JPH10284045A - Manufacture of porous polymer electrolyte and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Manufacture of porous polymer electrolyte and nonaqueous electrolyte battery

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JPH10284045A
JPH10284045A JP9098384A JP9838497A JPH10284045A JP H10284045 A JPH10284045 A JP H10284045A JP 9098384 A JP9098384 A JP 9098384A JP 9838497 A JP9838497 A JP 9838497A JP H10284045 A JPH10284045 A JP H10284045A
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JP
Japan
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electrolyte
battery
polymer
porous polymer
polymer electrolyte
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JP9098384A
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Japanese (ja)
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Mikio Okada
幹雄 岡田
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte capable of enhancing high rate discharge property of a battery at low temperature, safety, and the capacity by increasing the utilization factor of an active material by perforating a polymer by elongation to obtain a specified range of porosity, and wetting or swelling the polymer with an electrolyte. SOLUTION: Porosity is limited to 10-80%. A polymer preferably contains polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and a monomer constituting these polymers. A battery having a positive electrode retaining an electrolyte of 30-95 volume % of the pore volume, a negative electrode, and a porous polymer electrolyte is obtained. Since ions can be passed through not only an electrolyte on the pores but also the inside of the polymer electrolyte, high rate charge/discharge is made possible. Since tensile strength is increased and thickness of a film is made thin by elongation, the amount of an active material can be increased. Local pressure increase caused by vaporization of the electrolyte by heat is suppressed by gas in the vicinity of an electrode. By omitting a safety element of the battery, cost is reduced.

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】本発明は非水電解質電池用有
孔性高分子電解質の製造法及び非水電解質電池に関す
る。
The present invention relates to a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery and a non-aqueous electrolyte battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】非水系の電解液を使用し、負極にアルカ
リ金属を使用する電池は、3V以上の高電圧系電池とす
ることが可能であるため、高エネルギー密度電池とする
ことができるが、二次電池においては、充電時のアルカ
リ金属のデンドライト析出によって短絡が発生しやす
く、寿命が短いという欠点があり、また、アルカリ金属
の反応性が高いために、安全性を確保することが困難で
ある。そのために、例えばリチウム電池においては、金
属リチウムのかわりに、金属リチウムのデンドライトが
析出しにくいグラファイトやカーボン等の炭素系負極を
使用し、正極にコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウ
ムを使用する、いわゆるリチウムイオン電池が考案さ
れ、高エネルギー密度電池として用いられてきている。
しかし、炭素系負極の利用率が大きくなりインターカレ
ーションが進んだ際に、短絡等による発熱によって電解
液が気化し、急激な電池の内圧上昇がおこった場合に
は、負極中のリチウムと炭素とが反応してリチウムカー
バイドが生成して発熱し、結果としてさらに電池の内圧
が急激に上昇するため、安全性に問題があった。従っ
て、現在その炭素系負極の利用率は、安全性を考慮して
60%未満(LiX 6 、0≦x<0.6)に制限され
ており、エネルギー密度の高い実用的な電池が得られな
いという問題点があった。
2. Description of the Related Art A battery using a non-aqueous electrolytic solution and using an alkali metal for the negative electrode can be a high-voltage battery of 3 V or more. However, secondary batteries have the drawback that short-circuiting is likely to occur due to dendritic deposition of alkali metal during charging, and the life is short, and it is difficult to ensure safety due to high reactivity of alkali metal. It is. Therefore, for example, in a lithium battery, instead of metallic lithium, a carbon-based negative electrode such as graphite or carbon in which dendrites of metallic lithium are unlikely to be used is used, and lithium cobaltate or lithium nickelate is used for a positive electrode, so-called lithium. Ion batteries have been devised and used as high energy density batteries.
However, when the utilization rate of the carbon-based negative electrode increases and intercalation progresses, the electrolytic solution evaporates due to heat generated by a short circuit or the like, and when the internal pressure of the battery rapidly increases, lithium in the negative electrode and carbon Reacts with lithium to generate lithium carbide and generate heat. As a result, the internal pressure of the battery rapidly rises, and there is a problem in safety. Therefore, the utilization rate of the carbon-based negative electrode is currently limited to less than 60% (Li X C 6 , 0 ≦ x <0.6) in consideration of safety. There was a problem that it could not be obtained.

【0003】リチウム電池及びリチウムイオン電池(以
後、まとめてリチウム系電池と記す)は、充放電反応に
おいて電極反応に関与するリチウムイオンの量の大部分
が、電解液に溶解しているリチウムイオンではなく、電
極の活物質から放出するリチウムイオンが電解液中を移
動して対極に到達するものであるため、そのリチウムイ
オンの移動距離は長い。しかも、水溶液系電池中のプロ
トン及び水酸化物イオンの輸率が1に近い値を示すのに
対して、リチウム系電池中の電解液中のリチウムイオン
の室温での輸率は通常0.5以下であり、電解質中のイ
オンの移動速度はイオンの濃度拡散に支配され、また有
機電解液は水溶液と比較して粘性が高いためにイオンの
拡散速度が遅い。従って、リチウム系電池では、水溶液
系の電池と比較して高率での充放電性能に劣るという問
題点があった。
In a lithium battery and a lithium ion battery (hereinafter collectively referred to as a lithium battery), most of the amount of lithium ions involved in an electrode reaction in a charge / discharge reaction is based on lithium ions dissolved in an electrolyte. However, since the lithium ions released from the active material of the electrode move in the electrolytic solution and reach the counter electrode, the moving distance of the lithium ion is long. In addition, while the transport numbers of protons and hydroxide ions in an aqueous battery show a value close to 1, the transport numbers of lithium ions in an electrolyte in a lithium battery at room temperature are usually 0.5. As described below, the moving speed of ions in the electrolyte is governed by the concentration diffusion of ions, and the diffusion speed of ions is slow because the organic electrolyte has higher viscosity than the aqueous solution. Therefore, the lithium-based battery has a problem that the charge-discharge performance at a high rate is inferior to that of the aqueous-based battery.

【0004】上記リチウム系電池においては、ポリエチ
レン又はポリプロピレン等の微孔膜がセパレータとして
使用されている。微孔性有機高分子膜の製作法には、主
に湿式法と延伸法とが用いられる。湿式法は、有機高分
子を液体に溶解してシート状に広げたものを、液漕に浸
漬することによって有機高分子を溶解していた液体を除
去して、その液体が抜けた部分を孔とする、方向性のな
い微孔性有機高分子膜の製造法であり、その円形又は楕
円形の孔を有する微孔膜セパレータは密閉型ニッケルカ
ドミウム電池へ適用されている。延伸法は、有機高分子
膜を延伸することによって、膜に方向性のある孔をあけ
る微孔膜の製造法であり、広く二次電池に適用されてい
る。また、これら以外に、塩やでんぷん等の微粒子を有
機高分子中に加えてシート状にし、その後に微粒子を液
体に溶解させて除去することによる微孔性有機高分子膜
の製作方法もある。また、有機高分子を高温で液体に溶
解させ、冷却することによって有機高分子を固化させた
後に液体を取り除く微孔性有機高分子膜の製作法もあ
る。また、熱による微孔性有機高分子膜の融解によって
孔が塞がるシャットダウン効果を利用して、セパレータ
に電池の安全機構を持たせることが行われている。この
機構によって、電池が発熱して危険な状態になった場合
においても、正極と負極の間を絶縁することができ、更
なる正負極の反応を抑制することができる。
[0004] In the lithium battery, a microporous membrane such as polyethylene or polypropylene is used as a separator. As a method for producing the microporous organic polymer film, a wet method and a stretching method are mainly used. In the wet method, a liquid obtained by dissolving an organic polymer in a liquid and spreading it in a sheet shape is immersed in a liquid tank to remove the liquid in which the organic polymer has been dissolved. The microporous organic polymer membrane having circular or elliptical holes is applied to a sealed nickel cadmium battery. The stretching method is a method for producing a microporous film in which a directional hole is formed in a film by stretching an organic polymer film, and is widely applied to secondary batteries. In addition, there is a method for producing a microporous organic polymer film by adding fine particles such as salt and starch into an organic polymer to form a sheet, and then dissolving and removing the fine particles in a liquid. There is also a method of manufacturing a microporous organic polymer film in which an organic polymer is dissolved in a liquid at a high temperature and cooled to solidify the organic polymer and then remove the liquid. In addition, a separator is provided with a battery safety mechanism by utilizing a shutdown effect in which pores are closed by melting of a microporous organic polymer film due to heat. With this mechanism, even when the battery generates heat and enters a dangerous state, it is possible to insulate between the positive electrode and the negative electrode, and further suppress the reaction between the positive electrode and the negative electrode.

