JPH1153936A - Polymer electrolyte and secondary battery using the electrolyte - Google Patents

Polymer electrolyte and secondary battery using the electrolyte

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JPH1153936A
JPH1153936A JP9210850A JP21085097A JPH1153936A JP H1153936 A JPH1153936 A JP H1153936A JP 9210850 A JP9210850 A JP 9210850A JP 21085097 A JP21085097 A JP 21085097A JP H1153936 A JPH1153936 A JP H1153936A
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electrolyte
polymer electrolyte
polyvinylidene fluoride
compound
secondary battery
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公輔 天野
Hiroshi Yagata
弘志 屋ケ田
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裕 坂内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte in a solid state which superior in electrolyte holding property at a high temperature, in which a high ion conductivity and a superior dynamic strength are well-balanced by using a polyvinylidene fluoride compound, having a side chain introduced thereto by electron beam emission for the matrix polymer of a gel polymer electrolyte. SOLUTION: Polyvinylidene fluoride powder is made coexistent with an acrylate compound, and a side chain is introduced thereto by irrading with electron beam. The thus-introduced side chain of the polyvinylidene fluoride compound is introduced in a ratio of 3-40% to the repeating unit of vinylidene fluoride, and an electrolyte consisting of an ionic compound dissolved in a nonaqueous organic solvent is preferably controlled within a range of 30-85 wt.%. Thus, dynamic strength and electrolyte holding property up to a high temperature of about 100 deg.C can be ensured, while enabling keeping high ion conductivity, eliminating the concern of fare of leakage from with the use of the electrolyte in a solid state, and a secondary battery can be made extremely small in thickness.

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】本発明はイオン導電率が高
く、且つ力学的強度に優れる固体状態の高分子電解質に
関する。さらには、出力密度の高い固体二次電池に関
し、特に小型大容量で且つ安全性の高いリチウム、また
はリチウムイオン固体二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state polymer electrolyte having high ionic conductivity and excellent mechanical strength. Further, the present invention relates to a solid secondary battery having a high output density, and particularly to a small-sized, large-capacity and highly safe lithium or lithium ion solid secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報化時代に対応してマルチメディア技
術が急速に進展し、エレクトロニクス製品の高性能化、
ポータブル化が強く求められている。そのエネルギー源
としての二次電池に関しても、小型化、大容量・高エネ
ルギー密度化を目指す新しい二次電池の研究・開発が盛
んに行われ、1990年代のはじめに、いわゆるリチウ
ムイオン二次電池が商品化された。リチウムイオン二次
電池は、金属酸化物を正極、リチウムイオンを吸蔵する
性質をもつ炭素材料を負極に用い、セパレータと電解液
を挟んで負極と正極が配置される構造を有しており、高
エネルギー密度の二次電池である。
2. Description of the Related Art Multimedia technology has rapidly progressed in response to the information age, and the performance of electronic products has been improved.
There is a strong demand for portability. Regarding secondary batteries as an energy source, research and development of new secondary batteries aiming at miniaturization, large capacity and high energy density have been actively conducted. In the early 1990s, so-called lithium ion secondary batteries were commercialized. Was A lithium ion secondary battery has a structure in which a metal oxide is used as a positive electrode, a carbon material having a property of absorbing lithium ions is used as a negative electrode, and a negative electrode and a positive electrode are arranged with a separator and an electrolyte interposed therebetween. It is a secondary battery with an energy density.

【0003】しかしながら、リチウムイオン二次電池は
電解液を使用しているため、液漏れの懸念があり、安全
性に課題が残されている。また、液漏れを防ぐために外
装に金属缶を使用しなければならず、小型化、薄型化が
困難であった。
[0003] However, since the lithium ion secondary battery uses an electrolytic solution, there is a risk of liquid leakage, and there remains a problem in safety. In addition, a metal can must be used for the exterior to prevent liquid leakage, and it has been difficult to reduce the size and thickness.

【0004】Armand(USP 4,303,748;1981)らは、電解液
の代わりにポリアルキレンオキサイドにアルカリ金属、
またはアルカリ土類金属を固溶した固体電解質の適用を
早くから提案していた。しかしながら、通常のポリアル
キレンオキサイドであるポリエチレンオキサイド、また
はポリプロピレンオキサイド等からなる固体電解質は、
イオン導電率が十分でないのみならず、正極、および負
極との接触抵抗が極めて高く、いまだ採用されていない
(K.Murata,Electrochimica Acta.,Vol.40,No.13-14,pp2
177-2184,1995)。
[0004] Armand (US Pat. No. 4,303,748; 1981) et al. Disclose that instead of an electrolytic solution, a polyalkylene oxide is replaced with an alkali metal,
Or, it has been proposed from an early stage to apply a solid electrolyte in which an alkaline earth metal is dissolved. However, a solid electrolyte composed of polyethylene oxide, which is an ordinary polyalkylene oxide, or polypropylene oxide,
Not only insufficient ionic conductivity, but also extremely high contact resistance with positive and negative electrodes, not yet adopted
(K. Murata, Electrochimica Acta., Vol. 40, No. 13-14, pp2
177-2184, 1995).

【0005】これらの問題を解決するために、これまで
に種々の努力がなされた。溝口らは、比誘電率4以上の
有機高分子化合物およびその有機化合物に対して優れた
溶解性を有する有機溶媒からなるイオン導電性固形体組
成物(特公昭61-23945号、同61-23947号
各公報)を提案している。この種のイオン導電体は、ゲ
ル電解質と呼ばれ、また、固体状態であるため、従来の
固体電解質に混同され単に固体電解質と呼ばれる場合も
ある。
Various attempts have been made to solve these problems. Mizoguchi et al. Disclose an ionic conductive solid composition comprising an organic polymer compound having a relative dielectric constant of 4 or more and an organic solvent having excellent solubility in the organic compound (Japanese Patent Publication Nos. 61-23939 and 61-23947). No. publications). This type of ionic conductor is called a gel electrolyte, and since it is in a solid state, it may be confused with a conventional solid electrolyte and simply called a solid electrolyte.

【0006】ゲル電解質において、優れた力学的強度は
マトリックスとなる高分子化合物により維持され、また
高いイオン導電性は高分子化合物に分子レベルで包含さ
れる溶液部分により達成されると考えられる。この場
合、マトリックスとなる高分子化合物の材料設計が重要
である。
[0006] In a gel electrolyte, excellent mechanical strength is maintained by a polymer compound serving as a matrix, and high ionic conductivity is considered to be achieved by a solution portion contained at a molecular level in the polymer compound. In this case, the material design of the polymer compound serving as the matrix is important.

【0007】溝口らの提案は現在広く受け入れられ、種
々改善されている。Gozdzらにより、フッ化ビニリデン
と8〜25重量%のヘキサフルオロプロピレンとの共重
合体に、リチウム塩を溶解した非水系電解質溶液を含浸
させた高分子ゲル電解質(USP5,296,318;1995)が提案さ
れている。共重合体中のヘキサフロオロプロピレンの含
有量を制御することにより、高いイオン導電率、および
力学的強度の確保がバランスよく達成されているとい
う。
The proposal of Mizoguchi et al. Is now widely accepted and variously improved. Gozdz et al. Proposed a polymer gel electrolyte (USP 5,296,318; 1995) in which a copolymer of vinylidene fluoride and 8 to 25% by weight of hexafluoropropylene was impregnated with a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt was dissolved. Have been. By controlling the content of hexafluoropropylene in the copolymer, it is said that high ionic conductivity and mechanical strength are achieved in a well-balanced manner.

【0008】また、高導電性と優れた力学的強度の両方
を確保するために、Leeらにより、アクリレート末端
基、またはアクリレート側鎖を有する低分子量のアルキ
レンオキサイドの架橋体に、高沸点で極性の高い有機溶
媒とアルカリ金属塩との溶液を分散した高分子ゲル電解
質(USP 4,830,939;1989)が提案されている。
In order to ensure both high conductivity and excellent mechanical strength, Lee et al. Reported that a low molecular weight alkylene oxide crosslinked product having an acrylate end group or an acrylate side chain has a high boiling point and a high polarity. Polymer gel electrolytes (USP 4,830,939; 1989) in which a solution of an organic solvent having a high content and an alkali metal salt are dispersed have been proposed.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】高分子ゲル電解質の使
用により、電解質のイオン導電率が飛躍的に向上される
のみならず、電解質と電極間の接触抵抗も大きく低減さ
れ、近い将来本格的に実用化されることが期待される。
しかしながら、まだいくつかの大きな課題が残されてい
る。Gozdzらが提案した、フッ化ビニリデンとヘキサフ
ルオロプロピレンとの共重合体、およびリチウム塩を溶
解した非水系電解質溶液とからなる高分子ゲル電解質(U
SP 5,296,318;1995)は、溝口らのイオン導電性固形体組
成物に比べて1桁近く高いイオン導電率が実現されてお
り、加工性、力学的強度も優れているが、高温での電解
液保持性が必ずしも十分ではない。
The use of a polymer gel electrolyte not only dramatically improves the ionic conductivity of the electrolyte, but also greatly reduces the contact resistance between the electrolyte and the electrode. It is expected to be put to practical use.
However, some major challenges still remain. Gozdz et al. Proposed a polymer gel electrolyte comprising a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, and a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt was dissolved (U
SP 5,296,318; 1995) has achieved an ionic conductivity that is nearly an order of magnitude higher than the ionic conductive solid composition of Mizoguchi et al., And has excellent workability and mechanical strength. Retention is not always sufficient.

