JPH1021964A - 非水二次電池とその製造方法 - Google Patents

非水二次電池とその製造方法

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JPH1021964A
JPH1021964A JP8176820A JP17682096A JPH1021964A JP H1021964 A JPH1021964 A JP H1021964A JP 8176820 A JP8176820 A JP 8176820A JP 17682096 A JP17682096 A JP 17682096A JP H1021964 A JPH1021964 A JP H1021964A
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JP
Japan
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group
snge
secondary battery
electrolyte
aqueous
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Application number
JP8176820A
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English (en)
Inventor
Tadahiko Kubota
忠彦 窪田
Shoichiro Yasunami
昭一郎 安波
Yukio Maekawa
幸雄 前川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な充放電サイクル特性、放電電圧、高容
量を有し、更に製造時の生産効率が改善された安全性の
高い排水二次電池を提供することを課題とする。 【解決手段】 正極活物質、リチウムを挿入、放出する
Sn、Al、B、P、Si、Geから選ばれる少なくと
も1種の原子を含むカルコゲン化合物及び/又は酸化物
を主体とする負極材料、リチウム塩を含む非水電解質か
らなる非水二次電池であって、該非水電解質の構成成分
として固体電解質を含有してい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、良好な放電容量、
充放電サイクル寿命等の充放電特性を有し、更に製造時
の生産効率が改善された非水二次電池に関するものであ
り、特に非水電解質の構成成分として少なくとも1種の
固体電解質を含有している非水二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】非水二次電池用負極材料としては、リチ
ウム金属やリチウム合金が代表的であるが、それらを用
いると充放電中にリチウム金属が樹枝状に成長し、内部
ショートしたり、その樹枝状金属自体の活性が高く、発
火する危険をはらんでいる。これに対して、最近、リチ
ウムを挿入放出することができる焼成炭素質材料が実用
されるようになってきた。この炭素質材料の欠点は、そ
れ自体が導電性をもつので、過充電や急速充電の際に炭
素質材料の上にリチウム金属が析出することがあり、結
局、樹枝状金属を析出してしまうことになる。これを避
けるために、充電器を工夫したり、正極活物質量を少な
くして、過充電を防止する方法を採用したりしている
が、後者の方法では、活物質の量が限定されるので、そ
のため、放電容量も制限されてしまう。また炭素質材料
は密度が比較的小さいため体積当りの容量が低いという
二重の意味で放電容量が制限されてしまうことになる。
【0003】一方、リチウム金属やリチウム合金または
炭素質材料以外の負極材料としては、リチウムを吸蔵・
放出することができるTiS2 、LiTiS2 (米国特
許第3,983,476号)、ルチル構造の遷移金属酸
化物、例えば、WO2 (米国特許第4,198,476
号)、Lix Fe(Fe2 )O4 などのスピネル化合物
(特開昭58−220,362号)、電気化学的に合成
されたFe23 のリチウム化合物(米国特許第4,4
64,447号)、Fe23 のリチウム化合物(特開
平3−112,070号)、Nb25 (特公昭62−
59,412号、特開平2−82,447号)、酸化
鉄、FeO、Fe23 、Fe34 、酸化コバルト、
CoO、Co23 、Co34 (特開平3−291,
862号、同6−231,765号)、アモルファスV
25 (特開平4−223,061号)、リチウムを挿
入した低酸化数金属酸化物Lix MO(MはMn、T
i、Zn 特開平6−176,758号)、リチウムイ
オンを挿入することにより結晶の基本構造を変化させた
遷移金属酸化物を負極材料とする(欧州特許05671
49号)ことが知られている。これらの化合物はいずれ
も酸化還元電位が高いので、3V級の高放電電位を持
ち、かつ高容量の非水二次電池は実現されていない。
【0004】2価の珪素を主体とした負極材料を用いた
例(特開平6−325,765号、欧州特許05821
73号、同0615296号)もあるが、サイクル寿命
が極めて短いという欠点を有している。
【0005】SnOおよびこれを主体とした化合物を負
極材料に適用した例として、特開平6−275,268
号と特開平6−338,325号があるが、いずれも実
用に供する事のできるサイクル寿命を得ることが不可能
であった。
【0006】また、電池製造後、充電したのち保管して
容量の劣化するものは不良品としていたが、得率を上げ
るために不良品率を改善するという問題もあった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、良好
な充放電サイクル特性、放電電圧、高容量を有し、更に
製造時の生産効率が改善された安全性の高い非水二次電
池を得ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、正極材
料、負極材料、リチウム塩を含む非水電解質から成る非
水二次電池であって、酸化物、および/またはカルコゲ
ナイドである負極材料と該非水電解質の構成成分として
固体電解質を含有している非水二次電池により達成する
ことができた。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0010】1.正極活物質、リチウムを挿入、放出す
るSn、Al、B、P、Si、Geから選ばれる少なく
とも1種の原子を含むカルコゲン化合物及び/又は酸化
物を主体とする負極材料、リチウム塩を含む非水電解質
からなる非水二次電池であって、該非水電解質の構成成
分として固体電解質を含有していることを特徴とする非
水二次電池。
【0011】2.該非水電解質の構成成分として高分子
固体電解質を含有している前記1記載の非水二次電池。
【0012】3.該非水電解質の構成成分として少なく
とも一種の有機溶媒および高分子固体電解質を含有して
いる前記2記載の非水二次電池。
【0013】4.該非水電解質の構成成分として少なく
とも1種の有機溶媒および高分子固体電解質および多孔
質膜を含有している前記1、2、3記載の非水二次電
池。
【0014】5.該高分子固体電解質が下記一般式
(1)、(2)、(3)、(4)で表される少なくとも
一つの単量体を重合させて得られる高分子マトリックス
からなることを特徴とする前記1〜4記載の非水二次電
池。
【0015】一般式(1)
【0016】
【化3】
【0017】式中R1 は水素原子またはメチル基を表
す。X1 は二価の連結基を表し、R2は水素原子、アル
キル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、
アリール基を表す。
【0018】一般式(2)
【0019】
【化4】
【0020】R4 はR1 と同義であり、X2 はX1 と同
義またはシアノ基である。R5 は−(CH(R6 )CH
(R7 )O)m −R8 またはX3 −R9 である。R6
水素原子またはアルキル基であり、R7 はR6 と同義で
ある。mは1以上50以下の整数であり、X3 は炭素数
1以上10以下のアルキレン基であり、R9 は鎖状エー
テル以外の極性基を表す。
【0021】一般式(3) CH2 =C(R10)C(O)−X4 −(O)C(R11
C=CH210、R11はR1 と同義である。X4 は−NH−X5
NH−または−O−X 6 −O−である。X5 はアルキレ
ン基または−(CH(R12)CH(R13)O)n−基で
ある。R12、R13はR6 と同義である。nは1以上20
以下の整数である。
【0022】一般式(4) (CH2 =C(R14)C(O)−O−CH2 3 C−R
1515は炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。
【0023】6.該高分子固体電解質が前記5記載の一
般式(1)および/または(2)および/または(3)
および/または(4)および架橋性基を有する単量体を
重合させて得られるラテックスであり、該ラテックスを
多孔質膜上に塗布、乾燥することにより形成される高分
子固体電解質膜からなることを特徴とする前記1、2、
3記載の非水二次電池。
【0024】7.該負極材料の少なくとも1種が、一般
式(6) SnM1 a 2 b c (6) (式中M1 は、Al、B、P、Si、Geから選ばれる
少なくとも1種以上の元素、M2 は周期律表1(IA)
族元素、第2(IIA)族元素、第3(IIIA)族元
素、ハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種以上の元
素を表し、aは0.2以上2以下の数字、bは0.01
以上1以下の数字で0.2<a+b<2、cは1以上6
以下の数字を表す)で示される非晶質酸化物であること
を特徴とする前記1または2に記載の非水二次電池。
【0025】8.少なくとも該負極材料を含む水性分散
物が導電性支持体に塗布、乾燥されて成る負極を用いる
ことを特徴とする前記1〜7記載の非水二次電池の製造
方法。
【0026】以下、本発明の技術について詳述する。固
体電解質は無機固体電解質、高分子固体電解質のいずれ
も使用できる。無機固体電解質としては、カチオンの導
電性を有するものであれば結晶性、非結晶性いずれも使
用できるが、好ましくはアルカリイオン導電性固体電解
質であり、さらに好ましくはリチウムイオン導電性固体
電解質である。以下に、リチウムイオン導電性固体電解
質の例を示すが、無論これらに限定されるものではな
い。具体的にはLiI、LiI−Al2 3 系、Li3
N、Li−βAl2 3 、Li3N−LiI−LiOH
系、LiI−Li2 S−P2 5 系、Li2 O−B2
3−SiO2 系、B2 3 −Li2 S−LiI系、Ge
2 −Li2 S−LiI系、SiS2 −Li2 S−Li
I系等である。
【0027】本発明において用いられる高分子固体電解
質はリチウム塩を溶解および、または分散できるもので
あれば使用できる。例えば、ポリエーテル、ポリエステ
ル、ポリイミン、ポリアミド、ポリシロキサン、ポリカ
ーボネート、ポリウレタン、ポリメタクリル酸エステ
ル、ポリアクリル酸エステル、ポリフォスファゼン、ポ
リアクリルアミド、ポリスチレン、ポリアクリロニトリ
ル、ポリアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルエーテル、ポリアセタール、セルロースなどである。
【0028】中でも好ましくは、ポリエーテル、ポリシ
ロキサン、ポリウレタン、ポリメタクリル酸エステル、
ポリアクリル酸エステル、ポリフォスファゼン、ポリア
クリロニトリル、ポリビニルエーテルなどであり、更に
好ましくはポリエーテル、ポリシロキサン、ポリメタク