【0005】非水系電池は、電解質に水溶液を使用した
鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池
などと異なり、電解質に可燃性の有機電解液を使用する
ため、電池の安全な使用を可能にするために、その安全
性上の問題から、安全弁、保護回路、PTC素子等の、
様々な安全化素子を備える必要があり、コストが高くな
るという問題があり、また、活物質の利用率も制限され
ているため、電池のエネルギー密度が活物質の理論容量
から期待される値よりも大幅に小さくなるという問題点
がある。従って、有機電解液の代わりに、より化学反応
性に乏しい固体高分子電解質を用いることによって電池
の安全性を向上させることが試みられている。また、電
池形状の柔軟性、製造工程の簡易化、製造コストの削減
等の目的においても固体高分子電解質の適用が試みられ
ている。
[0005] Non-aqueous batteries, unlike lead-acid batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and the like, which use an aqueous solution for the electrolyte, use a flammable organic electrolyte for the electrolyte, thus enabling safe use of the battery. Because of the safety problems, safety valves, protection circuits, PTC elements, etc.
It is necessary to provide various safety elements, and there is a problem that the cost is high.In addition, since the utilization rate of the active material is limited, the energy density of the battery is higher than expected from the theoretical capacity of the active material. Is also greatly reduced. Therefore, it has been attempted to improve the safety of the battery by using a solid polymer electrolyte having less chemical reactivity instead of the organic electrolyte. Also, application of solid polymer electrolytes has been attempted for the purpose of flexibility of battery shape, simplification of manufacturing process, reduction of manufacturing cost, and the like.

【0006】高分子電解質としては、ポリエチレンオキ
シド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテルとア
ルカリ金属塩との錯体が多く研究されている。しかし、
ポリエーテルは十分な機械的強度を保ったまま高いイオ
ン伝導性を得ることが困難であり、しかも導電率が温度
に大きく影響されるために室温で十分な導電率が得られ
ないことから、ポリエーテルを側鎖に有するくし型高分
子、ポリエーテル鎖と他のモノマーの共重合体、ポリエ
ーテルを側鎖に有するポリシロキサン又はポリフォスフ
ァゼン、ポリエーテルの架橋体などが試みられている。
As the polymer electrolyte, many studies have been made on complexes of polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide with alkali metal salts. But,
Polyether is difficult to obtain high ionic conductivity while maintaining sufficient mechanical strength, and since the conductivity is greatly affected by temperature, sufficient conductivity cannot be obtained at room temperature. Attempts have been made to use a comb-type polymer having an ether in the side chain, a copolymer of a polyether chain and another monomer, a polysiloxane or polyphosphazene having a polyether in the side chain, a crosslinked product of a polyether, and the like.

【0007】また、ポリエーテル系高分子電解質のよう
に、塩を溶解した高分子電解質では、カチオン及びアニ
オンの両方が移動し、通常室温でのカチオンの輸率は
0.5以下である。従って、−SO3-や−COO- のよ
うなアニオン基を有する高分子電解質を合成し、そのカ
チオンの輸率を1とすることも試みられているが、カチ
オンが強くアニオン基に束縛されるためにイオン導電率
が非常に低く、電池に使用することは非常に困難であっ
た。
[0007] In a polymer electrolyte in which a salt is dissolved, such as a polyether-based polymer electrolyte, both cations and anions move, and the cation transport number at room temperature is usually 0.5 or less. Therefore, -SO 3- or -COO - by combining a polymer electrolyte having an anionic group such as, but attempts have been made to the transference number of the cation and 1, it is bound to anionic groups strongly cation Therefore, the ionic conductivity was very low, and it was very difficult to use it for batteries.

【0008】さらに、電解液で高分子を湿潤又は膨潤さ
せることによってゲル状の高分子電解質を製作し、非水
系電池に適用することも試みられている。このゲル状の
高分子電解質において使用されている高分子には、ポリ
アクリロニトリル、ポリビニルサルフォン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルピロリ
ジノン等がある。ビニリデンフルオライドとヘキサフル
オロプロピレンとの共重合体を用いることによって高分
子の結晶化度を低下させ、電解液で湿潤又は膨潤し易く
して導電率を向上させることも試みられている。また、
ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエ
ン、ポリビニルピロリドン等のラテックスの乾燥によっ
て高分子膜を製作し、これを電解液で湿潤又は膨潤させ
ることによって高分子電解質膜を製作することも試みら
れている。このラテックスを用いた高分子電解質の製作
においては二種類の高分子を混合し、電解液が染み込み
難く強い機械的強度を保つ高分子相と、電解液が染み込
みやすく高いイオン導電率を示す高分子相との混合系と
することによって機械的強度とイオン伝導性を供与する
高分子膜が提案されている。
Further, it has been attempted to produce a gel polymer electrolyte by wetting or swelling the polymer with an electrolytic solution, and to apply the gel polymer electrolyte to a non-aqueous battery. Polymers used in the gel polymer electrolyte include polyacrylonitrile, polyvinyl sulfone, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl pyrrolidinone, and the like. Attempts have also been made to reduce the crystallinity of the polymer by using a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, and to improve the conductivity by facilitating wetting or swelling with an electrolytic solution. Also,
Attempts have also been made to produce a polymer membrane by drying a latex such as nitrile rubber, styrene-butadiene rubber, polybutadiene, polyvinylpyrrolidone, etc., and wetting or swelling it with an electrolyte solution. In the production of a polymer electrolyte using this latex, two types of polymers are mixed, and a polymer phase that does not easily penetrate the electrolyte and maintains strong mechanical strength, and a polymer that easily permeates the electrolyte and exhibits high ionic conductivity A polymer membrane that provides mechanical strength and ionic conductivity by using a mixed system with a phase has been proposed.

【0009】また、高分子電解質膜の機械的強度の増強
及び扱い易さの向上のために、ポリオレフィンの微孔性
膜の孔中に高分子電解質を充填した固体電解質や、イオ
ン導電率向上及びカチオンの輸率の増大等を目的とする
無機固体電解質粉末を含む有機高分子電解質についても
報告されている。
Further, in order to enhance the mechanical strength of the polymer electrolyte membrane and improve the ease of handling, a solid electrolyte in which the polymer electrolyte is filled in the pores of the polyolefin microporous membrane, an ionic conductivity improvement and An organic polymer electrolyte containing an inorganic solid electrolyte powder for the purpose of increasing the cation transport number has also been reported.

