JPH11149825A - Slid polymer electrolyte and electrochemical device using the same - Google Patents

Slid polymer electrolyte and electrochemical device using the same

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JPH11149825A
JPH11149825A JP10186938A JP18693898A JPH11149825A JP H11149825 A JPH11149825 A JP H11149825A JP 10186938 A JP10186938 A JP 10186938A JP 18693898 A JP18693898 A JP 18693898A JP H11149825 A JPH11149825 A JP H11149825A
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electrolyte
vdf
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copolymer
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恒男 桑原
Sachiko Hirabayashi
幸子 平林
Kazuhide Oe
一英 大江
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolyte superior in ionic conductivity, uniformity, and the adhesive property to a base material, and to provide an electrochemical device satisfactory in durability and preservability by using it. SOLUTION: This solid polymer electrolyte is a gummy copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or a rubber-like copolymer of vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene, comprising a polymer containing 55 mole % or more of the vinylidene fluoride, an electrolytic salt, and an organic solvent. A lithium secondary battery and an electric double layer capacitor are provided by using this electrolyte.

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、電池、キャパシ
タ、ディスプレイ、センサー等の電気化学デバイスに好
適に用いることができる高分子固体電解質、およびこの
高分子固体電解質を用いた電気化学デバイスに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte which can be suitably used for electrochemical devices such as batteries, capacitors, displays and sensors, and an electrochemical device using the solid polymer electrolyte. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電気化学デバイスにおいては、電
解質として水溶液あるいは有機溶媒を用いた非水溶液
(電解液)が多く用いられてきたが、密閉の必要性、安
全性の確保等に問題があるため、柔軟性、弾性、軽量
性、薄膜形成性、透明性等を持ち合わせたイオン伝導性
高分子の必要性が増してきている。特に、エレクトロニ
クス製品の重要部品である電池等の電気化学デバイスに
おいては、軽量化、コンパクト化、形状自由度、大面積
化等の要請から、イオン伝導性高分子を電解質に用いる
2次電池等の電気化学デバイスの開発が積極的に進めら
れている。
2. Description of the Related Art In a conventional electrochemical device, an aqueous solution or a non-aqueous solution (electrolytic solution) using an organic solvent has been often used as an electrolyte, but there are problems in necessity of sealing, securing of safety, and the like. Therefore, the necessity of an ion conductive polymer having flexibility, elasticity, light weight, thin film forming property, transparency and the like is increasing. In particular, for electrochemical devices such as batteries, which are important components of electronic products, due to demands for weight reduction, compactness, shape freedom, and large area, secondary batteries and the like that use ion-conductive polymers as electrolytes are required. The development of electrochemical devices is being actively pursued.

【0003】イオン伝導性高分子を用いた例としては、
ポリエチレンオキシド(PEO)や、ポリプロピレンオ
キシド(PPO)等のポリエーテルおよびその誘導体な
どの高分子とLi等を含む電解質塩とから構成されるタ
イプ(均一型、ドライ型)、高分子に可塑剤を混合し
て、電気化学的特性を改善したタイプ(ハイブリッド型
・ゲル型)、また、電解質の複合塩を高分子で保持した
タイプ(PIS:Polymer in Salt )等がある。
As an example using an ion conductive polymer,
A type (homogeneous or dry type) composed of a polymer such as polyethylene oxide (PEO) or a polyether such as polypropylene oxide (PPO) or a derivative thereof and an electrolyte salt containing Li or the like; There are a type in which the electrochemical characteristics are improved by mixing (hybrid type / gel type), and a type in which a composite salt of the electrolyte is held by a polymer (PIS: Polymer in Salt).

【0004】現在、高分子固体電解質(SPE)を用い
たポリマーバッテリー等の開発においては、その高いイ
オン伝導度から、主にゲル型のSPEが研究の中心であ
り、PEO系、PAN(ポリアクリロニトリル)系、P
VDF(ポリフッ化ビニリデン)系等の高分子が実用性
が高いとされている。この中で、PVDFは耐熱性、耐
薬品性に優れ、十分な機械的強度を有していることか
ら、古くからSPEとして研究されている。しかしなが
ら、高分子の結晶部分は、イオン伝導に寄与しないとさ
れていることから、高い結晶性を有しているPVDF
は、現状のままではSPEとして不利であり、このた
め、6フッ化プロピレン(HFP)や、トリフルオロエ
チレン(TrFE)や、テトラフルオロエチレン(TF
E)を用いた、P(VDF−HFP):米国特許第39
85574号明細書、P(VDF−TFE),P(VD
F−TrFE):特開昭58−75779号公報等の共
重合体が提案されている。
At present, in the development of polymer batteries and the like using solid polymer electrolytes (SPEs), gel-type SPEs are mainly the focus of research due to their high ionic conductivity. ) System, P
It is said that polymers such as VDF (polyvinylidene fluoride) have high utility. Among them, PVDF has been studied as an SPE for a long time because it has excellent heat resistance and chemical resistance and has sufficient mechanical strength. However, since the crystalline portion of the polymer is not considered to contribute to ion conduction, PVDF having high crystallinity
Is disadvantageous as an SPE as it is, and therefore propylene hexafluoride (HFP), trifluoroethylene (TrFE), tetrafluoroethylene (TF
P (VDF-HFP) using E): US Patent No. 39
No. 85574, P (VDF-TFE), P (VD
F-TrFE): Copolymers as disclosed in JP-A-58-75779 have been proposed.

【0005】例えば、米国特許第5296318号明細
書には、フッ化ビニリデン(VDF)と8〜25wt%の
6フッ化プロピレン(HFP)の共重合体〔P(VDF
−HFP)〕に、リチウム塩が溶解した溶液が20〜7
0wt%含まれているゲル電解質が開示されている。この
ゲル電解質の導電率は10-3S・cm-1に達する。元
来、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は結晶性高分子
で比較的耐薬品性に優れた高分子である。すなわち、P
VDFをよく溶解させる溶媒もあるが、かといってどの
ような溶媒にも溶解するわけではなく、フッ素樹脂のな
かでは使いやすい樹脂のひとつであった。事実、PVD
Fはリチウムイオン2次電池の正負極活物質の結着剤と
して使用されている。上記特許に記載されているPVD
FはVDFとHFPの共重合体であり、HFPがPVD
Fの結晶化度を低下させている。このようなVDF−H
FP共重合体は、溶媒を多量に含むことが可能であり、
また、リチウム塩の結晶析出も抑制され、さらに強度の
あるゲル電解質を作製することができる。
For example, US Pat. No. 5,296,318 discloses a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and 8 to 25 wt% of propylene hexafluoride (HFP) [P (VDF
-HFP)], the solution in which the lithium salt is dissolved is 20 to 7
A gel electrolyte containing 0 wt% is disclosed. The conductivity of this gel electrolyte reaches 10 −3 S · cm −1 . Originally, polyvinylidene fluoride (PVDF) is a crystalline polymer that is relatively excellent in chemical resistance. That is, P
Although some solvents dissolve VDF well, they did not dissolve in any solvent and were one of the most usable fluororesins. In fact, PVD
F is used as a binder for the positive and negative electrode active materials of the lithium ion secondary battery. PVD described in the above patent
F is a copolymer of VDF and HFP, where HFP is PVD
The crystallinity of F is reduced. Such VDF-H
The FP copolymer can contain a large amount of a solvent,
In addition, the precipitation of lithium salt crystals is suppressed, and a gel electrolyte having higher strength can be produced.

【0006】しかしながら、VDF−HFP共重合体は
HFPがPVDFの結晶化度を低下しているため、上記
のような高導電率を得ることが可能となった反面、この
ような高分子構造が本質的に内包している耐薬品性の低
下、融点の低下という欠点を持つことになった。例え
ば、エルフ・アトケム社製PVDF(ホモポリマー、商
品名KYNAR700番シリーズ)の融点は170℃に
対し、同じくエルフ・アトケム社製VDF−HFP共重
合体、例えばKYNAR2801の融点は145℃であ
る。耐薬品性の低下は電池の電解液にも溶解しやすくな
るということであるから、このようなVDF−HFP共
重合体をリチウムイオン2次電池や電気2重層キャパシ
タ等の電気化学デバイスに使用した場合、電極・集電体
等との密着性等に問題を生じる。例えば、前記VDF−
HFP共重合体を電池に用いた場合、電池の保存特性が
劣化する。電池を室温あるいは高温(40℃、60℃、
80℃、100℃)で保存した場合、容量劣化が起き、
極端な場合には内部ショートが発生する。また、融点の
低下によって、高温での使用が制限されたり、上記のよ
うに高温保存特性が悪くなる。
[0006] However, the VDF-HFP copolymer has a high conductivity as described above because HFP reduces the crystallinity of PVDF. Inherently, it has a disadvantage that the contained chemical resistance is lowered and the melting point is lowered. For example, the melting point of PVDF (homopolymer, trade name KYNAR700 series) manufactured by Elf Atochem is 170 ° C., whereas the melting point of a VDF-HFP copolymer manufactured by Elf Atochem, for example, KYNAR2801, is 145 ° C. Since the decrease in chemical resistance means that the polymer easily dissolves in the battery electrolyte, such a VDF-HFP copolymer was used for an electrochemical device such as a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor. In this case, a problem arises in the adhesion to the electrodes and the current collector. For example, the VDF-
When the HFP copolymer is used in a battery, the storage characteristics of the battery deteriorate. Battery at room temperature or high temperature (40 ° C, 60 ° C,
(80 ° C, 100 ° C), storage capacity degradation occurs,
In an extreme case, an internal short circuit occurs. In addition, the lowering of the melting point limits the use at high temperatures and deteriorates the high-temperature storage characteristics as described above.

