JPH0922726A - Solid polymer electrolyte secondary battery with safety for heat - Google Patents

Solid polymer electrolyte secondary battery with safety for heat

Info

Publication number
JPH0922726A
JPH0922726A JP7171135A JP17113595A JPH0922726A JP H0922726 A JPH0922726 A JP H0922726A JP 7171135 A JP7171135 A JP 7171135A JP 17113595 A JP17113595 A JP 17113595A JP H0922726 A JPH0922726 A JP H0922726A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
solid polymer
secondary battery
electrolyte layer
negative electrode
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.)
Granted
Application number
JP7171135A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3480873B2 (en
Inventor
Kenji Tsuchiya
謙二 土屋
Yoshiyasu Aoki
良康 青木
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.)
FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Battery Co Ltd filed Critical Toshiba Battery Co Ltd
Priority to JP17113595A priority Critical patent/JP3480873B2/en
Publication of JPH0922726A publication Critical patent/JPH0922726A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3480873B2 publication Critical patent/JP3480873B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe secondary battery with solid polymer electrolyte, with which the battery function can be stopped at the melting point of polyolefin in the case of overcharge, overdischarge, or misuse by installing a micro-porous film of polyolefin in a solid polymer electrolyte layer. SOLUTION: A solid polymer electrolyte secondary battery concerned includes a positive electrode 2 retaining a non-aqueous electrolytic solution, a negative electrode 4 containing a non-aqueous electrolytic solution and carbonaceous material occluding and releasing lithium ions, and a solid polymer electrolyte layer 5 interposed between the positive and negative electrodes 2, 4 and containing non-aqueous electrolytic solution and polymer retaining it, wherein the electrolyte layer 5 is provided internally with a micro-porous film 6 of polyolefin in such a way as confronting the surface of the layer 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、対熱安全性を具備
した固体ポリマー電解質二次電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte secondary battery having heat resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の発達にともない、小型
で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放
電が可能な二次電池の開発が要望されている。このよう
な二次電池としては、リチウムまたはリチウム合金を活
物質とする負極と、モリブデン、バナジウム、チタンあ
るいはニオブなどの酸化物、硫化物もしくはセレン化物
を活物質とする正極とを具備したリチウム二次電池が知
られている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic equipment, there has been a demand for the development of a secondary battery that is small, lightweight, has a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. As such a secondary battery, a lithium secondary battery including a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material and a positive electrode using an oxide, sulfide, or selenide such as molybdenum, vanadium, titanium, or niobium as an active material is used. Secondary batteries are known.

【0003】しかしながら、リチウムまたはリチウム合
金を活物質とする負極を備えた二次電池は、充放電サイ
クルを繰り返すと負極にリチウムのデンドライトが発生
するため、充放電サイクル寿命が短いという問題点があ
る。
However, a secondary battery provided with a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material has a problem of short charge / discharge cycle life because dendrite of lithium is generated in the negative electrode when the charge / discharge cycle is repeated. .

【0004】このようなことから、負極に、例えばコー
クス、黒鉛、炭素繊維、樹脂焼成体、熱分解気相炭素の
ようなリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を用い
たリチウムイオン二次電池が提案されている。前記リチ
ウムイオン二次電池は、デンドライト析出による負極特
性の劣化を改善することができるため、電池寿命と安全
性を向上することができる。
From the above, a lithium ion secondary battery using a carbonaceous material which absorbs and releases lithium ions such as coke, graphite, carbon fiber, a resin fired body, and pyrolytic vapor phase carbon for the negative electrode is obtained. Proposed. In the lithium ion secondary battery, deterioration of negative electrode characteristics due to dendrite deposition can be improved, so that battery life and safety can be improved.

【0005】リチウムイオン二次電池の一例であるポリ
マー電解質二次電池としては、米国特許第5,296,
318号明細書に正極、負極及び電解質層にポリマーを
添加することにより柔軟性が付与されたハイブリット高
分子電解質を有する再充電可能なリチウムインターカレ
ーション電池が開示されている。このようなポリマー電
解質二次電池は、活物質,非水電解液及びこの電解液を
保持するポリマーを含む正極層が正極集電体に担持され
た構造の正極と、リチウムイオンを吸蔵放出し得る活物
質,非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを有
する負極層が負極集電体に担持された構造の負極と、前
記正極層と前記負極層の間に介装され、かつ非水電解液
及びこの電解液を保持するポリマーを有する固体ポリマ
ー電解質層とから構成される。
A polymer electrolyte secondary battery, which is an example of a lithium ion secondary battery, is disclosed in US Pat. No. 5,296,96.
No. 318 discloses a rechargeable lithium intercalation battery having a hybrid polymer electrolyte to which flexibility is imparted by adding a polymer to a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte layer. In such a polymer electrolyte secondary battery, a positive electrode having a structure in which a positive electrode layer containing an active material, a non-aqueous electrolytic solution, and a polymer holding the electrolytic solution is supported on a positive electrode current collector, and can absorb and release lithium ions. A negative electrode having a structure in which a negative electrode layer having an active material, a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution is supported on a negative electrode current collector, and is interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and a non-aqueous It is composed of an electrolytic solution and a solid polymer electrolyte layer having a polymer holding the electrolytic solution.