リル酸エステル、ポリアクリル酸エステル、ポリフォス
ファゼンである。
【0029】高分子固体電解質として特に好ましくは下
記一般式(1)、(2)、(3)、(4)で表される少
なくとも一つの単量体を重合させて得られる高分子マト
リックスである。
【0030】一般式(1)
【0031】
【化5】
【0032】式中R1 は水素原子またはメチル基を表
す。X1 は二価の連結基を表し、好ましくは−C(O)
O−,−C(O)NR3 −基である。R2 は水素原子、
アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル
基、アリール基を表す。アルキル基、アルケニル基、ア
ルキニル基として好ましくは炭素数1以上20以下であ
り、更に好ましくは1以上15以下であり、特に好まし
くは1以上10以下である。アラルキルル基として好ま
しくは炭素数7以上30以下であり、更に好ましくは7
以上20以下であり、特に好ましくは7以上15以下で
ある。アリール基として好ましくは炭素数6以上30以
下であり、更に好ましくは6以上20以下であり、特に
好ましくは6以上15以下である。R3 は水素原子また
は炭素数1以上10以下のアルキル基、更に好ましくは
水素原子または炭素数1以上5以下のアルキル基、特に
好ましくは水素原子または炭素数1以上3以下のアルキ
ル基である。
【0033】一般式(2)
【0034】
【化6】
【0035】R4 はR1 と同義であり、X2 はX1 と同
義またはシアノ基である。R5 は−(CH(R6 )CH
(R7 )O)m −R8 またはX3 −R9 である。R6
水素原子または炭素数1以上3以下のアルキル基であ
り、特に好ましくは水素原子またはメチル基である。R
7 はR6 と同義である。mは1以上50以下の整数であ
り、好ましくは1以上30以下の整数であり、特に好ま
しくは1以上23以下の整数である。X3 は炭素数1以
上10以下のアルキレン基、更に好ましくは、炭素数1
以上5以下のアルキレン基、特に好ましくは、炭素数1
以上3以下のアルキレン基を表す。R9 は鎖状エーテル
以外の極性基を表し、好ましくは環状エーテル基、炭酸
エステル基を表し、更に好ましくは3〜12員環の環状
エーテル基、5〜7員環の環状炭酸エステル基、炭素数
2〜7の非環状炭酸エステル基(カルボニル基の炭素含
む)であり、特に好ましくは3〜8員環の環状エーテル
基、5〜6員環の環状炭酸エステル基、炭素数2〜5の
非環状炭酸エステル基(カルボニル基の炭素含む)であ
る。
【0036】一般式(3) CH2 =C(R10)C(O)−X4 −(O)C(R11
C=CH210、R11はR1 と同義である。X4 は−NH−X5
NH−または−O−X 6 −O−である。X5 はアルキレ
ン基または−(CH(R12)CH(R13)O)n−基で
ある。R12、R13はR6 と同義である。nは1以上20
以下の整数であり、好ましくは1以上10以下の整数で
あり、特に好ましくは1以上5以下の整数である。アル
キレン基として好ましくは、炭素数1以上10以下であ
り、更に好ましくは炭素数1以上5以下であり、特に好
ましくは炭素数1以上3以下である。−(CH(R12
CH(R13)O)n−基として好ましくは−(CH2
2 O)−、−(CH2 CH2 O)2 −、−(CH2
2 O)4 −、−(CH2CH2 O)9 −である。
【0037】一般式(4) (CH2 =C(R14)C(O)−O−CH2 3 C−R
1515は炭素数1以上10以下のアルキル基、更に好まし
くは炭素数1以上5以下のアルキル基、特に好ましくは
炭素数1以上3以下のアルキル基を表す。
【0038】以下に一般式(1)〜(4)で表される単
量体の具体例を示すが、無論これらに限定されるもので
はない。
【0039】一般式(1)より誘導される化合物例
【0040】
【化7】
【0041】一般式(2)より誘導される化合物例
【0042】
【化8】
【0043】一般式(3)より誘導される化合物例
【0044】
【化9】
【0045】一般式(4)より誘導される化合物例
【0046】
【化10】
【0047】一般式(1)で表されるモノマーは全モノ
マー中1mol%以上100mol%以下であることが
好ましく、更に好ましくは10mol%以上95mol
%以下であることであり、特に好ましくは10mol%
以上90mol%以下である。
【0048】一般式(2)で表されるモノマーは全モノ
マー中1mol%以上100mol%以下であることが
好ましく、更に好ましくは10mol%以上90mol
%以下であることであり、特に好ましくは10mol%
以上80mol%以下である。
【0049】一般式(3)で表されるモノマーは全モノ
マー中0mol%以上50mol%以下であることが好
ましく、更に好ましくは3mol%以上40mol%以
下であることであり、特に好ましくは5mol%以上3
0mol%以下である。
【0050】一般式(4)で表されるモノマーは全モノ
マー中0mol%以上50mol%以下であることが好
ましく、更に好ましくは3mol%以上30mol%以
下であることであり、特に好ましくは5mol%以上2
0mol%以下である。
【0051】本発明の一般式(1)〜(4)に示される
単量体を重合する方法としては、相当する単量体を加熱
および、または放射線照射による重合法が用いられる。
【0052】加熱重合開始剤としては公知の加熱重合開
始剤が使用でき、添加量としては0.01以上5mol
%以下が好ましい。
【0053】加熱重合開始剤の例としては、アゾビス化
合物、パーオキシド、ハイドロパーオキシド、レドック
ス触媒など、例えば過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウ
ム、t−ブチルパーオクトエイト、ベンゾイルパーオキ
シド、イソプロピルパーカーボネートなどが挙げられ
る。
【0054】加熱重合温度としては、40〜150℃が
好ましく、更に好ましくは50〜120℃である。
【0055】相当する単量体の放射線照射によって重合
をさせる場合に用いられる放射線としては、紫外線、可
視光線、電子線およびX線が好ましい。
【0056】放射線によって反応せしめる際には、放射
線増感剤を加えておくことが反応を速やかに行わせる上
で好ましい。この場合に用いることのできる増感剤の例
としては、カルボニル化合物、アゾビス化合物、パーオ
キシド、イオウ化合物、ハロゲン化合物、酸化還元系化
合物、カチオン重合開始剤、ベンゾフェノン重合体等を
挙げることができる。具体的には、N,N’−ジエチル
アミノベンゾフェノン、1,2−ベンズアントラキノ
ン、ベンズアンスロン、アセトフェノン、ベンゾイルパ
ーオキシドなどである。
【0057】本発明の一般式(1)〜(4)に示される
単量体を重合する際には溶媒を用いてもよい。溶媒の具
体例としては後述する有機溶媒、アルコール類(メタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコールなど)、ケ
トン類(アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサ
ノンなど)、水、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル
など)、芳香族類(ベンゼン、トルエン、キシレンな
ど)が挙げられる。
【0058】本発明の非水電解質において、高分子固体
電解質とともに構成成分として用いることができる有機
溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,
2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチ
ルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、1,
3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミ
ド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻
酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオ
ン酸エチル、リン酸トリエステル(特開昭60−23,
973号)、トリメトキシメタン(特開昭61−4,1
70号)、ジオキソラン誘導体(特開昭62−15,7
71号、同62−22,372号、同62−108,4
74号)、スルホラン(特開昭62−31,959
号)、3−メチル−2−オキサゾリジノン(特開昭62
−44,961号)、プロピレンカーボネート誘導体
(特開昭62−290,069号、同62−290,0
71号)、テトラヒドロフラン誘導体(特開昭63−3
2,872号)、ジエチルエーテル(特開昭63−6
2,166号)、1,3−プロパンサルトン(特開昭6
3−102,173号)などの非プロトン性有機溶媒を
挙げることができる。その溶媒に溶けるリチウム塩とし
ては、例えば、LiClO4 、LiBF4 、LiPF
6 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CO2 、LiAsF
6 、LiSbF6 、LiB10Cl10(特開昭57−7
4,974号)、低級脂肪族カルボン酸リチウム(特開
昭60−41,773号)、LiAlCl4、LiC
l、LiBr、LiI(特開昭60−247,265
号)、クロロボランリチウム(特開昭61−165,9
57号)、四フェニルホウ酸リチウム(特開昭61−2
14,376号)などの1種以上の塩を構成成分として
挙げることができる。
【0059】以下に本発明にて用いられる好ましい高分
子化合物例を表1に示すが無論これらに限定されるもの
ではない。
【0060】
【表1】
【0061】本発明の高分子固体電解質は、 1.高分子とリチウム塩の組み合わせで用いる場合、 2.高分子とリチウム塩と有機溶媒の組み合わせで用い
る場合、 3.高分子とリチウム塩と有機溶媒と多孔質膜の組み合
わせで用いる場合、があり、それぞれ目的によって使い
分けられる。
【0062】本発明で用いられる多孔質膜としては、大
きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持ち、絶
縁性の微多孔または隙間のある材料が用いられる。更に
安全性向上のためには、80℃以上で上記の隙間を閉塞
して抵抗を上げ、電流を遮断する機能を持つことが必要
である。これらの隙間の閉塞温度は90℃以上、180
℃以下である。
【0063】隙間の作り方は材料によって異なるが公知
のいずれの方法であってもよい。多孔質フィルムの場合
には、孔の形状は通常円形や楕円形で、大きさは0.0
5μmから30μmであり、0.1μmから20μmが
好ましい。さらに延伸法、相分離法で作った場合のよう
に、棒状や不定形の孔であってもよい。布の場合は隙間
は繊維間の空隙であり織布不織布の作り方に依存する。
これらの隙間の占める比率すなわち気孔率は20%から
90%であり、35%から80%が好ましい。
【0064】本発明の多孔質膜の膜厚は、5μm以上1
00μm以下、より好ましくは10μm以上80μm以
下の微多孔性のフィルム、織布、不織布などの布であ
る。
【0065】本発明の多孔質膜は、エチレン成分を少な
くとも20重量%含むものが好ましく、特に好ましいの
は30%以上含むものである。エチレン以外の成分とし
ては、プロピレン、ブテン、ヘキセン、フッ化エチレ
ン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アセタール化ビニルアル
コールが挙げられ、プロピレンフッ化エチレンが特に好
ましい。
【0066】本発明の高分子固体電解質と多孔質膜を併