【0007】また、ゲル電解質と溶液系に用いる電極と
からセルを構成すると、内部抵抗が高く、全く充放電で
きない。従って、従来より行われているように、米国特
許第5296318号明細書では、電極活物質とゲル電
解質とからなる組成物を用いて整合性をとっている。し
かし、この特許において示される組成では、塗布する集
電体との密着性が小さく、塗布後電極合剤部分が剥離す
ることがあった。これは、PVDFが結晶性樹脂のため
塗布・乾燥するときの収縮率が大きいので、集電体から
剥離すると考えられる。すなわち、導電率は高くなった
が、集電体への密着性は十分ではなかった。また、電気
2重層キャパシタでも、より良好なゲル電解質が求めら
れている。
Further, when a cell is composed of a gel electrolyte and an electrode used in a solution system, the internal resistance is high and charging and discharging cannot be performed at all. Therefore, as conventionally performed, in US Pat. No. 5,296,318, matching is achieved using a composition comprising an electrode active material and a gel electrolyte. However, with the composition shown in this patent, the adhesion to the current collector to be applied is low, and the electrode mixture may peel off after the application. This is thought to be due to the fact that the PVDF has a large shrinkage rate when it is applied and dried because it is a crystalline resin, and is thus separated from the current collector. That is, the conductivity was increased, but the adhesion to the current collector was not sufficient. Also, a better gel electrolyte is required for electric double layer capacitors.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イオ
ン伝導と均一性、基材への接着性が良好な高分子固体電
解質、およびこれを用いることで耐久性、保存性の優れ
た電気化学デバイスを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polymer solid electrolyte having good ionic conductivity and uniformity, and good adhesion to a substrate, and an electric power having excellent durability and storage stability by using the same. It is to provide a chemical device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記のような問題点に鑑
み、本発明者らは特願平8−274103号公報におい
て、PVDF共重合体を主鎖/PVDFを側鎖とした高
分子を用いたSPEを、また、特願平9−21992号
公報において、VDFと塩化3フッ化エチレン(CTF
E)の共重合体を用いたSPEを提案している。
In view of the above problems, the present inventors disclosed in Japanese Patent Application No. 8-274103 a polymer having a PVDF copolymer as a main chain / a polymer having PVDF as a side chain. The SPE used was also described in Japanese Patent Application No. 9-21992, VDF and ethylene chloride trifluoride (CTF).
An SPE using the copolymer (E) has been proposed.

【0010】本発明者らは、さらに多くのフッ素系ポリ
マーについて検討を重ねた結果、フッ化ビニリデン(V
DF)−6フッ化プロピレン(HFP)二元共重合体の
ゴム状領域およびフッ化ビニリデン(VDF)−6フッ
化プロピレン(HFP)−4フッ化エチレン(TFE)
三元共重合体のゴム状領域にもSPE用ポリマーとして
好適な組成があることを見いだした。従来、ゴム状領域
では電解液の保液性と組成の関係は明確ではなかった
が、本発明者らによって、ゴム状領域でも電解液がよく
保持される領域があることが明らかになった。
The present inventors have conducted further studies on a larger number of fluoropolymers and found that vinylidene fluoride (V
DF) -6-propylene fluoride (HFP) binary copolymer rubbery region and vinylidene fluoride (VDF) -6-propylene fluoride (HFP) -tetrafluoroethylene (TFE)
It has been found that the rubbery region of the terpolymer also has a composition suitable as a polymer for SPE. Conventionally, the relationship between the liquid retention and the composition of the electrolytic solution was not clear in the rubber-like region, but the present inventors have revealed that there is a region in the rubber-like region where the electrolytic solution is well retained.

【0011】すなわち、上記の目的は、以下の本発明に
より達成される。
That is, the above object is achieved by the present invention described below.

【0012】(1) フッ化ビニリデンと、6フッ化プ
ロピレンとのゴム状共重合体であって、前記フッ化ビニ
リデンの含有量が55モル%以上である高分子と、電解
質塩と、有機溶媒とを有する高分子固体電解質。 (2) フッ化ビニリデンと、6フッ化プロピレンと、
4フッ化エチレンとのゴム状共重合体であって、前記フ
ッ化ビニリデンの含有量が55モル%以上である高分子
と、電解質塩と、有機溶媒とを有する高分子固体電解
質。 (3) 前記高分子の前記フッ化ビニリデンの含有量が
55モル%以上であり、前記高分子の前記6フッ化プロ
ピレンの含有量が10〜45モル%であり、前記高分子
の前記4フッ化エチレンの含有量が0〜35モル%であ
る上記(1)または(2)の高分子固体電解質。 (4) さらに、無機あるいは有機の充填剤を含む上記
(1)〜(3)のいずれかの高分子固体電解質。 (5) 上記(1)〜(4)のいずれかの高分子固体電
解質を用いた電気化学デバイス。 (6) リチウム2次電池である上記(5)の電気化学
デバイス。 (7) 電気2重層キャパシタである上記(5)の電気
化学デバイス。
(1) A rubbery copolymer of vinylidene fluoride and propylene hexafluoride, wherein the content of the vinylidene fluoride is at least 55 mol%, an electrolyte salt, and an organic solvent And a polymer solid electrolyte comprising: (2) vinylidene fluoride, propylene hexafluoride,
A solid polymer electrolyte comprising a polymer having a vinylidene fluoride content of 55 mol% or more, a rubbery copolymer with ethylene tetrafluoride, an electrolyte salt, and an organic solvent. (3) The content of the vinylidene fluoride in the polymer is 55 mol% or more, the content of the propylene hexafluoride in the polymer is 10 to 45 mol%, and the content of the 4 The polymer solid electrolyte according to the above (1) or (2), wherein the content of ethylene fluoride is 0 to 35 mol%. (4) The polymer solid electrolyte according to any one of (1) to (3), further comprising an inorganic or organic filler. (5) An electrochemical device using the polymer solid electrolyte according to any of (1) to (4). (6) The electrochemical device according to the above (5), which is a lithium secondary battery. (7) The electrochemical device according to (5), which is an electric double-layer capacitor.

【0013】[0013]

【作用】本発明の高分子固体電解質(SPE)に用いる
フッ化ビニリデン(VDF)−6フッ化プロピレン(H
FP)二元共重合体およびフッ化ビニリデン(VDF)
−6フッ化プロピレン(HFP)−4フッ化エチレン
(TFE)三元共重合体のゴム状領域は、おおよそVD
F−HFP二元共重合体でのVDFが50〜85モル%
の組成に、さらにTFEを0〜35モル%加えた組成域
である。この組成域では、ゴム状、つまり非晶質のポリ
マーであるため、高い膨潤性が得られ、かつ、従来のゴ
ム状共重合体とは違い、高い電解液の保液性が得られ
る。そのため、高い導電率が得られる。また、本発明の
SPEは耐熱性、耐寒性、耐溶剤性等も高い。
The vinylidene fluoride (VDF) -6 propylene fluoride (H) used for the solid polymer electrolyte (SPE) of the present invention.
FP) Binary copolymer and vinylidene fluoride (VDF)
The rubbery region of -6 fluorinated propylene (HFP) -tetrafluoroethylene (TFE) terpolymer is approximately VD
50-85 mol% of VDF in F-HFP binary copolymer
This is a composition region in which TFE is further added to the composition of 0 to 35 mol%. In this composition range, since it is a rubber-like, that is, an amorphous polymer, high swelling property is obtained, and unlike the conventional rubber-like copolymer, high electrolyte-retaining property is obtained. Therefore, high conductivity is obtained. Further, the SPE of the present invention has high heat resistance, cold resistance, solvent resistance and the like.