【0006】ところで、ポリマー電解質二次電池は、過
充電や、過放電、誤使用等に起因してその温度が前記固
体ポリマー電解質層の融点まで上昇すると、前記ポリマ
ー電解質層が溶融してフィルム状になるため、リチウム
イオンの透過が妨げられ、電池機能が停止し、温度上昇
が停止する。
In the meantime, when the temperature of the polymer electrolyte secondary battery rises up to the melting point of the solid polymer electrolyte layer due to overcharge, overdischarge, misuse, etc., the polymer electrolyte layer melts to form a film. Therefore, the permeation of lithium ions is hindered, the battery function is stopped, and the temperature rise is stopped.

【0007】前記固体ポリマー電解質層中の前記ポリマ
ーは、従来、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプ
ロピレン(VdF−HFP)の共重合体が用いられてい
る。前記VdF−HFPの共重合体に代表される非水電
解液を保持し得るポリマーは融点が高い(例えば、Vd
F−HFPの共重合体の融点は130〜160℃)。従
って、このようなポリマー電解質層を備えた二次電池
は、過充電や、誤作動の際に過度に加熱されるという問
題点がある。
As the polymer in the solid polymer electrolyte layer, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VdF-HFP) copolymer is conventionally used. A polymer capable of holding a non-aqueous electrolyte represented by the VdF-HFP copolymer has a high melting point (for example, Vd
The melting point of the F-HFP copolymer is 130 to 160 ° C). Therefore, the secondary battery provided with such a polymer electrolyte layer has a problem that it is excessively heated when it is overcharged or malfunctions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、過充
電や、過放電、誤使用の際にポリオレフィンの融点で電
池機能を停止することが可能な安全性が高い対熱安全性
を具備した固体ポリマー電解質二次電池を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high safety against heat, which is capable of stopping the battery function by the melting point of polyolefin in the case of overcharge, overdischarge or misuse. Another object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte secondary battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る対熱安全性
を具備した固体ポリマー電解質二次電池は、非水電解液
を保持した正極と、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素
質材料及び非水電解液を含む負極と、前記正極と前記負
極との間に介装され、かつ非水電解液およびこの電解液
を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層とを備
えたポリマー電解質二次電池において、前記固体ポリマ
ー電解質層は、内部にポリオレフィン製マイクロポーラ
スフィルムが前記電解質層の表面と対向するように配置
されていることを特徴とするものである。
A solid polymer electrolyte secondary battery having heat resistance according to the present invention comprises a positive electrode holding a non-aqueous electrolyte solution, a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous material. In a polymer electrolyte secondary battery comprising a negative electrode containing an electrolytic solution, a solid polymer electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode, and containing a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution, The solid polymer electrolyte layer is characterized in that a polyolefin microporous film is arranged inside so as to face the surface of the electrolyte layer.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る対熱安全性を
具備した固体ポリマー電解質二次電池の一例を図1を参
照して説明する。正極は、例えばアルミニウム箔、アル
ミニウムメッシュなどからなる正極集電体1と、この集
電体1に担持された正極層2から構成されている。負極
は、例えば銅箔、銅メッシュなどからなる負極集電体3
と、この集電体3に担持された負極層4からなる。固体
ポリマー電解質層5は、前記正極層2と前記負極層4と
の間に介装されている。また、この電解質層5は、内部
にポリオレフィン製マイクロポーラスフィルム6が前記
電解質層5の表面と対向するように配置されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of a solid polymer electrolyte secondary battery having heat resistance according to the present invention will be described below with reference to FIG. The positive electrode is composed of a positive electrode current collector 1 made of, for example, an aluminum foil or an aluminum mesh, and a positive electrode layer 2 carried by the current collector 1. The negative electrode is a negative electrode current collector 3 made of, for example, copper foil or copper mesh.
And the negative electrode layer 4 carried on the current collector 3. The solid polymer electrolyte layer 5 is interposed between the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 4. The electrolyte layer 5 is arranged so that the polyolefin microporous film 6 faces the surface of the electrolyte layer 5 inside.

【0011】次に、前記固体ポリマー電解質層5、前記
正極層2及び前記負極層4について説明する。 1)固体ポリマー電解質層5 このポリマー電解質層5は非水電解液及びこの電解液を
保持するポリマーを含むシートであって、かつその内部
にポリオレフィン製マイクロポーラスフィルム6が前記
電解質層の表面と対向するように配置されている。
Next, the solid polymer electrolyte layer 5, the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 4 will be described. 1) Solid Polymer Electrolyte Layer 5 This polymer electrolyte layer 5 is a sheet containing a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding this electrolytic solution, and a polyolefin microporous film 6 faces the surface of the electrolytic layer therein. It is arranged to.