【0010】以上のように、種々の有機高分子セパレー
タや高分子電解質が数多く提案されているが、イオンの
拡散速度が遅いという問題を本質的に克服した機能膜は
なく、従って非水系電池の性能は水溶液系電池に比較し
て十分なものとは言えなかった。
As described above, various organic polymer separators and polymer electrolytes have been proposed. However, there is no functional membrane that essentially overcomes the problem that the ion diffusion rate is slow. The performance was not sufficient as compared with the aqueous battery.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】有機電解液は、水溶液
と比較してイオンの伝導度が極めて低く、その拡散速度
が遅いために、特に低温において高率での充放電特性が
劣化するという問題点があった。
The problem of the organic electrolyte solution is that the conductivity of ions is extremely low as compared with that of an aqueous solution, and the diffusion rate thereof is low. There was a point.

【0012】従来の有機電解液を使用した非水電解質電
池は、電解液で膨潤も湿潤もしないポリエチレン又はポ
リプロピレンをセパレータとして用いていた。従って、
セパレータが電解液を吸収して電極全体に均一に電解液
を行き渡らせることがないために、電池への電解液の注
液量が少ない場合には、電解液が電池全体に均一に行き
渡らないために、十分な電池性能が得られなかった。従
って、十分な電池性能を得るためには、多量に電解液を
注液する必要があり、その結果として電極及びセパレー
タの孔中、及び電極とセパレータとの隙間は、すべて電
解液で占められていた。従って、釘刺し等の安全性試験
をおこなった場合、局所的な圧力上昇に対してクッショ
ンとなる気体が電極近傍に存在しないために、内部短絡
箇所の発熱による、その近辺の電解液の気化によって局
所的に圧力が急激に増大し、発熱連鎖反応の発端となる
反応が生じ易くなり、その安全性が低下する。従って、
電池の安全性を向上させるために、活物質の利用率を制
限する必要があり電池の容量が制限され、また、様々な
安全化素子を備える必要があるためにコストが高くなる
といった問題点があった。
A conventional nonaqueous electrolyte battery using an organic electrolyte solution uses polyethylene or polypropylene, which does not swell or wet with the electrolyte solution, as a separator. Therefore,
Since the separator does not absorb the electrolyte and spread the electrolyte uniformly throughout the electrode, the electrolyte does not spread evenly throughout the battery if the amount of electrolyte injected into the battery is small. However, sufficient battery performance was not obtained. Therefore, in order to obtain sufficient battery performance, it is necessary to inject a large amount of the electrolytic solution, and as a result, the electrolyte and the pores of the electrode and the separator and the gap between the electrode and the separator are all occupied by the electrolytic solution. Was. Therefore, when a safety test such as nail penetration is performed, there is no gas that acts as a cushion against local pressure rise near the electrode, and heat is generated at the internal short-circuit point, causing vaporization of the electrolyte near the electrode. The pressure suddenly increases locally, and the reaction that is the starting point of the exothermic chain reaction is likely to occur, and the safety is reduced. Therefore,
In order to improve the safety of the battery, it is necessary to limit the utilization rate of the active material, which limits the capacity of the battery, and also requires various safety elements to increase the cost. there were.

【0013】従来の固体電解質を使用した非水電解質電
池は、固体電解質中のイオンの拡散速度が有機電解液と
比較して非常に遅いために、電極反応に必要なリチウム
イオンの供給が十分におこなわれず、高率での充放電及
び低温での充放電をおこなった場合に十分な電池性能が
得られないという問題点があった。
In a conventional non-aqueous electrolyte battery using a solid electrolyte, the diffusion rate of ions in the solid electrolyte is much lower than that of an organic electrolyte, so that the supply of lithium ions required for an electrode reaction is not sufficient. However, when charging and discharging at a high rate and charging and discharging at a low temperature are performed, sufficient battery performance cannot be obtained.

【0014】本発明は上記問題点に鑑みなされた、延伸
によって高分子に孔をあける非水電解質電池用有孔性高
分子電解質の製造法である。本発明による有孔性高分子
電解質を用いることによって、低温においても高率での
充放電が良好で、従来の同エネルギー密度電池よりも安
全性に優れた電池の製造が可能となり、活物質の利用率
の向上による電池の高容量化及び安全化素子の省略によ
る電池の低コスト化が可能となる。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery in which pores are formed in a polymer by stretching. By using the porous polymer electrolyte according to the present invention, the charge / discharge at a high rate is good even at a low temperature, and it is possible to manufacture a battery that is more safe than a conventional energy density battery, and the active material It is possible to increase the capacity of the battery by improving the utilization factor and to reduce the cost of the battery by omitting the safety element.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】そこで、下記発明によっ
て上記課題を解決するものである。
The object of the present invention is achieved by the following invention.

【0016】延伸によって高分子に孔をあけることを特
徴とする非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製造法
である第1の発明。
A first aspect of the present invention is a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, wherein pores are formed in the polymer by stretching.

【0017】延伸によって孔をあけた高分子を、電解液
で湿潤又は膨潤させることを特徴とする非水電解質電池
用有孔性高分子電解質の製造法である第2の発明。
A second invention which is a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, wherein the polymer having holes formed by stretching is wetted or swelled with an electrolytic solution.

【0018】第1又は2の発明に係り、延伸によって高
分子の多孔度を10%以上80%以下とすることを特徴
とする非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製造法で
ある第3の発明。
According to the first or second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, wherein the porosity of the polymer is made 10% to 80% by stretching. Third invention.

【0019】第1、2又は3の発明に係り、延伸によっ
て孔をあける高分子がその成分として、ポリビニリデン
フルオライド、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニ
ル、および前記有機高分子を構成する各種モノマーを構
造中に有する共重合体のうち少なくとも一つを含むこと
を特徴とする非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製
造法である第4の発明。
According to the first, second or third aspect of the present invention, the polymer which forms pores by stretching comprises, as its components, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and various monomers constituting the organic polymer. A fourth invention which is a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, comprising at least one of the copolymers contained therein.

【0020】孔体積の30%以上95%以下の体積の電
解液を保持させた正極、負極あるいは有孔性高分子電解
質を備え、第1、2、3又は4の発明による有孔性高分
子電解質を備えたことを特徴とする非水電解質電池であ
る第5の発明。
The porous polymer according to the first, second, third or fourth invention is provided with a positive electrode, a negative electrode or a porous polymer electrolyte holding an electrolytic solution having a volume of 30% to 95% of the pore volume. A fifth invention, which is a non-aqueous electrolyte battery comprising an electrolyte.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】従来の液体電解質非水系電池で
は、セパレータとしてポリプロピレン又はポリエチレン
等の多孔性高分子膜を用いており、その孔の中に電解液
を保持することによって、イオンの伝導パスを確保して
いる。この場合、セパレータはイオン伝導において絶縁
物であり、高率での充電及び放電をおこなう際の障害と
なる。また、電解質として、孔のあいていない、従来の
高分子電解質を使用した電池においては、電解質中のイ
オンの拡散がさらに遅くなるために、充放電性能が著し
く低下するという欠点があった。本発明による有孔性高
分子電解質を用いた非水電解質電池においては、孔中の
電解液内のみでなく高分子電解質内をもイオンが通過可
能であり、従来の液体電解質非水系電池よりも高率での
充放電が可能となる。また、本発明による有孔性高分子
電解質を用いた非水電解質電池においては、孔中の電解
液によってイオンが速く拡散する通路が確保されている
ため、従来の連通孔を有していない高分子電解質電池よ
りも高率での充放電が良好となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a conventional liquid electrolyte nonaqueous battery, a porous polymer membrane such as polypropylene or polyethylene is used as a separator. Is secured. In this case, the separator is an insulator in ionic conduction, and becomes an obstacle when charging and discharging at a high rate. Further, in a battery using a conventional polymer electrolyte having no pores as an electrolyte, the diffusion of ions in the electrolyte is further slowed down, so that there is a disadvantage that the charge / discharge performance is significantly reduced. In the non-aqueous electrolyte battery using the porous polymer electrolyte according to the present invention, ions can pass not only in the electrolyte solution in the pores but also in the polymer electrolyte, which is higher than that of a conventional liquid electrolyte non-aqueous battery. Charge and discharge at a high rate becomes possible. Further, in the non-aqueous electrolyte battery using the porous polymer electrolyte according to the present invention, a passage through which ions are rapidly diffused by the electrolyte solution in the pores is secured, so that a conventional high-pressure battery having no communication hole is provided. The charge / discharge at a higher rate becomes better than the molecular electrolyte battery.