【0010】高いイオン導電率を確保するために、高分
子ゲル電解質にできるだけ多量の電解液を含浸させる必
要があるが、この場合、高温での液漏れが発生する恐れ
があり、高分子ゲル電解質を使用するメリットが薄れて
しまう。一方、アルキレンオキサイドの架橋体は力学的
に必ずしも十分とは言えず、また、架橋反応を行うに際
して、電解質溶液を含むマトリックスとなる高分子前駆
体に対して電子線照射や紫外線照射が行われるために副
反応が起こり、実用的にはまだ種々の問題点が残されて
いる。
[0010] In order to ensure high ionic conductivity, it is necessary to impregnate the polymer gel electrolyte with as much electrolyte as possible. The benefits of using are diminished. On the other hand, a crosslinked product of an alkylene oxide is not necessarily mechanically sufficient, and when a crosslinking reaction is performed, electron beam irradiation or ultraviolet irradiation is performed on a polymer precursor serving as a matrix containing an electrolyte solution. Side reactions occur, and various problems still remain practically.

【0011】本発明は上記の諸問題点を解消するために
なされたものであって、その目的とするところは、高い
イオン導電率、および優れた力学的強度の両方のバラン
スの確保が適切によく達成され、且つ高温での電解液保
持性に優れる固体状態の電解質を簡便な方法で得ること
のできる、高分子電解質ならびに該電解質を用いる優れ
た二次電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to appropriately balance both high ionic conductivity and excellent mechanical strength. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte and an excellent secondary battery using the electrolyte, which can achieve a solid-state electrolyte which is well achieved and has excellent electrolyte retention at high temperatures by a simple method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、電子線照射によ
り、適当な側鎖を導入したポリフッ化ビニリデン化合物
をゲル高分子電解質のマトリックス高分子に使用するこ
とによって、高いイオン導電率と優れた力学的強度の両
方の確保がバランスよく達成されるのみでなく、高温で
の電解液保持性にも優れている固体状態のゲル高分子電
解質を得ることに成功した。この技術を応用することに
より、上記課題を有効に解決することができる事実を見
出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, a polyvinylidene fluoride compound having an appropriate side chain introduced thereinto by electron beam irradiation has been converted to a gel polymer electrolyte. The use of a matrix polymer not only achieves a good balance between high ionic conductivity and excellent mechanical strength, but also has a high gel state in a solid state that has excellent electrolyte retention at high temperatures. We succeeded in obtaining a molecular electrolyte. By applying this technology, they have found out that the above-mentioned problem can be effectively solved, and have completed the present invention.

【0013】本発明は、電子線照射により側鎖が導入さ
れたポリフッ化ビニリデン化合物と、それに包含される
イオン性化合物を非水系有機溶媒に溶解した電解液から
なることを特徴とする固体状態の高分子電解質である。
According to the present invention, there is provided a solid state solid electrolyte comprising a polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduced by irradiation with an electron beam, and an electrolytic solution obtained by dissolving an ionic compound contained therein in a non-aqueous organic solvent. It is a polymer electrolyte.

【0014】本発明の電子線照射により導入される側鎖
となる化合物は、特に限定されないが、エチレン性不飽
和結合を含む化合物が使用できる。そのうち、脂肪族ア
クリレート、特にフッ素系脂肪族アクリレート化合物の
使用が好ましい。フッ素系脂肪族アクリレートがポリフ
ッ化ビニリデン化合物との相溶性がよく、そのため電子
線照射によるグラフト化が均一に進むものと考えられ
る。
The side chain introduced by electron beam irradiation according to the present invention is not particularly limited, but a compound containing an ethylenically unsaturated bond can be used. Among them, use of an aliphatic acrylate, particularly a fluorine-based aliphatic acrylate compound is preferred. It is considered that the fluoroaliphatic acrylate has good compatibility with the polyvinylidene fluoride compound, and thus the grafting by electron beam irradiation proceeds uniformly.

【0015】脂肪族アクリレート化合物の具体例として
は、イソアミルアクリレート、ラウリルアクリレート、
ステアリルアクリレート等のアルキレンアクリレート化
合物、エトキシジエチレングリコールアクリレート、メ
トキシトリエチレングリコールアクリレート、メトキシ
ジプロピレングリコールアクリレート等のアルキレンオ
キサイドアクリレート化合物、またはシクロヘキシルア
クリレート、イソボルニルアクリレート、トリシクロ
{5.2.1.02.6}デカニルアクリレート等の脂環式ア
クリレート化合物が挙げられる。
Specific examples of the aliphatic acrylate compound include isoamyl acrylate, lauryl acrylate,
Alkylene acrylate compounds such as stearyl acrylate, alkylene oxide acrylate compounds such as ethoxydiethylene glycol acrylate, methoxytriethylene glycol acrylate, and methoxydipropylene glycol acrylate; or cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate, tricyclo {5.2.1.0 2.6 } Alicyclic acrylate compounds such as decanyl acrylate;

【0016】フッ素系脂肪族アクリレート化合物の具体
例としては、トリフルオロエチルアクリレート、テトラ
フルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペンチ
ルアクリレート等が挙げられる。これらの化合物は、1
種類に限らず、2種類以上側鎖として導入することもで
きる。
Specific examples of the fluorinated aliphatic acrylate compound include trifluoroethyl acrylate, tetrafluoropropyl acrylate, octafluoropentyl acrylate and the like. These compounds are 1
Not only the type but also two or more types can be introduced as side chains.

【0017】本発明の高分子電解質は、ポリフッ化ビニ
リデン化合物の側鎖が、フッ化ビニリデン繰り返し単位
に対し、3〜40%導入される固体状態の高分子電解質
である。導入する側鎖の種類にもよるが、トリシクロ
{5.2.1.02.6}デカニルアクリレート等のかさ高い
化合物の場合、側鎖の導入率は5〜10%前後でよく、
また、トリフルオロエチルアクリレート等の比較的小さ
い化合物の場合、側鎖の導入率は8〜20%前後が好ま
しい。総じて一般的には3〜40%の範囲内では、成膜
加工性に優れ、且つ高導電性の高分子電解質が得られ
る。
The polymer electrolyte of the present invention is a solid-state polymer electrolyte in which the side chain of the polyvinylidene fluoride compound is introduced in an amount of 3 to 40% with respect to the vinylidene fluoride repeating unit. Depending on the type of side chain to be introduced, in the case of a bulky compound such as tricyclo {5.2.1.0 2.6 } decanyl acrylate, the introduction ratio of the side chain may be about 5 to 10%,
In the case of a relatively small compound such as trifluoroethyl acrylate, the introduction ratio of the side chain is preferably about 8 to 20%. Generally, when the content is in the range of 3 to 40%, a polymer electrolyte having excellent film-forming processability and high conductivity can be obtained.

【0018】本発明は、前記固体状態の高分子電解質に
おいて、イオン性化合物を非水系有機溶媒に溶解した電
解液が30〜85重量%である固体状態の高分子電解質
である。電解液が30重量%以下ではイオン導電率が急
速に10-5S/cm以下に低下し実用的ではない。ま
た、電解液が85重量%以上においてはイオン導電率は
10-3〜10-2S/cmと高いが、力学的な強度が低下
するのみでなく、高温において電解液が滲み出る恐れが
あるため、やはり実用的ではない。
The present invention is a solid-state polymer electrolyte in which the solid-state polymer electrolyte contains 30 to 85% by weight of an electrolyte in which an ionic compound is dissolved in a non-aqueous organic solvent. When the content of the electrolyte is 30% by weight or less, the ionic conductivity rapidly drops to 10 -5 S / cm or less, which is not practical. When the electrolyte is 85% by weight or more, the ionic conductivity is as high as 10 -3 to 10 -2 S / cm, but not only the mechanical strength is reduced but also the electrolyte may ooze at a high temperature. Therefore, it is not practical.