【0012】前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。前記非水溶媒としては、
エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネー
ト(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチル
カーボネート(DME)、ジエチレンカーボネート(D
EC)、メチレンエチレンカーボネート(MEC)、γ
−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニ
トリル、1,2−ジメトキシメタン、1,3−ジメトキ
シプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン
(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を挙げる
ことができる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、2
種以上混合して使用しても良い。
The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent,
Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DME), diethylene carbonate (D
EC), methylene ethylene carbonate (MEC), γ
-Butyrolactone (γ-BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxymethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like can be mentioned. The non-aqueous solvent may be used alone,
You may use it in mixture of 2 or more types.

【0013】前記電解質としては、例えば、過塩素酸リ
チウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(L
iPF6 )、ホウ四フッ化リチウム(LiBF4 )、六
フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメ
タンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビスト
リフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN
(CF3 SO22 ]等のリチウム塩を挙げることがで
きる。
Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO 4 ) and lithium hexafluorophosphate (L
iPF 6), boric tetrafluoride lithium (LiBF 4), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3), bis (trifluoromethylsulfonyl) imide lithium [LiN
(CF 3 SO 2 ) 2 ] and the like.

【0014】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、0.2mol/l〜2mol/lとすることが望ま
しい。前記非水電解液を保持するポリマーとしては、例
えば、ビニリデンフロライド(VdF)とヘキサフルオ
ロプロピレン(HFP)との共重合体を用いることがで
きる。このような共重合体において、VdFは共重合体
の骨格部で機械的強度の向上に寄与し、HFPは前記共
重合体に非晶質の状態で取り込まれ、非水電解液の保持
とリチウムイオンの透過部として機能する。前記HFP
の共重合割合は、前記共重合体の合成方法にも依存する
が、通常、最大で20重量%前後である。 前記マイク
ロポーラスフィルムは、例えばポリエチレン製マイクロ
ポーラスフィルム、ポリプロピレン製マイクロポーラス
フィルムを用いることができる。中でも、ポリエチレン
製マイクロポーラスフィルムは融点がおよそ120℃と
低いため、好適である。
It is desirable that the amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent be 0.2 mol / l to 2 mol / l. As the polymer holding the non-aqueous electrolyte, for example, a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP) can be used. In such a copolymer, VdF contributes to the improvement of the mechanical strength in the skeleton of the copolymer, and HFP is incorporated into the copolymer in an amorphous state to retain the non-aqueous electrolyte solution and lithium. It functions as an ion permeation part. The HFP
The copolymerization ratio of 1 depends on the method of synthesizing the copolymer, but is usually at most about 20% by weight. As the microporous film, for example, a polyethylene microporous film or a polypropylene microporous film can be used. Among them, the polyethylene microporous film is suitable because it has a low melting point of about 120 ° C.

【0015】前記マイクロポーラスフィルムの平均孔径
はいわゆるサブミクロン径であり、0.005μm〜
0.1μmの範囲にすることが好ましい。これは次のよ
うな理由によるものである。前記平均孔径を0.005
μm未満にすると、リチウムイオンの透過を妨げる恐れ
がある。一方、前記平均孔径が0.1μmを越えると、
負極表面に析出したリチウムデンドライトが固体ポリマ
ー電解質層を貫通する恐れがある。より好ましい平均孔
径は、0.01μm〜0.05μmである。
The average pore diameter of the microporous film is a so-called submicron diameter, which is 0.005 μm to
The range is preferably 0.1 μm. This is due to the following reasons. The average pore size is 0.005
If it is less than μm, the permeation of lithium ions may be hindered. On the other hand, when the average pore diameter exceeds 0.1 μm,
Lithium dendrite deposited on the surface of the negative electrode may penetrate the solid polymer electrolyte layer. A more preferable average pore diameter is 0.01 μm to 0.05 μm.