【0022】本発明においては、有孔性高分子電解質
を、高分子膜を延伸することによって多孔化処理を施し
て製作する。延伸法によって製作される微孔高分子に
は、ランダム孔でなく貫通孔が形成されるために、高分
子の孔中をイオンが通過する際にイオンの移動経路が短
くなり、効率よくイオンが移動することができる。従っ
て、延伸法で孔をあけた有孔性高分子電解質をセパレー
タの代わりに用いることによって、湿式法、発泡剤を用
いる方法、粉末を接着する方法又は高分子中に固体を析
出させる方法による、ランダム孔を有する高分子電解質
を用いた場合よりも高率及び低温での充放電特性に優れ
た電池が得られる。また、本発明による有孔性高分子膜
は、延伸処理を施すために引っ張り強度が強くなるため
に、他の方法による高分子膜と比較してより薄い高分子
膜で電池製作をおこなうことができる。従って、本発明
による有孔性高分子電解質を用いた非水電解質電池は、
その分だけ正・負極の活物質を多く充填することによっ
て高エネルギー密度電池となる。 本発明において、高
分子を電解液で膨潤又は湿潤させて電解質とした場合、
電池への注液量が少ない場合であっても、高分子が電解
液を吸収するために、電解液が電極全体に均一に行き渡
る。従って、有孔性の高分子電解質の孔及び、電極の孔
などの孔のすべてを占めるのに十分な電解液量よりも少
量の電解液を電池に保持させることによって、有孔性の
高分子電解質の孔中又は、電極の孔中などに気体の部分
が残るようにした場合であっても、電解液を電極全体に
行き渡らせて十分な電池性能を得ることができる。従っ
て、釘刺し等の安全性試験をおこなった場合、局所的な
圧力上昇に対してクッションとなる気体が電極近傍に存
在するために、内部短絡箇所の発熱によってその近辺の
電解液が気化した場合であっても、局所的な圧力上昇が
大幅に緩和され、発熱連鎖反応の発端となる反応が生じ
難くなり、その安全性が向上する。従って、電池の安全
性を向上させるために制限されていた活物質の利用率を
向上させることが可能となるために高容量の電池とする
ことができ、また、様々な安全化素子を省略することが
可能になるためにコストを低くすることができる。
In the present invention, a porous polymer electrolyte is produced by subjecting a polymer membrane to a porous treatment by stretching. Microporous polymers produced by the stretching method have through holes instead of random holes, so the ion movement path is shortened when ions pass through the pores of the polymer, and ions can be efficiently collected. You can move. Therefore, by using a porous polymer electrolyte perforated by a stretching method instead of a separator, by a wet method, a method using a foaming agent, a method of bonding powder or a method of depositing a solid in a polymer, A battery excellent in charge / discharge characteristics at a high rate and at a low temperature as compared with the case where a polymer electrolyte having random holes is used can be obtained. In addition, since the porous polymer membrane according to the present invention has a high tensile strength in order to perform a stretching treatment, it is possible to manufacture a battery using a thinner polymer membrane than a polymer membrane obtained by another method. it can. Therefore, the non-aqueous electrolyte battery using the porous polymer electrolyte according to the present invention,
By filling the positive and negative electrode active materials by that much, a high energy density battery is obtained. In the present invention, when a polymer is swelled or wetted with an electrolytic solution to form an electrolyte,
Even when the amount of liquid injected into the battery is small, since the polymer absorbs the electrolyte, the electrolyte is evenly distributed over the entire electrode. Therefore, by allowing the battery to retain a smaller amount of electrolyte than the amount of electrolyte sufficient to occupy all of the pores, such as the pores of the porous polymer electrolyte and the electrodes, the porous polymer Even in the case where a gas portion is left in the hole of the electrolyte or in the hole of the electrode, sufficient battery performance can be obtained by spreading the electrolyte over the entire electrode. Therefore, when a safety test such as nail penetration is performed, a gas that serves as a cushion against local pressure rise is present near the electrode, and the heat generated at the internal short-circuit location evaporates the electrolyte near the electrode. Even in this case, the local increase in pressure is greatly reduced, and the reaction that is the starting point of the exothermic chain reaction is unlikely to occur, and the safety is improved. Therefore, it is possible to improve the utilization rate of the active material, which has been limited in order to improve the safety of the battery, so that the battery can have a high capacity, and various safety elements can be omitted. Costs can be reduced because it becomes possible.

【0023】本発明においては、有孔性高分子電解質
を、高分子膜を延伸することによって多孔化処理を施し
て製作する。延伸法によって製作される微孔高分子に
は、ランダム孔でなく貫通孔が形成されるために、高分
子の孔中を気体が通過する際に気体の移動経路が短くな
り、効率よく気体が移動することができる。従って、釘
刺し等の電池の安全性試験をおこなった場合、局所的な
圧力上昇が速やかに緩和されるために、内部短絡箇所の
発熱によってその近辺の電解液が気化した場合であって
も、局所的な圧力上昇が大幅に緩和され、発熱連鎖反応
の発端となる反応が生じ難くなり、その安全性が向上す
る。従って、電池の安全性を向上させるために制限され
ていた活物質の利用率を向上させることが可能となるた
めに高容量の電池とすることができ、また、様々な安全
化素子を省略することが可能になるためにコストを低く
することができる。
In the present invention, a porous polymer electrolyte is produced by subjecting a polymer film to a porous treatment by stretching. The microporous polymer produced by the stretching method is formed with through holes instead of random holes, so the gas movement path becomes shorter when the gas passes through the holes of the polymer, and the gas is efficiently evacuated. You can move. Therefore, when a battery safety test such as nail penetration is performed, since the local pressure rise is quickly mitigated, even if the electrolytic solution in the vicinity is vaporized due to heat generation at the internal short-circuit location, The local pressure rise is greatly alleviated, and the reaction that is the starting point of the exothermic chain reaction is less likely to occur, thereby improving the safety. Therefore, it is possible to improve the utilization rate of the active material, which has been limited in order to improve the safety of the battery, so that the battery can have a high capacity, and various safety elements can be omitted. Costs can be reduced because it becomes possible.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明を好適な実施例を用いて説明
する。
(Embodiment 1) Hereinafter, the present invention will be described using preferred embodiments.

【0025】正極の製作について説明する。まず、コバ
ルト酸リチウム70Wt%、アセチレンブラック6Wt
%、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)9Wt
%、n−メチル−2−ピロリドン(NMP)15Wt%
を混合したものを、幅20mm、長さ480mm、厚さ
20μmのステンレスシート上に塗布し、150℃で乾
燥してNMPを蒸発させた。以上の操作をステンレスシ
ートの両面におこなった後に、プレスをして正極とし
た。プレス後の正極の厚さは170μmであり、単位面
積当たりに充填された活物質、導電剤及び結着剤の重量
は、23μg/cm2 であった。
The fabrication of the positive electrode will be described. First, 70% by weight of lithium cobaltate, 6% by weight of acetylene black
%, Polyvinylidene fluoride (PVDF) 9Wt
%, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 15 Wt%
Was applied on a stainless sheet having a width of 20 mm, a length of 480 mm, and a thickness of 20 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. After the above operation was performed on both sides of the stainless steel sheet, it was pressed to obtain a positive electrode. The thickness of the positive electrode after pressing was 170 μm, and the weight of the active material, the conductive agent, and the binder filled per unit area was 23 μg / cm 2 .