【0019】本発明に用いられるイオン性化合物は特に
限定されないが、一般式M+-で表され、M+はLi+,N
a+またはK+から選ばれるもの、より具体的には、LiC
lO4,LiBF4,LiPF6,LiCF3SO3,Li(CF3
22N,Li(C25SO2 2N,Li(CF3SO23
CまたはLi(C25SO23Cから選ばれるものであ
る。
The ionic compound used in the present invention is particularly
Without limitation, the general formula M+X-, M+Is Li+, N
a+Or K+And more specifically, LiC
lOFour, LiBFFour, LiPF6, LiCFThreeSOThree, Li (CFThreeS
OTwo)TwoN, Li (CTwoFFiveSOTwo) TwoN, Li (CFThreeSOTwo)Three
C or Li (CTwoFFiveSOTwo)ThreeSelected from C
You.

【0020】本発明に用いられる非水系化合物は特に限
定されないが、通常、カーボネート溶媒(プロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネ
ート等)、アミド溶媒(N-メチルホルムアミド、N-エ
チルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-
メチルアセトアミド、N-エチルアセトアミド、N-メチ
ルピロリドン等)、ラクトン溶媒(γ-ブチロラクト
ン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン等)、エー
テル溶媒、ニトリル溶媒等が用いられる。
The non-aqueous compound used in the present invention is not particularly limited. Usually, carbonate solvents (propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, etc.) and amide solvents (N-methylformamide, N-ethylformamide, N, N- Dimethylformamide, N-
Methylacetamide, N-ethylacetamide, N-methylpyrrolidone, etc.), lactone solvents (γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, etc.), ether solvents, nitrile solvents and the like are used.

【0021】そのうち、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、メチルエチルカーボネート、およびγ-ブ
チロラクトンであることが特に好ましい。これらの溶媒
を有効に使用するために、他の低粘度溶媒との混合溶媒
もしばしば使用される。
Among them, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate and γ-butyrolactone are particularly preferred. In order to use these solvents effectively, mixed solvents with other low-viscosity solvents are often used.

【0022】本発明の電子線照射により側鎖が導入され
るポリフッ化ビニリデン化合物は従来知られている方法
で得ることができる(坂本良憲、実務のための電子線加
工、新高分子文庫27、(株)高分子刊行会、p98〜
101)。ポリフッ化ビニリデン化合物の粉末とアクリ
レート化合物とを共存させておいて、電子線照射するこ
とによって側鎖を導入することができる。また、ポリフ
ッ化ビニリデン化合物粉末に電子線照射した後、アクリ
レート化合物に接触させることによって側鎖を導入する
こともできる。電子線の照射は、副反応を防ぐためにで
きるだけ真空または不活性ガス中にて行うことが好まし
い。また、電子線の照射強度は特に限定されず、側鎖の
導入がスムーズに進めばよいが、ポリフッ化ビニリデン
化合物の分解ができるだけ最低限に抑えられるために、
電子線照射線量が5〜15Mradであることが好まし
い。
The polyvinylidene fluoride compound to which a side chain is introduced by electron beam irradiation according to the present invention can be obtained by a conventionally known method (Yoshinori Sakamoto, Electron beam processing for practical use, Shinkobunbunko 27, ( Co., Ltd., Polymer Publishing Association, p98-
101). A side chain can be introduced by irradiating an electron beam with a polyvinylidene fluoride compound powder and an acrylate compound coexisting. Further, after irradiating the polyvinylidene fluoride compound powder with an electron beam, the powder can be brought into contact with an acrylate compound to introduce a side chain. Irradiation with an electron beam is preferably performed in a vacuum or an inert gas as much as possible to prevent side reactions. In addition, the irradiation intensity of the electron beam is not particularly limited, and the introduction of the side chain may proceed smoothly, but the decomposition of the polyvinylidene fluoride compound is minimized as much as possible.
The electron beam irradiation dose is preferably 5 to 15 Mrad.

【0023】本発明の固体状態の高分子電解質は種々の
方法で形成することができる。ポリフッ化ビニリデン化
合物は通常の低沸点有機溶媒には常温では難溶である
が、本発明のポリフッ化ビニリデン化合物は、側鎖が導
入されているため、種々の低沸点有機溶媒に溶解する。
そのため、マトリックスとなる本発明のポリフッ化ビニ
リデン化合物、イオン性化合物を溶解した電解液、およ
び前記ポリフッ化ビニリデン化合物を溶解する低沸点有
機溶媒とから、5〜30℃の室温付近において、均一な
溶液を調製することが可能となる。このように調製した
溶液からキャスティングして、低沸点溶媒を除去するこ
とによって、均一で強靱な固体状態の高分子電解質薄膜
を得ることができる。
The solid state polymer electrolyte of the present invention can be formed by various methods. Polyvinylidene fluoride compounds are hardly soluble in ordinary low-boiling organic solvents at room temperature, but the polyvinylidene fluoride compounds of the present invention are soluble in various low-boiling organic solvents due to the introduction of side chains.
Therefore, from the polyvinylidene fluoride compound of the present invention to be a matrix, the electrolytic solution in which the ionic compound is dissolved, and the low-boiling organic solvent in which the polyvinylidene fluoride compound is dissolved, a uniform solution around room temperature of 5 to 30 ° C. Can be prepared. By casting from the solution thus prepared and removing the low-boiling solvent, a uniform and tough solid-state polymer electrolyte thin film can be obtained.

【0024】また、本発明のポリフッ化ビニリデン化合
物とイオン性化合物を溶解した電解液とからなる混合物
を均一な溶液となるまで加熱した後、ホットプレスの方
法で高分子電解質の薄膜を形成することもできる。さら
に、あらかじめ、本発明のポリフッ化ビニリデン化合物
の薄膜を通常知られている方法で薄膜とし、その後、イ
オン性化合物を溶解した電解液を含浸させてから高分子
電解質の薄膜を形成することもできる。
Further, after heating a mixture comprising the polyvinylidene fluoride compound of the present invention and an electrolytic solution in which an ionic compound is dissolved to a uniform solution, a thin film of a polymer electrolyte is formed by a hot pressing method. Can also. Furthermore, a thin film of the polyvinylidene fluoride compound of the present invention may be formed into a thin film by a generally known method, and thereafter, a thin film of a polymer electrolyte may be formed by impregnating an electrolytic solution in which an ionic compound is dissolved. .

【0025】本発明は、正極、電解質、および負極から
構成される二次電池において、電解質が、前記本発明の
固体状態の高分子電解質であることを特徴とする二次電
池である。さらに、本発明は、正極活物質が金属酸化物
であるLiMn24,LiCoO2またはLiNiO2からな
り、且つ負極活物質がリチウム金属、またはリチウムイ
オンを吸蔵できる材料からなるリチウム、またはリチウ
ムイオン二次電池である。
According to the present invention, there is provided a secondary battery comprising a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode, wherein the electrolyte is the solid-state polymer electrolyte of the present invention. Further, according to the present invention, the positive electrode active material is made of LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 or LiNiO 2 which is a metal oxide, and the negative electrode active material is made of lithium metal or lithium or lithium ion made of a material capable of absorbing lithium ions. It is a secondary battery.

【0026】このような構成の本発明のリチウム、また
はリチウムイオン二次電池は、固体状態で且つ高導電性
のイオン導電性高分子を電解質に使用しているため、小
型・大容量で、且つ高安全性のエネルギー源を提供する
ことができるものである。
The lithium or lithium ion secondary battery of the present invention having such a configuration uses a solid-state, high-conductivity ionic conductive polymer for the electrolyte, and therefore has a small size and a large capacity. It can provide a highly secure energy source.

【0027】本発明の正極活物質は特に限定されず、上
記金属酸化物のほかに、ポリピロール誘導体、ポリアニ
リン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレ
ン誘導体等の導電性高分子、または、一般式(R(S)
m)nで表されるジスルフィド化合物(Rは脂肪族基、
芳香族基、Sは硫黄、mは1以上の正数、nは2以上の
正数である)、例えば、ジチオグリコール、2,5-ジメ
ルカプト-1,3,4-チアジアゾール、S-トリアジン-
2,4,6-トリチオール、7-メチル-2,6,8-トリメル
カプトプリン等も使用することができる。
The positive electrode active material of the present invention is not particularly limited. In addition to the above metal oxides, a conductive polymer such as a polypyrrole derivative, a polyaniline derivative, a polythiophene derivative, a polyparaphenylene derivative, or a compound represented by the general formula (R ( S)
m) a disulfide compound represented by n (R is an aliphatic group,
An aromatic group, S is sulfur, m is a positive number of 1 or more, and n is a positive number of 2 or more), for example, dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-
2,4,6-trithiol, 7-methyl-2,6,8-trimercaptopurine and the like can also be used.