【0016】前記マイクロポーラスフィルムの電解質層
とポーラスフィルムの合計厚さに対する厚さの比は、電
池加熱時にシャットダウン特性が迅速に発揮されれば特
に限定するものではないが、内部インピーダンスを出来
るだけ少なくするために0.1〜0.9の範囲にするこ
とが好ましい。これは次のような理由によるものであ
る。前記フィルムの厚さの比を0.1未満にすると、前
記フィルムが薄すぎるため、前記フィルムが溶融した際
にフィルムが流動化し、リチウムイオンが前記固体ポリ
マー電解質層を透過する恐れがある。一方、前記フィル
ムの厚さの比が0.9を越えると、リチウムイオンの移
動度が低下して二次電池の容量が低くなる恐れがある。
より好ましいマイクロポーラスフィルムの電解質層とポ
ーラスフィルムの合計厚さに対する厚さの比は、0.2
〜0.8である。
The ratio of the thickness of the electrolyte layer of the microporous film to the total thickness of the porous film is not particularly limited as long as the shutdown characteristics are rapidly exhibited when the battery is heated, but the internal impedance is reduced as much as possible. Therefore, it is preferable to set it in the range of 0.1 to 0.9. This is due to the following reasons. When the thickness ratio of the film is less than 0.1, the film is too thin, so that the film may be fluidized when the film is melted, and lithium ions may permeate the solid polymer electrolyte layer. On the other hand, if the thickness ratio of the film exceeds 0.9, the mobility of lithium ions may decrease, and the capacity of the secondary battery may decrease.
A more preferable ratio of the thickness of the electrolyte layer of the microporous film to the total thickness of the porous film is 0.2.
~ 0.8.

【0017】前記マイクロポーラスフィルムには、非水
電解液の非水溶媒の種類に応じて親水性処理を施すこと
が好ましい。このように親水性処理が施されたフィルム
は、非水溶媒との親和性を高めることができるため、非
水電解液の保持量を向上することができる。特に、エチ
レンカーボネート及びプロピレンカーボネートからなる
非水溶媒は高誘電率であるものの、ポリオレフィンとの
親和性が劣る。この組成の非水溶媒を用いる場合には、
親水性処理が施されたポリオレフィン製マイクロポーラ
スフィルムを用いることによって、前記非水溶媒の特長
を有する高誘電率の固体ポリマー電解質層が得られる。
The microporous film is preferably subjected to hydrophilic treatment depending on the type of non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. The hydrophilically-treated film can improve the affinity with the non-aqueous solvent, and thus can improve the retention amount of the non-aqueous electrolyte. In particular, a non-aqueous solvent composed of ethylene carbonate and propylene carbonate has a high dielectric constant, but has a poor affinity with polyolefin. When using a non-aqueous solvent of this composition,
By using the polyolefin microporous film that has been subjected to the hydrophilic treatment, a high dielectric constant solid polymer electrolyte layer having the characteristics of the non-aqueous solvent can be obtained.

【0018】前記マイクロポーラスフィルムに施す親水
性処理としては、例えばプラズマ処理、スルフォン化処
理、界面活性剤処理、親水基を持つビニルモノマーをグ
ラフト共重合させる方法等を挙げることができる。特
に、前記グラフト共重合は、前記フィルムを損傷させる
ことなく行うことができ、かつ前記フィルムに付与され
る親水基を持つビニルモノマーが高い親水性を有するた
め、好適である。前記親水基を有するビニルモノマーと
しては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、前記アクリ
ル酸や前記メタクリル酸のエステル類、ビニルピリジ
ン、ビニルピロリドン、スチレンスルホン酸、スチレン
などの直接酸又は塩基と反応して塩を形成し得る官能基
を有するもの、もしくはグラフト共重合された後に加水
分解して塩を形成し得る官能基を有するものを挙げるこ
とができる。中でも、アクリル酸は前記ビニルモノマー
として好適である。 2)正極層2 前記正極層2は、活物質と、導電性材料と、非水電解液
と、この電解液を保持するポリマーから構成することが
好ましい。
Examples of the hydrophilic treatment applied to the microporous film include plasma treatment, sulfonation treatment, surfactant treatment, and a method of graft-copolymerizing a vinyl monomer having a hydrophilic group. In particular, the graft copolymerization can be performed without damaging the film, and the vinyl monomer having a hydrophilic group imparted to the film has high hydrophilicity, which is preferable. As the vinyl monomer having a hydrophilic group, for example, acrylic acid, methacrylic acid, esters of acrylic acid or methacrylic acid, vinylpyridine, vinylpyrrolidone, styrenesulfonic acid, styrene and the like are reacted with a direct acid or base to form a salt. And a functional group capable of forming a salt by being hydrolyzed after being graft-copolymerized. Among them, acrylic acid is suitable as the vinyl monomer. 2) Positive Electrode Layer 2 The positive electrode layer 2 is preferably composed of an active material, a conductive material, a non-aqueous electrolytic solution, and a polymer holding the electrolytic solution.