【0026】負極は次のようにして製作した。グラファ
イト81Wt%、PVDF9Wt%、NMP10Wt%
を混合したものを厚さ14μmのニッケルシート上に塗
布し、150℃で乾燥してNMPを蒸発させた。以上の
操作をニッケルシートの両面に対しておこなった後に、
プレスを行い、負極とした。プレス後の負極の厚さは1
90μmであった。
The negative electrode was manufactured as follows. Graphite 81Wt%, PVDF9Wt%, NMP10Wt%
Was applied onto a nickel sheet having a thickness of 14 μm, and dried at 150 ° C. to evaporate NMP. After performing the above operation on both sides of the nickel sheet,
Pressing was performed to obtain a negative electrode. The thickness of the negative electrode after pressing is 1
It was 90 μm.

【0027】つぎに有孔性PVDF膜をつぎのように延
伸法によって製作した。分子量約60,000のPVD
Fの溶融フィルムをキャスティングドラム中で冷却固化
した後、加熱ロールの間を通して延伸温度まで予熱しな
がら、遅駆動ロールと速駆動ロールの速度差で縦延伸
し、再び延伸温度に加熱した後にフィルムの両端を挟ん
だクリップによって幅を広げて横延伸して、テンター方
式による貫通孔を有する二軸延伸PVDFフィルムを製
作した。延伸法によるPVDFフィルムを製作する際、
延伸の張力及び温度を変化させることによって、多孔度
が10%、21%、30%、38%、49%、60%、
72%及び80%の8種類の、厚さ30μmのPVDF
フィルムを製作した。
Next, a porous PVDF membrane was produced by a stretching method as follows. PVD with a molecular weight of about 60,000
After the molten film of F is solidified by cooling in a casting drum, it is longitudinally stretched at a speed difference between a slow drive roll and a fast drive roll while preheating to a stretching temperature through a heating roll, and then heated again to a stretching temperature. A biaxially stretched PVDF film having a through hole by a tenter method was manufactured by expanding the width by a clip sandwiching both ends and stretching the film laterally. When manufacturing a PVDF film by the stretching method,
By changing the stretching tension and temperature, the porosity can be 10%, 21%, 30%, 38%, 49%, 60%,
Eight types of PVDF with a thickness of 30 μm of 72% and 80%
A film was made.

【0028】このようにして準備したPVDF有孔性高
分子膜、正極及び負極を重ねて巻き、高さ47.0m
m、幅22.2mm、厚さ6.4mmのステンレスケー
ス中に挿入して、角形電池を組み立てた。この電池の内
部に、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボ
ネート(DEC)とを体積比率1:1で混合し、1mo
l/lのLiPF6 を加えた電解液2.5gを真空注液
によって加え、PVDF有孔性高分子を電解液で膨潤さ
せて有孔性の高分子電解質とした。このようにして、公
称容量400mAh程度の、本発明を用いた実施例1の
電池(A)を製作した。電池(A)は、多孔度が10
%、21%、30%、38%、49%、60%、72%
及び80%の各PVDF膜を用いて8種類製作した。本
発明における電池においては、PVDFの分子量の異な
るものを使用することによって、電解液の湿潤又は膨潤
性を制御できる。
The thus prepared PVDF porous polymer membrane, the positive electrode and the negative electrode were stacked and wound to a height of 47.0 m.
m, a width of 22.2 mm and a thickness of 6.4 mm were inserted into a stainless steel case to assemble a prismatic battery. Inside the battery, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 and 1 mo
2.5 g of an electrolytic solution to which 1 / l of LiPF 6 was added was added by vacuum injection, and the PVDF porous polymer was swollen with the electrolytic solution to obtain a porous polymer electrolyte. Thus, the battery (A) of Example 1 using the present invention and having a nominal capacity of about 400 mAh was manufactured. Battery (A) has a porosity of 10
%, 21%, 30%, 38%, 49%, 60%, 72%
And 80% of each PVDF membrane were used to produce eight types. In the battery according to the present invention, by using PVDF having different molecular weights, the wettability or swelling of the electrolytic solution can be controlled.

【0029】比較例1として、有孔性の高分子電解質膜
の代わりに、厚さ30μm、多孔度を変化させたポリプ
ロピレン膜を使用したこと以外は上記実施例1と同一構
成である、公称容量が400mAh程度の、従来から公
知の電池Bを製作した。電池Bは、ポリプロピレン膜の
多孔度がそれぞれ10%、35%、53%、66%及び
80%の5種類製作した。
As Comparative Example 1, the nominal capacity was the same as that of Example 1 except that a polypropylene membrane having a thickness of 30 μm and a porosity was used instead of the porous polymer electrolyte membrane. A known battery B having a capacity of about 400 mAh was manufactured. Battery B was manufactured with five types of polypropylene membranes having porosity of 10%, 35%, 53%, 66% and 80%, respectively.

【0030】比較例2として、PVDF有孔性高分子膜
の代わりに、乾式法によるPVDF膜を使用したこと以
外は前記実施例1と同一構成である、公称容量が400
mAh程度の、従来から公知の電池Cを製作した。乾式
法による高分子膜には、連通孔はほとんど存在しない
が、全く存在しないわけではない。乾式PVDF膜の製
作方法は、つぎのとおりである。分子量60,000の
ポリビニリデンフルオライド(PVDF)粉末12gを
88gのNMPに溶解した。この溶液をポリエチレンコ
ートしたリケイ紙の上に薄く広げ、85℃で1時間乾燥
することによって厚さ30μmの乾式法によるPVDF
膜を製作した。その表面にはSEMにおいて孔が観測さ
れなかった。
Comparative Example 2 has the same structure as that of Example 1 except that a PVDF membrane formed by a dry method is used instead of the PVDF porous polymer membrane.
A conventionally known battery C of about mAh was manufactured. The polymer film formed by the dry method has few or no communication holes, but does not mean that it does not exist at all. The method for producing the dry PVDF film is as follows. 12 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) powder having a molecular weight of 60,000 was dissolved in 88 g of NMP. The solution was spread thinly on polyethylene-coated silica paper and dried at 85 ° C. for 1 hour to obtain a 30 μm-thick PVDF by a dry method.
A membrane was made. No pores were observed on the surface by SEM.

【0031】これらの電池A、B及びCを用いて、−2
0℃において、1CAの電流で4.1Vまで充電し、続
いて4.1Vの定電圧で2時間充電した後、1CAの電
流で2.5Vまで放電した。
Using these batteries A, B and C, -2
At 0 ° C., the battery was charged to 4.1 V with a current of 1 CA, subsequently charged for 2 hours at a constant voltage of 4.1 V, and then discharged to 2.5 V at a current of 1 CA.

【0032】図1は、これらの電池の放電容量と、使用
したリチウムイオン電池の高分子電解質又はセパレータ
の多孔度の関係を示す図である。図から、本発明を用い
た電池Aは、高分子電解質の多孔度が10%から80%
の間において、高分子電解質ではなくポリプロピレン膜
を用いた従来から公知の電池Bよりも、優れた放電容量
を示していることが理解される。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the discharge capacity of these batteries and the porosity of the polymer electrolyte or separator of the used lithium ion battery. From the figure, it can be seen that the battery A using the present invention has a porosity of the polymer electrolyte of 10% to 80%.
It can be understood that the battery B shows a better discharge capacity than the conventionally known battery B using a polypropylene membrane instead of a polymer electrolyte.

