JPH1055718A - ペースト状電解質 - Google Patents

ペースト状電解質

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JPH1055718A
JPH1055718A JP8208204A JP20820496A JPH1055718A JP H1055718 A JPH1055718 A JP H1055718A JP 8208204 A JP8208204 A JP 8208204A JP 20820496 A JP20820496 A JP 20820496A JP H1055718 A JPH1055718 A JP H1055718A
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JP
Japan
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electrolyte
paste
organic solvent
substance
insoluble
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JP8208204A
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English (en)
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Hiroshi Kuramochi
浩 倉持
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Polytec Design KK
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POLYTEC DESIGN KK
Polytec Design KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種の電気化学素子に応用することが可能
な、高いイオン伝導性を有し、熱的および電気化学的に
安定であり、電気化学素子の小型化および薄型化に対応
できるようなペースト状電解質を提供する。 【解決手段】 (a)有機溶媒に電解質を溶解させた電
解液、(b)増粘剤および(c)前記有機溶媒に不溶で
電気絶縁性を有する物質を含有することを特徴とするペ
ースト状電解質。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム一次電
池、二次電池、電解コンデンサ、エレクトロクロミック
等の電気化学素子に応用することできるペースト状電解
質に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年において、電子機器装置の小型化お
よび薄型化に伴い、電子機器に用いられるリチウム一次
電池、二次電池、電解コンデンサ、エレクトロクロミッ
ク等の電気化学素子も小型化および薄型化が求められて
いる。これらの電気化学素子には、イオン伝導性材料と
して電解液が使用されている。通常、これらの電解液
は、水または有機溶媒に電解質を溶解させた液状のもの
である。ところが、液状電解質は、電気化学素子の使用
に際し、充分な封止手段を取らないと液漏れすることが
あり、電気化学素子の特性が劣化したり、安全性の点で
問題があり、小型化および薄型化には不向きである。
【0003】液状電解質の欠点を改良するために、電解
液にゲル化剤を加えて、ゲル状としたゲル状電解質や、
ペースト状電解質が知られている。電解液をゲル状やペ
ースト状とすることにより、液漏れの心配がなくなり、
さらにゲル状電解質の場合は電解液を可撓性のシート状
とすることができるので、電気化学素子の小型化および
薄型化に適している。従来ゲル状電解液に用いるゲル化
剤としては、ゼラチン、寒天等の天然物もしくはヒドロ
キシエチルセルロース等の天然物の誘導体、あるいはポ
リビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ
エチレンオキシド等の合成高分子化合物が知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ゲル状電解質やペース
ト状電解質に求められる特性としては、高いイオン伝導
性を有し、熱的および電気化学的に安定であることが必
要である。
【0005】しかしながら、従来のゲル状電解質やペー
スト状電解質は、ゲル強度が不十分であったり、イオン
伝導性が不十分であったり、上記の特性を全て満たすも
のはないのが現状であった。
【0006】本発明が解決しようとする課題は、各種の
電気化学素子に応用することが可能な、高いイオン伝導
性を有し、熱的および電気化学的に安定であり、電気化
学素子の小型化および薄型化に対応できるようなペース
ト状電解質を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、増粘剤とともに
電気絶縁性を有する物質を添加してペースト状電解質と
すればよいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち本発明は、(a)有機溶媒に電解
質を溶解させた電解液、(b)増粘剤および(c)前記
有機溶媒に不溶で電気絶縁性を有する物質を含有するこ
とを特徴とするペースト状電解質に関するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のペースト状電解質に用い
る電解液は、通常の電気化学素子に用いられる電解液で
あれば特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシ
