JPWO2011004483A1

JPWO2011004483A1 - ポリマーゲル電解質及びそれを用いたポリマー二次電池

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Publication number: JPWO2011004483A1
Application number: JP2011521748A
Authority: JP
Inventors: 安孝河野; 宇津木　功二; 功二宇津木; 広司小林; 石川　仁志; 石川　　仁志; 学菊田; 通之河野
Original assignee: DKS CO. LTD.; NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: DKS CO. LTD.; Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2012-12-13
Also published as: US20120115037A1; EP2453511A4; CN102473966A; WO2011004483A1; EP2453511A1

Abstract

本発明は、ポリマー二次電池におけるセルの膨れを抑制し、サイクル特性及び高温保存特性を改善することができるポリマーゲル電解質を提供する。本発明は、非プロトン性溶媒と、支持塩と、少なくともスルホニル基を２個有する環式スルホン酸エステルと、下記一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋させてなる架橋体とを含むポリマーゲル電解質である。一般式（１）において、ｎは１８００＜ｎ＜３０００を満たし、ｍは３５０＜ｍ＜６００を満たす。

Description

本発明は、ポリマーゲル電解質及びそれを用いたポリマー二次電池に関する。

リチウムポリマー電池などのポリマー二次電池は、薄型化が可能であること、形状選択の自由度が高いこと、電解液を用いないことにより安全性が高いことなどから、モバイル機器用の電源などとして注目されている。最近におけるモバイル機器の機能の増加に伴い、高エネルギー化及びそれに伴う電池特性の改善が、リチウムポリマー電池の技術開発の目標となっている。

特に重要な技術課題として、安全性のさらなる向上、高温保存特性の改善、及びサイクル特性の改善などが挙げられる。サイクル特性については、用いるポリマー材料を工夫することにより改善がなされてきた。特許文献１には、物理架橋型ポリマー及び化学架橋型ポリマーを含むゲル電解質を用いることにより、サイクル特性が改善されることが記載されている。一方、特許文献２には、用いるセパレーターを表面改質することにより、プレゲル溶液の含浸性が改善されることが記載されている。特許文献３には、架橋性材料で電解液をゲル化させるとともに、セパレーターとして非導電性多孔質材料と電気絶縁性の粒子を用いることにより、優れた電池性能と高い安全性を持ち合わせたリチウムポリマー電池となることが記載されている。また、非特許文献１には、ゲル電解質を用いたポリマー二次電池における電極材料やセルの形状などの検討が行われ、例えば、負極材料として高価ではあるが人造黒鉛（塊状黒鉛）を用いることで、セルの膨れ抑制やサイクル特性の改善を図ることが記載されている。

このように、ゲル電解質を用いたポリマー二次電池においては、ゲル電解質の材質だけでなく、電極材料、セル形状、セル作製条件、電解液材料などの選択が、極めて重要である。

特開２００２‐１００４０６号公報特開２００３‐２５７４９０号公報特開２００９−７０６０５号公報国際公開第８５／０３０７５号パンフレット

金村聖志監修、ポリマーバッテリーの最新技術ＩＩ、ｐ．２４２−２４７、シーエムシー出版（２００３）

しかしながら、ゲル電解質は電解液に比べてイオン伝導率が劣るため、ゲル電解質を用いたポリマー二次電池は、一般に、電解液を用いた二次電池よりもサイクル特性が劣っている。また、ポリマー二次電池は、高温保管や高温下サイクルでの内部抵抗が大きく、電気自動車や蓄電用電池などへ応用する電池として十分な特性を有していなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものである。すなわち、本発明の課題は、ポリマー二次電池におけるセルの膨れを抑制し、サイクル特性及び高温保存特性を改善することになる。

前記課題を解決するため、本発明によれば、非プロトン性溶媒と、支持塩と、少なくともスルホニル基を２個有する環式スルホン酸エステルと、下記一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋させてなる架橋体とを含むポリマーゲル電解質が提供される。また、本発明によれば、正極と、負極と、前記ポリマーゲル電解質とを含むポリマー二次電池が提供される。