【0033】また、高分子電解質及びセパレータにおい
ては、その多孔度が大きくなると内部短絡及び活物質の
脱落等が問題となる。従って、本発明を用いた、高分子
電解質の多孔度が10%である電池Aが、比較例1の、
セパレータの多孔度が80%の電池Bよりも優れた放電
容量を示したことによって、本発明の重要性を理解する
ことができる。
Further, in the polymer electrolyte and the separator, when the porosity is increased, there is a problem that an internal short-circuit and a fall of the active material occur. Therefore, the battery A using the present invention, in which the porosity of the polymer electrolyte is 10%,
The significance of the present invention can be understood from the fact that the separator exhibited a discharge capacity superior to that of the battery B having a porosity of 80%.

【0034】(実施例2)PVDFの代わりに分子量約
44,000のポリ塩化ビニル(PVC)を用いて延伸
法による多孔度35%の有孔性高分子膜を製作し、電解
液の注液量を変化させたこと以外は実施例1の本発明を
用いた電池Aと同様にして、実施例2の本発明を用いた
電池Dを製作した。電池Dは、電解液の注液量の異なる
5種類を製作し、電池記号をそれぞれD−1、D−2、
D−3、D−4及びD−5とした。
Example 2 A porous polymer film having a porosity of 35% was produced by a stretching method using polyvinyl chloride (PVC) having a molecular weight of about 44,000 instead of PVDF, and an electrolyte was injected. A battery D using the present invention of Example 2 was manufactured in the same manner as the battery A using the present invention of Example 1 except that the amount was changed. Battery D was manufactured in five types with different electrolyte injection volumes, and the battery symbols were D-1, D-2,
D-3, D-4 and D-5.

【0035】比較例として、正・負極間の短絡防止膜と
して、有孔性PVDF膜の代わりに多孔度35%のポリ
プロピレン製セパレータ膜を用いたこと及び電解液の注
液量以外は、本発明を用いた電池Dと同様にして、公称
容量400mAh程度の従来から公知である電池Eを製
作した。この電池への電解液の注液量は、十分な電池性
能を示すのに必要な最小量とした。
As a comparative example, the present invention is different from the present invention except that a porous polypropylene membrane having a porosity of 35% was used in place of the porous PVDF membrane as a short-circuit prevention membrane between the positive electrode and the negative electrode. A known battery E having a nominal capacity of about 400 mAh was manufactured in the same manner as the battery D using. The amount of electrolyte injected into the battery was set to the minimum necessary for exhibiting sufficient battery performance.

【0036】これらの本発明を用いた電池D及び従来か
ら公知である電池Eを用いて、25℃において、1CA
の電流で4.1Vまで充電し、続いて4.1Vの定電圧
で2時間充電した後、2CAの電流で2.5Vまで放電
した。これらの試験の結果、本発明を用いた電池D及び
従来から公知である電池Eは、電池Dへの注液量に関係
なくすべて同程度の放電容量を示し、その電池性能に差
はみられなかった。
Using the battery D using the present invention and the conventionally known battery E, at 25 ° C., 1 CA
The battery was charged to a constant voltage of 4.1 V for 2 hours, and then discharged to 2.5 V at a current of 2 CA. As a result of these tests, the battery D using the present invention and the conventionally known battery E all show the same discharge capacity regardless of the amount of liquid injected into the battery D, and there is a difference in the battery performance. Did not.

【0037】上記の充放電試験の後に、本発明を用いた
電池D及び従来から公知である電池Eを解体し、正極、
負極及び、正・負極間の有孔性PVC膜又はセパレータ
が保持する電解液量の測定をおこなった結果、各電池に
おいて、正極、負極及び、有孔性PVC膜又はセパレー
タの、孔体積に占める電解液の体積比はすべて誤差範囲
内で同じであった。これらの結果を表1に示す。
After the above-described charge / discharge test, the battery D using the present invention and the conventionally known battery E were disassembled, and the positive electrode,
As a result of measuring the amount of electrolyte retained by the negative electrode and the porous PVC film or separator between the positive and negative electrodes, in each battery, the positive electrode, the negative electrode, and the porous PVC film or separator occupy the pore volume. The volume ratios of the electrolytes were all the same within the error range. Table 1 shows the results.

【0038】[0038]

【表1】 また、本発明を用いた電池D及び従来から公知である電
池Eを用いてつぎのような安全性の比較試験をおこなっ
た。これらの電池を用いて、室温において、1CAの電
流で4.5Vまで充電し、続いて4.5Vの定電圧で2
時間充電した後、3mm径の釘を電池に刺して貫通させ
た。その結果を表1に示す。
[Table 1] In addition, the following safety comparison test was performed using the battery D using the present invention and the conventionally known battery E. Using these batteries, the battery was charged to 4.5 V at a current of 1 CA at room temperature, followed by charging at a constant voltage of 4.5 V to 2 V.
After charging for an hour, a nail having a diameter of 3 mm was pierced by penetrating the battery. Table 1 shows the results.

【0039】これらの結果から、本発明を用いた電池D
は、従来から公知である電池Eよりも安全性に優れた電
池であるということができ、また本発明を用いた電池に
おいては、正極、負極及び、正・負極間の有孔性PVC
膜が保持する電解液量が少ないほど安全性に優れた電池
であるということができる。
From these results, it was found that the battery D using the present invention
Can be said to be a battery having better safety than the conventionally known battery E. In the battery using the present invention, the positive electrode, the negative electrode, and the porous PVC between the positive and negative electrodes
It can be said that the smaller the amount of the electrolyte held by the membrane, the better the safety of the battery.

【0040】前記実施例では、高分子電解質の高分子と
してポリビニリデンフルオライド又はポリ塩化ビニルを
使用しているが、これ以外にもポリアクリロニトリル及
びビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレン
との共重合体を用いて同様の電池製作、充放電試験及び
安全性試験をおこなったが、すべてポリビニリデンフル
オライド又はポリ塩化ビニルを用いた場合と同様の結果
を示した。
In the above embodiment, polyvinylidene fluoride or polyvinyl chloride is used as the polymer of the polymer electrolyte. In addition to this, polyacrylonitrile and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene may be used. The same battery fabrication, charge / discharge test and safety test were carried out using the same, but all showed the same results as those obtained when polyvinylidene fluoride or polyvinyl chloride was used.

【0041】前記実施例では、高分子電解質の高分子と
してポリビニリデンフルオライド又はポリ塩化ビニルを
使用しているが、これに限定されるものではなく、ポリ
エチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエ
ーテル、ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンフルオ
ライド、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、
ポリメタクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリ
ビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエ
ン、ポリスチレン、ポリイソプレン、もしくはこれらの
誘導体を、単独で、あるいは混合して用いてもよい。ま
た、上記有機高分子を構成する各種モノマーを構造中に
有する共重合体を用いてもよい。
In the above embodiment, polyvinylidene fluoride or polyvinyl chloride is used as the polymer of the polymer electrolyte. However, the present invention is not limited to this, and polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, and polyethers are used. Acrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyvinyl alcohol,
Polymethacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyethyleneimine, polybutadiene, polystyrene, polyisoprene, or a derivative thereof may be used alone or as a mixture. In addition, a copolymer having various monomers constituting the organic polymer in the structure may be used.