用する方法として多孔質膜上に単量体を塗布した後に加
熱および/または放射線により重合する方法とラテック
スを塗布乾燥する方法がある。
【0067】本発明で用いられるラテックスとしては前
述の一般式(1)および/または(2)および/または
(3)および/または(4)および重合可能なエチレン
性不飽和基を一つ有し、架橋性基を側鎖に有する単量体
を重合して得られる。
【0068】ここでいう架橋性基とはラテックスを乾燥
する際ラテックス粒子間の架橋を行う化合物である。好
ましくは、エボキシド基、アミノ基、カルボキシル基、
酸無水物、水酸基、アミド基、N−メチロールアミド
基、N−メチロールアミドのエーテル、イソシアネート
を含有するものであり、更に好ましくはグリシジルアク
リレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジ
ルエーテル、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ビ
ニルピリジン、t−ブチルアミノエチルメタクリレー
ト、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン
酸、イタコン酸モノエステル、無水イタコン酸、マレイ
ン酸、マレイン酸モノエステル、無水マレイン酸、アリ
ルアルコール、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、
2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプ
ロピルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリ
レート、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン
アミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロー
ルアクリルアミドメチルエステル、N−メチロールアク
リルアミドエチルエステル、N−メチロールアクリルア
ミドプロピルエステル、N−メチロールアクリルアミド
−n−ブチルエステル、N−メチロールアクリルアミド
−sec−ブチルエステル、N−メチロールアクリルア
ミド−t−ブチルエステルであり、特に好ましくは、グ
リシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ア
クリル酸、メタクリル酸、2−ヒドロキシエチルアクリ
レート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、N−メ
チロールアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミ
ドメチルエステル、N−メチロールアクリルアミドエチ
ルエステル、N−メチロールアクリルアミドプロピルエ
ステル、N−メチロールアクリルアミド−n−ブチルエ
ステルであり、これらは単独で用いることも2種以上用
いることもできる。
【0069】以下に本発明で用いられる重合可能なエチ
レン性不飽和基を一つ有し、架橋性基を側鎖に有する単
量体の例を示すが無論これらに限定されるものではな
い。
【0070】
【化11】
【0071】本発明のラテックスを重合する方法として
は、乳化重合法、分散重合法で行うことができる。上記
の重合法としては東京化学同人社刊の高分子化学実験法
1〜50頁(1981年)化学同人社刊の高分子化学序
論第2版218〜243頁(1982年)およびディス
パージョン・イン・オーガニック・メディア;ケイ・ジ
ェイ・バレットら(ジョン・ウィリー・サンズ社、19
75年刊)に詳細に説明されている。
【0072】これらの重合法のうち特に好ましいのは乳
化重合である。上記の乳化重合は水溶媒で一般にアニオ
ン界面活性剤(例えばドデシル硫酸ナトリウム、ドデシ
ル−ジ−フェニルエーテル−ジ−硫酸ナトリウム)、カ
チオン界面活性剤(例えばオクタデシルトリメチルアン
モニウムクロライド)、ノニオン界面活性剤(例えばエ
マレックスNP−20(日本エマルジョン))、ゼラチ
ン、ビニルアルコール等の中から選ばれた一つの乳化剤
と、ラジカル重合開始剤(たとえば過硫酸カリウム、過
硫酸カリウムと亜硫酸水素ナトリウムの混合物、V−5
0(和光純薬)等)の存在下で40℃〜100℃、更に
好ましくは50℃〜80℃の温度で行われる。
【0073】また、本化合物を重合する際、ゴムラテッ
クスを添加することが好ましい。添加するゴムラテック
スとしては天然ゴムラテックスでも合成ゴムラテックス
でもよい。用いることのできるものとしては、スチレン
−ブタジエン系ラテックス、アクリロニトリル−ブタジ
エン系ラテックス(Nipol LX−206,209
(日本ゼオン)、JSR0561,2108(日本合成
ゴム))などである。
【0074】以下に本発明で用いられる好ましい高分子
化合物例を示すが無論これらに限定されるものではな
い。式中数字はモル百分率を示す。
【0075】
【化12】
【0076】
【化13】
【0077】
【化14】
【0078】
【化15】
【0079】
【化16】
【0080】
【化17】
【0081】本発明のラテックスを重合した後前記多孔
質膜上に塗布するが、塗布の方法としてはディプ塗布
法、ローラー塗布法、カーテン塗布法、押し出し塗布法
等の公知の塗布法が使用できる。また、多孔質膜の両面
に塗布してもよい。
【0082】塗布後乾燥して、製膜を行うがそのときの
温度としては多孔質膜の孔をふさがない温度で行うこと
が好ましい。例えば、ポリプロピレン製膜の場合、好ま
しくは50℃以上120℃以下であり、更に好ましくは
60℃以上100℃以下である。
【0083】乾燥時間としては1時間以上240時間以
下が好ましく、更に好ましくは1時間以上100時間以
下であり、特に好ましくは5時間以上50時間以下であ
る。
【0084】塗布厚として、乾燥時塗布したポリマーの
厚さが片面につき1ミクロン以上100ミクロン以下で
あることが好ましく、更に好ましくは1ミクロン以上5
0ミクロン以下であることであり、特に好ましくは1ミ
クロン以上25ミクロン以下である。
【0085】また、製膜後界面活性剤、重合開始剤を除
く目的で膜を洗浄することが好ましい。洗浄溶媒として
は水、有機溶媒いずれも用いることができる。具体的に
は水、メタノール、エタノール、アセトン、ジメトキシ
エタンなどである。
【0086】本発明の用いられる負極材料は酸化物、お
よび/またはカルコゲナイドである。
【0087】特に非晶質酸化物、および/またはカルコ
ゲナイドがこのましい。ここで言う非晶質とはCuKα
線を用いたX線回折法で2θ値で20°から40°の領
域に頂点を有するブロードな散乱帯を有する物であり、
結晶性の回折線を有してもよい。好ましくは2θ値で4
0°以上70°以下に見られる結晶性の回折線の内最も
強い強度が、2θ値で20°以上40°以下に見られる
ブロードな散乱帯の頂点の回折線強度の500倍以下で
あることが好ましく、さらに好ましくは100倍以下で
あり、特に好ましくは5倍以下であり、最も好ましく
は、結晶性の回折線を有さないことである。
【0088】本発明では中でも半金属元素の非晶質酸化
物、および/またはカルコゲナイドが好ましく、周期律
表第13(IIIB)族〜15(VB)族の元素、A
l、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb、Biの単独
あるいはそれらの2種以上の組み合わせからなる酸化
物、カルコゲナイドが選ばれる。
【0089】例えば、Ga2 3 、SiO、GeO、G
eO2 、SnO、SnO2 、PbO、PbO2 、Pb2
3 、Pb2 4 、Pb3 4 、Sb2 3 、Sb2
4 、Sb2 5 、Bi2 3 、Bi2 4 、Bi
2 5 、SnSiO3 、GeS、GeS2 、SnS、S
nS2 、PbS、PbS2 、Sb2 3 、Sb2 5
SnSiS3 などが好ましい。また、これらは、酸化リ
チウムとの複合酸化物、例えばLi2 GeO3 、Li2
SnO2 であってもよい。
【0090】本発明においてはSnを主体とする非晶質
酸化物がさらに好ましく、中でも一般式(6) SnM1 a 2 b s (6) (式中、M1 は、Al、B、P、Geから選ばれる少な
くとも一種以上の元素、M2 は周期律表第1(IA)族
元素、第2(IIA)族元素、第3(IIIA)族元
素、ハロゲン元素から選ばれる少なくとも一種以上の元
素を表し、aは0.2以上2以下の数字、bは0.01
以上1以下の数字で0.2<a+b<2、sは1以上6
以下の数字を表す)で示される非晶質酸化物であること
が好ましい。
【0091】Snを主体とする非晶質酸化物、および一
般式(1)で示される非晶質酸化物としてはたとえば次
の化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定される
わけではない。SnAl0.4 0.5 0.5
0.1 3.65、SnAl0.4 0.5 0.5 Na
0.2 3.7 、SnAl0.4 0.3 0.5 Rb
0.2 3.4 、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs
0.1 3.65、SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Ge0.05
3.85、SnAl0.4 0.5 0.5 0.1 Mg0.1 Ge
0.023.83、SnAl0.4 0.4 0.4 3.2 、SnA
0.3 0.5 0.2 2.7 、SnAl0.3 0.5 0.2
2.7 、SnAl0.4 0.5 0.3 Ba0.08Mg0.08
3.26、SnAl0.4 0.4 0.4 Ba0.083.28、Sn
Al0.4 0.5 0.5 3.6 、SnAl0.4 0.5
0.5 Mg0.1 3.7 、SnAl0.5 0.4 0.5 Mg
0.1 0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Li0.1 Mg0.1
0.2 3.05、SnB0.5 0.5 0.1 Mg0.1 0.2
3.05、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.05
0.1 3.03、SnB0.5 0.5 0.05Mg0.1 0.2
3.03、SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 Mg0.1
0.2 3.65、SnB0.5 0.5 Cs0.05Mg0.050.1
3.03、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3.05、Sn
0.5 0.5 Mg0.1 0.2 3 、SnB0.5 0.5
0.1 0.063.07、SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.14
3.03、SnPBa0.083.58、SnPK0.1 3.55
SnPK0.05Mg0.053.58、SnPCs0.1 3.55
SnPBa0.080.083.54、SnPK0.1 Mg0.1
0.2 3.55、SnPK0.05Mg0.050.1 3.53、Sn
PCs0.1 Mg0.1 0.2 3.55、SnPCs0.05Mg
0.050.1 3.53、Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Ba
0.080.083.54、Sn1.1 Al0.4 0.2 0.6 Li
0.1 0.1 Ba0.1 0.1 3.65、Sn1.1 Al0.4