【0028】また、本発明の負極活物質も特に限定され
ず従来知られているものが使用することができる。例え
ば、リチウムイオンを吸蔵できる材料としては、天然黒
鉛、石炭・石油ピッチを高温で熱処理して得られる黒鉛
化炭素のような結晶質カーボン、または、石油ピッチコ
ークス、石炭ピッチコークス、アセナフチレンピッチコ
ークスを熱処理して得られる非晶質カーボンを例示する
ことができる。
The negative electrode active material of the present invention is not particularly limited, and any conventionally known negative electrode active material can be used. For example, materials capable of storing lithium ions include natural graphite, crystalline carbon such as graphitized carbon obtained by heat-treating coal and petroleum pitch at a high temperature, or petroleum pitch coke, coal pitch coke, and acenaphthylene pitch. Amorphous carbon obtained by heat-treating coke can be exemplified.

【0029】本発明の正極層は、正極活物質を適当な粘
着剤と混合して形成することができる。正極活物質層の
電子伝導性を確保するために、アセチレンブラック等の
適当なカーボン質微粒子のような導電補助剤を添加して
もよい。また、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導
体、ポリチオフェン誘導体等の導電性ポリマーを添加し
てもよい。
The positive electrode layer of the present invention can be formed by mixing a positive electrode active material with a suitable pressure-sensitive adhesive. In order to secure the electron conductivity of the positive electrode active material layer, a conductive auxiliary such as appropriate carbonaceous fine particles such as acetylene black may be added. Further, a conductive polymer such as a polyaniline derivative, a polypyrrole derivative, or a polythiophene derivative may be added.

【0030】さらに、正極活物質層のイオン導電性を確
保するために、従来のイオン導電性高分子電解質、好ま
しくは前記本発明の固体状態のイオン導電性高分子電解
質を複合してもよい。
Further, in order to secure the ionic conductivity of the positive electrode active material layer, a conventional ionic conductive polymer electrolyte, preferably, the solid-state ionic conductive polymer electrolyte of the present invention may be combined.

【0031】本発明における正極は、例えば、正極活物
質、本発明のポリフッ化ビニリデン化合物、イオン性化
合物を溶解した電解液、および導電補助剤を適当な溶媒
に十分に分散し、正極集電体上にコーティングした後、
溶媒を蒸発させて形成することができる。正極集電体に
は、従来知られているステンレス、銅、ニッケル、アル
ミニウム等の薄膜、網状物、またはその他の形状のシー
トを使用することができる。
The positive electrode according to the present invention is prepared by, for example, thoroughly dispersing a positive electrode active material, a polyvinylidene fluoride compound of the present invention, an electrolytic solution in which an ionic compound is dissolved, and a conductive auxiliary in a suitable solvent. After coating on,
It can be formed by evaporating the solvent. As the positive electrode current collector, a conventionally known thin film such as stainless steel, copper, nickel, or aluminum, a mesh, or a sheet having another shape can be used.

【0032】本発明の負極活物質層、および負極は、前
記正極活物質層、および正極と同様な方法で形成するこ
とができる。
The negative electrode active material layer and the negative electrode of the present invention can be formed in the same manner as the positive electrode active material layer and the positive electrode.

【0033】本発明の二次電池は通常の方法で構成され
る。固体状態の電解質薄膜をあらかじめ形成した後、正
負極間に配置して二次電池を構成することがことができ
る。また、都合により正極活物質層、もしくは負極活物
質層のうえに所定厚みの本発明の固体電解質をコーティ
ングした後、これを挟むように正負極を配置して構成す
ることもできる。
[0033] The secondary battery of the present invention is constructed by a usual method. After a solid state electrolyte thin film is formed in advance, it is disposed between the positive and negative electrodes to form a secondary battery. Further, the solid electrolyte of the present invention having a predetermined thickness may be coated on the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer, and then the positive and negative electrodes may be arranged so as to sandwich the solid electrolyte.

【0034】本発明のリチウム二次電池の形態としては
特に限定されるものではなく、円筒型、コイン型、ガム
型、扁平型二次電池への実装が可能である。
The form of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be mounted on a cylindrical, coin, gum, or flat secondary battery.

【0035】[0035]

【作用】本発明は、電子線照射により側鎖が導入された
ポリフッ化ビニリデン化合物と、それに包含されるイオ
ン性化合物を非水系有機溶媒に溶解した電解液からなる
ことを特徴とする高分子電解質である。
According to the present invention, there is provided a polymer electrolyte comprising a polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduced by electron beam irradiation, and an electrolytic solution in which an ionic compound contained therein is dissolved in a non-aqueous organic solvent. It is.

【0036】電子線照射によりポリフッ化ビニリデン化
合物に、分子設計した種々の側鎖の導入が容易にできる
ことは本発明の最も重要な特徴である。このようにして
得られるポリフッ化ビニリデン化合物を用いた固体状態
の電解質は、実用レベルの優れた力学的強度、および実
用レベルの1.0mS/cm以上の高いイオン導電率が
実現されていることに加え、低沸点有機溶媒で取り扱う
ことが可能で、加工性にも優れており、今後二次電池の
電解質としての本格的適用が大いに期待できるものであ
る。
The most important feature of the present invention is that it is possible to easily introduce various molecularly designed side chains into a polyvinylidene fluoride compound by electron beam irradiation. The solid-state electrolyte using the polyvinylidene fluoride compound obtained in this manner achieves excellent mechanical strength at a practical level and high ionic conductivity of 1.0 mS / cm or more at a practical level. In addition, it can be handled with a low-boiling organic solvent and has excellent workability, and it is expected that full-scale application as an electrolyte for secondary batteries is expected in the future.

【0037】また、ポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖
が、フッ化ビニリデンの繰り返し単位に対し3〜40%
導入されること、イオン性化合物を非水系有機溶媒に溶
解した電解液が30〜85重量%の範囲に制御されるこ
とにより、高いイオン導電率を維持しながら、100℃
付近の高温までの力学的な強度および電解液保持性も確
保することのが可能となった。
Further, the side chain of the polyvinylidene fluoride compound is 3 to 40% of the repeating unit of vinylidene fluoride.
By being introduced, the electrolytic solution in which the ionic compound is dissolved in the non-aqueous organic solvent is controlled in the range of 30 to 85% by weight, thereby maintaining high ionic conductivity.
It has also become possible to secure mechanical strength up to a high temperature nearby and electrolyte solution retention.

【0038】本発明の固体状態の電解質を用いた二次電
池は、電解質のイオン導電率が高いため、従来の電解液
を用いた二次電池とほぼ同じレベルの高出力の二次電池
が実現できる。また、液漏れの心配が全くないため、安
全性が高く、また超薄型化も可能である。
Since the secondary battery using the solid-state electrolyte of the present invention has a high ionic conductivity of the electrolyte, a high-output secondary battery having substantially the same level as a secondary battery using a conventional electrolyte is realized. it can. Further, since there is no fear of liquid leakage, safety is high and ultra-thinness is possible.

【0039】以上より、本発明の固体状態の高分子電解
質は、イオン導電率が高く、力学的強度に優れており、
且つ取り扱いが容易で加工性にも優れているため、小型
・大容量、高出力で、且つ高安全性の固体型二次電池、
特にリチウム、またはリチウムイオン固体型二次電池の
実現に大きく貢献するものである。
As described above, the solid-state polymer electrolyte of the present invention has high ionic conductivity and excellent mechanical strength.
And because it is easy to handle and has excellent workability, it is a small, large-capacity, high-output, and high-security solid-state secondary battery.
In particular, it greatly contributes to the realization of a lithium or lithium ion solid-state secondary battery.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の実施例1〜3は、電子線照射により側鎖が
導入されるポリフッ化ビニリデン化合物、および側鎖が
導入される方法を示すものである。また実施例4〜8お
よび比較例1〜4は、本発明の固体状態の電解質および
本発明に適合しない電解質を例示するものであり、実施
例9〜11および比較例5は、本発明の二次電池および
従来の溶液を使用した二次電池を例示するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below. Examples 1 to 3 of the present invention show a polyvinylidene fluoride compound in which a side chain is introduced by electron beam irradiation, and a method in which a side chain is introduced. Further, Examples 4 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 exemplify the solid state electrolyte of the present invention and the electrolyte not conforming to the present invention, and Examples 9 to 11 and Comparative Example 5 show the second embodiment of the present invention. 1 illustrates a secondary battery and a secondary battery using a conventional solution.

【0041】ポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖を導入
するための電子線照射は、岩崎電気製TYPE:CB2
50/15/180LEB装置を用いた。加速電圧は1
60keVであった。電子線照射は室温、窒素雰囲気中
において行った。
The electron beam irradiation for introducing the side chain of the polyvinylidene fluoride compound was performed using TYPE: CB2 manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.
A 50/15/180 LEB device was used. Acceleration voltage is 1
It was 60 keV. The electron beam irradiation was performed at room temperature in a nitrogen atmosphere.