【0042】また、前記実施例における電池において
は、有孔性高分子電解質としてテンター方式による二軸
延伸法によって多孔化したPVDF膜又はPVC膜を用
いたが、延伸法による高分子の多孔化法はこれに限定さ
れるものではなく、一軸延伸であってもよく、チューブ
方式による延伸法であってもよい。
In the battery of the above embodiment, a PVDF membrane or a PVC membrane made porous by a biaxial stretching method using a tenter method was used as a porous polymer electrolyte. Is not limited thereto, and may be uniaxial stretching or a stretching method using a tube method.

【0043】また、前記実施例における電池において
は、正・負極間の短絡防止膜として有孔性高分子電解質
を用いたが、延伸によって孔をあけた有孔性高分子電解
質は正極又は負極の少なくとも一方の孔中又は表面に保
持させてもよい。
In the battery of the above embodiment, a porous polymer electrolyte was used as a short-circuit preventing film between the positive electrode and the negative electrode. It may be held in at least one of the holes or on the surface.

【0044】また、前記実施例における電池において
は、非水電解液としてECとDECとの混合溶液を用い
ているが、これに限定されるものではなく、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、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、
スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2
−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テト
ラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオ
キソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、もしくはこ
れらの混合物を使用してもよい。
In the battery of the above embodiment, a mixed solution of EC and DEC is used as the non-aqueous electrolyte. However, the present invention is not limited to this. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate Carbonate, γ-butyrolactone,
Sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile,
Dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2
A polar solvent such as -dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolan, methyl acetate, or a mixture thereof may be used.

【0045】さらに、前記実施例においては、非水電解
液に含有させる塩としてLiPF6を使用しているが、
その他に、LiBF4 ,LiAsF6 ,LiClO4
LiSCN、LiI、LiCF3 SO3 ,LiCl、L
iBr、LiCF3 CO2 等のリチウム塩、もしくはこ
れらの混合物を用いてもよい。
In the above embodiment, LiPF 6 is used as a salt to be contained in the non-aqueous electrolyte.
In addition, LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 ,
LiSCN, LiI, LiCF 3 SO 3 , LiCl, L
A lithium salt such as iBr or LiCF 3 CO 2 or a mixture thereof may be used.

【0046】さらに、前記実施例においては、正極材料
たるアルカリ金属を吸蔵放出可能な化合物としてLiC
oO2 を使用したが、これに限定されるものではない。
これ以外にも、無機化合物としては、組成式LiX MO
2 ,又はLiyM2 4 ただし、Mは遷移金属、0≦x
≦1、0≦y≦2)で表される、複合酸化物、トンネル
状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化
物を用いることができる。その具体例としては、LiC
oO2 ,LiNiO2 .LiMn2 4 ,Li2 Mn2
4 ,MnO2 ,FeO2 ,V2 5 ,V6 13,Ti
2 ,TiS2等が挙げられる。また、有機化合物とし
ては、例えばポリアニリン等の導電性有機高分子等が挙
げられる。さらに、無機化合物、有機化合物を問わず、
上記各種活物質を混合して用いてもよい。
Further, in the above embodiment, LiC was used as the compound capable of inserting and extracting an alkali metal as a positive electrode material.
Although oO 2 was used, it is not limited to this.
In addition, as the inorganic compound, the composition formula Li X MO
2 or LiyM 2 O 4 where M is a transition metal and 0 ≦ x
.Ltoreq.1, 0.ltoreq.y.ltoreq.2), a composite oxide, an oxide having tunnel-like vacancies, and a metal chalcogenide having a layered structure can be used. As a specific example, LiC
oO 2 , LiNiO 2 . LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2
O 4 , MnO 2 , FeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , Ti
O 2 , TiS 2 and the like can be mentioned. Examples of the organic compound include a conductive organic polymer such as polyaniline. Furthermore, regardless of inorganic compounds or organic compounds,
The above various active materials may be used in combination.

【0047】さらに、前記実施例においては、負極材料
たる化合物としてグラファイトを使用しているが、その
他に、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウ
ムとの合金、LiFe2 3 等の遷移金属複合酸化物、
MoO2 、スズ酸化物等の遷移金属酸化物、グラファイ
ト、カーボン等の炭素質材料、Li5 (Li3 N)等の
窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、又はこれらの
混合物を用いてもよい。
Further, in the above embodiment, graphite is used as a compound as a negative electrode material. In addition, alloys of lithium with Al, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, etc., LiFe 2 O 3, etc. Transition metal composite oxide,
Transition metal oxides such as MoO 2 and tin oxide, carbonaceous materials such as graphite and carbon, lithium nitride such as Li 5 (Li 3 N), or metallic lithium foil, or a mixture thereof may be used.

【0048】[0048]

【発明の効果】従来の液体電解質非水系電池では、セパ
レータとしてポリプロピレン又はポリエチレン等の多孔
性高分子膜を用いており、その孔の中に電解液を保持す
ることによって、イオンの伝導パスを確保している。こ
の場合、セパレータはイオン伝導において絶縁物であ
り、高率での充電及び放電をおこなう際の障害となる。
また、電解質として、孔のあいていない、従来の高分子
電解質を使用した電池においては、電解質中のイオンの
拡散がさらに遅くなるために、充放電性能が著しく低下
するという欠点があった。本発明による有孔性高分子電
解質においては、孔中の電解液内のみでなく高分子電解
質内をもイオンが通過可能であり、従来の液体電解質非
水系電池よりも高率での充放電が可能となる。また、本
発明による有孔性高分子電解質においては、孔中の電解
液によってイオンが速く拡散する通路が確保されている
ため、従来の連通孔を有していない高分子電解質電池よ
りも高率での充放電が良好となる。
According to the conventional liquid electrolyte non-aqueous battery, a porous polymer membrane such as polypropylene or polyethylene is used as a separator, and an ion conduction path is secured by holding the electrolyte in the pores. doing. In this case, the separator is an insulator in ionic conduction, and becomes an obstacle when charging and discharging at a high rate.
Further, in a battery using a conventional polymer electrolyte having no pores as an electrolyte, the diffusion of ions in the electrolyte is further slowed down, so that there is a disadvantage that the charge / discharge performance is significantly reduced. In the porous polymer electrolyte according to the present invention, ions can pass not only in the electrolyte solution in the pores but also in the polymer electrolyte, and charge and discharge at a higher rate than conventional liquid electrolyte nonaqueous batteries can be performed. It becomes possible. In addition, in the porous polymer electrolyte according to the present invention, a passage through which ions are rapidly diffused by the electrolyte solution in the pores is secured, so that the porous polymer electrolyte has a higher efficiency than the conventional polymer electrolyte battery having no communication holes. Charging / discharging becomes good.

【0049】本発明においては、有孔性高分子電解質
を、高分子膜を延伸することによって多孔化処理を施し
て製作する。延伸法によって製作される微孔高分子に
は、ランダム孔でなく貫通孔が形成されるために、高分
子の孔中をイオンが通過する際にイオンの移動経路が短
くなり、効率よくイオンが移動することができる。従っ
て、延伸法で孔をあけた有孔性高分子電解質をセパレー
タの代わりに用いることによって、湿式法、発泡剤を用
いる方法、粉末を接着する方法又は高分子中に固体を析
出させる方法による、ランダム孔を有する高分子電解質
を用いた場合よりも高率及び低温での充放電特性に優れ
た電池が得られる。また、本発明による有孔性高分子膜
は、延伸処理を施すために引っ張り強度が強くなるため
に、他の方法による高分子膜と比較してより薄い高分子
膜で電池製作をおこなうことができ、その分だけ正・負
極の活物質を多く充填することによって高エネルギー密
度電池とすることができる。
In the present invention, a porous polymer electrolyte is produced by subjecting a polymer film to a porous treatment by stretching. Microporous polymers produced by the stretching method have through holes instead of random holes, so the ion movement path is shortened when ions pass through the pores of the polymer, and ions can be efficiently collected. You can move. Therefore, by using a porous polymer electrolyte perforated by a stretching method instead of a separator, by a wet method, a method using a foaming agent, a method of bonding powder or a method of depositing a solid in a polymer, A battery excellent in charge / discharge characteristics at a high rate and at a low temperature as compared with the case where a polymer electrolyte having random holes is used can be obtained. In addition, since the porous polymer film according to the present invention has a high tensile strength in order to perform a stretching treatment, it is possible to manufacture a battery using a thinner polymer film as compared with a polymer film obtained by another method. A high energy density battery can be obtained by filling a large amount of the positive and negative electrode active materials.