0.4 0.4 Ba0.083.34、Sn1.1 Al0.4 PCs
0.054.23、Sn1.1 Al0.4 PK0.054.23、Sn
1.2 Al0.5 0.3 0.4 Cs0.2 3.5 、Sn1.2
0.4 0.2 0.6 Ba0.083.68、Sn1.2 Al0.4
0.2 0.6 Ba0.080.083.64、Sn1.2 Al0.4
0.2 0.6 Mg0.04Ba0.043.68、Sn1.2 Al
0.4 0.3 0.5 Ba0.083.58、Sn1.3 Al0.3
0.3 0.4 Na0.2 3.3 、Sn1.3 Al0.2 0.4
0.4 Ca0.2 3.4 、Sn1.3 Al0.4 0.4 0.4
0.2 3.6 、Sn1.4 Al0.4 PK0.2 4.6 、Sn
1.4 Al0.2 Ba0.1 PK0.2 4.45、Sn1.4 Al
0.2 Ba0.2 PK0.2 4.6 、Sn1.4 Al0.4 Ba
0.2 PK0.2 Ba0.1 0.2 4.9 、Sn1.4 Al0.4
PK0.3 4.65、Sn1.5 Al0.2 PK0.2 4.4 、S
1.5 Al0.4 PK0.1 4.65、Sn1.5 Al0.4 PC
0.054.63、Sn1.5 Al0.4 PCs0.05Mg0.1
0.2 4.63、SnSi0.5 Al0.1 0.2 0.1 Ca
0.4 3.1 、SnSi0.4 Al0.2 0.4 2.7 、Sn
Si0.5 Al0.2 0.1 0.1 Mg0.1 2.8 、SnS
0.6 Al0.2 0.2 2.8 、SnSi0.5 Al0.3
0.4 0.2 3.55、SnSi0.5 Al0.3 0.4 0.5
4.30、SnSi0.6 Al0.1 0.1 0.3 3.25、S
nSi0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ba0.2 2.95、Sn
Si0.6 Al0.1 0.1 0.1 Ca0.2 2.95、SnS
0.6 Al0.4 0.2 Mg0.1 3.2 、SnSi0.6
0.1 0.3 0.1 3.05、SnSi0.6 Al0.2 Mg
0.2 2.7 、SnSi0.6 Al0.2 Ca0.2 2.7 、S
nSi0.6 Al0.2 0.2 3 、SnSi0.6 0.2
0.2 3 、SnSi0.8 Al0.2 2.9 、SnSi0.8
Al0.3 0.2 0.2 3.85、SnSi0.8 0.2
2.9 、SnSi0.8 Ba0.2 2.8 、SnSi0.8 Mg
0.2 2.8 、SnSi0.8 Ca0.2 2.8 、SnSi
0.8 0.2 3.1 、Sn0.9 Mn0.3 0.4 0.4 Ca
0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.9 Fe0.3 0.4 0.4
0.1 Rb0.1 2.95、Sn0.8 Pb0.2 Ca0.1
0.9 3.35、Sn0.3 Ge0.7 Ba0.1 0.9 3.35
Sn0.9 Mn0.1 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.2 Mn
0.8 Mg0.1 0.9 3.35、Sn0.7 Pb0.3 Ca0.1
0.9 3.35、Sn0.2 Ge0.8 Ba0.1 0.9 3.35 本発明においては、さらにはSnおよびGeを主体とす
る非晶質酸化物がさらに好ましく、中でも一般式(7) SnGec 3 d 4 e t (7) (式中、M3 は、Al、P、Bから選ばれる少なくとも
一種以上の元素、M4 は周期律表第1(IA)族元素、
第2(IIA)族元素、第3(IIIA)族元素、ハロ
ゲン元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素を表
し、cは0.001以上1以下の数字、dは0.2以上
2以下の数字、eは0.01以上1以下の数字、tは
1.3以上7以下の数字を表す)で示される非晶質酸化
物であることが一層好ましい。
【0092】SnおよびGeを主体とする非晶質酸化
物、および一般式(7)で示される非晶質酸化物として
は、たとえば次の化合物が挙げられるが本発明はこれら
に限定されるわけではない。
【0093】Geが4価の化合物としては、SnGe
0.001 0.1 0.1 0.5 0.65、SnGe0.020.3
0.1 1.84、SnGe0.020.150.15
0.1 1.69、SnGe0.050.3 0.4 0.1 2.5
SnGe0.050.8 0.1 3.15、SnGe0.050.6
0.3 Mg0.1 0.1 3.8 、SnGe0.050.5
0.5 Cs0.050.053.15、SnGe0.1 0.9 0.1
3.5 、SnGe0.1 0.7 0.2 0.1 Mg0.1
3.3 、SnGe0.1 0.5 0.5 Ba0.05
0.1 2.3 、SnGe0.1 0.5 0.5 Pb0.050.1
2.3 、SnGe0.1 0.5 0.5 Mg0.050.15
3.325 、SnGe0.1 0.5 0.5 Mg0.2 0.05
3.425 、SnGe0.1 0.5 0.5 Mg0.013.201
SnGe0.1 0.5 0.5 Al0.05Mg0.1 0.1
3.425 、SnGe0.1 0.5 0.5 Mg0.1 Li0.1
3.35、SnGe0.1 0.5 0.5 Na0.1 3.205 、S
nGe0.1 0.5 0.5 0.1 Ca0.053.275 、Sn
Ge0.1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.1 3.25、S
nGe0.10.5 0.5 0.1 Sc0.023.28、SnG
0.10.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.013.365 、S
nGe0.1 0.5 0.5 Al0.1 0.1 3.4 、SnG
0.1 0.5 0.5 Cs0.1 3.25、SnGe0.1
0.5 0.5 Rb0.1 3.25、SnGe0.1 0.5 0.5
Mg0.1 0.1 Al0.053.475 、SnGe0.1 0.35
0.35Mg0.2 0.1 2.85、SnGe0.1 0.45
0.45Mg0.1 0.1 3.05、SnGe0.2 0.450.45
Mg0.1 0.1 3.35、SnGe0.010.450.45Mg
0.1 0.1 2.97、SnGe0.001 0.450.45Mg
0.1 0.1 2.952 、SnGe0.020.450.45Mg
0.1 0.1 3.09、SnGe0.1 1.0 Mg0.2 0.1
3.95、SnGe0.5 0.7 0.8 0.2 Mg0.2
5.25、SnGe0.8 0.90.90.1 Mg0.1 6.65
SnGe1.0 1.0 1.0 Cs0.1 7.05、SnGe
1.3 1.0 1.0 0.2 8.7 、SnGe0.10.4
0.6 Cs0.13.05、SnGe0.10.5 0.5 Cs
0.050.053.25、SnGe0.20.7 0.2 0.1
0.1 3.5 、SnGe0.21.1 0.1 4.2 、Sn
Ge0.20.7 0.4 0.1 Mg0.1 3.9 、SnGe
0.50.7 0.8 0.2 Mg0.2 5.25、SnGe0.6
0.8 0.8 Cs0.1 5.45、SnGe0.71.8
0.2 7 、SnGe0.8 0.9 0.9 0.2 Mg0.4
6.7 、SnGe1 0.4 As0.1 0.1 0.1 Mg0.1
4.45、SnGe0.1 1.2 、SnGe0.3 1.6 、S
nGe0.5 2.0 、SnGe0.8 2.6 、SnGe
3 、SnGe1.3 3.6等を挙げることができる。
【0094】本発明においては、またSn、Geおよび
Siを主体とする非晶質酸化物も好ましく用いることが
でき、中でも一般式(8) SnGef Sig 3 h 4 i u (8) (式中、M3 は、Al、P、Bから選ばれる少なくとも
一種以上の元素、M4は周期律表第1(IA)族元素、
第2(IIA)族元素、第3(IIIA)族元素、ハロ
ゲン元素から選ばれる少なくとも一種以上の元素を表
し、fは0.001以上1以下の数字、gは0.001
以上2以下の数字、hは0.2以上2以下の数字、iは
0.01以上1以下の数字、uは1.3以上11以下の
数字を表す)で示される非晶質酸化物であることがさら
に好ましい。
【0095】Sn、GeおよびSiを主体とする非晶質
酸化物、および一般式(8)で示される非晶質酸化物と
しては、たとえば次の化合物が挙げられるが本発明はこ
れらに限定されるわけではない。SnGe0.001 SiP
0.1 0.1 0.5 3.65、SnGe0.02Si0.7 0.3
0.1 3.24、SnGe0.05Si0.3 0.3 0.4
0.1 3.1 、SnGe0.05Si0.1 0.6 0.3 Mg
0.1 0.1 4.0 、SnGe0.05Si0.1 0.5 0.5
Cs0.050.053.35、SnGe0.1 Si0.3 0.9
0.1 4.1 、SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Mg
0.1 0.1 3.55、SnGe0.1 Si0.3 0.5 0.5
Al0.1 0.1 3.0 、SnGe0.1 Si0.050.5
0.5 Pb0.050.1 2.4 、SnGe0.1 Si0.1
0.5 0.5 Mg0.050.153.525 、SnGe0.1 Si
0.3 0.5 0.5 Mg0.2 0.054.025 、SnGe
0.1 Si0.1 0.5 0.5 Mg0.013.401 、SnGe
0.1 Si0.050.5 0.5 Al0.05Mg0.1 0.1
3.425 、SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Cs0.1
3.405 、SnGe0.1 Si0.5 0.5 0.5 Mg0.1
0.1 4.35、SnGe0.1 Si0.3 0.5 0.5 Na
0.1 3.805 、SnGe0.1 Si0.1 0.5 0.5 Rb
0.1 3.405 、SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5
0.1 Ca0.053.675 、SnGe0.1 Si0.010.5
0.5 Mg0.1 0.1 0.1 3.27、SnGe0.1 Si
0.020.5 0.5 0.1 Sc0.023.32、SnGe0.1
Si0.2 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 0.013.765
SnGe0.1 Si0.5 0.2 0.3 Al0.1 3.3 、S
nGe0.1 Si0.5 0.2 Mg0.1 Al0.1 2.75、S
nGe0.1 Si0.1 0.5 Al0.1 0.1 3.6 、Sn
Ge0.1 Si0.2 0.5 0.5 Ba0.050.1 3.3
SnGe0.1 Si0.050.5 0.5 Cs0.1 3.26、S
nGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Mg0.013.25、Sn
Ge0.2 Si0.3 0.1 0.1 Mg0.5 0.5 3.15
SnGe0.1 Si0.7 0.1 0.1 0.5 3.25、Sn
Ge0.1 Si0.4 0.350.35Mg0.2 0.1 3.65
SnGe0.2 Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1
3.95、SnGe0.01Si0.2 0.450.45Mg0.1
0.1 2.77、SnGe0.001 Si0.3 0.450.45Mg