【0019】前記活物質としては、種々の酸化物(例え
ばLiMn24 などのリチウムマンガン複合酸化物、
二酸化マンガン、例えばLiNiO2 などのリチウム含
有ニッケル酸化物、例えばLiCoO2 などのリチウム
含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸
化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど)
や、カルコゲン化合物(例えば、二硫化チタン、二硫化
モリブテンなど)等を挙げることができる。中でも、リ
チウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化
物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好まし
い。
As the active material, various oxides (for example, lithium manganese composite oxide such as LiMn 2 O 4 ,
Manganese dioxide, lithium-containing nickel oxide such as LiNiO 2 , lithium-containing cobalt oxide such as LiCoO 2 , lithium-containing nickel cobalt oxide, amorphous vanadium pentoxide containing lithium, etc.)
And chalcogen compounds (for example, titanium disulfide, molybdenum disulfide, and the like). Among them, it is preferable to use a lithium manganese composite oxide, a lithium-containing cobalt oxide, and a lithium-containing nickel oxide.

【0020】前記導電性材料としては、例えば、人造黒
鉛、カーボンブラック(例えばアセチレンブラックな
ど)、ニッケル粉末等を挙げることができる。前記非水
電解液及び前記ポリマーは、前述した固体ポリマー電解
質層で説明したものと同様なものが用いられる。 3)負極層4 この負極層4は、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質
材料と、非水電解液と、この電解液を保持するポリマー
から構成することが好ましい。
Examples of the conductive material include artificial graphite, carbon black (for example, acetylene black, etc.), nickel powder and the like. As the non-aqueous electrolyte and the polymer, the same ones as those described in the solid polymer electrolyte layer described above are used. 3) Negative Electrode Layer 4 The negative electrode layer 4 is preferably composed of a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions, a nonaqueous electrolytic solution, and a polymer that holds the electrolytic solution.

【0021】前記リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質
材料としては、例えば、有機高分子化合物(例えば、フ
ェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等)
を焼成することにより得られるもの、コークスや、ピッ
チを焼成することにより得られるもの、人造グラファイ
ト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料を挙げ
ることができる。中でも、アルゴンガス、窒素ガス等の
不活性ガス雰囲気中において、500℃〜3000℃の
温度で、常圧または減圧下にて前記有機高分子化合物を
焼成して得られる炭素質材料を用いるのが好ましい。
Examples of the carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions include organic polymer compounds (eg, phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose).
Examples of the carbonaceous material include a material obtained by firing a coke, a coke, a material obtained by firing a pitch, an artificial graphite, a natural graphite, and the like. Above all, it is preferable to use a carbonaceous material obtained by calcining the organic polymer compound at a temperature of 500 ° C. to 3000 ° C. in an inert gas atmosphere such as an argon gas or a nitrogen gas at normal pressure or reduced pressure. preferable.

【0022】前記非水電解液及び前記ポリマーは、前述
した固体ポリマー電解質層で説明したものと同様なもの
が用いられる。本発明に係るポリマー電解質二次電池
は、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含
むシート状の固体ポリマー電解質層を備える。この電解
質層の内部にはポリオレフィン製マイクロポーラスフィ
ルムが電解質層の表面と対向するように配置されてい
る。このような二次電池において、過充電や過放電、誤
使用によりその温度が前記フィルムの素材であるポリオ
レフィンの融点(120℃〜140℃)まで上昇する
と、前記フィルムが溶融し、このフィルムの気孔が塞が
れる。リチウムイオンはこのような電解質層を透過でき
ないため、電池機能が停止し、前記二次電池の温度が過
度に上昇するのを回避することができる。従って、前記
二次電池の安全性を向上することができる。
As the non-aqueous electrolytic solution and the polymer, the same ones as those described for the solid polymer electrolyte layer are used. The polymer electrolyte secondary battery according to the present invention includes a sheet-like solid polymer electrolyte layer containing a non-aqueous electrolyte solution and a polymer holding the electrolyte solution. Inside the electrolyte layer, a polyolefin microporous film is arranged so as to face the surface of the electrolyte layer. In such a secondary battery, when the temperature rises to the melting point (120 ° C. to 140 ° C.) of the polyolefin that is the material of the film due to overcharging, overdischarging, or misuse, the film melts and the porosity of the film increases. Is blocked. Since lithium ions cannot penetrate such an electrolyte layer, it is possible to prevent the battery function from stopping and the temperature of the secondary battery from rising excessively. Therefore, the safety of the secondary battery can be improved.