【0014】ゴム状のVDF−HFP二元共重合体でも
十分な特性が得られるが、さらにTFEを導入すること
により、極めて強いC−F結合が増え、他のC−C結
合、C−H結合も強化されるので、耐熱性が向上する。
また、VDF−HFP−TFE三元共重合体は、VDF
の含有量が同程度であれば、耐寒性もVDF−HFP二
元共重合体と同等程度である。耐溶剤性は、フッ素原子
の比較的大きい van derWaals 半径はC−C結合を化学
薬品の攻撃から保護するので、VDF−HFP二元共重
合体よりも優れている。
[0014] Sufficient properties can be obtained even with a rubbery VDF-HFP binary copolymer. However, by introducing TFE, an extremely strong CF bond is increased, and other CC bonds and CH bonds are increased. Since the bonding is also strengthened, the heat resistance is improved.
Further, the VDF-HFP-TFE terpolymer is a VDF-HFP-TFE terpolymer.
, The cold resistance is about the same as that of the VDF-HFP binary copolymer. Solvent resistance is superior to VDF-HFP binary copolymers because the relatively large van der Waals radius of the fluorine atom protects the CC bond from chemical attack.

【0015】なお、VDF−TFE二元共重合体は結晶
性が高く、SPEとして不利である。
The VDF-TFE binary copolymer has high crystallinity and is disadvantageous as an SPE.

【0016】VDF−HFP二元共重合体、VDF−H
FP−TFE三元共重合体は、2成分または3成分の組
成を変化させることでゴムの耐熱性、耐寒性、耐溶剤性
等が変化する。
VDF-HFP binary copolymer, VDF-H
The FP-TFE terpolymer changes the rubber heat resistance, cold resistance, solvent resistance, etc. by changing the composition of the two or three components.

【0017】VDF−HFP二元共重合体およびVDF
−HFP−TFE三元共重合体においては、フッ素含有
量を増加させる(相対的にVDFを減らす)ことにより
ガラス転移点が上昇し、耐寒性は低下する傾向がある
が、耐溶剤性は良好となる。VDFを減らすと、電気化
学デバイスに用いられる種々の電解液の保液性、膨潤性
も低下する傾向がある。
VDF-HFP binary copolymer and VDF
In the -HFP-TFE terpolymer, the glass transition point tends to increase and the cold resistance tends to decrease by increasing the fluorine content (relatively reducing VDF), but the solvent resistance is good. Becomes When VDF is reduced, the liquid retention and swelling properties of various electrolytes used in electrochemical devices also tend to decrease.

【0018】本発明の高分子はゴム状であるため、結晶
成分を一切含まず、また、VDF−HFP二元共重合体
およびVDF−HFP−TFE三元共重合体におけるV
DFの比率を55モル%以上とすることで、アセトン、
メチルエチルケトン(MEK)、ジメチルホルムアミド
(DMF)、N−メチルピロリドン(NMP)等の一部
の溶剤への溶解性を確保するとともに、高い電解液の保
液性、膨潤性を得ている。これにより、SPEのイオン
伝導度は安定に高い値を示す。
Since the polymer of the present invention is rubbery, it does not contain any crystal components, and the VDF-HFP terpolymer and VDF-HFP-TFE terpolymer have the same properties.
By setting the ratio of DF to 55 mol% or more, acetone,
In addition to ensuring solubility in some solvents such as methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), and N-methylpyrrolidone (NMP), high liquid retention and swelling of the electrolytic solution are obtained. Thereby, the ionic conductivity of the SPE shows a stable high value.

【0019】また、本発明のSPEは、ベースポリマー
がゴム質であるため、電池やキャパシタの電極との密着
性が極めて良好で、電気化学的界面の形成が容易であ
る。このSPEをリチウム2次電池に用いることによ
り、内部抵抗が小さく、低温から高温の広い温度範囲で
使用可能な電池となる。また、電気2重層キャパシタに
用いても同様な効果が得られる。
Further, since the SPE of the present invention has a rubbery base polymer, the adhesion to the electrodes of batteries and capacitors is extremely good, and the formation of an electrochemical interface is easy. By using this SPE for a lithium secondary battery, the battery has a low internal resistance and can be used in a wide temperature range from low to high. The same effect can be obtained by using the same for an electric double layer capacitor.

【0020】なお、特公平8−4007号公報におい
て、本発明と同じVDF−HFP−TFE三元共重合体
が非水系電池用電極のバインダとして開示されている。
しかし、高分子固体電解質に要求される特性とバインダ
に要求される特性とは本質的に異なっており、高分子固
体電解質としての用途を示唆するものではない。
In Japanese Patent Publication No. 84007, the same VDF-HFP-TFE terpolymer as in the present invention is disclosed as a binder for a non-aqueous battery electrode.
However, the characteristics required for the polymer solid electrolyte and the characteristics required for the binder are essentially different, and do not suggest the use as a polymer solid electrolyte.

【0021】また、前述した通り、米国特許第5296
318号明細書では、本発明と同じくVDF−HFP二
元共重合体を用いた高分子固体電解質が開示されてい
る。しかし、その組成は、VDF92〜75wt%(約9
6.4〜87.5モル%)、HFP8〜25wt%(約
3.6〜12.5モル%)であり、本発明とは違ってゴ
ム状共重合体ではない。従って、電極等との密着性の点
で本発明のものよりもSPEとして不利である。本発明
で用いるVDF−HFP二元共重合体の組成は、VDF
85〜50モル%(約70〜30wt%)、HFP15〜
50モル%(約30〜70wt%)である。本発明では、
ゴム状領域において、電解液がよく保持される領域があ
ることを見いだし、その組成の高分子をSPEに用いる
ことで、優れた特性を実現している。
Also, as described above, US Pat.
No. 318 discloses a polymer solid electrolyte using a VDF-HFP binary copolymer as in the present invention. However, its composition is VDF 92-75 wt% (about 9%).
6.4 to 87.5 mol%) and HFP 8 to 25 wt% (about 3.6 to 12.5 mol%), which is not a rubbery copolymer unlike the present invention. Therefore, it is more disadvantageous as an SPE than that of the present invention in terms of adhesion to electrodes and the like. The composition of the VDF-HFP binary copolymer used in the present invention is VDF
85 to 50 mol% (about 70 to 30 wt%), HFP 15 to
50 mol% (about 30-70 wt%). In the present invention,
In the rubber-like region, it was found that there was a region where the electrolyte was well retained, and excellent characteristics were realized by using a polymer having that composition for the SPE.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の高分子固体電解質(SP
E)は、フッ化ビニリデン(VDF)−6フッ化プロピ
レン(HFP)のゴム状共重合体よりなる高分子または
フッ化ビニリデン(VDF)−6フッ化プロピレン(H
FP)−4フッ化エチレン(TFE)のゴム状共重合体
よりなる高分子、電解質塩および有機溶媒より構成され
ている。また、さらに種々の無機あるいは有機の充填剤
(フィラー)を含有させることにより、SPEの物性・
生産性等を制御することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The solid polymer electrolyte of the present invention (SP)
E) is a polymer composed of a rubbery copolymer of vinylidene fluoride (VDF) -6 propylene fluoride (HFP) or vinylidene fluoride (VDF) -6 propylene fluoride (H
FP) -polymer comprising a rubbery copolymer of tetrafluoroethylene (TFE), an electrolyte salt, and an organic solvent. In addition, by adding various inorganic or organic fillers (fillers), the physical properties of SPE
Productivity and the like can be controlled.

【0023】<二元共重合体、三元共重合体>本発明の
ゴム状共重合体領域とは、VDF−HFP二元共重合体
およびVDF−HFP−TFE三元共重合体のうち、ゴ
ム状態が得られる領域のことである。VDF−HFP二
元共重合体およびVDF−HFP−TFE三元共重合体
のゴム状領域の組成範囲は、前述したように、おおよそ
VDF−HFP二元共重合体でのVDFの比率が50〜
85モル%の組成に、さらにTFEを0〜35モル%加
えた組成域である。
<Binary copolymer, ternary copolymer> The rubbery copolymer region of the present invention refers to a VDF-HFP binary copolymer and a VDF-HFP-TFE ternary copolymer. This is the area where the rubber state can be obtained. As described above, the composition range of the rubbery region of the VDF-HFP binary copolymer and the VDF-HFP-TFE terpolymer has a VDF ratio in the VDF-HFP binary copolymer of approximately 50 to 50%.
This is a composition region in which TFE is further added to 0 to 35 mol% to a composition of 85 mol%.

【0024】ゴム状共重合体とは、ガラス転移点(Tg)
が常温(25℃程度)以下にあり、ゴム弾性を示す高分
子である。ゴム状共重合体は明確な融点(Tm)が存在し
ないので、ゴム状であるかどうかは共重合体の熱的挙
動、例えば、示差熱分析で明確なTmが存在しないことか
ら調べることができる。
The rubbery copolymer is defined as a glass transition point (Tg)
Is a normal polymer (about 25 ° C.) or lower and is a polymer exhibiting rubber elasticity. Since a rubber-like copolymer does not have a definite melting point (Tm), whether it is rubber-like can be determined by the thermal behavior of the copolymer, for example, by the absence of a definite Tm by differential thermal analysis. .