ド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチ
ルホルムアミド、アセトニトリル、ニトロメタン、N−
メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメ
トキシエタン、1,3−ジオキソラン、2−メトキシテ
トラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコールジ
メチルエーテル、エチレングリコール−ジメチルエーテ
ルおよびホルムアミドから選ばれる少なくとも1種の有
機溶媒に、例えば過塩素酸リチウムやホウフッ化リチウ
ムなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、第3級
アンモニウム塩および第4級アンモニウム塩から選ばれ
る少なくとも1種の電解質を溶解させたものを用いるこ
とができる。
【0010】本発明のペースト状電解質に用いる増粘剤
は、電解液の粘度を上昇させるものであれば特に限定さ
れないが、電解液に溶解して粘度を上昇させるものと、
電解液に溶解せず分散して粘度を上昇させるものがあ
る。電解液に溶解させるものとしては、例えば、アクリ
ルゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリル樹脂、
アクリルニトリル樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂、ポリ
アクリルアミド、ポリエチレングリコール等を挙げるこ
とができ、また、電解液に溶解せず混合して粘度を上昇
させるものとしては、粒径がサブミクロンオーダーの無
機微粒子を用いることができ、例えば、コロイド状の無
水ケイ酸やクレー等を挙げることができる。
【0011】従来の電解液は粘度が低く電極へのコーテ
ィングは不可能であったため、例えばアルミニウム電解
コンデンサの場合は、電極間に多孔質のセパレータ紙を
挟んで巻回して組み立てた後電解液に浸漬し、電解液を
セパレータ紙に含浸させて製造している。本発明のペー
スト状電解質は、高濃度であるため、電極にコーティン
グすることができるため、含浸工程が不要となり、製造
工程を合理化できる。また、含浸に比べて、ペースト状
電解質はムラなく塗布できるので、品質の向上につなが
る。また、ゲル状電解質と比べると、ゲル化のための工
程が不要であり、電極へのなじみもよい。さらに、電解
液と比べると、液漏れの可能性は少ない。
【0012】本発明の特徴は、電気化学素子の小型化お
よび薄型化に対応するために、スペーサーとしての機能
を発揮する電気絶縁性を有する物質を配合することにあ
る。このような作用を有する電気絶縁性物質としては、
前記有機溶媒に不溶であって、かつ電気絶縁性を有する
必要があり、例えば、有機溶媒に不溶なプラスチック粉
末やエラストマー粉末、ガラス粉末、ガラス繊維、天然
繊維、合成繊維またはセラミック粉末等を挙げることが
できる。これらの電気絶縁性物質の形状は特に限定され
ないが、例えば粒状、棒状、繊維状のものが好ましい。
本発明に用いることができる電気絶縁性物質は、あまり
微細なものであると、スペーサーとしての機能を果たす
ことができないので、粒状のものであれば、粒径が1〜
100μm、好ましくは、3〜50μmの範囲にあれば
よい。電気絶縁性化合物が棒状または繊維状の場合は、
断面直径が1〜100μm、好ましくは、3〜50μm
の範囲にあればよく、長さは特に限定されない。粒径や
断面直径が1μm未満の、いわゆるサブミクロンオーダ
ーの粒状、棒状、繊維状の絶縁性物質では、スペーサー
としての機能を果たすことができず、好ましくない。
【0013】電気絶縁性物質を配合することにより、電
極間の短絡を防ぐことができ、セパレータがいらなくな
るので、電気化学素子の製造工程を簡略化することがで
き、コストダウンになる。また、電気絶縁性物質の粒径
を変えることにより、電極間距離の調整が容易にでき
る。さらに、増粘剤の種類と添加量を変えることにより
任意の粘度のペースト状電解質とすることができ、塗膜
の厚みを容易に調製できる。
【0014】本発明のペースト状電解質の各成分の配合
割合は、 (a)電解液:100重量部 (b)増粘剤:1〜50重量部、好ましくは1〜20重
量部 (c)電気絶縁性化合物:1〜50重量部、好ましくは
1〜20重量部 の範囲で適宜選択すればよい。
【0015】本発明のペースト状電解質は、リチウム系
電池用電解質、アルミニウム電解コンデンサ用電解質、
電気二重層コンデンサ用電解質等の電気化学素子用の電
解質として用いることができる。
【0016】従来の電解液を用いてアルミニウム電解コ
ンデンサを製造するには、リード線を接合した陽極箔と
陰極箔をセパレータ紙を介して重ね合わせ、巻回して形
成した後、セパレータ紙に電解液を含浸させて製造して
いる。
【0017】このような従来のアルミニウム電解コンデ
ンサにおいては、電解質が液状であるためインピーダン
ス特性に劣り、また電解液が飛散、蒸発または氷結する
と性状に作動しなくなってしまう。また、従来の電解液
を用いたアルミニウム電解コンデンサは、短絡防止のセ
パレータ紙を用いているので、セパレータ紙の厚さを薄
くすることには限界があり、従って小型化および薄型化
を図ることが困難であった。
【0018】一方、本発明のペースト状電解質の場合
は、アルミニウム極箔にペースト状電解質を塗布するだ
けでよいので、アルミニウム電解コンデンサの製造工程
を簡略化できる。また、本発明のペースト状電解質に
は、スペーサーの機能を有する電気絶縁性物質が配合さ
れているので、セパレータ紙を用いる必要はない。その
ため、アルミニウム電解コンデンサの小型化および薄型
化を図ることができる。
【0019】さらに、本発明の電解質はペースト状であ
るため、液漏れの心配はない。