一般式（１）において、ｎは１８００＜ｎ＜３０００を満たし、ｍは３５０＜ｍ＜６００を満たす。

本発明によれば、ポリマー二次電池におけるセルの膨れを抑制し、サイクル特性及び高温保存特性を改善することができる。

本発明に係るポリマー二次電池の正極の構成を説明する図である。本発明に係るポリマー二次電池の負極の構成を説明する図である。本発明に係るポリマー二次電池の巻回後の電池要素の構成を説明する図である。本発明に係るリチウムポリマー二次電池の構成を説明する図である。

＜ポリマーゲル電解質＞
本発明に係るポリマーゲル電解質は、非プロトン性溶媒と、支持塩と、少なくともスルホニル基を２個有する環式スルホン酸エステルと、一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋させてなる架橋体とを含んでいる。なお、本明細書において、非プロトン性溶媒及び支持塩の混合物を電解液と呼ぶ。このポリマー電解質は、ポリマー二次電池に用いられるが、特にリチウムポリマー二次電池に用いられることが好ましい。

非プロトン性溶媒の具体例としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類；γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類；１，２−エトキシエタン（ＤＥＥ）、エトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の鎖状エーテル類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類；それらのフッ素誘導体；ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、１，３−プロパンスルトン、アニソール、Ｎ−メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステルなどが挙げられる。非プロトン性有機溶媒は、一種でもよく、二種以上でもよい。

支持塩は、非プロトン性溶媒の導電性を高めることができる物質から、ポリマー二次電池の種類を考慮して、適宜選択することができる。例えば、リチウムポリマー二次電池用の場合、支持塩の具体例としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、カルボン酸リチウム、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＦなどが挙げられる。なかでも、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６及びＬｉＳｂＦ_６が好ましい。支持塩は、一種でもよく、二種以上でもよい。

電解液における支持塩の濃度は、５〜２５質量％とすることが好ましい。支持塩の濃度が５質量％以上であれば、所望のイオン導電率を達成することができる。支持塩の濃度が２５質量％以下であれば、電解液の粘度増加によるイオン導電率の低下を抑えることができる。

少なくともスルホニル基を２個有する環式スルホン酸エステル（以下、単に「環式スルホン酸エステル」と称する）は、ポリマー二次電池の電極界面における不働態皮膜形成に寄与する成分であり、その結果として溶媒分子の分解を抑制することができる。また、環式スルホン酸エステルは、正極活物質がマンガンを含む酸化物の場合、マンガンの溶出を抑えたり、溶出したマンガンが負極に付着することを防いだりする効果もある。したがって、環式スルホン酸エステルを含むポリマーゲル電解質をポリマー二次電池に用いることにより、負極に皮膜を形成し、またマンガンなどの溶出に対する影響を緩和できるなどの効果より、二次電池のサイクル特性を向上することができ、ガス発生によるセルの膨れ抑制、さらには内部抵抗上昇の抑制も可能となる。

環式スルホン酸エステルの具体例としては、一般式（２）で示される化合物が挙げられる。

一般式（２）において、Ｑは、酸素原子、メチレン基又は単結合を示し、Ａは、置換若しくは無置換の炭素数１〜５のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、置換若しくは無置換の炭素数１〜６のフルオロアルキレン基、又はエーテル結合を介してアルキレン単位若しくはフルオロアルキレン単位が結合した炭素数２〜６の２価の基を示し、Ｂは、置換若しくは無置換のアルキレン基、置換若しくは無置換のフルオロアルキレン基、又は酸素原子を示す。なお、一般式（２）において、Ｑが単結合の場合には、Ａを構成する炭素分子とＳとがＣ−Ｓ単結合を形成する。

また、一般式（２）において、Ａの炭素数は、環を構成する炭素の数を指し、側鎖に含まれる炭素の数は含まれない。Ａが置換若しくは無置換の炭素数１〜６のフルオロアルキレン基である場合、Ａはメチレン単位とフルオロメチレン単位を有してもよいし、フルオロメチレン単位をのみを有してもよい。また、エーテル結合を介してアルキレン単位若しくはフルオロアルキレン単位が結合している場合、アルキレン単位同士が結合していてもよいし、フルオロアルキレン単位同士が結合していてもよいし、アルキレン単位とフルオロアルキレン単位とが結合してもよい。