【0050】本発明において、高分子を電解液で膨潤又
は湿潤させて電解質とした場合、電池への注液量が少な
い場合であっても、高分子が電解液を吸収するために、
電解液が電極全体に均一に行き渡る。従って、有孔性の
高分子電解質の孔及び、電極の孔などの孔のすべてを占
めるのに十分な電解液量よりも少量の電解液を電池に保
持させることによって、有孔性の高分子電解質の孔中又
は、電極の孔中などに気体の部分が残るようにした場合
であっても、電解液を電極全体に行き渡らせて十分な電
池性能を得ることができる。従って、釘刺し等の安全性
試験をおこなった場合、局所的な圧力上昇に対してクッ
ションとなる気体が電極近傍に存在するために、内部短
絡箇所の発熱によってその近辺の電解液が気化した場合
であっても、局所的な圧力上昇が大幅に緩和され、発熱
連鎖反応の発端となる反応が生じ難くなり、その安全性
が向上する。従って、電池の安全性を向上させるために
制限されていた活物質の利用率を向上させることが可能
となるために高容量の電池とすることができ、また、様
々な安全化素子を省略することが可能になるためにコス
トを低くすることができる。
In the present invention, when the polymer is swelled or wetted with the electrolyte to form an electrolyte, the polymer absorbs the electrolyte even when the amount of liquid injected into the battery is small.
The electrolyte spreads evenly over the entire electrode. Therefore, by allowing the battery to retain a smaller amount of electrolyte than the amount of electrolyte sufficient to occupy all of the pores, such as the pores of the porous polymer electrolyte and the electrodes, the porous polymer Even in the case where a gas portion is left in the hole of the electrolyte or in the hole of the electrode, sufficient battery performance can be obtained by spreading the electrolyte over the entire electrode. Therefore, when a safety test such as nail penetration is performed, a gas that serves as a cushion against local pressure rise is present near the electrode, and the heat generated at the internal short-circuit location evaporates the electrolyte near the electrode. Even in this case, the local increase in pressure is greatly reduced, and the reaction that is the starting point of the exothermic chain reaction is unlikely to occur, and the safety is improved. Therefore, it is possible to improve the utilization rate of the active material, which has been limited in order to improve the safety of the battery, so that the battery can have a high capacity, and various safety elements can be omitted. Costs can be reduced because it becomes possible.

【0051】本発明においては、有孔性高分子電解質
を、高分子膜を延伸することによって多孔化処理を施し
て製作する。延伸法によって製作される微孔高分子に
は、ランダム孔でなく貫通孔が形成されるために、高分
子の孔中を気体が通過する際に気体の移動経路が短くな
り、効率よく気体が移動することができる。従って、釘
刺し等の安全性試験をおこなった場合、局所的な圧力上
昇が速やかに緩和されるために、内部短絡箇所の発熱に
よってその近辺の電解液が気化した場合であっても、局
所的な圧力上昇が大幅に緩和され、発熱連鎖反応の発端
となる反応が生じ難くなり、その安全性が向上する。従
って、電池の安全性を向上させるために制限されていた
活物質の利用率を向上させることが可能となるために高
容量の電池とすることができ、また、様々な安全化素子
を省略することが可能になるためにコストを低くするこ
とができる。
In the present invention, a porous polymer electrolyte is produced by subjecting a polymer membrane to a porous treatment by stretching the polymer membrane. The microporous polymer produced by the stretching method is formed with through holes instead of random holes, so the gas movement path becomes shorter when the gas passes through the holes of the polymer, and the gas is efficiently evacuated. You can move. Therefore, when a safety test such as nail penetration is performed, since the local pressure rise is quickly mitigated, even if the electrolytic solution in the vicinity is vaporized due to heat generation at the internal short-circuit location, local Pressure rise is greatly reduced, and the reaction that is the starting point of the exothermic chain reaction is less likely to occur, and the safety is improved. Therefore, it is possible to improve the utilization rate of the active material, which has been limited in order to improve the safety of the battery, so that the battery can have a high capacity, and various safety elements can be omitted. Costs can be reduced because it becomes possible.

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

【図1】実施例1における本発明を用いた電池Aと比較
例電池B及びCとにおける、多孔度と放電容量との関係
を示す図
FIG. 1 is a view showing a relationship between porosity and discharge capacity in a battery A using the present invention in Example 1 and comparative batteries B and C.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 延伸によって高分子に孔をあけることを
特徴とする非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製造
法。
1. A method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, wherein pores are formed in the polymer by stretching.
【請求項2】 延伸によって孔をあけた高分子を、電解
液で湿潤又は膨潤させることを特徴とする非水電解質電
池用有孔性高分子電解質の製造法。
2. A method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, wherein a polymer having holes formed by stretching is wetted or swelled with an electrolytic solution.
【請求項3】 延伸によって高分子の多孔度を10%以
上80%以下とすることを特徴とする、請求項1又は2
記載の非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製造法。
3. The method according to claim 1, wherein the porosity of the polymer is adjusted to 10% or more and 80% or less by stretching.
The method for producing a porous polymer electrolyte for a nonaqueous electrolyte battery according to the above.
【請求項4】 延伸によって孔をあける高分子がその成
分として、ポリビニリデンフルオライド、ポリアクリロ
ニトリル、ポリ塩化ビニル、および前記有機高分子を構
成する各種モノマーを構造中に有する共重合体のうち少
なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1又は2
又は3記載の非水電解質電池用有孔性高分子電解質の製
造法。
4. A polymer having pores formed by stretching as at least one of polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, and a copolymer having various monomers constituting the organic polymer in its structure. 3. The method according to claim 1, further comprising:
Or a method for producing a porous polymer electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery according to item 3.
【請求項5】 孔体積の30%以上95%以下の体積の
電解液を保持させた正極、負極あるいは有孔性高分子電
解質を備え、請求項1又は2又は3又は4記載の製造法
による有孔性高分子電解質を備えたことを特徴とする非
水電解質電池。
5. The method according to claim 1, further comprising a positive electrode, a negative electrode or a porous polymer electrolyte holding an electrolytic solution having a volume of 30% to 95% of the pore volume. A non-aqueous electrolyte battery comprising a porous polymer electrolyte.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000323173A (en) * 1999-05-11 2000-11-24 At Battery:Kk Nonaqueous secondary battery
KR100362285B1 (en) * 2000-05-15 2002-11-23 삼성에스디아이 주식회사 Electrode plate for lithium secondary battery, the preparing method thereof and lithium secondary battery adopting the electrode plate
JP4794104B2 (en) * 1999-09-13 2011-10-19 帝人株式会社 POLYMETHAPHENYLENEISOPHALAMIDE POLYMER MEMBRANE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND SEPARATOR
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