【0042】固体状態電解質の薄膜の調製、およびその
イオン導電率の測定はいずれもアルゴンガス雰囲気のグ
ローブボックス中で行った。イオン導電率の測定は以下
のように行った。
The preparation of the solid state electrolyte thin film and the measurement of its ionic conductivity were all performed in a glove box in an argon gas atmosphere. The measurement of the ionic conductivity was performed as follows.

【0043】まず、所定厚みの固体状態の電解質薄膜を
形成してから所定大きさに切り出した。この電解質薄膜
を、あらかじめ表面を清浄にした二枚の白金ブロッキン
グ電極で挟んで、白金電極から引き出しリードをエレク
トロケミカルワークステーション(CH Instruments,Mod
el-1604)に接続して室温において測定を行なった。測
定周波数範囲は0.1Hz〜100kHz、印加電圧は
0.1Vであった。
First, a solid electrolyte thin film having a predetermined thickness was formed and then cut into a predetermined size. This electrolyte thin film is sandwiched between two platinum blocking electrodes whose surfaces have been cleaned beforehand, and the lead is pulled out from the platinum electrode and the lead is pulled out of an electrochemical workstation (CH Instruments, Mod.
el-1604) at room temperature. The measurement frequency range was 0.1 Hz to 100 kHz, and the applied voltage was 0.1 V.

【0044】充放電試験は、まず充電方向から0.2C
の電流で、電池電圧が4.5Vになるまで充電し、30
min休止時間の後、同電流密度で電池電圧が2.0V
になるまで放電した。以下、充放電の繰り返しを行い、
電池特性を評価した。電池の繰り返し充放電特性測定に
は、北斗電工(株)製HJ-201を用いた。
In the charge / discharge test, 0.2 C
Charge until the battery voltage reaches 4.5V,
After a minimum pause time, the battery voltage is 2.0 V at the same current density.
Discharged until. Hereinafter, charge and discharge are repeated,
The battery characteristics were evaluated. HJ-201 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd. was used for repeated charge / discharge characteristic measurement of the battery.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明の詳細を実施例により説明する
が、本発明がこれらの実施例に限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0046】[実施例1]平均分子量が約35×103
のポリフッ化ビニリデン化合物をエタノール中で24h
rs抽出した後、減圧下で乾燥した。このように精製し
たポリフッ化ビニリデン化合物10.0gを室温で電子
線5Mrad照射し活性点を形成した後、15、30、
50、または70℃に保持している20gのテトラヒド
ロフルフリルアクリレートに接触させた。
Example 1 The average molecular weight was about 35 × 10 3
Of polyvinylidene fluoride compound in ethanol for 24 hours
After rs extraction, it was dried under reduced pressure. After irradiating 10.0 g of the thus purified polyvinylidene fluoride compound with an electron beam at 5 Mrad at room temperature to form active points, 15, 30,
Contact was made with 20 g of tetrahydrofurfuryl acrylate maintained at 50 or 70 ° C.

【0047】このように得られたポリフッ化ビニリデン
化合物とテトラヒドロフルフリルアクリレートの混合物
を所定時間放置した後、水とエタノール(体積比が1:
1)の混合溶液で24hrs抽出してから減圧下で乾燥
した。側鎖を導入する前後のポリフッ化ビニリデン化合
物の重量比から側鎖の導入率を算出した。
The mixture of the thus obtained polyvinylidene fluoride compound and tetrahydrofurfuryl acrylate was allowed to stand for a predetermined time, and then water and ethanol (having a volume ratio of 1: 1) were used.
The mixture was extracted for 24 hrs with the mixed solution of 1) and then dried under reduced pressure. The introduction ratio of the side chain was calculated from the weight ratio of the polyvinylidene fluoride compound before and after the introduction of the side chain.

【0048】15℃において側鎖の導入率と重合時間と
の関係を図1に示す。15℃では約60min後、重合
がほぼ終了していることがわかる。60min重合後の
側鎖導入率と重合温度の関係を図2に示す。図1および
図2から、重合時間および重合温度を制御することによ
り、ポリフッ化ビニリデン化合物への側鎖の導入率の制
御が可能であることがわかる。
FIG. 1 shows the relationship between the introduction ratio of side chains at 15 ° C. and the polymerization time. At 15 ° C., it can be seen that the polymerization is almost completed after about 60 minutes. FIG. 2 shows the relationship between the side chain introduction ratio after 60 minutes polymerization and the polymerization temperature. From FIG. 1 and FIG. 2, it is understood that by controlling the polymerization time and the polymerization temperature, it is possible to control the introduction ratio of the side chain to the polyvinylidene fluoride compound.

【0049】[実施例2]実施例1において、テトラヒ
ドロフルフリルアクリレートの代わりにヘキサフルオロ
プロピルメタクリレートを用いた。電子線の照射量を
5、7、および10Mradとした。重合温度は30
℃、重合時間は60minとした。そのほかは実施例1
と同様な方法で行った。種々の電子線照射線量に対し
て、側鎖の導入率の変化を図3に示す。図3からみて、
電子線照射線量を制御することにより、ポリフッ化ビニ
リデンへの側鎖の導入率を容易に制御することが可能で
あることがわかる。
Example 2 In Example 1, hexafluoropropyl methacrylate was used instead of tetrahydrofurfuryl acrylate. The irradiation dose of the electron beam was 5, 7, and 10 Mrad. Polymerization temperature is 30
C. and the polymerization time was 60 minutes. Otherwise, Example 1
Was performed in the same manner as described above. FIG. 3 shows the change in the introduction rate of the side chain for various electron beam irradiation doses. From FIG. 3,
It can be seen that by controlling the electron beam irradiation dose, it is possible to easily control the introduction rate of side chains into polyvinylidene fluoride.

【0050】[実施例3]実施例1において、ポリフッ
化ビニリデン化合物の繰り返し単位とテトラヒドロフル
フリルアクリレートの比率が約10:1となるように、
ポリフッ化ビニリデン化合物とテトラヒドロフルフリル
アクリレートを混合させた。混合が均一になるようにす
るために、前記混合物のジメチルホルムアミドの13.
7重量%の溶液を調製し、室温において24hrs撹拌
しながら、均一な溶液とした。その後、減圧下で十分乾
燥してポリフッ化ビニリデン化合物とテトラヒドロフル
フリルアクリレートの均一な混合物を得た。この混合物
を5Mradの電子線を照射した後、重合温度は30
℃、重合時間は60minとした。そのほかは実施例1
と同様な方法で行った。側鎖の導入率は6.7%であっ
た。
Example 3 In Example 1, the ratio between the repeating unit of the polyvinylidene fluoride compound and tetrahydrofurfuryl acrylate was about 10: 1.
A polyvinylidene fluoride compound and tetrahydrofurfuryl acrylate were mixed. 13. Mixing the mixture with dimethylformamide to ensure uniform mixing.
A 7% by weight solution was prepared and a uniform solution was obtained with stirring at room temperature for 24 hrs. Thereafter, the mixture was sufficiently dried under reduced pressure to obtain a uniform mixture of a polyvinylidene fluoride compound and tetrahydrofurfuryl acrylate. After the mixture was irradiated with 5 Mrad of electron beam, the polymerization temperature was 30
C. and the polymerization time was 60 minutes. Otherwise, Example 1
Was performed in the same manner as described above. The introduction ratio of side chains was 6.7%.

【0051】[実施例4]実施例1において、重合温度
が15℃、重合時間が60minの重合条件で得られ
た、側鎖導入率が約7%のポリフッ化ビニリデン化合物
を用いた。通常、ポリフッ化ビニリデン化合物は室温に
おいて、低沸点有機溶媒には難溶であるが、本発明のポ
リフッ化ビニリデン化合物は、側鎖が導入されているた
め、ケトン類、ハロゲン類等の汎用有機溶媒に可溶であ
る。例えば、溶解性試験では、本実施例のポリフッ化ビ
ニリデン化合物がテトラヒドロフランへの溶解度は1
7.5gであった。該ポリフッ化ビニリデン化合物、Li
PF6、プロピレンカーボネート、およびテトラヒドロ
フランを5:1.5:10:50の重量比で混合し、マグネ
ティクスターラーで撹拌しながら約12hrsかけて溶
解させた。
Example 4 In Example 1, a polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduction ratio of about 7% obtained under the polymerization conditions of a polymerization temperature of 15 ° C. and a polymerization time of 60 minutes was used. Usually, polyvinylidene fluoride compounds are hardly soluble in low-boiling organic solvents at room temperature, but the polyvinylidene fluoride compounds of the present invention have general-purpose organic solvents such as ketones and halogens because of the introduction of side chains. It is soluble in For example, in the solubility test, the solubility of the polyvinylidene fluoride compound of this example in tetrahydrofuran is 1
It was 7.5 g. The polyvinylidene fluoride compound, Li
PF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran were mixed at a weight ratio of 5: 1.5: 10: 50, and dissolved with stirring with a magnetic stirrer for about 12 hrs.