なお、一般式（２）に示す化合物は、特許文献４に記載されている方法により製造することができる。

一般式（２）で示される化合物の具体例としては、一般式（３）〜（８）で示される環式ジスルホン酸エステルが挙げられる。

一般式（３）において、ｘは０又は１であり、ｎは１以上５以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（４）において、ｘは０又は１であり、ｎは１以上５以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（５）において、ｘは０又は１であり、ｍは独立して１又は２であり、ｎは１以上４以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（６）において、ｘは０又は１であり、ｍは独立して１又は２であり、ｎは１以上４以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（７）において、ｘは０又は１であり、ｍは独立して１又は２であり、ｎは１以上４以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（８）において、ｘは０又は１であり、ｍは独立して１又は２であり、ｎは１以上４以下の整数であり、Ｒは、水素原子、メチル基、エチル基又はハロゲン原子を示す。

一般式（２）で示される化合物の具体例を表１に示すが、一般式（２）で示される化合物はこれらに限定されるものではない。

環式スルホン酸エステルは、一種でもよく、二種以上でもよい。

環式スルホン酸エステルの混合量は、電解液１００質量％に対して、０．００５〜１０質量％とすることが好ましく、０．０１〜５質量％とすることがより好ましい。環式スルホン酸エステルの混合量を０．００５質量％以上とすることで、十分な皮膜効果を得ることができる。環式スルホン酸エステルの混合量を０．０１質量％以上とすることで、電池特性をさらに向上させることができる。環式スルホン酸エステルの混合量を１０質量％以下とすることで、リチウムイオンの移動抵抗が増えることがなく、ポリマーへの悪影響も少ない。環式スルホン酸エステルの混合量を５質量％以下とすることで、電池特性をさらに向上させることができる。

一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物は、メチルメタクリレートと、（３−エチル−３−オキセタニル）メチルメタクリレートをラジカル共重合して得られる。メチルメタクリレート単位の数を表すｎは、１８００＜ｎ＜３０００を満たし、（３−エチル−３−オキセタニル）メチルメタクリレート単位の数を表すｍは、３５０＜ｍ＜６００を満たす。なお、一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物は、ブロック共重合体でもよく、ランダム共重合体でもよい。また、ｎ及びｍは平均値を表し、整数でない場合もある。

一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋させてなる架橋体（以下、単に「架橋体」と称する）は、一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物が有するオキセタニル基を、カチオン重合開始剤により開環重合することで得られる。カチオン重合開始剤としては、一般に公知の重合開始剤を用いることができるが、電解液中に含まれるリチウム塩及びリチウム塩のアニオン成分が加水分解した微量の酸性物質を利用することが、電池に与える特性が小さく好ましい。ここで、電解液中のリチウム塩の含有量は電解液中の好ましい支持塩の濃度と同一である。

架橋体の混合量は、電解液１００質量％に対して、０．５〜１０質量％とすることが好ましく、１〜５質量％とすることがより好ましく、１．５〜２．５質量％とすることがさらに好ましい。架橋体の混合量を０．５質量％以上とすることで、電解液を良好に保持可能なゲル化を達成することができる。架橋体の混合量を１０質量％以下とすることで、ゲル化が進みすぎて脆くなることや、電池の特性が低下することを抑えることができる。

本発明に係るポリマー電解質は、例えば、非プロトン性溶媒に支持塩を溶解させる工程と、非プロトン性溶媒に環式スルホン酸エステルを溶解させる工程と、非プロトン性溶媒に一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を混合する工程と、一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋する工程とを有する方法により、簡便かつ安定的に製造される。

本発明に係るポリマー電解質をポリマー二次電池に用いることで、セルの膨れを抑制し、サイクル特性及び高温保存特性を改善することができる。

＜ポリマー二次電池＞
本発明に係るポリマー二次電池は、正極と、負極と、上記のポリマーゲル電解質とを含み構成される。

正極としては、アルミニウム箔等の金属からなる集電体上に正極活物質層が形成されたものを用いることができる。正極活物質層は、集電体に、正極スラリーを塗布・乾燥し、圧縮・成型することで形成することができる。正極スラリーは、正極活物質を、カーボンブラック等の導電補助材、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダーとともに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤中に分散混練することで得ることができる。