【0023】また、ポリマー電解質二次電池は、過充電
等により負極表面にリチウムデンドライトが析出する場
合がある。前記デンドライトは、非水電解液及びこの電
解液を保持するポリマーからなる従来の固体ポリマー電
解質層を貫通するため、前記二次電池においてデンドラ
イトが発生すると内部短絡を生じる恐れがある。前記内
部短絡は、充放電サイクル寿命の低下を招く。本発明に
係る二次電池に組み込まれる固体ポリマー電解質層のポ
リオレフィン製マイクロポーラスフィルムの平均孔径を
0.005μm〜0.1μmにすることによって、この
フィルムがバリアとなって前記リチウムデンドライトの
前記ポリマー電解質層の貫通を回避でき、前記二次電池
は充放電サイクル寿命を向上することができる。
In the polymer electrolyte secondary battery, lithium dendrite may be deposited on the surface of the negative electrode due to overcharge or the like. Since the dendrite penetrates the conventional solid polymer electrolyte layer made of a non-aqueous electrolyte and a polymer holding the electrolyte, an internal short circuit may occur when the dendrite occurs in the secondary battery. The internal short circuit causes a decrease in charge / discharge cycle life. By setting the average pore diameter of the polyolefin microporous film of the solid polymer electrolyte layer incorporated in the secondary battery according to the present invention to 0.005 μm to 0.1 μm, this film serves as a barrier and the polymer electrolyte of the lithium dendrite is formed. Layer penetration can be avoided, and the secondary battery can have improved charge / discharge cycle life.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例 <正極層の作製>水酸化リチウム・一水塩(LiOH・
2 O)と二酸化マンガン(MnO2 )をLiとMnの
モル比が1.5:1となるように混合し、この混合物を
110℃の温度で2時間脱水処理した後、これを380
℃で20時間加熱することにより組成式がLix MnO
4 で表されるリチウムマンガン複合酸化物を作製した。
ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン(V
dF−HFP)の共重合体(エルファトケム社製で、商
品名がKYNAR2750のもの、共重合比VdF:H
FPは85:15である)をアセトンに11重量%溶解
してアセトン溶液を調製した後、このアセトン溶液に前
記リチウムマンガン複合酸化物を前記共重合体の固形物
に対する換算で75重量%と、導電性材料としてのアセ
チレンブラックを前記共重合体の固形物に対する換算で
10重量%を混合した。この懸濁物をキャスティングに
より成膜し、常温に放置して自然乾燥することにより厚
さが230μmのシート状正極層を作製した。 <負極層の作製>前記正極層に用いられたのと同様な種
類のビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン
の共重合体をアセトンに11重量%溶解してアセトン溶
液を調製した後、このアセトン溶液に石油コークス(株
式会社ペトカ社製商品名;メルブロンミルド)を前記共
重合体の固形物に対する換算で70重量%混合した。こ
の懸濁物をキャスティングにより成膜し、常温に放置し
て自然乾燥することにより厚さが180μmのシート状
負極層を作製した。 <固体ポリマー電解質層の作製>前記正極層に用いられ
たのと同様な種類のビニリデンフロライド−ヘキサフル
オロプロピレンとの共重合体をアセトンに11重量%溶
解してアセトン溶液を調製した。厚さが25μmで、平
均孔径が0.02μmのPE製マイクロポーラスフィル
ムの両面に前記アセトン溶液をキャスティングによって
シート状に担持させた。これを常温に放置して自然乾燥
することにより内部にPE製マイクロポーラスフィルム
が電解質層の表面と対向するように配置されているシー
ト状固体ポリマー電解質層を得た。なお、このマイクロ
ポーラスフィルムの固体ポリマー電解質層とポーラスフ
ィルムの合計厚さに対する厚さの比は、0.6であっ
た。 <非水電解液の調製>エチレンカーボネート(EC)と
ジメチルカーボネート(DMC)が体積比で1:1の割
合で混合された非水溶媒に電解質としてのホウフッ化リ
チウムをその濃度が1mol/lになるように溶解させ
て非水電解液を調製した。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Example <Preparation of positive electrode layer> Lithium hydroxide monohydrate (LiOH.
H 2 O) and manganese dioxide (MnO 2 ) were mixed so that the molar ratio of Li and Mn was 1.5: 1, and the mixture was dehydrated at a temperature of 110 ° C. for 2 hours.
When heated at 20 ° C. for 20 hours, the composition formula becomes Li x MnO 2.
A lithium manganese composite oxide represented by 4 was produced.
Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (V
dF-HFP) copolymer (manufactured by Erfatchem Co., trade name KYNAR2750, copolymerization ratio VdF: H
FP is 85:15) to prepare an acetone solution by dissolving 11% by weight in acetone, and then the lithium manganese composite oxide is added to the acetone solution in an amount of 75% by weight based on the solid matter of the copolymer. Acetylene black as a conductive material was mixed in an amount of 10% by weight in terms of solid matter of the copolymer. This suspension was formed into a film by casting, left to stand at room temperature and naturally dried to form a sheet-like positive electrode layer having a thickness of 230 μm. <Production of Negative Electrode Layer> A vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer of the same type as that used in the positive electrode layer was dissolved in acetone to prepare 11% by weight of acetone to prepare an acetone solution. Petroleum coke (trade name, manufactured by Petka Co., Ltd .; Melbronn Milled) was mixed in an amount of 70% by weight in terms of solid matter of the copolymer. This suspension was cast to form a film, which was left at room temperature and naturally dried to form a sheet-like negative electrode layer having a thickness of 180 μm. <Production of Solid Polymer Electrolyte Layer> A copolymer of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene of the same type as that used for the positive electrode layer was dissolved in acetone at 11% by weight to prepare an acetone solution. The acetone solution was supported by casting on both sides of a PE microporous film having a thickness of 25 μm and an average pore size of 0.02 μm. This was left at room temperature and naturally dried to obtain a sheet-like solid polymer electrolyte layer in which a PE microporous film was arranged so as to face the surface of the electrolyte layer. The ratio of the thickness of the microporous film to the total thickness of the solid polymer electrolyte layer and the porous film was 0.6. <Preparation of Non-Aqueous Electrolyte> In a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 lithium borofluoride as an electrolyte was adjusted to a concentration of 1 mol / l. A non-aqueous electrolytic solution was prepared by dissolving the above.