【0025】本発明では、上記ゴム状領域のうち、VD
F比率が55モル%以上、好ましくは58モル%以上の
VDF−HFP二元共重合体またはVDF−HFP−T
FE三元共重合体が用いられる。VDF比率が55モル
%未満では電解液の保液性、膨潤性が不十分である。ま
た、HFPは10〜45モル%、特に12〜42モル%
が好ましい。TFEは0〜35モル%、特に0〜30モ
ル%が好ましい。
In the present invention, VD of the rubbery region
VDF-HFP binary copolymer or VDF-HFP-T having an F ratio of 55 mol% or more, preferably 58 mol% or more
An FE terpolymer is used. When the VDF ratio is less than 55 mol%, the liquid retention and swelling properties of the electrolyte are insufficient. HFP is 10 to 45 mol%, particularly 12 to 42 mol%.
Is preferred. TFE is preferably 0 to 35 mol%, particularly preferably 0 to 30 mol%.

【0026】VDF−HFP二元共重合体、VDF−H
FP−TFE三元共重合体は、通常、ランダム共重合体
を用いるが、ブロック共重合体であってもよい。
VDF-HFP binary copolymer, VDF-H
The FP-TFE terpolymer is usually a random copolymer, but may be a block copolymer.

【0027】分子量は、材料の強度の点で、重量平均分
子量Mwが30,000程度以上、好ましくは50,0
00程度以上あることが必要である。Mwの上限は、通
常、5,000,000程度である。
The molecular weight is such that the weight average molecular weight Mw is about 30,000 or more, preferably 50,000, in view of the strength of the material.
It needs to be about 00 or more. The upper limit of Mw is usually about 5,000,000.

【0028】高分子固体電解質として用いる場合、いわ
ゆる生ゴム状態でも本発明の用途に好適であるが、ポリ
アミン、ポリオール、パーオキサイドなどの加硫剤を用
いて加硫を行ってもよい。この際、電解液の膨潤性は加
硫の程度により変化し、加硫度が増えると、膨潤性は低
下する。
When used as a solid polymer electrolyte, a so-called raw rubber state is also suitable for use in the present invention, but vulcanization may be carried out using a vulcanizing agent such as polyamine, polyol or peroxide. At this time, the swellability of the electrolytic solution changes depending on the degree of vulcanization, and as the degree of vulcanization increases, the swellability decreases.

【0029】このような高分子固体電解質をリチウム2
次電池、電気2重層キャパシタ等の電気化学デバイスに
用いることにより、良好な耐久性、耐熱性、保存性、充
放電特性等を得ることができる。
Such a polymer solid electrolyte is made of lithium 2
When used in electrochemical devices such as secondary batteries and electric double layer capacitors, good durability, heat resistance, storage stability, charge / discharge characteristics and the like can be obtained.

【0030】VDF−HFP二元共重合体、VDF−H
FP−TFE三元共重合体は吸水率が0.1wt%以下と
低いので、使用に際して必ずしも乾燥処理を行う必要は
ないが、100℃以下で常圧あるいは真空乾燥を行って
もよい。
VDF-HFP binary copolymer, VDF-H
Since the FP-TFE terpolymer has a low water absorption of 0.1 wt% or less, it is not always necessary to carry out a drying treatment at the time of use, but it may be subjected to normal pressure or vacuum drying at 100 ° C. or less.

【0031】VDF−HFP二元共重合体を合成するに
は、公知の方法に従い、過硫酸塩を開始剤としてフッ化
ビニリデンと6フッ化プロピレンとを共重合させればよ
い。VDF−HFP−TFE三元共重合体を合成するに
は、公知の方法に従い、過硫酸塩を開始剤としてフッ化
ビニリデンと6フッ化プロピレンと4フッ化エチレンと
を共重合させればよい。
In order to synthesize a VDF-HFP binary copolymer, vinylidene fluoride and propylene hexafluoride may be copolymerized according to a known method using persulfate as an initiator. In order to synthesize a VDF-HFP-TFE terpolymer, vinylidene fluoride, propylene hexafluoride and ethylene tetrafluoride may be copolymerized according to a known method using persulfate as an initiator.

【0032】前記共重合体は、常温ではエチレンカーボ
ネート、ジエチルカーボネート等の電解液に溶解するこ
ともなく、このような共重合体による高分子固体電解質
をリチウム2次電池、電気2重層キャパシタ等の電気化
学デバイスに用いた場合、保存特性が良好となる。
The copolymer does not dissolve in an electrolyte such as ethylene carbonate or diethyl carbonate at room temperature, and the polymer solid electrolyte of such a copolymer is used for lithium secondary batteries, electric double layer capacitors, etc. When used for an electrochemical device, the storage characteristics are good.

【0033】<電解質塩>電解質としては、リチウム電
池への応用を考えると電解質塩にはLiが含まれる必要
があり、具体的には、LiBF4 、LiPF6 、LiA
sF6 、LiSO3 CF3 、LiClO4 、LiN(S
2 CF32 等のリチウム塩が適用できる。また、電
気2重層キャパシタに用いる場合は、上記のLi塩を含
むアルカリ金属塩以外に、過塩素酸テトラエチルアンモ
ニウム、ホウフッ化テトラエチルアンモニウム等の四級
アンモニウム塩等が適用できる。その他、応用する電気
化学デバイスに応じて、後述の溶媒と相溶する電解質塩
を適宜選択すればよい。このような電解質塩は単独で用
いてもよいし、複数の塩を所定の比率で混合して用いて
もよい。
<Electrolyte Salt> As an electrolyte, considering application to a lithium battery, it is necessary that the electrolyte salt contains Li, and specifically, LiBF 4 , LiPF 6 , LiA
sF 6 , LiSO 3 CF 3 , LiClO 4 , LiN (S
Lithium salts such as O 2 CF 3 ) 2 can be used. When used for an electric double layer capacitor, a quaternary ammonium salt such as tetraethylammonium perchlorate and tetraethylammonium borofluoride can be used in addition to the alkali metal salt containing the Li salt. In addition, an electrolyte salt compatible with a solvent described below may be appropriately selected depending on an applied electrochemical device. Such an electrolyte salt may be used alone, or a plurality of salts may be mixed at a predetermined ratio.

【0034】<溶媒>電解液の溶媒としては、前述の共
重合体、電解質塩との相溶性が良好なものであれば特に
制限はされないが、リチウム電池等では高い動作電圧で
も分解の起こらない極性有機溶媒、例えば、エチレンカ
ーボネート(略称EC)、プロピレンカーボネート(略
称PC)等のカーボネート類、テトラヒドロフラン(略
称THF)等の環式エーテル、スルホラン、ラクトン等
が好適に用いられる。また、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、エチルメ
チルカーボネート、2−メチルテトラヒドロフラン、
1、3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、γ−
ブチロラクトン、3−メチルスルホラン、ジメトキシエ
タン、ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、エ
チルジグライム等を用いてもよい。その他、応用するデ
バイスに応じて適宜選択すればよい。
<Solvent> The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it has good compatibility with the above-mentioned copolymer and electrolyte salt. However, in a lithium battery or the like, decomposition does not occur even at a high operating voltage. Polar organic solvents, for example, carbonates such as ethylene carbonate (abbreviation EC) and propylene carbonate (abbreviation PC), cyclic ethers such as tetrahydrofuran (abbreviation THF), sulfolane, and lactone are preferably used. Also, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 2-methyltetrahydrofuran,
1,3-dioxolan, 4-methyldioxolan, γ-
Butyrolactone, 3-methylsulfolane, dimethoxyethane, diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, ethyldiglyme, or the like may be used. In addition, it may be appropriately selected according to the device to be applied.

【0035】溶媒と電解質塩とで電解液を構成すると考
えた場合の電解質塩の濃度は、好ましくは0.3〜5mo
l/lである。通常、1mol/l辺りで最も高いイオン伝
導性を示す。また、SPEの組成を共重合体/電解液で
示した場合、膜の強度、イオン伝導度の点から、電解液
の比率は重量比で3/2〜1/9が好ましい。
When it is considered that the electrolyte is composed of the solvent and the electrolyte salt, the concentration of the electrolyte salt is preferably 0.3 to 5 mol.
l / l. Usually, it exhibits the highest ionic conductivity at around 1 mol / l. When the composition of the SPE is represented by a copolymer / electrolyte solution, the weight ratio of the electrolyte solution is preferably 3/2 to 1/9 from the viewpoint of membrane strength and ionic conductivity.

【0036】高分子の膨潤度は1.6以上、特に1.8
以上が好ましい。ここで、膨潤度とは、高分子に電解液
を含浸、膨潤させた前後の重量比とする。つまり、膨潤
度が2とは、電解液の含浸により高分子の重量が2倍に
なったことを示し、高分子の膨潤により保持された電解
液の総量がSPE全体の1/2を占めていることを示
す。膨潤度は、強度との兼ね合いもあるが、一般に5程
度以下であることが好ましい。
The degree of swelling of the polymer is 1.6 or more, especially 1.8.
The above is preferred. Here, the degree of swelling is defined as the weight ratio before and after the polymer is impregnated with the electrolyte and swelled. That is, a swelling degree of 2 indicates that the weight of the polymer was doubled by the impregnation of the electrolyte, and the total amount of the electrolyte retained by the swelling of the polymer occupied half of the entire SPE. To indicate that The degree of swelling is generally about 5 or less, although there is a balance with strength.