正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウム含有複合酸化物を用いることができる。また、これらのリチウム含有複合酸化物の遷移金属部分を、他の元素で置き換えたものでもよい。また、金属リチウム対極電位で４．５Ｖ以上にプラトーを有するリチウム含有複合酸化物を用いることもできる。このようなリチウム含有複合酸化物の具体例としては、スピネル型リチウムマンガン複合酸化物、オリビン型リチウム含有複合酸化物、逆スピネル型リチウム含有複合酸化物などが挙げられる。具体的には、例えば、一般式（９）で表される化合物が該当する。

Ｌｉ_ａ（Ｍ_ｘＭｎ_２−ｘ）Ｏ_４（９）
一般式（９）において、ｘは０＜ｘ＜２を満たし、ａは０＜ａ＜１．２を満たし、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＣｕからなる群より選択された選択される少なくとも一種である。

負極としては、銅箔等の金属からなる集電体上に負極活物質層が形成されたものを用いることができる。

負極活物質としては、リチウム金属又はリチウム合金の他、リチウムを吸蔵・放出できる材料から選択される一又は二以上の物質を用いることができる。リチウムを吸蔵・放出できる放出する材料の具体例としては、炭素材料、酸化物などが挙げられる。

リチウム合金は、リチウム及びリチウムと合金形成可能な金属により構成される。具体的には、リチウムと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａなどの金属との２元又は３元以上の合金が挙げられる。

リチウム金属又はリチウム合金は、アモルファス状態であることが好ましい。これは、アモルファス構造により結晶粒界、欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくいためである。リチウム金属又はリチウム合金からなる負極活物質層は、融液冷却方式、液体急冷方式、アトマイズ方式、真空蒸着方式、スパッタリング方式、プラズマＣＶＤ方式、光ＣＶＤ方式、熱ＣＶＤ方式、ゾル−ゲル方式などの方式で形成することができる。

炭素材料としては、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブや、これらの複合酸化物を用いることができる。なかでも、黒鉛又は非晶質炭素が好ましい。特に、黒鉛は、電子伝導性が高く、銅などの金属からなる集電体との接着性と電圧平坦性が優れており、高い処理温度によって形成されるため含有不純物が少なく、負極性能の向上有利に働く。負極活物質として炭素材料を含む負極活物質層は、集電体に、炭素材料を含む負極スラリーを塗布・乾燥し、圧縮・成型することで形成することができる。負極スラリーは、負極活物質としての炭素材料を、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダーとともに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤中に分散混練することで得ることができる。

また、酸化物としては、酸化シリコン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウムや、これらの複合物を用いることができる。なかでも、安定で他の化合物との反応を引き起こさないことから、酸化シリコンが好ましい。また、酸化物は、結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きないことから、アモルファス状態であることが好ましい。酸化物からなる負極活物質層は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの方式で形成することができる。

ポリマー二次電池は、次のように製造することができる。まず、正極と負極とをセパレーターを介して積み重ねて積層体とする。或いは、正極と負極とをセパレーターを介して扁平に巻回した後、成型して巻回体とする。そして、積層体又は巻回体を、缶やラミネート材等の外装体に挿入した後、ポリマーゲル電解質（プレゲル溶液）を注入し、硬化（ゲル化）処理することにより、ポリマー二次電池が得られる。電極とプレゲル溶液を外装体に挿入した後、プレゲル溶液を硬化処理してもよい。或いは、電極やセパレーター上にゲル電解質を塗布形成した後に、電池を組み立ててもよい。

セパレーターとしては、不織布、ポリオレフィン微多孔膜など、リチウムポリマー電池で一般的に使用されるものを用いることができる。なお、セパレーターは必須ではなく、ポリマーゲル電解質にセパレーターの機能を持たせることもできる。

本発明に係るポリマー二次電池は、セルの膨れが抑制され、サイクル特性及び高温保存特性に優れたものとなる。すなわち、本発明をラミネートフィルム外装体からなるポリマー二次電池に適用することで、抵抗上昇の抑制や電池の膨れ（ガス発生）を抑制でき、例えば、情報携帯機器から自動車用途など大型のリチウムポリマー二次電池において効果が著しい。

