6 parts by weight of lithium tetrafluoroborate, 32 parts by weight of 1,2-dimethoxyethane and γ are used to form an ion conductive polymer compound layer on the composite negative electrode. A mixture of 32 parts by weight of butyrolactone and 0.03 parts by weight of benzylmethyl ketal was cast by screen coating on the above composite negative electrode in a dry inert gas atmosphere, and then 20 mW / in a dry inert gas atmosphere. The ion-conductive polymer compound layer was cured by irradiating with cm 2 of ultraviolet rays for 60 seconds. The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 50 μm.
【0063】d)c)で得られた電解質層/複合負極/
負極集電体と、a)で得られた正極集電体/複合正極を
接触させることにより、比較例1のシート状電池を作製
した。D) Electrolyte layer / composite negative electrode obtained in c) /
The sheet-shaped battery of Comparative Example 1 was produced by bringing the negative electrode current collector into contact with the positive electrode current collector / composite positive electrode obtained in a).
【0064】本実施例1および比較例1のシート状電池
の電極面積は、作製工程によって、種々変更することが
可能であるが、本実施例および比較例では、その電極面
積を100 cm2 としたものを作製した。The electrode area of the sheet-shaped batteries of Example 1 and Comparative Example 1 can be variously changed by the manufacturing process, but in this Example and Comparative Example, the electrode area is set to 100 cm 2 . What was done was produced.
【0065】このシート状電池を用いて、25℃で50μA
/cm2 定電流の充放電サイクル試験を行った。なお、
充電終止電圧4.1 V、放電終止電圧2.7 Vとして上記充
放電サイクル試験を行った。図2に充放電サイクル数
と、電池容量の関係を示したものである。図2からわか
るように、本発明によるシート状電池は、比較例のシー
ト状電池と比較して、優れた充放電サイクル特性を示す
ことがわかる。Using this sheet-shaped battery, 50 μA at 25 ° C.
/ Cm 2 A constant current charge / discharge cycle test was performed. In addition,
The above charge / discharge cycle test was performed with a charge end voltage of 4.1 V and a discharge end voltage of 2.7 V. FIG. 2 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles and the battery capacity. As can be seen from FIG. 2, the sheet-shaped battery according to the present invention exhibits excellent charge / discharge cycle characteristics as compared with the sheet-shaped battery of the comparative example.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、電気化
学的活性物質と溶媒に溶解および/または分散した有機
化合物からなる結着剤と、任意に電子伝導性物質とで構
成される複合正極(A)および複合負極(B)と、少な
くとも1種のイオン性化合物が溶解している高分子物質
により構成されたイオン伝導性高分子化合物であって、
ポリエーテル構造を有し、イオン伝導性を有している高
分子化合物で構成された電解質(C)からなる電池にお
いて、上記複合正極および複合負極中の電気化学的活性
物質の一次粒子の平均粒子径がそれぞれ5 μm以下であ
ることにより、可逆性が向上するため電池容量が大きく
なり、充放電特性の優れたものとなる。さらに、複合正
極(A)表面上および複合負極(B)表面上に上記イオ
ン伝導性高分子化合物からなる電解質層(C)が配置さ
れ、電離性放射線の照射によって該電解質層(C)を形
成することにより、従来の熱的方法および紫外線照射に
よる硬化方法と比較して、作業性が格段に向上し、ま
た、破損や微短絡を生じることがないため、品質の均一
性を図ることが可能である。このことから、電池特性の
向上、高性能電極の作製を可能とし、電池の製造工程の
作業性および電池性能を向上させることができ、さらに
外部への液漏れの心配が全くなく、長期信頼性および安
全性の高い電池を提供できるという効果を奏する。As is apparent from the above description, a composite positive electrode composed of an electrochemically active substance, a binder made of an organic compound dissolved and / or dispersed in a solvent, and optionally an electron conductive substance. An ion-conductive polymer compound comprising (A) and a composite negative electrode (B), and a polymer substance in which at least one ionic compound is dissolved,
An average particle of primary particles of the electrochemically active substance in the composite positive electrode and the composite negative electrode, in a battery comprising an electrolyte (C) composed of a polymer compound having a polyether structure and having ion conductivity. When the diameters are 5 μm or less, reversibility is improved, the battery capacity is increased, and the charge / discharge characteristics are excellent. Further, an electrolyte layer (C) made of the above ion-conductive polymer compound is arranged on the surface of the composite positive electrode (A) and the surface of the composite negative electrode (B), and the electrolyte layer (C) is formed by irradiation with ionizing radiation. By doing so, compared to conventional thermal methods and curing methods by UV irradiation, workability is significantly improved, and there is no damage or slight short circuit, so it is possible to achieve uniform quality. Is. As a result, battery characteristics can be improved, high-performance electrodes can be manufactured, workability in the battery manufacturing process and battery performance can be improved, and there is no risk of liquid leakage to the outside, and long-term reliability is maintained. Further, it is possible to provide a highly safe battery.