【0037】<SPEの調製>次に、高分子固体電解質
の具体的な作製方法を述べる。製造は水分の少ないドラ
イルームあるいはグローブボックス中で行う。
<Preparation of SPE> Next, a specific method for producing a solid polymer electrolyte will be described. Production is carried out in a dry room or a glove box with low moisture.

【0038】まず、高分子を溶媒に分散・溶解させる。
このときの溶媒は高分子が溶解可能な各種溶媒から適宜
選択すればよく、例えば、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、N、N−ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン
などを用いることが好ましい。溶媒に対する高分子の濃
度は好ましくは5〜30wt%である。分散・溶解方法
は、単に室温でマグネチックスターラー等を用いて撹拌
するだけで溶解する。また、短時間で高分子を溶解する
ために溶媒の沸点以下で加熱してもよい。
First, a polymer is dispersed and dissolved in a solvent.
The solvent at this time may be appropriately selected from various solvents in which the polymer can be dissolved. For example, it is preferable to use acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like. . The concentration of the polymer in the solvent is preferably 5 to 30% by weight. The dispersing and dissolving method is to dissolve simply by stirring at room temperature using a magnetic stirrer or the like. Further, in order to dissolve the polymer in a short time, heating may be performed at a temperature lower than the boiling point of the solvent.

【0039】次に、この高分子溶液を基材上に塗布、流
延してシート状にする。この基材は平滑なものなら何で
もよい。例えば、ポリエステルフィルム、ガラス、ポリ
テトラフルオロエチレンフィルム等である。高分子溶液
を基材に塗布するための手段は特に限定されず、基材の
材質や形状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、
メタルマスク印刷法、ディップコート法、スプレーコー
ト法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビア
コート法、スクリーン印刷法等が使用されている。ま
た、必要に応じて、加硫剤を加えてシートを成形する。
Next, this polymer solution is applied on a substrate and cast to form a sheet. The substrate may be any smooth material. For example, polyester film, glass, polytetrafluoroethylene film, and the like. The means for applying the polymer solution to the substrate is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the material and shape of the substrate. In general,
Metal mask printing, dip coating, spray coating, roll coating, doctor blade, gravure coating, screen printing, and the like are used. If necessary, a vulcanizing agent is added to form a sheet.

【0040】このようにして得たシートを、放置あるい
は熱処理して高分子を溶解したときの溶媒を蒸発させ
る。そして、このシートに電解液を含浸させればSPE
が得られる。電解液としては、リチウム電池、電気2重
層キャパシタ等に使用され、前記共重合体と相溶性が良
好なものであれば、いずれであってもよい。本発明の二
元共重合体、三元共重合体は、電解液の保液性、膨潤性
が高いので、このようにしてSPEが得られる。得られ
たSPEは透明で弾力性がある。
The sheet thus obtained is left or heat-treated to evaporate the solvent used to dissolve the polymer. Then, if this sheet is impregnated with the electrolytic solution, the SPE
Is obtained. As the electrolytic solution, any one may be used as long as it is used for lithium batteries, electric double layer capacitors and the like and has good compatibility with the copolymer. Since the binary copolymer and the ternary copolymer of the present invention have high electrolyte retention and swelling properties, SPE can be obtained in this manner. The resulting SPE is transparent and elastic.

【0041】また、あらかじめ高分子溶液に電解液を混
合し、その混合溶液(「ゲル電解質溶液」と呼ぶことに
する)を基材上に塗布した後、溶媒を乾燥させても、S
PEが得られる。ただし、この方法は加硫ゴムには適用
できない。
Further, after mixing the electrolyte solution with the polymer solution in advance and applying the mixed solution (hereinafter referred to as “gel electrolyte solution”) on the substrate, the solvent is dried.
PE is obtained. However, this method cannot be applied to vulcanized rubber.

【0042】本発明のSPEの厚さは、通常、10〜5
00μmとする。
The thickness of the SPE of the present invention is usually 10 to 5
00 μm.

【0043】このようにして得られる本発明の高分子固
体電解質の導電率は、室温で、0.5〜10S・cm
-1で、従来のゲル電解質と同等であり、液体のそれに近
い。
The polymer solid electrolyte of the present invention thus obtained has a conductivity of 0.5 to 10 S · cm at room temperature.
At -1 , it is equivalent to a conventional gel electrolyte and close to that of a liquid.

【0044】<充填剤>上記の生ゴムSPEの強度、剛
性、耐圧性、粘着性等に不都合がある場合は、SPEに
シリカ、アルミナ等の無機または有機の充填剤(フィラ
ー)を添加することでそれらを改善することができる。
加える充填剤の材質、粒度、形状、充填量に特に制限は
ないが、SPEのイオン伝導度は本質的に充填量ととも
に低下する。充填量は30wt%以下にすることが好まし
い。
<Filler> If the above raw rubber SPE has disadvantages in strength, rigidity, pressure resistance, adhesiveness, etc., an inorganic or organic filler such as silica or alumina is added to the SPE. They can be improved.
The material, particle size, shape and filling amount of the filler to be added are not particularly limited, but the ionic conductivity of the SPE essentially decreases with the filling amount. It is preferable that the filling amount is 30% by weight or less.

【0045】また、SPEの自立性に不都合のある場合
は、SPEの支持体として不織布等をSPE中に包含さ
せてもよい。
If the SPE is not self-sustaining, a nonwoven fabric or the like may be included in the SPE as a support for the SPE.

【0046】<電気化学デバイス>本発明のSPEは、
電池、キャパシタ、ECディスプレイ、センサ等の電気
化学デバイスに用いることができ、特にリチウム2次電
池、電気2重層キャパシタに好適に用いることができ
る。
<Electrochemical Device> The SPE of the present invention comprises:
It can be used for electrochemical devices such as batteries, capacitors, EC displays, sensors and the like, and can be particularly suitably used for lithium secondary batteries and electric double layer capacitors.

【0047】<リチウム2次電池>本発明の高分子固体
電解質を使用したリチウム2次電池の構造は特に限定さ
れないが、通常、正極および負極と、SPEとから構成
され、積層型電池や円筒型電池等に適用される。
<Lithium Secondary Battery> Although the structure of the lithium secondary battery using the polymer solid electrolyte of the present invention is not particularly limited, it is generally composed of a positive electrode, a negative electrode, and SPE, and is usually a laminated battery or a cylindrical battery. Applied to batteries and the like.

【0048】SPEと組み合わせる電極は、リチウムイ
オン2次電池の電極として公知のものの中から適宜選択
して使用すればよく、電極活物質とSPEとの組成物を
用いることも可能である。
The electrode to be combined with SPE may be appropriately selected from those known as electrodes of a lithium ion secondary battery, and a composition of an electrode active material and SPE may be used.

【0049】負極は、炭素、リチウム金属、リチウム合
金あるいは酸化物材料のような負極活物質からなり、正
極は、リチウムイオンがインターカレート・デインター
カレート可能な酸化物または炭素のような正極活物質か
らなる。このような電極を用いることにより、良好な特
性のリチウム2次電池を得ることができる。
The negative electrode is composed of a negative electrode active material such as carbon, lithium metal, lithium alloy or oxide material, and the positive electrode is a positive electrode such as oxide or carbon capable of intercalating / deintercalating lithium ions. Made of active material. By using such an electrode, a lithium secondary battery having excellent characteristics can be obtained.

【0050】活物質として用いる炭素は、例えば、天然
あるいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、炭素繊維など
から適宜選択すればよい。これらは粉末で用いられる。
これらのうち好ましいものは、黒鉛であり、その平均粒
子径は1〜30μm 、特に5〜25μm であることが好
ましい。平均粒子径が小さすぎると、充放電サイクル寿
命が短くなり、また、容量のばらつき(個体差)が大き
くなる傾向にある。平均粒子径が大きすぎると、容量の
ばらつきが著しく大きくなり、平均容量が小さくなって
しまう。平均粒子径が大きい場合に容量のばらつきが生
じるのは、黒鉛と集電体との接触や黒鉛同士の接触にば
らつきが生じるためと考えられる。
The carbon used as the active material may be appropriately selected from, for example, natural or artificial graphite, resin-fired carbon material, carbon fiber and the like. These are used in powder.
Of these, graphite is preferred, and its average particle size is preferably 1 to 30 μm, particularly preferably 5 to 25 μm. If the average particle size is too small, the charge / discharge cycle life tends to be short and the variation in capacity (individual difference) tends to be large. If the average particle size is too large, the dispersion of the capacity becomes extremely large, and the average capacity becomes small. It is considered that the capacity variation occurs when the average particle size is large because the contact between the graphite and the current collector and the contact between the graphites vary.