【0020】以下実施例により、本発明をより詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるも
のではない。
【0021】
【実施例】
実施例1 (a)過塩素酸リチウムの1Mプロピレンカーボネート溶液 100重量部 (b)アクリルゴム 10重量部 (c)ポリエチレン粉末(平均粒径10μm) 10重量部 上記(a)の電解液に、(b)の増粘剤と(c)の電気
絶縁性物質を加え、攪拌混合して、粘度300CS程度
のペースト状電解質を得た。
【0022】実施例2 (a)アルミ電解コンデンサ用エチレングリコール系電解液 100重量部 (b)無水ケイ酸 5重量部 (c)66ナイロン粉末(平均粒径15μm) 10重量部 上記(a)の電解液(電解質:アジピン酸10%、ホウ
酸10%含有)に、(b)の増粘剤と(c)の電気絶縁
性物質を加え、攪拌混合して、粘度700CS程度のペ
ースト状電解質を得た。
【0023】実施例3 (a)アルミ電解コンデンサ用三級塩電解液 100重量部 (b)アクリルゴム 10重量部 (c)66ナイロン粉末(平均粒径15μm) 10重量部 上記(a)の電解液(γ−ブチロラクトンにフタル酸ト
リエチルアミン塩20%溶解したもの)に、(b)の増
粘剤と(c)の電気絶縁性物質を加え、攪拌混合して、
粘度500CS程度のペースト状電解質を得た。
【0024】実施例1〜実施例3で調製した各々のペー
スト状電解質を、板状電極に塗布したところ、10〜3
0μmの厚さでコーティングすることができた。電極に
塗布したペースト状電解質膜の電気抵抗値は、いずれも
10-3S/cmオーダーであり、各々用いた電解液の電
気抵抗値とほぼ同等であった。
【0025】なお、コーティングした電極を重ね合わせ
たが、電極間で短絡することはなかった。
【0026】
【発明の効果】本発明のペースト状電解質は、以下のよ
うな優れた効果がある。
【0027】(1)電極へ塗布することができるので、
従来のような電解液を含浸させる工程が不要であり、電
気化学素子の製造工程を簡素化でき、生産性が向上す
る。
【0028】(2)セパレータが不要であるため、電気
化学素子の小型および薄型化を図ることができ、電気化
学素子の性能の向上、大容量化、電気抵抗低下を図るこ
とができる。
【0029】(3)液漏れすることがないので、容器を
厳重に気密化する必要がないため製造コストを低減する
ことができ、安全性も向上する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 10/40 H01G 9/02 311

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)有機溶媒に電解質を溶解させた電
    解液、(b)増粘剤および(c)前記有機溶媒に不溶で
    電気絶縁性を有する物質を含有することを特徴とするペ
    ースト状電解質。
  2. 【請求項2】 有機溶媒が、エチレンカーボネート、プ
    ロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、スルホ
    ラン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルホルムア
    ミド、アセトニトリル、ニトロメタン、N−メチルピロ
    リドン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタ
    ン、1,3−ジオキソラン、2−メトキシテトラヒドロ
    フラン、ジエチルエーテル、エチレングリコール、ジエ
    チレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチ
    レングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテ
    ル、エチレングリコール−ジメチルエーテルおよびホル
    ムアミドから選ばれる少なくとも1種である請求項1記
    載のペースト状電解質。
  3. 【請求項3】 電解質が、アルカリ金属塩、アルカリ土
    類金属塩、第3級アンモニウム塩および第4級アンモニ
    ウム塩から選ばれる少なくとも1種である請求項1また
    は請求項2のいずれかに記載のペースト状電解質。
  4. 【請求項4】 増粘剤が、アクリルゴム、ニトリルゴ
    ム、ウレタンゴム、アクリル樹脂、アクリルニトリル樹
    脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂、ポリアクリルアミド、ポ
    リエチレングリコール、無水ケイ酸およびクレーから選
    ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項
    1、請求項2または請求項3記載のいずれかに記載のペ
    ースト状電解質。
  5. 【請求項5】 有機溶媒に不溶で電気絶縁性を有する物
    質の形状が、粒径1〜100μmの粒状もしくは断面直
    径が1〜100μmの棒状または繊維状であることを特
    徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求項4
    のいずれかに記載のペースト状電解質。
  6. 【請求項6】 有機溶媒に不溶で電気絶縁性を有する物
    質が、プラスチック粉末、エラストマー粉末、ガラス粉
    末、ガラス繊維、天然繊維、合成繊維またはセラミック
    粉末から選ばれる少なくとも1種である請求項1、請求
    項2、請求項3、請求項4または請求項5のいずれかに
    記載のペースト状電解質。
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