【0025】得られたシート状正極層と正極集電体とし
てのアルミニウム箔とをダブルロールラミネータを用い
て積層し、シート状正極を作製した。同時に前記シート
状負極層と負極集電体としての銅箔とをダブルロールラ
ミネータを用いて積層し、シート状負極を作製した。こ
の正極と負極との間に前記固体ポリマー電解質層を介在
させ、ダブルロールラミネータを用いて積層した。この
5層積層物を前記非水電解液に10分間浸漬して前記シ
ート状正極、前記シート状負極及び前記固体ポリマー電
解質層に前記電解液を含浸させることにより前述した図
1に示す構造の固体ポリマー電解質二次電池を製造し
た。 比較例 内部にマイクロポーラスフィルムを配置しない固体ポリ
マー電解質層を用いること以外は、実施例と同様な構成
を有する固体ポリマー電解質二次電池を製造した。
The sheet-shaped positive electrode layer thus obtained and an aluminum foil as a positive electrode current collector were laminated using a double roll laminator to prepare a sheet-shaped positive electrode. At the same time, the sheet-shaped negative electrode layer and a copper foil as a negative electrode current collector were laminated using a double roll laminator to prepare a sheet-shaped negative electrode. The solid polymer electrolyte layer was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and laminated using a double roll laminator. The five-layer laminate is immersed in the non-aqueous electrolyte solution for 10 minutes to impregnate the sheet-shaped positive electrode, the sheet-shaped negative electrode and the solid polymer electrolyte layer with the electrolytic solution, and thus the solid having the structure shown in FIG. 1 described above. A polymer electrolyte secondary battery was manufactured. Comparative Example A solid polymer electrolyte secondary battery having the same configuration as that of the example except that a solid polymer electrolyte layer in which a microporous film was not arranged was used was manufactured.

【0026】得られた実施例及び比較例の二次電池につ
いて、0.2C、4.2Vの定電流定電圧充電を10時
間行った後、0.2Cの電流で2.7Vまで放電する充
放電を繰り返し行い、各電池の1サイクル目及び500
サイクル目の放電容量を測定した。その結果、実施例の
二次電池は1サイクル目の放電容量が2.8mAh/c
2 、500サイクル目の放電容量が2.4mAh/c
2 であり、比較例の二次電池は1サイクル目の放電容
量が3.0mAh/cm2 、500サイクル目の放電容
量が2.4mAh/cm2 と、マイクロポーラスフィル
ムの介在が電池性能に支障を招来しないことが確認され
た。
The obtained secondary batteries of Examples and Comparative Examples were charged with a constant current of 0.2 C and a constant voltage of 4.2 V for 10 hours, and then discharged to a voltage of 2.7 V with a current of 0.2 C. Discharging was repeated and the first cycle of each battery and 500
The discharge capacity at the cycle was measured. As a result, in the secondary batteries of the examples, the discharge capacity in the first cycle was 2.8 mAh / c.
m 2 , the discharge capacity at the 500th cycle is 2.4 mAh / c
m 2, and the secondary battery of Comparative Example discharge capacity at the first cycle is a 3.0mAh / cm 2, 500 discharge capacity cycle is 2.4 mAh / cm 2, the intervening battery performance of microporous films It was confirmed that it would not cause any problems.