【0051】リチウムイオンがインターカレート・デイ
ンターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む
複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO2、LiM
24、LiNiO2、LiV24などが挙げられる。
これらの酸化物の粉末の平均粒子径は1〜40μm 程度
であることが好ましい。
The oxide capable of intercalating / deintercalating lithium ions is preferably a composite oxide containing lithium, for example, LiCoO 2 , LiM
n 2 O 4, LiNiO 2, LiV 2 O 4 and the like.
The average particle diameter of these oxide powders is preferably about 1 to 40 μm.

【0052】電極には、必要により導電助剤が添加され
る。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラ
ック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の
金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好まし
い。
A conductive assistant is added to the electrode if necessary. Preferred examples of the conductive auxiliary agent include metals such as graphite, carbon black, carbon fiber, nickel, aluminum, copper, and silver. Particularly, graphite and carbon black are preferable.

【0053】電極組成は、バインダとしてゲル電解質を
加える場合、正極では、重量比で、活物質:導電助剤:
ゲル電解質=10〜50:0〜20:30〜90の範囲
が好ましく、負極では、重量比で、活物質:導電助剤:
ゲル電解質=10〜50:0〜20:30〜90の範囲
が好ましい。ゲル電解質を含まない電極も好適に用いら
れる。この場合、バインダとしてはフッ素樹脂、フッ素
ゴム等を用いることができ、バインダの量は3〜30wt
%程度とする。
The electrode composition is such that when a gel electrolyte is added as a binder, the weight ratio of active material: conduction aid:
The gel electrolyte is preferably in the range of 10 to 50: 0 to 20:30 to 90. In the negative electrode, the active material: the conductive auxiliary agent:
The gel electrolyte is preferably in the range of 10 to 50: 0 to 20:30 to 90. An electrode containing no gel electrolyte is also preferably used. In this case, a fluorine resin, a fluorine rubber, or the like can be used as the binder, and the amount of the binder is 3 to 30 wt.
%.

【0054】本発明では、上記負極活物質および/また
は正極活物質、好ましくは両活物質を、好ましくは上述
したバインダ溶液中に混合して集電体表面に接着させ
る。バインダとしてゲル電解質を用いる場合、本発明の
SPEと同じ組成のものを用いても、それ以外の組成の
ものを用いてもよい。
In the present invention, the above-mentioned negative electrode active material and / or positive electrode active material, preferably both active materials, are preferably mixed in the above-mentioned binder solution and adhered to the surface of the current collector. When a gel electrolyte is used as the binder, one having the same composition as the SPE of the present invention or one having another composition may be used.

【0055】電極の製造は、まず、活物質と必要に応じ
て導電助剤を、バインダ溶液に分散し、塗布液を調製す
る。
In the production of the electrode, first, an active material and, if necessary, a conductive auxiliary are dispersed in a binder solution to prepare a coating solution.

【0056】そして、この電極塗布液を集電体に塗布す
る。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形
状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマ
スク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレー
コート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラ
ビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。
その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール
等により圧延処理を行う。
Then, this electrode coating solution is applied to the current collector. The means for applying is not particularly limited, and may be determined as appropriate according to the material and shape of the current collector. Generally, a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method, and the like are used.
Thereafter, if necessary, a rolling treatment is performed by a flat plate press, a calender roll, or the like.

【0057】集電体は、電池の使用するデバイスの形状
やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通
常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアル
ミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。
なお、集電体は、通常、金属箔、金属メッシュなどが使
用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接
触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さい接触抵抗
が得られる。
The current collector may be appropriately selected from ordinary current collectors according to the shape of the device used by the battery and the method of disposing the current collector in the case. Generally, aluminum or the like is used for the positive electrode, and copper, nickel, or the like is used for the negative electrode.
Note that a metal foil, a metal mesh, or the like is usually used as the current collector. Although the metal mesh has a smaller contact resistance with the electrode than the metal foil, a sufficiently small contact resistance can be obtained with the metal foil.

【0058】そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製す
る。塗布厚は、50〜1,000μm程度とすることが
好ましい。
Then, the solvent is evaporated to form an electrode. The coating thickness is preferably about 50 to 1,000 μm.

【0059】<電気2重層キャパシタ>本発明の高分子
固体電解質が使用される電気2重層キャパシタの構造は
特に限定されないが、通常、一対の分極性電極がSPE
を介して配置されており、分極性電極およびSPEの周
辺部には絶縁性ガスケットが配置されている。このよう
な電気2重層キャパシタはコイン型、ペーパー型、積層
型等と称されるいずれのものであってもよい。
<Electric Double Layer Capacitor> The structure of the electric double layer capacitor using the polymer solid electrolyte of the present invention is not particularly limited.
And an insulating gasket is arranged around the polarizable electrode and the SPE. Such an electric double layer capacitor may be any type called a coin type, a paper type, a laminated type, or the like.

【0060】分極性電極としては、活性炭、活性炭素繊
維等を導電性活物質とし、これにバインダとしてフッ素
樹脂、フッ素ゴム等を加える。バインダの組成は、本発
明のSPEで用いる高分子の組成と同じでも違っていて
もよい。そして、この混合物をシート状電極に形成した
ものを用いることが好ましい。バインダの量は5〜15
wt%程度とする。また、バインダとしてゲル電解質を用
いてもよく、その場合、ゲル電解質は、本発明のSPE
と同じ組成のものを用いても、それ以外の組成のものを
用いてもよい。
As the polarizable electrode, activated carbon, activated carbon fiber, or the like is used as a conductive active material, and a fluororesin, fluororubber, or the like is added as a binder. The composition of the binder may be the same or different from the composition of the polymer used in the SPE of the present invention. Then, it is preferable to use the mixture formed on a sheet-like electrode. The amount of binder is 5-15
It is about wt%. Further, a gel electrolyte may be used as a binder, in which case, the gel electrolyte is the SPE of the present invention.
A composition having the same composition as described above or a composition having another composition may be used.

【0061】分極性電極に用いられる集電体は、白金、
導電性ブチルゴム等の導電性ゴムなどであってよく、ま
たアルミニウム、ニッケル等の金属の溶射によって形成
してもよく、上記電極層の片面に金属メッシュを付設し
てもよい。
The current collector used for the polarizable electrode is platinum,
It may be a conductive rubber such as a conductive butyl rubber or the like, may be formed by spraying a metal such as aluminum or nickel, or may be provided with a metal mesh on one surface of the electrode layer.

【0062】電気2重層キャパシタには、上記のような
分極性電極と、上記SPEとを組み合わせる。
The electric double layer capacitor is obtained by combining the above-mentioned polarizable electrode and the above-mentioned SPE.

【0063】電解質塩としては、(C254 NB
4 、(C253 CH3 NBF4 、(C254 PB
4 等が挙げられる。
As the electrolyte salt, (C 2 H 5 ) 4 NB
F 4 , (C 2 H 5 ) 3 CH 3 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 4 PB
F 4, and the like.

【0064】電解液に用いる非水溶媒は、公知の種々の
ものであってよく、電気化学的に安定な非水溶媒である
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−
ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、1,2−ジメトキシエタン、スルホラン単独または
混合溶媒が好ましい。
The non-aqueous solvent used for the electrolytic solution may be various known ones, and propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-
Butyrolactone, acetonitrile, dimethylformamide, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane alone or a mixed solvent is preferred.

【0065】このような非水溶媒系の電解質溶液におけ
る電解質の濃度は、0.1〜3mol/lとすればよい。
The concentration of the electrolyte in such a non-aqueous solvent-based electrolyte solution may be 0.1 to 3 mol / l.

【0066】絶縁性ガスケットとしては、ポリプロピレ
ン、ブチルゴム等の絶縁体を用いればよい。
As the insulating gasket, an insulator such as polypropylene or butyl rubber may be used.

【0067】[0067]

【実施例】以下、本発明について、実施例を挙げて具体
的に説明する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.

【0068】[実施例1]高分子にVDF:HFP:T
FE=60:15:25(モル%)、重量平均分子量M
w700,000のフッ素ゴム成形体を用いてSPEを
作製した。このフッ素ゴム成形体はガラス転移温度が−
17℃であり、明確な融点が存在しなかった。
Example 1 VDF: HFP: T was used as a polymer
FE = 60: 15: 25 (mol%), weight average molecular weight M
An SPE was produced using a fluororubber molded article having a w of 700,000. This fluororubber molded product has a glass transition temperature of-
17 ° C., no apparent melting point.