0.1 0.1 3.552 、SnGe0.1 Si0.5 1.0 Mg
0.2 0.1 4.95、SnGe0.1 Si0.010.6 0.6
0.1 Mg0.013.68、SnGe0.5 Si0.2 0.7
0.8 0.2 Mg0.2 5.65、SnGe1.0 Si0.001
1.0 1.0 Cs0.1 7.052 、SnGe0.1 Si0.1
0.40.6 Cs0.13.25、SnGe0.1 Si0.2
0.5 0.5 Cs0.050.053.65、SnGe0.2 Si
0.3 0.7 0.2 0.1 Mg0.1 4.1 、SnGe0.2
Si0.1 0.5 0.5 Mg0.1 0.1 3.75、SnGe
0.2 Si0.5 1.1 0.1 5.2 、SnGe0.5 Si
0.3 0.7 0.8 0.2 Mg0.2 5.85、SnGe1
1.2 0.4 As0.1 0.1 0.1 Mg0.1 6.85、S
nGe0.1 Si1.7 4.6 、SnGe0.3 Si2.0
5.6 、SnGe0.5 Si1.5 5 、SnGe0.8 Si
1.2 4.0 、SnGeSi2 7 、SnGe1.3 Si
1.8 7.2 、SnGeSiO5 本発明の非晶質酸化物、および/またはカルコゲナイト
は、焼成法、溶液法のいずれの方法も採用することがで
きるが、焼成法がより好ましい。焼成法では、それぞれ
対応する元素の酸化物、カルコゲナイトあるいは化合物
をよく混合した後、焼成して非晶質酸化物、および/ま
たはカルコゲナイトを得るのが好ましい。
【0096】焼成条件としては、昇温速度として昇温速
度毎分5℃以上200℃以下であることが好ましく、か
つ焼成温度としては500℃以上1500℃以下である
ことが好ましく、かつ焼成時間としては1時間以上10
0時間以下であることが好ましい。且つ、下降温速度と
しては毎分2℃以上107 ℃以下であることが好まし
い。
【0097】本発明における昇温速度とは「焼成温度
(℃表示)の50%」から「焼成温度(℃表示)の80
%」に達するまでの温度上昇の平均速度であり、本発明
における降温速度とは「焼成温度(℃表示)の80%」
から「焼成温度(℃表示)の50%」に達するまでの温
度降下の平均速度である。
【0098】降温は焼成炉中で冷却してもよくまた焼成
炉外に取り出して、例えば水中に投入して冷却してもよ
い。またセラミックスプロセッシング(技報堂出版19
87)217頁記載のgun法・Hammer−Anv
il法・slap法・ガスアトマイズ法・プラズマスプ
レー法・遠心急冷法・melt drag法などの超急
冷法を用いることもできる。またニューガラスハンドブ
ック(丸善1991)172頁記載の単ローラー法、双
ローラ法を用いて冷却してもよい。焼成中に溶融する材
料の場合には、焼成中に原料を供給しつつ焼成物を連続
的に取り出してもよい。焼成中に溶融する材料の場合に
は融液を攪拌することが好ましい。
【0099】焼成ガス雰囲気は好ましくは酸素含有率が
5体積%以下の雰囲気であり、さらに好ましくは不活性
ガス雰囲気である。不活性ガスとしては例えば窒素、ア
ルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン等が挙げられ
る。最も好ましい不活性ガスは純アルゴンである。
【0100】本発明に用いられる負極材料の平均粒子サ
イズは0.1〜60μmが好ましい。所定の粒子サイズ
にするには、良く知られた粉砕機や分級機が用いられ
る。例えば、乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボー
ルミル、衛星ボールミル、遊星ボールミル、旋回気流型
ジェットミルや篩などが用いられる。粉砕時には水、あ
るいはメタノール等の有機溶媒を共存させた湿式粉砕も
必要に応じて行うことが出来る。所望の粒径とするため
には分級を行うことが好ましい。分級方法としては特に
限定はなく、篩、風力分級機などを必要に応じて用いる
ことができる。分級は乾式、湿式ともに用いることがで
きる。
【0101】上記焼成されて得られた化合物の化学式
は、測定方法として誘導結合プラズマ(ICP)発光分
光分析法、簡便法として、焼成前後の粉体の重量差から
算出できる。
【0102】本発明の負極材料には各種元素を含ませる
ことができる。例えば、ランタノイド系金属(Hf、T
a、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)や、電
子伝導性をあげる各種化合物(例えば、Sb、In、N
bの化合物)のドーパントを含んでもよい。添加する化
合物の量は0〜5mol%が好ましい。以下、本発明の
含水溶液にて洗浄された負極材料を用いて、非水二次電
池を作るための他の材料と製造方法について詳述する。
【0103】本発明で用いられる酸化物の正極活物質あ
るいは含水溶液にて洗浄された負極材料の表面を、用い
られる正極活物質や負極材料と異なる化学式を持つ酸化
物で被覆することができる。この表面酸化物は、酸性に
もアルカリ性にも溶解する化合物を含む酸化物が好まし
い。さらに電子伝導性の高い金属酸化物が好ましい。
【0104】例えば、PbO2 、Fe23 、SnO
2 、In23 、ZnOなど、またはこれらの酸化物に
ドーパント(例えば、酸化物では原子価の異なる金属、
ハロゲン元素など)を含ませることが好ましい。特に好
ましくは、SiO2 、SnO2、Fe23 、ZnO、
PbO2 である。これらの表面処理に使用される金属酸
化物の量は、該正極活物質・負極材料当たり、0.1〜
10重量%が好ましく、0.2〜5重量%が特に好まし
く、0.3〜3重量%が最も好ましい。
【0105】また、このほかに、正極活物質や含水溶液
にて洗浄された負極材料の表面を改質することができ
る。例えば、金属酸化物の表面をエステル化剤により処
理、キレート化剤で処理、導電性高分子、ポリエチレン
オキサイドなどにより処理することが挙げられる。
【0106】本発明で用いられる正極活物質は可逆的に
リチウムイオンを挿入・放出できる遷移金属酸化物でも
良いが、特にリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。
本発明で用いられる好ましいリチウム含有遷移金属酸化
物正極活物質としては、リチウム含有Ti、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Wを含む酸化物
が挙げられる。またリチウム以外のアルカリ金属(周期
律表の第1(IA)族、第2(IIA)族の元素)、お
よび/またはAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、S
b、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。混合量
は遷移金属に対して0〜30mol%が好ましい。
【0107】本発明で用いられるより好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合
物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、Ti、V、
Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Wから選ばれる
少なくとも1種)の合計のモル比が0.3〜2.2にな
るように混合して合成することが好ましい。
【0108】本発明で用いられる特に好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、リチウム化合
物/遷移金属化合物(ここで遷移金属とは、V、Cr、
Mn、Fe、Co、Niから選ばれる少なくとも1種)
の合計のモル比が0.3〜2.2になるように混合して
合成することが好ましい。
【0109】本発明で用いられる特に好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質とは、Lix QOy (こ
こでQは主として、その少なくとも一種がCo、Mn、
Ni、V、Feを含む遷移金属)、x=0.02〜1.
2、y=1.4〜3)であることが好ましい。Qとして
は遷移金属以外にAl、Ga、In、Ge、Sn、P
b、Sb、Bi、Si、P、Bなどを混合してもよい。
混合量は遷移金属に対して0〜30mol%が好まし
い。
【0110】本発明で用いられる最も好ましいリチウム
含有遷移金属酸化物正極活物質としては、Lix CoO
2 、Lix NiO2 、Lix MnO2 、Lix Cog
1- g 2 、Lix Mn24 、Lix Cof 1-f
z (ここでx=0.02〜1.2、g=0.1〜0.
9、f=0.9〜0.98、z=2.02〜2.3)が
挙げられる。ここで、上記のx値は、充放電開始前の値
であり、充放電により増減する。
【0111】正極活物質は、リチウム化合物と遷移金属
化合物を混合、焼成する方法や溶液反応により合成する
ことができるが、特に焼成法が好ましい。本発明で用い
られる焼成温度は、本発明で用いられる混合された化合
物の一部が分解、溶融する温度であればよく、例えば2
50〜2000℃が好ましく、特に350〜1500℃
が好ましい。焼成に際しては250〜900℃で仮焼す
る事が好ましい。焼成時間としては1〜72時間が好ま
しく、更に好ましくは2〜20時間である。また、原料
の混合法は乾式でも湿式でもよい。また、焼成後に20
0℃〜900℃でアニールしてもよい。
【0112】焼成ガス雰囲気は特に限定されず酸化雰囲
気、還元雰囲気いずれもとることができる。たとえば空
気中、あるいは酸素濃度を任意の割合に調製したガス、
あるいは水素、一酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウ
ム、クリプトン、キセノン、二酸化炭素等が挙げられ
る。
【0113】本発明の正極活物質の合成に際し、遷移金
属酸化物に化学的にリチウムイオンを挿入する方法とし
ては、リチウム金属、リチウム合金やブチルリチウムと
遷移金属酸化物と反応させることにより合成する方法が
好ましい。
【0114】本発明で用いる正極活物質の平均粒子サイ
ズは特に限定されないが、0.1〜50μmが好まし
い。比表面積としては特に限定されないが、BET法で
0.01〜50m2 /gが好ましい。また正極活物質5
gを蒸留水100mlに溶かした時の上澄み液のpHと
しては7以上12以下が好ましい。
【0115】所定の粒子サイズにするには、良く知られ
た粉砕機や分級機が用いられる。例えば、乳鉢、ボール
ミル、振動ボールミル、振動ミル、衛星ボールミル、遊
星ボールミル、旋回気流型ジェットミルや篩などが用い
られる。焼成によって得られた正極活物質は水、酸性水
溶液、アルカリ性水溶液、有機溶剤にて洗浄した後使用
してもよい。
【0116】本発明に用いられる含水溶液にて洗浄され
た負極材料と正極活物質との組み合わせは、含水溶液に
て洗浄された非晶質酸化物、および/またはカルコゲナ
イドとLix CoO2 、Lix NiO2 、Lix Cog
Ni1-g 2 、Lix MnO 2 、Lix Mn24 、ま
たはLix Cof 1-f z (ここでx=0.02〜
1.2、g=0.1〜0.9、f=0.9〜0.98、
z=2.02〜2.3)の組み合わせであり、これらの
場合に高い放電電圧、高容量で充放電サイクル特性の優
れた非水二次電池を得ることができる。
【0117】本発明の含水溶液にて洗浄された負極材料
へのリチウム挿入の当量は3〜10当量になっており、
この当量に合わせて正極活物質との使用量比率を決め
る。この当量に基づいた使用量比率に、0.5〜2倍の
係数をかけて用いることが好ましい。リチウム供給源が
正極活物質以外では(例えば、リチウム金属や合金、ブ