（実施例１）
まず、図１により、正極１の作製について説明する。８５質量％の正極活物質としてのＬｉＭｎ_２Ｏ_４と、７質量％の導電補助材としてのアセチレンブラックと、８質量％のバインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合したものに、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加えてさらに混合することで、正極スラリーを調製した。この正極スラリーを、ドクターブレード法により、集電体となる厚さ２０μｍのＡｌ箔２の両面に、ロールプレス処理後の厚さが１６０μｍになるように塗布し、正極活物質塗布部３を形成した。ただし、一方の端部には、両面とも正極活物質が塗布されていない正極活物質非塗布部４が設けられており、他方の端部には、片面のみ正極活物質が塗布された正極活物質片面塗布部５が設けられている。そして、その正極活物質非塗布部４に正極導電タブ６を取り付けて、正極１とした。

次に、図２により、負極７の作製について説明する。９０質量％の負極活物質としての鱗片状黒鉛と、１０質量％のバインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合したものに、Ｎ−メチルピロリドンを加えてさらに混合することで、負極スラリーを調製した。この負極スラリーを、集電体となる厚さ１０μｍのＣｕ箔８の両面に、ロールプレス処理後の厚さが１２０μｍになるように塗布し、負極活物質塗布部９を形成した。ただし、一方の端部には、両面とも負極活物質が塗布されていない負極活物質非塗布部１１と、片面のみ負極活物質が塗布された負極活物質片面塗布部１０とが設けられている。そして、その負極活物質非塗布部１１に負極導電タブ１２を取り付けて、負極７とした。

図３により、電池要素の作製について説明する。膜厚１２μｍ、気孔率３５％のポリエチレン製の微多孔膜からなるセパレーター１３を二枚溶着して切断した部分を巻回装置の巻き芯に固定して巻きとり、正極１及び負極７の先端を導入した。正極１及び負極７は、それぞれ正極導電タブ６及び負極導電タブ８を取り付けていない側を先端側として、負極は二枚のセパレーターの間に、正極電極はセパレーターの上面にそれぞれ配置して巻き芯を回転させ巻回し、電池要素（以下ジェリーロール（Ｊ／Ｒ）と表記）を形成した。なお、この段階では、図３のゲル電解質１４は存在しない。

このＪ／Ｒを、図４に示すようにエンボス加工したラミネート外装体１５に収容し、ラミネート外装体１５の辺を折り返し、プレゲル溶液注液用の部分を残して熱融着を行った。

ポリマーゲル電解質１４となるプレゲル溶液は、３０質量％のエチレンカーボネート（ＥＣ）と５８質量％のジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とからなる非プロトン性溶媒に、１２質量％の支持塩としてのＬｉＰＦ_６とを添加した電解液に、２質量％の一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物（ｎ＝２６２０、ｍ＝４２０）と、１質量％の化合物Ｎｏ．１で示される化合物とを混合することで調製した。そして、プレゲル溶液を注液部分から注液して真空含浸を行い、６０℃で２０時間のゲル化処理を行うことで、リチウムポリマー電池を得た。

得られたリチウムポリマー電池を電圧４．２Ｖまで充電した（充電条件：電流０．２Ｃ、時間６．５ｈ、温度２０℃）後、０．２Ｃで電圧３．０Ｖまで放電した。その時の放電容量を初期容量とした。

次に、リチウムポリマー電池に対し５００サイクルの充放電を行った。充電の条件は、上限電圧４．２Ｖ、電流１Ｃ、時間２．５ｈとし、放電の条件は、下限電圧３．０Ｖ、電流１Ｃとした。充放電は、いずれも４０℃で実施した。そして、１サイクル目の放電容量（１Ｃ）に対する５００サイクル目の放電容量（１Ｃ）の割合を、５００サイクル後の容量維持率とした。また、１サイクル目の充電後のセル体積に対する５００サイクル目の充電後のセル体積を、５００サイクル後のセル体積変化率とした。結果を表２に示す。

（実施例２〜４）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を、表２に示す化合物に変更したこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表２に示す。