【0069】まず、フッ素ゴム成形体をメチルエチルケ
トン(MEK)に溶解して10wt%溶液を得た。さら
に、この溶液にゴムの重量の1/4のシリカ充填剤(C
ABOT社製CAB−O−SIL;TS−530)を加
え、十分に分散させた。
First, a fluororubber molded product was dissolved in methyl ethyl ketone (MEK) to obtain a 10 wt% solution. Further, this solution contains a silica filler (C
ABOT Co., CAB-O-SIL; TS-530) was added and sufficiently dispersed.

【0070】得られた溶液を厚さ80μm のPETフィ
ルム上にアプリケータを用いて流延し、溶媒を揮発させ
て半透明・均一なフッ素ゴム膜(膜厚:約200μm )
を得た。この膜の小片を1mol/l−(C254 NBF
4 /プロピレンカーボネート(略称PC)電解液に室温
で2時間浸漬して電解液を膨潤させ、SPE膜(サンプ
ル1)を得た。そして、その重量変化率(膨潤度)Sw
を求め、イオン伝導度σを下記の方法で測定した。
The obtained solution is cast on an 80 μm-thick PET film using an applicator, and the solvent is volatilized to obtain a translucent and uniform fluororubber film (thickness: about 200 μm).
I got A small piece of this film is 1 mol / l- (C 2 H 5 ) 4 NBF
A 4 / propylene carbonate (abbreviated PC) electrolyte was immersed at room temperature for 2 hours to swell the electrolyte to obtain an SPE film (Sample 1). And the weight change rate (degree of swelling) Sw
And the ionic conductivity σ was measured by the following method.

【0071】なお、以上の操作は、アルゴンガスを充填
したグローブボックス内において行った。
The above operation was performed in a glove box filled with argon gas.

【0072】<イオン伝導度測定法>得られた高分子固
体電解質膜から2cm2 の試験片を切り出し、SUS電極
を用いた導電率測定セルを用いて、グローブボックス内
で電極間の交流インピーダンスを測定した(周波数1〜
106 Hz)。イオン伝導度は複素インピーダンス解析に
より求めた。測定装置はソーラトロン社製SI1255
型インピーダンスアナライザを用いた。
<Ion Conductivity Measurement Method> A test piece of 2 cm 2 was cut out from the obtained polymer solid electrolyte membrane, and the AC impedance between the electrodes was measured in a glove box using a conductivity measurement cell using a SUS electrode. Measured (frequency 1
10 6 Hz). Ionic conductivity was determined by complex impedance analysis. The measurement device was SI1255 manufactured by Solartron.
A type impedance analyzer was used.

【0073】測定したサンプルの膨潤度Swおよびイオ
ン伝導度σを表1に示す。
Table 1 shows the measured swelling degree Sw and ionic conductivity σ of the sample.

【0074】[0074]

【表1】 [Table 1]

【0075】[実施例2]電解液に1mol/l−LiPF
6 /PC電解液を用いた他は、実施例1と同様にしてS
PE膜(サンプル2)を作製し、評価した。その結果を
表1に示す。
Example 2 1 mol / l-LiPF in electrolyte
6 / PC electrolyte was used in the same manner as in Example 1 except that
A PE film (sample 2) was prepared and evaluated. Table 1 shows the results.

【0076】[比較例1]高分子にVDF:HFP:T
FE=52:21:27(モル%)、重量平均分子量M
w60,000のフッ素ゴム成形体を用いた他は、実施
例1と同様にしてSPE膜(サンプル3)を作製し、評
価した。その結果を表1に示す。用いた高分子のガラス
転移温度は−12℃であり、明確な融点が存在しなかっ
た。
[Comparative Example 1] VDF: HFP: T
FE = 52: 21: 27 (mol%), weight average molecular weight M
An SPE film (sample 3) was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a fluororubber molded article having a w of 60,000 was used. Table 1 shows the results. The glass transition temperature of the polymer used was −12 ° C., and there was no clear melting point.

【0077】[比較例2]高分子にVDF:HFP=5
2:48(モル%)、重量平均分子量Mw200,00
0のフッ素ゴム成形体を用いた他は、実施例1と同様に
してSPE膜(サンプル3)を作製し、評価した。その
結果を表1に示す。用いた高分子のガラス転移温度は−
2℃であり、明確な融点が存在しなかった。
Comparative Example 2 VDF: HFP = 5 as a polymer
2:48 (mol%), weight average molecular weight Mw 200,00
An SPE film (sample 3) was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fluororubber molded article of No. 0 was used. Table 1 shows the results. The glass transition temperature of the polymer used is-
2 ° C., no apparent melting point.

【0078】本発明のSPE膜は、2つの比較例のもの
よりも高い膨潤度およびイオン伝導度を示した。
The SPE membrane of the present invention showed higher swelling and ionic conductivity than those of the two comparative examples.

【0079】[実施例3]実施例2のSPE膜(サンプ
ル2)を用いたリチウムイオン2次電池を以下のように
して作製した。
Example 3 A lithium ion secondary battery using the SPE film of Example 2 (sample 2) was manufactured as follows.

【0080】ホモジナイザーの容器に所定量のN、N−
ジメチルホルムアミド(DMF)とセントラル硝子社製
セフラルソフトG180(フッ化ビニリデン−3フッ化
エチレン共重合体を主鎖、側鎖にポリフッ化ビニリデン
により構成されている)とを入れ、これを加温しながら
3500rpmから7000rpmで分散溶解させた。この溶
液にさらにDMFを添加し、2500rpmから7000r
pmで分散溶解させた。セフラルソフト溶液の濃度は10
wt%とした。
A predetermined amount of N, N-
While dimethylformamide (DMF) and Cefralsoft G180 manufactured by Central Glass Co., Ltd. (comprising vinylidene fluoride-3fluoroethylene copolymer as the main chain and polyvinylidene fluoride in the side chain) were added thereto, and the mixture was heated. It was dispersed and dissolved at 3500 rpm to 7000 rpm. Further DMF was added to this solution,
Dispersed and dissolved at pm. The concentration of Cefral soft solution is 10
wt%.

【0081】上記セフラルソフト溶液40gをホモジナ
イザーの容器に入れ、正極活物質としてコバルト酸リチ
ウム(セイミケミカル社製、粒径2〜3μm )43gお
よびアセチレンブラック(電気化学工業社製商品名HS
−100)3gを添加し、12000rpmで5分間室温
で分散・混合して正極用塗布液とした。
40 g of the above cefral soft solution was placed in a container of a homogenizer, and 43 g of lithium cobaltate (manufactured by Seimi Chemical Co., particle size: 2 to 3 μm) and acetylene black (trade name: HS manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) were used as the positive electrode active material.
-100), and dispersed and mixed at 12,000 rpm for 5 minutes at room temperature to obtain a coating solution for the positive electrode.

【0082】この塗布液をアルミ箔(縦30mm、横30
mm、厚み30μm )にメタルマスク印刷機で直径15mm
の円形状に印刷し、24時間放置してDMFを蒸発さ
せ、正極とした。この電極の膜厚は0.15mmであっ
た。
This coating solution was applied to an aluminum foil (30 mm long, 30 mm wide).
mm, thickness 30μm) with a metal mask printing machine to a diameter of 15mm
, And left for 24 hours to evaporate DMF to obtain a positive electrode. The thickness of this electrode was 0.15 mm.

【0083】上記セフラルソフト溶液40gをホモジナ
イザーの容器に入れ、負極活物質として黒鉛(ロンザ社
製、商品名SFG25、90%累積粒径25μm )9g
を添加し、12000rpmで5分間室温で分散・混合し
て負極用塗布液とした。
40 g of the above cefral soft solution was placed in a container of a homogenizer, and 9 g of graphite (manufactured by Lonza, trade name: SFG25, 90% cumulative particle size: 25 μm) was used as a negative electrode active material.
Was added and dispersed and mixed at 12,000 rpm for 5 minutes at room temperature to obtain a coating solution for a negative electrode.

【0084】この塗布液を銅箔(縦30mm、横30mm、
厚み30μm )にメタルマスク印刷機で直径15mmの円
形状に印刷し、24時間放置してDMFを蒸発させ、負
極とした。この電極の膜厚は0.15mmであった。
This coating solution was coated with copper foil (length 30 mm, width 30 mm,
A 30 mm thick film was printed in a 15 mm diameter circle using a metal mask printer, and left for 24 hours to evaporate DMF to obtain a negative electrode. The thickness of this electrode was 0.15 mm.

【0085】この両金属箔を直径15mmの円形に切り出
し、両塗布膜の間に実施例2で作製した直径17mmのS
PE膜(サンプル2)を挟み、周囲をポリオレフィン系
のホットメルト接着剤でシールしてコイン型リチウムイ
オン2次電池を作製した。
The two metal foils were cut into a circle having a diameter of 15 mm, and the S foil having a diameter of 17 mm prepared in Example 2 was interposed between the coating films.
A coin-type lithium ion secondary battery was manufactured by sandwiching the PE film (sample 2) and sealing the periphery with a polyolefin-based hot melt adhesive.