【0052】このように得られた溶液を、表面をあらか
じめ清浄にしたステンレス板の上にキャスティングした
後、アルゴンガス雰囲気中においてさらに30min放
置して、テトラヒドロフランを蒸発させることによって
厚みが97μmで、自立性のある強靱な高分子電解質薄
膜を得た。この高分子電解質薄膜を所定形状に切り出
し、イオン導電率測定、および二次電池の組立に使用し
た。
The solution thus obtained was cast on a stainless steel plate whose surface was previously cleaned, and then left for 30 minutes in an argon gas atmosphere to evaporate tetrahydrofuran to obtain a 97 μm-thick self-supporting plate. A strong and strong polymer electrolyte thin film was obtained. This polymer electrolyte thin film was cut out into a predetermined shape and used for measuring ionic conductivity and assembling a secondary battery.

【0053】[実施例5]実施例4において、リチウム
塩のLiPF6の代わりに、Li(CF3SO22Nを用い
た。ポリフッ化ビニリデン化合物、Li(CH3SO22
N、プロピレンカーボネート、およびテトラヒドロフラ
ンの重量比は、5:2.2:10:50であった。そのほか
は、実施例4と同様な方法で高分子電解質の薄膜を作製
した。得られた高分子電解質薄膜の厚みは86μmであ
った。
Example 5 In Example 4, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N was used instead of lithium salt LiPF 6 . Polyvinylidene fluoride compound, Li (CH 3 SO 2 ) 2
The weight ratio of N, propylene carbonate, and tetrahydrofuran was 5: 2.2: 10: 50. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 86 μm.

【0054】[実施例6]実施例4において、非水系有
機溶媒のプロピレンカーボネートの代わりに、γ-ブチ
ロラクトンを用いた。そのほかは、実施例4と同様な方
法で高分子電解質の薄膜を作製した。得られた高分子電
解質薄膜の厚みは101μmであった。
Example 6 In Example 4, γ-butyrolactone was used instead of propylene carbonate as a non-aqueous organic solvent. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 101 μm.

【0055】[実施例7]実施例4において、ポリフッ
化ビニリデン化合物、LiPF6、プロピレンカーボネー
ト、およびテトラヒドロフランの重量比を10:1.5:
10:80とした。そのほかは、実施例4と同様な方法
で高分子電解質の薄膜を作製した。得られた高分子電解
質薄膜の厚みは91μmであった。
Example 7 In Example 4, the weight ratio of the polyvinylidene fluoride compound, LiPF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran was 10: 1.5:
10:80. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 91 μm.

【0056】[比較例1]実施例1において、15℃で
20min重合して得られた、側鎖導入率が1.5%のポ
リフッ化ビニリデン化合物を用いた。溶解性試験では、
本比較例のポリフッ化ビニリデン化合物が汎用有機溶剤
への溶解度が小さいものであった。例えば、テトラヒド
ロフランへの溶解度は2.4gであった。そのため、低
沸点溶媒による製膜が困難であった。
Comparative Example 1 A polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduction rate of 1.5% obtained by polymerizing at 15 ° C. for 20 minutes in Example 1 was used. In the solubility test,
The polyvinylidene fluoride compound of this comparative example had low solubility in general-purpose organic solvents. For example, the solubility in tetrahydrofuran was 2.4 g. Therefore, it was difficult to form a film using a low boiling point solvent.

【0057】[比較例2]実施例1において、50℃で
60min重合して得られた、側鎖導入率が51%のポ
リフッ化ビニリデン化合物を用いた。そのほかは、実施
例4と同様な方法で高分子電解質の薄膜を作製した。得
られた高分子電解質薄膜の厚みは87μmであった。
[Comparative Example 2] A polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduction rate of 51% obtained by polymerizing at 50 ° C for 60 minutes in Example 1 was used. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 87 μm.

【0058】[比較例3]実施例4において、ポリフッ
化ビニリデン化合物、LiPF6、プロピレンカーボネー
ト、およびテトラヒドロフランの重量比を20:0.7:
5:150とした。そのほかは、実施例4と同様な方法
で高分子電解質の薄膜を作製した。得られた高分子電解
質薄膜の厚みは126μmであった。
Comparative Example 3 In Example 4, the weight ratio of the polyvinylidene fluoride compound, LiPF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran was 20: 0.7:
5: 150. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 126 μm.

【0059】[比較例4]実施例4において、ポリフッ
化ビニリデン化合物、LiPF6、プロピレンカーボネー
ト、およびテトラヒドロフランの重量比を10:10:9
0:80とした。そのほかは、実施例4と同様な方法で
高分子電解質の薄膜を作製してみた。しかしながら、テ
トラヒドロフランを蒸発させた後で室温においても、自
立性のあるフィルムは得られたが、プロピレンカーボネ
ートの量が多いため、微量の溶液が表面に見られた。
Comparative Example 4 In Example 4, the weight ratio of the polyvinylidene fluoride compound, LiPF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran was 10: 10: 9.
0:80. Otherwise, a polymer electrolyte thin film was prepared in the same manner as in Example 4. However, even at room temperature after evaporation of the tetrahydrofuran, a free-standing film was obtained, but due to the large amount of propylene carbonate, a trace amount of solution was seen on the surface.

【0060】[実施例8]実施例2において、電子線照
射量が7Mradで得られた、側鎖導入率が約7.6%の
ポリフッ化ビニリデン化合物を用いた。溶解性試験で
は、本実施例のポリフッ化ビニリデン化合物がテトラヒ
ドロフランへの溶解度は、21.1gであった。該ポリ
フッ化ビニリデン化合物、LiPF6、プロピレンカーボ
ネート、およびテトラヒドロフランを5:1.5:10:5
0の重量比で混合し、マグネティクスターラーで撹拌し
ながら約20hrsかけて溶解させた。そのほかは、実
施例4と同様な方法で、高分子電解質の薄膜を作製し
た。得られた高分子電解質薄膜の厚みは71μmであっ
た。
Example 8 In Example 2, a polyvinylidene fluoride compound having an electron beam irradiation amount of 7 Mrad and having a side chain introduction rate of about 7.6% was used. In the solubility test, the solubility of the polyvinylidene fluoride compound of this example in tetrahydrofuran was 21.1 g. The polyvinylidene fluoride compound, LiPF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran were added in a ratio of 5: 1.5: 10: 5.
The mixture was mixed at a weight ratio of 0 and dissolved for about 20 hrs while stirring with a magnetic stirrer. Otherwise, in the same manner as in Example 4, a polymer electrolyte thin film was produced. The thickness of the obtained polymer electrolyte thin film was 71 μm.

【0061】実施例4〜8および比較例2〜3の高分子
電解質薄膜のイオン導電率をまとめて表1に示す。表1
から、本発明で得られた高分子電解質薄膜は実用レベル
の十分高いイオン導電率を示すことがわかる。
Table 1 summarizes the ionic conductivity of the polymer electrolyte thin films of Examples 4 to 8 and Comparative Examples 2 to 3. Table 1
From this, it is understood that the polymer electrolyte thin film obtained in the present invention exhibits a sufficiently high ionic conductivity at a practical level.

【0062】 [実施例9]図4は、正極活物質に金属酸化物、電解質
に高分子電解質、負極にリチウムイオン吸蔵炭素質材料
を用いた薄型ポリマーリチウムイオン二次電池に、本発
明の高分子電解質を適用した実施例の二次電池を示す概
略図である。
[0062] Example 9 FIG. 4 shows a polymer electrolyte of the present invention in a thin polymer lithium ion secondary battery using a metal oxide as a positive electrode active material, a polymer electrolyte as an electrolyte, and a lithium ion storage carbonaceous material as a negative electrode. It is the schematic which shows the secondary battery of the Example which applied.

【0063】本実施例の電池は、正極集電体の一方の面
上に形成された正極活物質層と負極集電体の一方の面上
に形成された負極活物質層とが、高分子電解質層を介し
て積層された構造を有している。このポリマーリチウム
イオン二次電池は次のように製造した。
In the battery of this embodiment, the positive electrode active material layer formed on one surface of the positive electrode current collector and the negative electrode active material layer formed on one surface of the negative electrode current collector It has a structure that is laminated via an electrolyte layer. This polymer lithium ion secondary battery was manufactured as follows.