【0027】然るに、実施例及び比較例の二次電池につ
いて、充電量を定格容量の250%とした過充電試験を
行い、その際の電池温度を測定したところ、実施例の二
次電池は温度上昇を約120℃と極めて低い温度で停止
することができた。これに対し、比較例の二次電池は、
温度が150℃以上に上昇し、漏液と激しい気体の発生
がみられた。
However, the secondary batteries of Examples and Comparative Examples were subjected to an overcharge test with the charge amount being 250% of the rated capacity, and the battery temperature at that time was measured. The rise could be stopped at a very low temperature of about 120 ° C. On the other hand, the secondary battery of the comparative example,
The temperature rose above 150 ° C, and liquid leakage and violent gas generation were observed.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る対熱安
全性を具備した固体ポリマー電解質二次電池によれば、
過充電や過放電、誤使用の際にポリオレフィンの融点で
電池機能を停止して安全性を確保することができる等の
顕著な効果を奏する。
As described above in detail, according to the solid polymer electrolyte secondary battery having the heat resistance according to the present invention,
When the battery is overcharged, overdischarged, or misused, the melting point of the polyolefin can stop the battery function to ensure safety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る対熱安全性を具備した固体ポリマ
ー電解質二次電池を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a solid polymer electrolyte secondary battery having heat resistance according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…正極集電体、2…正極層、3…負極集電体、4…負
極層、5…固体ポリマー電解質層、6…ポリオレフィン
製マイクロポーラスフィルム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode collector, 2 ... Positive electrode layer, 3 ... Negative electrode collector, 4 ... Negative electrode layer, 5 ... Solid polymer electrolyte layer, 6 ... Polyolefin microporous film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非水電解液を保持した正極と、リチウム
イオンを吸蔵放出する炭素質材料及び非水電解液を含む
負極と、前記正極と前記負極との間に介装され、かつ非
水電解液およびこの電解液を保持するポリマーを含む固
体ポリマー電解質層とを備えたポリマー電解質二次電池
において、前記固体ポリマー電解質層は、内部にポリオ
レフィン製マイクロポーラスフィルムが前記電解質層の
表面と対向するように配置されていることを特徴とする
対熱安全性を具備した固体ポリマー電解質二次電池。
1. A positive electrode holding a non-aqueous electrolyte, a negative electrode containing a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions and a non-aqueous electrolyte, and a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. In a polymer electrolyte secondary battery comprising an electrolytic solution and a solid polymer electrolyte layer containing a polymer holding the electrolytic solution, the solid polymer electrolyte layer has a polyolefin microporous film inside facing the surface of the electrolyte layer. A solid polymer electrolyte secondary battery having heat resistance, which is characterized by being arranged as follows.
JP17113595A 1995-07-06 1995-07-06 Solid polymer electrolyte secondary battery with thermal safety Expired - Lifetime JP3480873B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17113595A JP3480873B2 (en) 1995-07-06 1995-07-06 Solid polymer electrolyte secondary battery with thermal safety

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17113595A JP3480873B2 (en) 1995-07-06 1995-07-06 Solid polymer electrolyte secondary battery with thermal safety

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0922726A true JPH0922726A (en) 1997-01-21
JP3480873B2 JP3480873B2 (en) 2003-12-22

Family

ID=15917640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17113595A Expired - Lifetime JP3480873B2 (en) 1995-07-06 1995-07-06 Solid polymer electrolyte secondary battery with thermal safety

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3480873B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001097304A1 (en) * 2000-06-12 2001-12-20 Korea Institute Of Science And Technology Multi-layered lithium electrode, its preparation and lithium batteries comprising it
JP2002033128A (en) * 2000-07-17 2002-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lithium polymer secondary battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001097304A1 (en) * 2000-06-12 2001-12-20 Korea Institute Of Science And Technology Multi-layered lithium electrode, its preparation and lithium batteries comprising it
JP2002033128A (en) * 2000-07-17 2002-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lithium polymer secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP3480873B2 (en) 2003-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7642015B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP3702318B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery electrode and non-aqueous electrolyte battery using the electrode
KR101716900B1 (en) Separator and battery
US8197964B2 (en) Battery
KR101744088B1 (en) Rechargeable lithium battery
US11431019B2 (en) Lithium secondary battery
US9099739B2 (en) Lithium secondary battery
US6777135B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary cell
KR20100094363A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
US9509015B2 (en) Battery
KR20190030345A (en) Pre-lithiation method of negative electrode for secondary battery
US20050277026A1 (en) Non-aqueous secondary battery and separator used therefor
JPH10172615A (en) Nonaqueous solvent battery and polymer electrolyte secondary battery
JPH0922724A (en) Manufacture of secondary battery with polymer electrolyte
KR20210109896A (en) Method for manufacturing secondary battery
KR20240017067A (en) Battery cathode material, manufacturing method thereof, and application thereof
KR20200067434A (en) Method for preparing negative electrode of lithium secondary battery
KR20190130307A (en) Anode comprising electrode protective layer and lithium secondary battery comprising the same
JPH0922732A (en) Polymer electrolyte secondary battery
US11398625B2 (en) Specific negative electrode based on lithium and lithium electrochemical generator comprising such a negative electrode
JP3480873B2 (en) Solid polymer electrolyte secondary battery with thermal safety
JPH09199136A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH0922737A (en) Polymer electrolyte secondary battery
JPH10144350A (en) Polymer electrolytic film for polymer electrolyte secondary battery and manufacture of polymer electrolyte secondary battery
JP4016712B2 (en) Lithium ion conductive polymer electrolyte and polymer electrolyte battery using the same

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091010

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101010

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term