【0086】このリチウムイオン電池は0.1mA/cm2
の電流密度で2−4V 間での充放電が可能で、電池とし
て正常に駆動していることが確認でき、SPEと両電極
との密着性に問題のないことがわかった。
This lithium ion battery has a capacity of 0.1 mA / cm 2
It was possible to charge and discharge between 2 and 4 V at a current density of, and it was confirmed that the battery was operated normally, and it was found that there was no problem in the adhesion between the SPE and both electrodes.

【0087】[実施例4]実施例1のSPE膜(サンプ
ル1)を用いた電気2重層キャパシタを以下のようにし
て作製した。
Example 4 An electric double-layer capacitor using the SPE film of Example 1 (sample 1) was manufactured as follows.

【0088】実施例3で作製したセフラルソフト溶液4
0gに、電極活物質として粉末状のヤシガラ活性炭(平
均粒径10μm )20gおよびアセチレンブラック1g
を加えて混合した。そして、このペーストをステンレス
箔上に塗布し、DMFを乾燥除去して分極性電極を得
た。
Cefral soft solution 4 prepared in Example 3
0 g, 20 g of powdered coconut shell activated carbon (average particle size: 10 μm) and 1 g of acetylene black as electrode active materials
Was added and mixed. Then, this paste was applied on a stainless steel foil, and DMF was removed by drying to obtain a polarizable electrode.

【0089】この分極性電極を直径15mmの円形状に2
枚切り抜き、直径20mmに切り抜いたSPE膜(サンプ
ル1)をこの一対の電極で挟み、これをアルミラミネー
ト袋に挿入し、リード取り出し部をヒートシールして電
気2重層キャパシタを作製した。
This polarizable electrode was formed into a circular shape having a diameter of 15 mm.
An SPE film (sample 1) cut out and cut to a diameter of 20 mm was sandwiched between the pair of electrodes, inserted into an aluminum laminate bag, and a lead extraction portion was heat-sealed to produce an electric double layer capacitor.

【0090】このキャパシタは、1mA/cm2の電流密度
で1−2V間で充放電が確認でき、SPEと両電極との
密着性に問題のないことがわかった。また、3日後も特
性の劣化は見られなかった。
This capacitor was confirmed to be charged and discharged between 1-2 V at a current density of 1 mA / cm 2 , indicating that there was no problem in the adhesion between the SPE and both electrodes. No deterioration of the characteristics was observed even after 3 days.

【0091】[実施例5]高分子にVDF:HFP=8
5:15(モル%)、重量平均分子量Mw120,00
0のフッ素ゴム成形体を用いた他は、実施例1と同様に
してSPE膜(サンプル4)を作製し、評価した。用い
たフッ素ゴム成形体はガラス転移温度が−30℃であ
り、明確な融点が存在しなかった。
Example 5 VDF: HFP = 8 as polymer
5:15 (mol%), weight average molecular weight Mw 120,000
An SPE film (sample 4) was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the fluororubber molded article of No. 0 was used. The fluororubber molded article used had a glass transition temperature of -30 ° C and had no clear melting point.

【0092】このSPE膜は、実施例1のSPE膜(サ
ンプル1)と同等の膨潤度およびイオン伝導度が得られ
た。
This SPE film had the same degree of swelling and ionic conductivity as the SPE film of Example 1 (Sample 1).

【0093】[実施例6]高分子に実施例5と同じVD
F:HFP=85:15(モル%)、重量平均分子量M
w120,000のフッ素ゴム成形体を用いた他は、実
施例2と同様にしてSPE膜(サンプル5)を作製し、
実施例1と同様にして評価した。
Example 6 The same VD as in Example 5 was applied to the polymer.
F: HFP = 85: 15 (mol%), weight average molecular weight M
An SPE film (sample 5) was prepared in the same manner as in Example 2 except that a fluororubber molded article having a w of 120,000 was used.
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

【0094】このSPE膜は、実施例2のSPE膜(サ
ンプル2)と同等の膨潤度およびイオン伝導度が得られ
た。
This SPE film had the same degree of swelling and ionic conductivity as the SPE film of Example 2 (sample 2).

【0095】[実施例7]実施例6のSPE膜(サンプ
ル5)を用いて、実施例3と同様にしてリチウムイオン
2次電池を作製し、評価した。
Example 7 Using the SPE film of Example 6 (sample 5), a lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 3, and evaluated.

【0096】このリチウムイオン2次電池は、実施例3
のものと同様、0.1mA/cm2の電流密度で2−4V 間
での充放電が可能で、電池として正常に駆動しているこ
とが確認できた。
This lithium ion secondary battery was manufactured in Example 3.
In the same manner as in the above, charging / discharging between 2 and 4 V was possible at a current density of 0.1 mA / cm 2 , and it was confirmed that the battery was operated normally.

【0097】[実施例8]実施例5のSPE膜(サンプ
ル4)を用いて、実施例4と同様にして電気2重層キャ
パシタを作製し、評価した。
Example 8 Using the SPE film of Example 5 (sample 4), an electric double-layer capacitor was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 4.

【0098】このキャパシタは、実施例4のものと同
様、1mA/cm2の電流密度で1−2V間で充放電が確認
でき、SPEと両電極との密着性に問題のないことがわ
かった。また、3日後も特性の劣化は見られなかった。
In the same manner as in Example 4, charge and discharge of this capacitor were confirmed at a current density of 1 mA / cm 2 between 1-2 V, and it was found that there was no problem in the adhesion between the SPE and both electrodes. . No deterioration of the characteristics was observed even after 3 days.

【0099】本発明のフッ素系二元共重合体、三元共重
合体は、電気化学デバイスに用いられる他の電解液に対
しても高い膨潤度、SPEとしての高いイオン伝導度を
示すので、種々の電気化学デバイスへの応用が可能であ
る。
The fluorinated binary copolymer and terpolymer of the present invention exhibit a high degree of swelling with respect to other electrolytes used in electrochemical devices and a high ionic conductivity as SPE. It can be applied to various electrochemical devices.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、十分な
強度・イオン伝導度を有した均一な高分子固体電解質を
得ることができ、さらに、電極との良好な電気化学的界
面の形成が可能である。そして、このような高分子固体
電解質を、電気2重層キャパシタ、リチウムイオン2次
電池等の電気化学デバイスに用いた場合、良好な特性を
得ることができる。
As described above, according to the present invention, a uniform solid polymer electrolyte having sufficient strength and ionic conductivity can be obtained, and furthermore, a good electrochemical interface with an electrode can be obtained. Formation is possible. When such a polymer solid electrolyte is used for an electrochemical device such as an electric double layer capacitor or a lithium ion secondary battery, good characteristics can be obtained.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ化ビニリデンと、6フッ化プロピレ
ンとのゴム状共重合体であって、前記フッ化ビニリデン
の含有量が55モル%以上である高分子と、電解質塩
と、 有機溶媒とを有する高分子固体電解質。
1. A rubber-like copolymer of vinylidene fluoride and propylene hexafluoride, wherein the content of the vinylidene fluoride is 55 mol% or more, an electrolyte salt, and an organic solvent. A polymer solid electrolyte having:
【請求項2】 フッ化ビニリデンと、6フッ化プロピレ
ンと、4フッ化エチレンとのゴム状共重合体であって、
前記フッ化ビニリデンの含有量が55モル%以上である
高分子と、 電解質塩と、 有機溶媒とを有する高分子固体電解質。
2. A rubbery copolymer of vinylidene fluoride, propylene hexafluoride and ethylene tetrafluoride,
A polymer solid electrolyte comprising: a polymer having a content of vinylidene fluoride of 55 mol% or more; an electrolyte salt; and an organic solvent.
【請求項3】 前記高分子の前記フッ化ビニリデンの含
有量が55モル%以上であり、 前記高分子の前記6フッ化プロピレンの含有量が10〜
45モル%であり、 前記高分子の前記4フッ化エチレンの含有量が0〜35
モル%である請求項1または2の高分子固体電解質。
3. The content of the vinylidene fluoride of the polymer is 55 mol% or more, and the content of the propylene hexafluoride of the polymer is 10 to 10.
45 mol%, and the content of the polymer tetrafluoroethylene is 0 to 35.
3. The polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein the amount is mol%.
【請求項4】 さらに、無機あるいは有機の充填剤を含
む請求項1〜3のいずれかの高分子固体電解質。
4. The polymer solid electrolyte according to claim 1, further comprising an inorganic or organic filler.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかの高分子固体電
解質を用いた電気化学デバイス。
5. An electrochemical device using the solid polymer electrolyte according to claim 1.
【請求項6】 リチウム2次電池である請求項5の電気
化学デバイス。
6. The electrochemical device according to claim 5, which is a lithium secondary battery.
【請求項7】 電気2重層キャパシタである請求項5の
電気化学デバイス。
7. The electrochemical device according to claim 5, which is an electric double layer capacitor.
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