JPH0922729A - ポリマー電解質二次電池 - Google Patents

ポリマー電解質二次電池

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JPH0922729A
JPH0922729A JP7171124A JP17112495A JPH0922729A JP H0922729 A JPH0922729 A JP H0922729A JP 7171124 A JP7171124 A JP 7171124A JP 17112495 A JP17112495 A JP 17112495A JP H0922729 A JPH0922729 A JP H0922729A
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JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
secondary battery
exterior film
negative electrode
positive electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP7171124A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Tsuchiya
謙二 土屋
Kenji Shimazu
健児 島津
Yoshiyasu Aoki
良康 青木
Masakuni Hisamoto
雅晋 久本
Masaaki Kamuragi
公明 冠木
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
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Publication date
Application filed by Toshiba Battery Co Ltd filed Critical Toshiba Battery Co Ltd
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Publication of JPH0922729A publication Critical patent/JPH0922729A/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外装フィルム内に水分が取り込まれるのを回
避したポリマー電解質二次電池を提供することを目的と
する。 【解決手段】 非水電解液を保持した正極2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3と、前記正極2と前記負極3との間に介在さ
れ、かつ非水電解液及びこの電解液を保持するポリマー
を含む固体ポリマー電解質層4と、前記正極2、前記負
極3及び前記固体ポリマー電解質層4を収納する外装フ
ィルム1とを備えたポリマー電解質二次電池において、
前記外装フィルム1は、H2 Oを遮断し、かつH2 を選
択的に透過させる選択性透過膜からなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体ポリマー電解
質層を備えるポリマー電解質二次電池に関するものであ
る。
【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。
【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。
【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。
【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
ー電解質層とを備える。前記二次電池は、かかる5層積
層物、つまり素電池が外装フィルム内に収納された構造
を有する。
【0006】前記外装フィルムは、従来、透湿性が低い
塩化ビニリデンや、フッ化ビニリデンからなるフィルム
などが用いられている。しかしながら、このような外装
フィルムにあっては、微量の水分透過は避けられず、し
かもこれ自身に微量の水分が吸着されているため、前記
外装フィルムを備えた二次電池は前記素電池内に水分が
混入するという問題点があった。素電池内に水分が混入
すると、電池組成物を加水分解せしめる等が生じて電池
性能が劣化する。特に、前記固体ポリマー電解質層に水
分が混入すると、元来非プロトン系の電池反応を骨子と
する二次電池においてはプロトン性が強い水の存在は電
池反応系の電位低下や非プロトン液体の加水分解などを
誘起して電池性能の劣化を招来することが知られてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、外装
フィルム内に水分が取り込まれるのを回避したポリマー
電解質二次電池を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るポリマー電
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在され、かつ
非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む固
体ポリマー電解質層と、前記正極、前記負極及び前記固
体ポリマー電解質層を収納する外装フィルムとを備えた
ポリマー電解質二次電池において、前記外装フィルム
は、H2 Oを遮断し、かつH2 を選択的に透過させる選
択性透過膜からなることを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリマー電解
質二次電池の一例を図1を参照して説明する。外装フィ
ルム1内には、正極2と負極3との間に固体ポリマー電
解質層4が介装された構造を有する素電池が収納されて
いる。前記正極2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5と、この集電体
5に担持された正極層6から構成されている。前記負極
3は、例えば銅箔、銅メッシュなどからなる負極集電体
7と、この集電体7に担持された負極層8からなる。
【0010】次に、前記外装フィルム1、前記固体ポリ
マー電解質層4、前記正極層6及び前記負極層8につい
て説明する。 1)外装フィルム1 この外装フィルム1は、H2 Oを遮断し、かつH2 を選
択的に透過させる選択性透過膜からなる。
【0011】前記選択性透過膜は、例えば、ポリ4フッ
化エチレン、ポリ3フッ化エチレン、ポリ1ふッ化エチ
レン、ポリ塩化ビニリデンなどの単成分フィルム、ポリ
塩化ビニル−ポリ塩化ビニリデンなどのポリマーアロ
イ、塩化ゴム、メチルゴムなどの架橋形エラストマー、
さらには水素透過性が大きいものの透湿性も無視できな
いポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートにAl、
Sn、Tiなどの薄膜をラミネートしたフィルム等を用
いることができる。 2)固体ポリマー電解質層4 このポリマー電解質層4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。
【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。
【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。
【0014】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、0.2mol/l〜1.5mol/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。 3)正極層6 前記正極層6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。
【0015】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。
【0016】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。 4)負極層8 この負極層8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。
【0017】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。
【0018】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、正極と負極との間に固体ポリマー電解質層が介装さ
れた構造を有する素電池と、前記素電池が収納される外
装フィルムを備える。前記外装フィルムは、H2 Oを遮
断し、かつH2 を選択的に透過させる選択性透過膜から
なる。このような外装フィルムを備えた二次電池は、内
部に水分が取り込まれるの防止することができ、前記素
電池への水分混入を回避することができるため、電池性
能を向上することができる。
【0019】また、前記外装フィルムを備えた二次電池
は、充放電サイクルの進行に伴って発生する水素ガスを
前記外装フィルムを通して外部に逃散させることができ
るため、充放電サイクルの進行に伴って前記外装フィル
ムが膨脹するのを回避することができ、膨脹による引火
や破裂を防止することができる。従って、前記二次電池
は長期間に亘って優れた性能を維持することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように本発明のポリマー電
解質二次電池によれば、外装フィルム内に水分が取り込
まれるのを回避することができ、充放電サイクルの進行
に伴って発生する水素ガスによる外装フィルムの膨脹を
防止することができ、電池性能を向上することができる
等の顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリマー電解質二次電池を示す断
面図。
【符号の説明】
1…外装フィルム、2…正極、3…負極、4…固体ポリ
マー電解質層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久本 雅晋 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内 (72)発明者 冠木 公明 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東芝 電池株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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在され、かつ非
    水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む固体
    ポリマー電解質層と、前記正極、前記負極及び前記固体
    ポリマー電解質層を収納する外装フィルムとを備えたポ
    リマー電解質二次電池において、 前記外装フィルムは、H2 Oを遮断し、かつH2 を選択
    的に透過させる選択性透過膜からなることを特徴とする
    ポリマー電解質二次電池。
JP7171124A 1995-07-06 1995-07-06 ポリマー電解質二次電池 Pending JPH0922729A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000082496A (ja) * 1998-09-08 2000-03-21 Mitsubishi Chemicals Corp リチウム二次電池およびその製造方法
WO2013027306A1 (ja) * 2011-08-22 2013-02-28 パナソニック株式会社 薄型二次電池
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EP2945214B1 (en) * 2013-07-25 2021-04-07 LG Chem, Ltd. Lithium secondary battery including gas permeable membrane

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