チルリチウムなど)、水溶液にて洗浄された負極材料の
リチウム放出当量に合わせて正極活物質の使用量を決め
る。このときも、この当量に基づいた使用量比率に、
0.5〜2倍の係数をかけて用いることが好ましい。
【0118】本発明に併せて用いることができる負極材
料としては、リチウム、リチウムと合金可能な金属(例
えば、Al、Al−Mn、Al−Mg、Al−Sn、A
l−In、Al−Cdなど)およびリチウム合金(Li
−Al、Li−Al−Mn、Li−Al−Mg、Li−
Al−Sn、Li−Al−In、Li−Al−Cdな
ど)やリチウムイオンまたはリチウム金属を吸蔵・放出
できる焼成炭素質化合物が挙げられる。
【0119】上記リチウム金属やリチウム合金の併用目
的は、本発明で用いる負極材料にリチウムを電池内で挿
入させるためのものであり、電池反応として、リチウム
金属などの溶解・析出反応を利用するものではない。
【0120】電極合剤には、導電剤や結着剤やフィラー
などを添加することができる。導電剤は、構成された電
池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であ
れば何でもよい。通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒
鉛、土状黒鉛など)、人工黒鉛、カーボンブラック、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金
属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀(特開昭63−1
48,554号)など)粉、金属繊維あるいはポリフェ
ニレン誘導体(特開昭59−20,971号)などの導
電性材料を1種またはこれらの混合物として含ませるこ
とができる。黒鉛とアセチレンブラックの併用がとくに
好ましい。その添加量は、1〜50重量%が好ましく、
特に2〜30重量%が好ましい。カーボンや黒鉛では、
2〜15重量%が特に好ましい。
【0121】結着剤には、通常、でんぷん、ポリビニル
アルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセル
ロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、
テトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエ
ンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、ス
チレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、
ポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴ
ム弾性を有するポリマーなどが1種またはこれらの混合
物として用いられる。また、多糖類のようにリチウムと
反応するような官能基を含む化合物を用いるときは、例
えば、イソシアネート基のような化合物を添加してその
官能基を失活させることが好ましい。その結着剤の添加
量は、1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%
が好ましい。
【0122】フィラーは、構成された電池において、化
学変化を起こさない繊維状材料であれば何でも用いるこ
とができる。通常、ポリプロピレン、ポリエチレンなど
のオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維が用
いられる。フィラーの添加量は特に限定されないが、0
〜30重量%が好ましい。
【0123】本発明の含水溶液にて洗浄された負極材料
を非水二次電池系において使用するに当たっては、本発
明の化合物を含む水分散合剤ペーストを集電体上に塗布
・乾燥し、かつ該水分散合剤ペーストのpHが5以上1
0未満、さらには6以上9未満であることが好ましい。
また、該水分散ペーストの温度を5℃以上80℃未満に
保ち、かつペーストの調製後7日以内に集電体上への塗
布を行うことが好ましい。
【0124】また、放電や充放電特性を改良する目的
で、以下で示す化合物を電解質に添加することが知られ
ている。例えば、ピリジン(特開昭49−108,52
5号)、トリエチルフォスファイト(特開昭47−4,
376号)、トリエタノールアミン(特開昭52−7
2,425号)、環状エーテル(特開昭57−152,
684号)、エチレンジアミン(特開昭58−87,7
77号)、n−グライム(特開昭58−87,778
号)、ヘキサリン酸トリアミド(特開昭58−87,7
79号)、ニトロベンゼン誘導体(特開昭58−21
4,281号)、硫黄(特開昭59−8,280号)、
キノンイミン染料(特開昭59−68,184号)、N
−置換オキサゾリジノンとN,N’−置換イミダゾリジ
ノン(特開昭59−154,778号)、エチレングリ
コールジアルキルエーテル(特開昭59−205,16
7号)、四級アンモニウム塩(特開昭60−30,06
5号)、ポリエチレングリコール(特開昭60−41,
773号)、ピロール(特開昭60−79,677
号)、2−メトキシエタノール(特開昭60−89,0
75号)、AlCl3 (特開昭61−88,466
号)、導電性ポリマー電極活物質のモノマー(特開昭6
1−161,673号)、トリエチレンホスホルアミド
(特開昭61−208,758号)、トリアルキルホス
フィン(特開昭62−80,976号)、モルフォリン
(特開昭62−80,977号)、カルボニル基を持つ
アリール化合物(特開昭62−86,673号)、ヘキ
サメチルホスホリックトリアミドと4−アルキルモルフ
ォリン(特開昭62−217,575号)、二環性の三
級アミン(特開昭62−217,578号)、オイル
(特開昭62−287,580号)、四級ホスホニウム
塩(特開昭63−121,268号)、三級スルホニウ
ム塩(特開昭63−121,269号)などが挙げられ
る。
【0125】また、電解液を不燃性にするために含ハロ
ゲン溶媒、例えば、四塩化炭素、三弗化塩化エチレンを
電解液に含ませることができる(特開昭48−36,6
32号)。
【0126】また、高温保存に適性をもたせるために電
解液に炭酸ガスを含ませることができる(特開昭59−
134,567号)。また、正極や負極の合剤には電解
液あるいは電解質を含ませることができる。例えば、前
記イオン導電性ポリマーやニトロメタン(特開昭48−
36,633号)、電解液(特開昭57−124,87
0号)を含ませる方法が知られている。
【0127】本発明の固体電解質はセパレーターと併用
して使用することが可能である。本発明で用いられる多
孔質膜としては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機
械的強度を持ち、絶縁性の微多孔または隙間のある材料
が用いられる。更に安全性向上のためには、80℃以上
で上記の隙間を閉塞して抵抗を上げ、電流を遮断する機
能を持つことが必要である。これらの隙間の閉塞温度は
90℃以上、180℃以下である。
【0128】隙間の作り方は材料によって異なるが公知
のいずれの方法であってもよい。多孔質フィルムの場合
には、孔の形状は通常円形や楕円形で、大きさは0.0
5μmから30μmであり、0.1μmから20μmが
好ましい。さらに延伸法、相分離法で作った場合のよう
に、棒状や不定形の孔であってもよい。布の場合は隙間
は繊維間の空隙であり織布不織布の作り方に依存する。
これらの隙間の占める比率すなわち気孔率は20%から
90%であり、35%から80%が好ましい。
【0129】本発明の多孔質膜の膜厚は、5μm以上1
00μm以下、より好ましくは10μm以上80μm以
下の微多孔性のフィルム、織布、不織布などの布であ
る。
【0130】本発明の多孔質膜は、エチレン成分を少な
くとも20重量%含むものが好ましく、特に好ましいの
は30%以上含むものである。エチレン以外の成分とし
ては、プロピレン、ブテン、ヘキセン、フッ化エチレ
ン、塩化ビニル、酢酸ビニル、アセタール化ビニルアル
コールが挙げられ、プロピレンフッ化エチレンが特に好
ましい。
【0131】微多孔性のフィルムはポリエチレン、エチ
レン−プロピレン共重合ポリマーやエチレン−ブテン共
重合ポリマーからなるものが好ましい。さらにポリエチ
レンとポリプロピレンポリエチレンとポリ4フッ化エチ
レンを混合溶解して作ったものも好ましい。
【0132】不織布や織布は、糸の径が0.1μmから
5μmで、ポリエチレン、エチレンープロピレン共重合
ポリマー、エチレンーブテン共重合ポリマー、エチレン
ーメチルブテン共重合ポリマー、エチレンーメチルペン
テン共重合ポリマー、ポリプロピレン、ポリ4フッ化エ
チレン繊維からなるものが好ましい。
【0133】これらの多孔質膜は、単一の材料であって
も、複合材料であってもよい。特に孔径、気孔率や孔の
閉塞温度などを変えた2種以上の微多孔フィルムを積層
したもの、微多孔フィルムと不織布、微多孔フィルムと
織布、不織布と紙など異なる形態の材料を複合したもの
が特に好ましい。
【0134】本発明の多孔質膜は、ガラス繊維、炭素繊
維などの無期繊維や、二酸化珪素、ゼオライト、アルミ
ナやタルクなどの無機物の粒子を含んでいてもよい。さ
らに空隙や表面を界面活性剤で処理して親水化したもの
でも良い。
【0135】正・負極の集電体としては、構成された電
池において化学変化を起こさない電子伝導体であれば何
でもよい。例えば、正極には、材料としてステンレス
鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、炭素などの他に
アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケ
ル、チタンあるいは銀を処理させたものが用いられる。
【0136】特に、アルミニウムあるいはアルミニウム
合金が好ましい。負極には、材料としてステンレス鋼、
ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、炭素などの他
に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チ
タンあるいは銀を処理させたもの、Al−Cd合金など
が用いられる。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。こ
れらの材料の表面を酸化することも用いられる。また、
表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが望まし
い。形状は、フォイルの他、フィルム、シート、ネッ
ト、パンチされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊
維群の成形体などが用いられる。厚みは、特に限定され
ないが、1〜500μmのものが用いられる。
【0137】電池の形状はコイン、ボタン、シート、シ
リンダー、偏平、角などいずれにも適用できる。電池の
形状がコインやボタンのときは、正極活物質や負極材料
の合剤はペレットの形状に圧縮されて主に用いられる。
そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決めら
れる。また、電池の形状がシート、シリンダー、角のと
き、正極活物質や負極材料の合剤は、集電体の上に塗布
(コート)、乾燥、圧縮されて、主に用いられる。塗布
方法は、一般的な方法を用いることができる。
【0138】例えば、リバースロール法、ダイレクトロ
ール法、ブレード法、ナイフ法、エクストルージョン
法、カーテン法、グラビア法、バー法、ディップ法及び