【0064】実施例1のポリフッ化ビニリデン化合物、
LiPF6、プロピレンカーボネート、およびテトラヒド
ロフランを、10:1.5:10:100の混合比で均一な
溶液を作製した。そして、この混合溶液に、LiMn24
とアセチレンブラックとの混練物(重量比が92:8)
を加えてから、これを撹拌して混合物を作った。なお、
ここではLiMn24とアセチレンブラックとの混練物と
ポリフッ化ビニリデン化合物を含む溶液との割合は、混
練物とポリフッ化ビニリデン化合物との重量比が90:
10になる割合とした。
The polyvinylidene fluoride compound of Example 1,
A uniform solution of LiPF 6 , propylene carbonate, and tetrahydrofuran was prepared at a mixing ratio of 10: 1.5: 10: 100. Then, LiMn 2 O 4 was added to this mixed solution.
Of acetylene and acetylene black (weight ratio 92: 8)
And then stirred to form a mixture. In addition,
Here, the ratio of the kneaded product of LiMn 2 O 4 and acetylene black to the solution containing the polyvinylidene fluoride compound is such that the weight ratio of the kneaded product to the polyvinylidene fluoride compound is 90:
The ratio was set to 10.

【0065】次に、この混合物からテトラヒドロフラン
のみを揮発除去してから、これをロールプレスによりシ
ート状に成形し、適当な大きさに切断して約25mAh
の容量を持つ、厚み120μmの正極活物質層を作っ
た。次に厚み20μmのステンレス箔からなる正極集電
体の一方の面の中央部分にこれを貼り付けた。なお、こ
のようにして作成した正極活物質層は粘着性を有してい
るので、結着剤を用いなくても正極集電体に貼り付ける
ことができた。
Next, only tetrahydrofuran was volatilized and removed from the mixture, and then formed into a sheet by a roll press, cut into an appropriate size, and cut to about 25 mAh.
A positive electrode active material layer having a capacity of 120 μm and a thickness of 120 μm was formed. Next, the positive electrode current collector made of a stainless steel foil having a thickness of 20 μm was attached to a central portion of one surface. In addition, since the positive electrode active material layer thus formed had adhesiveness, it could be attached to the positive electrode current collector without using a binder.

【0066】一方、前記正極活物質層を形成する際に使
用したポリフッ化ビニリデン化合物を含む電解質溶液
に、重量比20:1の粉末石油コークスとアセチレンブ
ラックとの混練物を混合してから、これを撹拌して混合
物を作った。なお、ここでは粉末石油コークスとアセチ
レンブラックとの混練物と、ポリフッ化ビニリデン化合
物との割合は、混練物とポリフッ化ビニリデン化合物と
の重量比が95:5になる割合とした。
On the other hand, a kneaded product of petroleum coke powder and acetylene black in a weight ratio of 20: 1 was mixed with the electrolyte solution containing the polyvinylidene fluoride compound used in forming the positive electrode active material layer. Was stirred to form a mixture. Here, the ratio of the kneaded product of powdered petroleum coke and acetylene black to the polyvinylidene fluoride compound was set such that the weight ratio of the kneaded product to the polyvinylidene fluoride compound became 95: 5.

【0067】次にこの混合物からテトラヒドロフランの
みを揮発除去してから、これをロールプレスによりシー
ト状に成形し、正極活物質層と同じ大きさに切断して約
25mAhの容量を持つ、厚み150μmの負極活物質
層を作った。次に、正極と同じような方法で、負極活物
質層を負極集電体のステンレス箔に貼り付けた。
Next, only tetrahydrofuran was volatilized and removed from this mixture, and then formed into a sheet by a roll press, cut into the same size as the positive electrode active material layer, and had a capacity of about 25 mAh and a thickness of 150 μm. A negative electrode active material layer was formed. Next, the negative electrode active material layer was attached to the stainless steel foil of the negative electrode current collector in the same manner as in the positive electrode.

【0068】次に正極集電体の外周部の上に加熱圧着タ
イプのホットメルトを載せてから、本発明実施例4の高
分子電解質層を挟むように負極活物質層を形成した負極
集電体を合わせた。そして、加熱により、ホットメルト
を集電体の外周部に完全に接続してポリマーリチウムイ
オン二次電池を完成した。このように作製した二次電池
の放電特性を図5に、充放電特性を図6に示す。
Next, a hot-press type hot melt was placed on the outer periphery of the positive electrode current collector, and then the negative electrode active material layer was formed so as to sandwich the polymer electrolyte layer of Example 4 of the present invention. I joined my body. Then, by heating, the hot melt was completely connected to the outer peripheral portion of the current collector to complete a polymer lithium ion secondary battery. FIG. 5 shows the discharge characteristics of the secondary battery thus manufactured, and FIG. 6 shows the charge / discharge characteristics.

【0069】[実施例10]実施例9において、正極活
物質のLiMn24の代りに、LiCoO2を用いた。その
ほかは、実施例9と同様な方法でポリマーリチウムイオ
ン二次電池を組み立てた。このように作製した二次電池
の放電特性を図7に、また充放電特性を図8に示す。
Example 10 In Example 9, LiCoO 2 was used instead of LiMn 2 O 4 as the positive electrode active material. Otherwise, a polymer lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 9. FIG. 7 shows the discharge characteristics of the secondary battery thus manufactured, and FIG. 8 shows the charge / discharge characteristics.

【0070】[実施例11]実施例9において、固体状
態の電解質薄膜は実施例8の高分子電解質薄膜を用い
た。そのほかは、実施例9と同様な方法でポリマーリチ
ウムイオン二次電池を組み立てた。このように作製した
二次電池の充放電特性を評価した結果、実施例9とほぼ
同様な良好な特性が得られた。
Example 11 In Example 9, the polymer electrolyte thin film of Example 8 was used as the solid state electrolyte thin film. Otherwise, a polymer lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 9. As a result of evaluating the charge / discharge characteristics of the secondary battery manufactured in this manner, almost the same good characteristics as those in Example 9 were obtained.

【0071】[比較例5]図9は、通常の電解質溶液と
セパレータを用いたコイン型リチウムイオン二次電池を
示す概略摸式図である。正極活物質層、および負極活物
質層は実施例9と同様なものを用いた。このコイン型リ
チウムイオン二次電池は次のように製造した。まず、正
極活物質膜を正極缶内にスポット溶接された厚み20μ
mのステンレス網からなる正極集電体上に載置した。そ
して正極缶の外周端部のポリプロピレン製の環状ガスケ
ットを載置した。次に正極と同じ径の円板状に切断した
負極活物質膜を負極缶内にスポット溶接されたステンレ
ス網からなる負極集電体上に載置して圧着して装着し
た。
Comparative Example 5 FIG. 9 is a schematic diagram showing a coin-type lithium ion secondary battery using a usual electrolyte solution and a separator. The same positive electrode active material layer and negative electrode active material layer as in Example 9 were used. This coin-type lithium ion secondary battery was manufactured as follows. First, the positive electrode active material film was spot-welded in a positive electrode can to a thickness of 20 μm.
m on a positive electrode current collector made of a stainless steel net. Then, an annular gasket made of polypropylene was placed on the outer peripheral end of the positive electrode can. Next, the negative electrode active material film cut into a disk shape having the same diameter as the positive electrode was placed on a negative electrode current collector made of a stainless steel mesh spot-welded in a negative electrode can, and attached by crimping.

【0072】次に正極活物質層上に、プロピレンカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、およびLiPF6の重量
比が10:10:3となるように調製された電解質溶液
0.05mlを滴下した。その上に、正極活物質層の表
面を完全に覆うようにプロピレンの不織布からなるセパ
レータを静かに被覆して上にさらに電解質溶液0.05
mlを滴下してから、セパレータを含む電解質層を挟む
ように、負極缶を電解質層上に載置した。そして環状ガ
スケットを介して正極缶と負極缶とを重ね、両缶の外周
部をかしめて、コイン型リチウムイオン二次電池を完成
した。このように作製した二次電池の放電特性を図5
に、また充放電特性を図6に、実施例4の本発明の二次
電池と比較して示す。
Next, 0.05 ml of an electrolyte solution prepared such that the weight ratio of propylene carbonate, dimethyl carbonate and LiPF 6 was 10: 10: 3 was dropped on the positive electrode active material layer. On top of that, a separator made of a propylene non-woven fabric was gently covered so as to completely cover the surface of the positive electrode active material layer, and further an electrolyte solution 0.05 was added.
Then, the negative electrode can was placed on the electrolyte layer so as to sandwich the electrolyte layer including the separator. Then, the positive electrode can and the negative electrode can were overlapped via an annular gasket, and the outer peripheral portions of both cans were caulked to complete a coin-type lithium ion secondary battery. The discharge characteristics of the secondary battery thus manufactured are shown in FIG.
FIG. 6 shows the charge / discharge characteristics of the secondary battery according to the fourth embodiment of the present invention.