【図1】本発明のシート状電池の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a sheet-shaped battery of the present invention.
【図2】実施例1のシート状電池、比較例1のシート状
電池の充放電サイクル数と電池容量の関係を示したグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of charge / discharge cycles and the battery capacity of the sheet-shaped battery of Example 1 and the sheet-shaped battery of Comparative Example 1.
1 正極集電体 2 複合正極 3 電解質層 4 複合負極 5 負極集電体 6 封口剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode collector 2 Composite positive electrode 3 Electrolyte layer 4 Composite negative electrode 5 Negative electrode collector 6 Sealant
Claims (5)
び/または分散した有機化合物からなる結着剤と、電子
伝導性物質とで構成される複合正極(A)および複合負
極(B)と、少なくとも1種のイオン性化合物が溶解し
ている高分子物質により構成されたイオン伝導性高分子
化合物であって、ポリエーテル構造を有し、イオン伝導
性を有している高分子化合物で構成される電解質(C)
からなる二次電池において、該複合正極(A)が、一次
粒子の平均粒子径5 μm以下の電気化学的活性物質と該
結着剤、電子伝導性物質とで構成され、該複合負極
(B)が、一次粒子の平均粒子径5 μm以下の炭素粉末
である電気化学的活性物質と該結着剤とで構成されるこ
とを特徴とする二次電池。1. A composite positive electrode (A) and a composite negative electrode (B) composed of an electrochemically active substance, a binder composed of an organic compound dissolved and / or dispersed in a solvent, and an electron conductive substance. An ion conductive polymer compound composed of a polymer substance in which at least one ionic compound is dissolved, the polymer compound having a polyether structure and having ion conductivity Electrolyte (C)
In the secondary battery including the composite positive electrode (A), the composite negative electrode (B) is composed of an electrochemically active substance having an average primary particle size of 5 μm or less, the binder, and an electron conductive substance. 2) is composed of an electrochemically active substance, which is a carbon powder having an average primary particle diameter of 5 μm or less, and the binder, and a secondary battery.
極(B)表面上に上記イオン伝導性高分子化合物からな
る電解質層(C)が配置され、電離性放射線の照射によ
って該電解質層(C)を形成することを特徴とする請求
項1記載の二次電池。2. An electrolyte layer (C) made of the ion conductive polymer compound is disposed on the surface of the composite positive electrode (A) and the surface of the composite negative electrode (B), and the electrolyte layer (C) is irradiated with ionizing radiation. The secondary battery according to claim 1, wherein C) is formed.
くとも1種のイオン性化合物を溶解した反応性二重結合
を持つポリエーテルである高分子化合物で、重合反応に
より架橋ネットワーク構造を形成する高分子化合物とな
ることを特徴とする請求項1記載の二次電池。3. A polymer compound in which the ion-conductive polymer compound is a polyether having a reactive double bond in which at least one ionic compound is dissolved, and a polymer compound forming a crosslinked network structure by a polymerization reaction. The secondary battery according to claim 1, which is a molecular compound.
ン性化合物を溶解することができる物質を含んでいるこ
とを特徴とする請求項1記載の二次電池。4. The secondary battery according to claim 1, wherein the ion conductive polymer compound contains a substance capable of dissolving the ionic compound.
繊維および/または炭素粉末を不活性ガス雰囲気中で粉
砕することにより、一次粒子の平均粒子径5 μm以下の
炭素粉末となることを特徴とする請求項1記載の二次電
池。5. The carbon powder in the composite negative electrode (B) becomes carbon powder having an average primary particle diameter of 5 μm or less by crushing carbon fibers and / or carbon powder in an inert gas atmosphere. The secondary battery according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4160145A JPH05326021A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4160145A JPH05326021A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Secondary battery |
Publications (1)
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---|---|
JPH05326021A true JPH05326021A (en) | 1993-12-10 |
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ID=15708846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4160145A Pending JPH05326021A (en) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Secondary battery |
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JP (1) | JPH05326021A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1992
- 1992-05-26 JP JP4160145A patent/JPH05326021A/en active Pending
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