スクイーズ法を挙げることができる。その中でもブレー
ド法、ナイフ法及びエクストルージョン法が好ましい。
塗布は、0.1〜100m/分の速度で実施されること
が好ましい。この際、合剤の溶液物性、乾燥性に合わせ
て、上記塗布方法を選定することにより、良好な塗布層
の表面状態を得ることができる。塗布は、片面ずつ逐時
でも両面同時でもよい。
【0139】また、塗布は連続でも間欠でもストライプ
でもよい。その塗布層の厚み、長さや巾は、電池の大き
さにより決められるが、片面の塗布層の厚みは、ドライ
後の圧縮された状態で、1〜2000μmが特に好まし
い。
【0140】ペレットやシートの乾燥又は脱水方法とし
ては、一般に採用されている方法を利用することができ
る。特に、熱風、真空、赤外線、遠赤外線、電子線及び
低湿風を単独あるいは組み合わせて用いることが好まし
い。温度は80〜350℃の範囲が好ましく、特に10
0〜250℃の範囲が好ましい。含水量は、電池全体で
2000ppm以下が好ましく、正極合剤、負極合剤や
電解質ではそれぞれ500ppm以下にすることがサイ
クル性の点で好ましい。ペレットやシートのプレス法
は、一般に採用されている方法を用いることができる
が、特に金型プレス法やカレンダープレス法が好まし
い。プレス圧は、特に限定されないが、0.2〜3t/
cm2 が好ましい。カレンダープレス法のプレス速度は
0.1〜50m/分が好ましく、プレス温度は室温〜2
00℃が好ましい。正極シートに対する負極シート幅の
比は、0.9〜1.1が好ましく、0.95〜1.0が
特に好ましい。正極活物質と負極材料の含有量比は、化
合物種類や合剤処方により異なるため、限定できない
が、容量、サイクル性、安全性の観点で最適な値に設定
できる。
【0141】正・負の電極シートをセパレーターを介し
て重ね合わせた後、それらのシートは、巻いたり、折っ
たりして缶に挿入し、缶とシートを電気的に接続した
後、電解液を注入し、封口板を用いて電池缶を形成す
る。この時、安全弁を封口板として用いることができ
る。安全弁の他、従来から知られている種々の安全素子
を備えつけても良い。例えば、過電流防止素子として、
ヒューズ、バイメタル、PTC素子などが用いられる。
【0142】また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の
対策として、電池缶に切込を入れる方法、ガスケット亀
裂方法あるいは封口板亀裂方法あるいはリード板との切
断方法を利用することができる。また、充電器に過充電
や過放電対策を組み込んだ保護回路を具備させるか、あ
るいは独立に接続させてもよい。
【0143】また、過充電対策として、電池内圧の上昇
により電流を遮断する方式を具備することができる。こ
のとき、内圧を上げる化合物を合剤あるいは電解質に含
ませることができる。内圧を上げる為に用いられる化合
物の例としては、Li2 CO 3 、LiHCO3 、Na2
CO3 、NaHCO3 、CaCO3 、MgCO3 などの
炭酸塩などを挙げることが出来る。
【0144】缶やリード板は、電気伝導性をもつ金属や
合金を用いることができる。例えば、鉄、ニッケル、チ
タン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウムなどの金
属あるいはそれらの合金が用いられる。
【0145】キャップ、缶、シート、リード板の溶接法
は、公知の方法(例、直流又は交流の電気溶接、レーザ
ー溶接、超音波溶接)を用いることができる。封口用シ
ール剤は、アスファルトなどの従来から知られている化
合物や混合物を用いることができる。
【0146】本発明の非水二次電池の用途は、特に限定
されないが、例えば、電子機器に搭載する場合、カラー
ノートパソコン、白黒ノートパソコン、ペン入力パソコ
ン、ポケット(パームトップ)パソコン、ノート型ワー
プロ、ポケットワープロ、電子ブックプレーヤー、携帯
電話、コードレスフォン子機、ページャー、ハンディー
ターミナル、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリン
ター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テ
レビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニデ
ィスク、電気シェーバー、電子翻訳機、自動車電話、ト
ランシーバー、電動工具、電子手帳、電卓、メモリーカ
ード、テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、
メモリーカードなどが挙げられる。その他民生用とし
て、自動車、電動車両、モーター、照明器具、玩具、ゲ
ーム機器、ロードコンディショナー、アイロン、時計、
ストロボ、カメラ、医療機器(ペースメーカー、補聴
器、肩もみ機など)などが挙げられる。更に、各種軍需
用、宇宙用として用いることができる。また、太陽電池
と組み合わせることもできる。
【0147】
【実施例】以下に具体例をあげ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。
【0148】負極活物質合成例−1 ピロリン酸錫10.3g、一酸化錫6.7g、三酸化二
硼素1.7g、炭酸カリウム0.69g、酸化マグネシ
ウム0.4g、二酸化ゲルマニウム1.0gを乾式混合
し、アルミナ製るつぼに入れ、アルゴン雰囲気下15℃
/分で1100℃まで昇温した。1100℃で12時間
焼成した後、10℃/分で室温にまで降温し、焼成炉よ
り取り出して、SnGe0.1 0.5 0.5 Mg0.1
0.1 3.35を得た。該化合物を粗粉砕し、さらにジェッ
トミルで粉砕し、平均粒径7.0μmの粉末を得た(化
合物1−1)。これはCuKα線を用いたX線回折法に
おいて2θ値で28°付近に頂点を有するブロードなピ
ークを有する物であり、2θ値で40°以上70°以下
には結晶性の回折線は見られなかった。
【0149】同様の方法で、それぞれ化学量論量の原料
を混合、焼成、粉砕し以下に示す化合物を合成した。
尚、GeSについては、試薬としてのGeSを1200
℃にまで昇温し、1200℃で5時間焼成した後、10
℃/分で室温にまで降温し、焼成炉より取り出して非晶
質GeSを得た。 SnSiO3 (1−2) GeS (1−3) SnGeO3 (1−4) SnGeSiO5 (1−5) SnSi0.5 0.2 0.3 Al0.1 3.1 (1−6) SnSi0.5 0.2 Mg0.1 Al0.1 2.55 (1−7) SnAl0.4 0.5 0.5 Mg0.1 3.7 (1−8) SnB0.5 0.5 Mg0.1 0.143.03 (1−9) SnAl0.4 0.5 0.5 Cs0.1 3.65 (1−10) SnGe0.1 0.5 0.5 Cs0.1 3.25 (1−11) SnGe0.1 0.5 0.5 Rb0.1 3.25 (1−12) SnGe0.1 0.350.35Mg0.2 0.1 2.85 (1−13) SnGe0.1 0.450.45Mg0.1 0.1 3.05 (1−14) SnGe0.010.450.45Mg0.1 0.1 2.97 (1−15) SnGe0.001 0.450.45Mg0.1 0.1 2.952 (1−16) SnGe0.020.450.45Mg0.1 0.1 3.09 (1−17) SnGe0.5 0.7 0.8 0.2 Mg0.2 5.25 (1−18) SnGe0.8 0.9 0.9 0.1 Mg0.1 6.65 (1−19) SnGe1.0 1.0 1.0 Cs0.1 7.05 (1−20) SnGe0.1 Si0.5 0.2 0.3 Al0.1 3.3 (1−21) SnGe0.1 Si0.5 0.2 Mg0.1 Al0.1 2.75 (1−22) SnGe0.1 Si0.2 0.5 0.5 Mg0.013.25 (1−23) SnGe0.2 Si0.3 0.1 0.1 Mg0.5 0.5 3.15 (1−24) SnGe0.1 Si0.7 0.1 0.1 0.5 3.25 (1−25) SnGe0.01Si0.2 0.450.45Mg0.1 0.1 2.77 (1−26) SnGe0.001 Si0.3 0.450.45Mg0.1 0.1 3.552 (1−27) SnGe0.1 Si0.010.6 0.6 0.1 Mg0.013.68 (1−28) SnGe0.5 Si0.2 0.7 0.8 0.2 Mg0.2 5.65 (1−29) SnGe1.0 Si0.001 1.0 1.0 Cs0.1 7.052 (1−30) 負極電極作成例 負極材料として、前述の化合物(1−1)を用いて、酸
素を20%含む雰囲気下で50度、100度、200
度、300度、400度、500度、600度で回転炉
を用いて攪拌しながら2時間加熱しそれらを88重量
%、鱗片状黒鉛6重量%、更に結着剤としてポリフッ化
ビニリデンの水分散物を4重量%およびカルボキシメチ
ルセルロース1重量%および酢酸リチウム1重量%を加
え、水を媒体として混練してスラリーを作製した。該ス
ラリーを厚さ18μmの銅箔の両面に、エクストルージ
ョン法により塗布し、乾燥後カレンダープレス機により
圧縮成型し、所定の幅、長さに切断して帯状の負極シー
トを作製した。負極シートの厚みは78μmであった。
【0150】正極電極作成例 正極材料として、LiCoO2 を87重量%、鱗片状黒
鉛6重量%、アセチレンブラック3重量%、さらに結着
剤としてポリテトラフルオロエチレン水分散物3重量%
とポリアクリル酸ナトリウム1重量%を加え、水を媒体
として混練して得られたスラリーを厚さ20μmのアル
ミニウム箔の両面に上記と同じ方法で塗布、乾燥、プレ
ス、切断した。そして、厚み250μmの帯状正極シー
トを作製した。正極活物質として、(ア)LiCoO2
の替わりに、(イ)LiNiO2、(ウ)LiMnO
2 、(エ)LiMn2 4 を用いたものも作成した。活
物質はおのおの市販品を用いた。
【0151】高分子固体電解質合成例−1 前述の化合物A−1、B−3、C−1、D−1を重量比
にて50/40/5/5合計50gとして混合し、モノ
マー1gに対して酢酸エチル3ml、LiBF 4 0.2
g、2,2’−アゾビス(メチルイソブチレート)10
mgを添加し均一溶液とした。本溶液を前記負極電極上
に塗布し、60℃にて5時間乾燥した。片面乾燥後、反
対面に対しても同様の操作を行い、片面につき5μmの
固体電解質薄膜を得た(N−1)。
【0152】同様の操作を正極電極上に行い、固体電解
質膜が塗着した複合膜を得た。 高分子固体電解質合成例−2 前述の化合物A−12、B−4、C−6、D−1を重量
比にて40/50/10で混合したモノマー1gに対し
て酢酸エチル3ml、LiBF4 0.2g、2,2’−
アゾビス(メチルイソブチレート)10mgを添加し均
一溶液とした。本溶液を厚さ25μmのポリプロピレン
製多孔質膜(空孔率50%)上に塗布し、60℃にて5
時間乾燥し、孔中に高分子固体電解質が充填されたセパ
レーターを得た(N−3)。
【0153】高分子固体電解質合成例−3 前述の化合物A−12、B−10、C−8、D−1をモ
ル比にて70/20/5/5混合したモノマー1gに対
して酢酸エチル3ml、LiBF4 0.2gを添加し均
一溶液とした。本溶液を厚さ25μmのポリプロピレン
製多孔質膜(空孔率50%)上に塗布し、電子線を照射
し、孔中に高分子固体電解質が充填されたセパレーター
を得た(N−4)。
【0154】ラテックス合成例 (前述の化合物P−11の合成)攪拌装置と冷却管を取
り付けた1リットルの三つ口フラスコ中にアリル−N−
メチルナトリウムタウライド2.0gとN−メチロール
アクリルアミド2.7g、蒸留水480mlを入れ、窒
素気流下で80℃に加熱し攪拌した。この溶液に過硫酸