【0073】実施例9〜11および比較例5の結果か
ら、本発明による二次電池は、固体状態の電解質を使用
しているのにも関わらず、従来の溶液を使用した二次電
池と同等の電池性能が得られていることがわかる。
From the results of Examples 9 to 11 and Comparative Example 5, the secondary battery according to the present invention is equivalent to a secondary battery using a conventional solution, although the solid-state electrolyte is used. It can be seen that the battery performance of was obtained.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明は、電子線照射により側鎖が導入
されたポリフッ化ビニリデン化合物と、それに包含され
るイオン性化合物を非水系有機溶媒に溶解した電解液か
らなる固体状態の高分子電解質である。本発明によれ
ば、側鎖の種類、導入率は容易に制御することができる
ため、イオン導電率、および力学的強度のいずれも優れ
た高分子電解質の薄膜が得られる。また、異なる機能を
有する2種類以上の側鎖を導入することも可能であり、
要求性能に応じた分子設計が容易である。
The present invention provides a solid-state polymer electrolyte comprising a polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduced by electron beam irradiation, and an electrolytic solution in which an ionic compound contained therein is dissolved in a non-aqueous organic solvent. It is. According to the present invention, the type and introduction rate of the side chain can be easily controlled, so that a polymer electrolyte thin film having excellent ionic conductivity and mechanical strength can be obtained. It is also possible to introduce two or more types of side chains having different functions,
Easy molecular design according to required performance.

【0075】また、本発明は、前記高分子電解質を用い
た二次電池、特にリチウム、またはリチウムイオン二次
電池である。本発明の高分子電解質は、高い導電率を有
するため、従来の電解質溶液を使用した二次電池とほぼ
同様な優れた特性を有する二次電池が得られる。
The present invention also relates to a secondary battery using the polymer electrolyte, in particular, a lithium or lithium ion secondary battery. Since the polymer electrolyte of the present invention has high electrical conductivity, a secondary battery having almost the same excellent characteristics as a secondary battery using a conventional electrolyte solution can be obtained.

【0076】本発明の高分子電解質は固体状態であるた
め、安全性が高く、また、液漏れの心配が全くなく、外
装が簡単にできるため、超薄型化、小型大容量化が可能
となる等の顕著な効果が奏される。
Since the polymer electrolyte of the present invention is in a solid state, its safety is high, there is no fear of liquid leakage, and its exterior can be made simple. A remarkable effect such as becoming.

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

【図1】本発明の実施例1のポリフッ化ビニリデン化合
物への側鎖導入率と重合時間との関係を示すグラフ図。
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a side chain introduction rate into a polyvinylidene fluoride compound of Example 1 of the present invention and a polymerization time.

【図2】実施例1のポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖
導入率と重合温度との関係を示すグラフ図。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the side chain introduction rate of the polyvinylidene fluoride compound of Example 1 and the polymerization temperature.

【図3】実施例2のポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖
導入率と電子線照射量との関係を示すグラフ図。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the side chain introduction rate of the polyvinylidene fluoride compound of Example 2 and the amount of electron beam irradiation.

【図4】本発明の実施例9の薄型ポリマーリチウムイオ
ン二次電池を示す摸式図。
FIG. 4 is a schematic view showing a thin polymer lithium ion secondary battery according to Embodiment 9 of the present invention.

【図5】実施例9、および比較例5のリチウムイオン二
次電池の放電特性を示すグラフ図。
FIG. 5 is a graph showing the discharge characteristics of the lithium ion secondary batteries of Example 9 and Comparative Example 5.

【図6】実施例9、および比較例5のリチウムイオン二
次電池の充放電繰り返し特性を示すグラフ図。
FIG. 6 is a graph showing charge and discharge repetition characteristics of the lithium ion secondary batteries of Example 9 and Comparative Example 5.

【図7】実施例10のリチウムイオン二次電池の放電特
性を示すグラフ図。
FIG. 7 is a graph showing the discharge characteristics of the lithium ion secondary battery of Example 10.

【図8】実施例10のリチウムイオン二次電池の充放電
繰り返し特性を示すグラフ図。
FIG. 8 is a graph showing charge / discharge repetition characteristics of the lithium ion secondary battery of Example 10.

【図9】比較例5のコイン型リチウムイオン二次電池を
示す摸式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a coin-type lithium ion secondary battery of Comparative Example 5.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子線照射により側鎖が導入されたポリ
フッ化ビニリデン化合物、および該化合物に包含され
る、イオン性化合物を非水系有機溶媒に溶解した電解
液、からなることを特徴とする固体状態の高分子電解
質。
1. A solid, comprising: a polyvinylidene fluoride compound having a side chain introduced by electron beam irradiation; and an electrolyte solution containing an ionic compound dissolved in a non-aqueous organic solvent. State polymer electrolyte.
【請求項2】 前記ポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖
が、電子線照射により開始されるポリフッ化ビニリデン
化合物と脂肪族アクリレートとのラジカル反応により導
入されてなることを特徴とする、請求項1記載の高分子
電解質。
2. The method according to claim 1, wherein a side chain of the polyvinylidene fluoride compound is introduced by a radical reaction between the polyvinylidene fluoride compound and an aliphatic acrylate initiated by electron beam irradiation. Polymer electrolyte.
【請求項3】 前記脂肪族アクリレートが、フッ素系脂
肪族アクリレートであることを特徴とする、請求項2記
載の高分子電解質。
3. The polymer electrolyte according to claim 2, wherein the aliphatic acrylate is a fluorinated aliphatic acrylate.
【請求項4】 前記ポリフッ化ビニリデン化合物の側鎖
が、フッ化ビニリデン繰り返し単位に対し3ないし40
%の範囲導入されてなることを特徴とする、請求項1な
いし3のいずれかに記載の高分子電解質。
4. The polyvinylidene fluoride compound according to claim 1, wherein a side chain of the polyvinylidene fluoride compound is 3 to 40 with respect to the vinylidene fluoride repeating unit.
The polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer electrolyte is introduced in a range of%.
【請求項5】 前記イオン性化合物を非水系有機溶媒に
溶解した電解液の濃度が、前記ポリフッ化ビニリデン化
合物に対し30ないし85重量%の範囲であることを特
徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の固体状
態の高分子電解質。
5. The method according to claim 1, wherein the concentration of the electrolytic solution obtained by dissolving the ionic compound in a non-aqueous organic solvent is in the range of 30 to 85% by weight based on the polyvinylidene fluoride compound. The solid state polymer electrolyte according to any one of the above.
【請求項6】 前記イオン性化合物が、一般式M+-
表され、M+はLi+、Na+、およびK+からなる群より選
ばれる一種であることを特徴とする、請求項1ないし5
のいずれかに記載の高分子電解質。
6. The method according to claim 1, wherein the ionic compound is represented by the general formula M + X , wherein M + is one selected from the group consisting of Li + , Na + , and K +. 1 to 5
The polymer electrolyte according to any one of the above.
【請求項7】 前記イオン性化合物が、LiClO4、Li
BF4、LiPF6、LiCF3SO3、Li(CF3SO22
N、Li(C25SO22N、Li(CF3SO23C、
およびLi(C25SO23Cからなる群より選ばれる
一種であることを特徴とする、請求項6記載の高分子電
解質。
7. The ionic compound is LiClO 4 , Li
BF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2
N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, Li (CF 3 SO 2) 3 C,
7. The polymer electrolyte according to claim 6, wherein the polymer electrolyte is one selected from the group consisting of Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C.
【請求項8】 前記非水系有機溶媒が、エチレンカーボ
ネート、プロピレンカーボネト、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート、およびγーブチロラク
トンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むこと
を特徴とする、請求項1ないし7のいずれかに記載の高
分子電解質。
8. The method according to claim 1, wherein the non-aqueous organic solvent contains at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and γ-butyrolactone. 8. The polymer electrolyte according to any one of 7.
【請求項9】 正極、電解質、および負極から構成され
る二次電池において、該電解質が、請求項1ないし8の
いずれかに記載の固体状態の高分子電解質であることを
特徴とする二次電池。
9. A secondary battery comprising a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode, wherein the electrolyte is the solid-state polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 8. battery.
【請求項10】 リチウム系またはリチウムイオン系の
二次電池において、前記正極の活物質が金属酸化物であ
るLiMn24、LiCoO2、またはLiNiO2からなり、
且つ前記負極の活物質がリチウム金属、またはリチウム
イオンを吸蔵できる材料からなることを特徴とする、請
求項9記載の二次電池。
10. A lithium-based or lithium-ion-based secondary battery, wherein the active material of the positive electrode is a metal oxide, such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , or LiNiO 2 ,
The secondary battery according to claim 9, wherein an active material of the negative electrode is made of lithium metal or a material capable of storing lithium ions.
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