カリウム0.3gを加え、5分攪拌を続けた後、別途調
整しておいたモノマー溶液(メタクリル酸メチル30
g、メタクリル酸PEOエステル(M−90G、新中村
化学)22g、エチレングリコール−ジ−メタクリレー
ト5.5g)を一時間かけて滴下した。滴下終了後に過
硫酸カリウム0.2gを加え3時間反応を続けた。反応
液を室温まで冷却した後、得られたラテックス液を10
ミクロンのポアサイズの濾紙で濾過して化合物P−11
ラテックス液538gを得た(固形分収率は92.5%
であった)。
【0155】同様にして化合物P−12〜P−17を合
成した。 (化合物P−18の合成)P−11を合成したのと同じ
装置で、ドデシル−ジ−フェニルエーテル−ジ−硫酸ナ
トリウム(40%水溶液)1.7ml、蒸留水450m
l、N−メチロールアクリルアミド3gを入れ、窒素気
流下で60℃に加熱し攪拌した。この溶液に2規定アン
モニア水1.5ml、0.01規定硫酸第一鉄3.8m
lを添加し10分攪拌し、別途調整しておいたモノマー
溶液(ベンジルメタクリレート50g、メタクリル酸P
EOエステル(M−90G、新中村化学)56g、エチ
レングリコール−ジ−メタクリレート3.5g)を添加
した。続いて過硫酸カリウム0.2g、亜硫酸水素ナト
リウム0.08gを加え2時間反応を行い、更に過硫酸
カリウム0.2g、亜硫酸水素ナトリウム0.08gを
加え3時間反応を続けた。反応液を室温まで冷却した
後、得られたラテックス液を10ミクロンのポアサイズ
の濾紙で濾過して化合物P−18ラテックス液520g
を得た(固形分収率は91.5%であった)。
【0156】同様にして化合物P−19〜P−28を合
成した。 (化合物P−29の合成)P−11を合成したのと同じ
装置で、ドデシル−ジ−フェニルエーテル−ジ−硫酸ナ
トリウム(40%水溶液)1.7ml、蒸留水450m
lを入れ、窒素気流下で60℃に加熱し攪拌した。この
溶液に別途調整しておいたモノマー溶液(ベンジルメタ
クリレート50g、メタクリル酸PEOエステル(M−
20G、新中村化学)22g、エチレングリコール−ジ
−メタクリレート3.5g、グリシジルメタクリレート
3.8g)を添加した。続いて過硫酸カリウム0.2
g、亜硫酸水素ナトリウム0.08gを加え2時間反応
を行い、更に過硫酸カリウム0.2g、亜硫酸水素ナト
リウム0.08gを加え3時間反応を続けた。反応液を
室温まで冷却した後、得られたラテックス液を10ミク
ロンのポアサイズの濾紙で濾過して化合物P−29ラテ
ックス液528gを得た(固形分収率は94.5%であ
った)。
【0157】同様にして化合物P−30〜P−35を合
成した。 (化合物P−36の合成)P−11を合成したのと同じ
装置で、ドデシル−ジ−フェニルエーテル−ジ−硫酸ナ
トリウム(40%水溶液)1.7ml、蒸留水450m
lを入れ、窒素気流下で60℃に加熱し攪拌した。この
溶液にスチレン−ブタジエンラテックス10ml(Ni
pol LX−206、日本ゼオン社製)を添加した。
次に別途調整しておいたモノマー溶液(ベンジルメタク
リレート50g、メタクリル酸PEOエステル(M−4
0G、新中村化学)30g、エチレングリコール−ジ−
メタクリレート3.5g、グリシジルメタクリレート
3.8g)を添加した。続いて過硫酸カリウム0.2
g、亜硫酸水素ナトリウム0.08gを加え2時間反応
を行い、更に過硫酸カリウム0.2g、亜硫酸水素ナト
リウム0.08gを加え3時間反応を続けた。反応液を
室温まで冷却した後、得られたラテックス液を10ミク
ロンのポアサイズの濾紙で濾過して化合物P−36ラテ
ックス液542gを得た(固形分収率は94%であっ
た)。
【0158】同様にして化合物P−37〜P−38を合
成した。 (高分子固体電解質膜の作成)〔表2〕に示す構成の高
分子固体電解質膜M−1〜M−8を作成した。
【0159】(コロナ放電表面処理多孔質膜を用いた高
分子固体電解質膜M−1の作成)多孔質ポリプロピレン
フィルム(商品名ジュラガード2500、ダイセル化学
(株))に28m/minの処理スピードでエネルギー
密度1.8J/cm2で処理した。このフィルム上にP
−11のラテックス溶液を1平方メートル当り40ml
塗布した。次に、この塗布膜を80℃の恒温槽の中で2
4時間乾燥し、高分子固体電解質膜M−1を得た。水
洗、乾燥後、ジュラガードを含む膜厚は32ミクロンで
あった。
【0160】同様にして高分子固体電解質膜M−2〜M
−8を作成した。用いたラテックス、塗布面(片面また
は両面)を表2に示す。
【0161】
【表2】
【0162】実施例−1 図1は、円筒型電池の断面を示す。
【0163】上記負極シートおよび正極シートのそれぞ
れ端部にそれぞれニッケル、アルミニウムのリード板を
スポット溶接した後、露点−40℃以下の乾燥空気中で
230℃で30分脱水乾燥した。さらに、脱水乾燥済み
正極シート(8)、微多孔性ポリエチレンフィルムセパ
レーター、脱水乾燥済み負極シート(9)および高分子
固体電解質膜M−1(10)の順で積層し、これを巻き
込み機で渦巻き状に巻回した。
【0164】この巻回体を、負極端子を兼ねるニッケル
メッキを施した鉄製の有底円筒型電池缶(11)に収納
した。さらに、電解液としてエチレンカーボネート:ジ
エチルカーボネート=2:8(重量)にLiPF6 を1
mol/lの濃度で溶解させたものを電池缶に注入し
た。正極端子を有する電池蓋(12)をガスケット(1
3)を介してかしめて円筒型電池を作製した。なお、正
極端子(12)は正極シート(8)と、電池缶(11)
は負極シート(9)と予めリード端子により接続した。
なお、(14)は安全弁である。本電池を500本作成
し2.8Vまで充電した後、室温で1ヶ月放置し、電圧
を測定した。2V以下に電圧が低下していたものはなか
った。
【0165】実施例−2〜16 実施例−1で用いた高分子固体電解質、正極、負極を表
−3に示す組み合わせにて同様の試験を行った結果を表
3に示す。
【0166】実施例−17 実施例−1で用いた高分子固体電解質M−1の代わりに
ジュラガード、負極シートの代わりにN−3を用いて試
験を行ったが2V以下に電圧が低下していたものは0%
であった。
【0167】実施例−18 実施例−1で用いた高分子固体電解質M−1の代わりに
ジュラガード、負極シートの代わりにN−4を用い、電
解液は添加せず試験を行ったが2V以下に電圧が低下し
ていたものは0%であった。
【0168】
【表3】
【0169】比較例−1 実施例1において高分子固体電解質膜の代わりにジュラ
ガードをもちいて電池を作成し、同様のテストを行っ
た。2V以下に電圧が低下し、微少内部短絡を起こして
いたものは13本であった。
【0170】
【発明の効果】本発明のように、酸化物、および/また
はカルコゲナイドである負極材料を用いた電池において
固体電解質を用いると製品の得率を改善された非水二次
電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用した円筒型電池の断面図を示した
ものである。
【符号の説明】
8 正極シート 9 負極シート 10 セパレーター 11 電池缶 12 電池蓋 13 ガスケット 14 安全弁

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極活物質、リチウムを挿入、放出する
    Sn、Al、B、P、Si、Geから選ばれる少なくと
    も1種の原子を含むカルコゲン化合物及び/又は酸化物
    を主体とする負極材料、リチウム塩を含む非水電解質か
    らなる非水二次電池であって、該非水電解質の構成成分
    として固体電解質を含有していることを特徴とする非水
    二次電池。
  2. 【請求項2】 該非水電解質の構成成分として高分子固
    体電解質を含有していることを特徴とする請求項1記載
    の非水二次電池。
  3. 【請求項3】 該非水電解質の構成成分として少なくと
    も1種の有機溶媒および高分子固体電解質を含有してい
    ることを特徴とする請求項2記載の非水二次電池。
  4. 【請求項4】 該非水電解質の構成成分として少なくと
    も1種の有機溶媒および高分子固体電解質および多孔質
    膜を含有していることを特徴とする請求項3記載の非水
    二次電池。
  5. 【請求項5】 該高分子固体電解質が下記一般式
    (1)、(2)、(3)、(4)で表される少なくとも
    一つの単量体を重合させて得られる高分子マトリックス
    からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項
    に記載の非水二次電池。 一般式(1) 【化1】 式中R1 は水素原子またはメチル基を表す。X1 は二価
    の連結基を表し、R2は水素原子、アルキル基、アルケ
    ニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基を表
    す。 一般式(2) 【化2】 4 はR1 と同義であり、X2 はX1 と同義またはシア
    ノ基である。R5 は−(CH(R6 )CH(R7 )O)
    m −R8 またはX3 −R9 である。R6 は水素原子また
    はアルキル基であり、R7 はR6 と同義である。mは1
    以上50以下の整数であり、X3 は炭素数1以上10以
    下のアルキレン基であり、R9 は鎖状エーテル以外の極
    性基を表す。 一般式(3) CH2 =C(R10)C(O)−X4 −(O)C(R11
    C=CH210、R11はR1 と同義である。X4 は−NH−X5
    NH−または−O−X 6 −O−である。X5 はアルキレ
    ン基または−(CH(R12)CH(R13)O)n−基で
    ある。R12、R13はR6 と同義である。nは1以上20
    以下の整数である。 一般式(4) (CH2 =C(R14)C(O)−O−CH2 3 C−R
    1515は炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。
  6. 【請求項6】 該高分子固体電解質が請求項5記載の一
    般式(1)および/または(2)および(3)および/
    または(4)およびエチレン性不飽和基を一つ有し、側
    鎖に架橋性基を有する単量体を重合させて得られるラテ
    ックスであり、該ラテックスを多孔質膜上に塗布、乾燥
    することにより形成される高分子固体電解質膜からなる
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
    非水二次電池。
  7. 【請求項7】 該負極材料の少なくとも1種が、一般式
    (6) SnM1 a 2 b c (6) (式中M1 は、Al、B、P、Si、Geから選ばれる
    少なくとも1種以上の元素、M2 は周期律表1族元素、
    第2族元素、第3族元素、ハロゲン元素から選ばれる少
    なくとも1種以上の元素を表し、aは0.2以上2以下
    の数字、bは0.01以上1以下の数字で0.2<a+
    b<2、cは1以上6以下の数字を表す)で示される非
    晶質酸化物であることを特徴とする請求項1または2に
    記載の非水二次電池。
  8. 【請求項8】 少なくとも該負極材料を含む水性分散物
    が導電性支持体に塗布、乾燥されて成る負極を用いるこ
    とを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の非
    水二次電池の製造方法。
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