（比較例１）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表２に示す。

（比較例２）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物をＶＣに変更したこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表２に示す。

表２に示すように、実施例１〜４で作製したリチウムポリマー電池は、環式スルホン酸エステルを用いなかった比較例１、及び環式スルホン酸エステルの代わりにＶＣを用いた比較例２で作製したリチウムポリマー電池と比べて、５００サイクル後容量維持率が大きく改善されており、５００サイクル後の体積変化も大きく抑制されている。

（実施例５）
負極活物質として非晶質炭素を用い、プレゲル溶液を調製するための電解液として、２０質量％のプロピレンカーボネート（ＰＣ）と２１質量％のエチレンカーボネート（ＥＣ）と４７質量％のジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とからなる非プロトン性溶媒に、１２質量％の支持塩としてのＬｉＰＦ_６とを添加した電解液を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表３に示す。

（実施例６〜８）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を、表３に示す化合物に変更したこと以外は、実施例５と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表３に示す。

（比較例３）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を用いなかったこと以外は、実施例５と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表３に示す。

（比較例４）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物をＶＣに変更したこと以外は、実施例５と同様にしてリチウムポリマー電池を作製した。得られたリチウムポリマー電池の特性を表３に示す。

表３に示すように、実施例５〜８で作製したリチウムポリマー電池は、環式スルホン酸エステルを用いなかった比較例３、及び環式スルホン酸エステルの代わりにＶＣを用いた比較例４で作製したリチウムポリマー電池と比べて、５００サイクル後容量維持率が大きく改善されており、５００サイクル後の体積変化も大きく抑制されている。

（実施例９）
実施例１と同様にしてリチウムポリマー電池を作製し、満充電状態での保存放置におけるリチウムポリマー電池の直流抵抗値を測定した。

まず、作製したリチウムポリマー電池を２０℃において充電（上限電圧４．２Ｖ）及び放電（下限電圧３．０Ｖ）を１回ずつ行った。この時の充電電流及び放電電流は一定（１Ｃ）であり、この際の放電容量を初期容量とし、その際の抵抗を初期抵抗とした。その後、定電流（１Ｃ）で所定の電圧（４．２Ｖ）まで２．５時間の充電後、２０℃、４５℃及び６０℃の条件下で、９０日間放置した。放置後、室温において定電流（１Ｃ）で放電（下限電圧３．０Ｖ）し、続いて同じく定電流（１Ｃ）で充電（上限電圧４．２Ｖ）及び放電（下限電圧３．０Ｖ）をもう一度繰り返し、その充電時の抵抗を測定した。そして、初期抵抗を１としたときの、９０日保存後の抵抗値を相対値で示した結果を表５に示す。

（実施例１０〜１２）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を、表４に示す化合物に変更したこと以外は、実施例９と同様にしてリチウムポリマー電池を作製し、実施例９と同様の評価を行った。得られた結果を表４に示す。

（比較例５）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物を用いなかったこと以外は、実施例９と同様にしてリチウムポリマー電池を作製し、実施例９と同様の評価を行った。得られた結果を表４に示す。

（比較例６）
化合物Ｎｏ．１で示される化合物をＶＣに変更したこと以外は、実施例９と同様にしてリチウムポリマー電池を作製し、実施例９と同様の評価を行った。得られた結果を表４に示す。

表４に示すように、実施例９〜１２で作製したリチウムポリマー電池は、環式スルホン酸エステルを用いなかった比較例５、及び環式スルホン酸エステルの代わりにＶＣを用いた比較例６で作製したリチウムポリマー電池と比べて、各温度での抵抗上昇率が大きく抑制されていることが判明した。特に、６０℃保存での抵抗上昇の抑制が顕著であった。

１正極
２Ａｌ箔
３正極活物質塗布部
４正極活物質非塗布部
５正極活物質片面塗布部
６正極導電タブ
７負極
８Ｃｕ箔
９負極活物質塗布部
１０負極活物質片面塗布部
１１負極活物質非塗布部
１２負極導電タブ
１３セパレーター
１４ポリマーゲル電解質
１５ラミネート外装体

Claims

非プロトン性溶媒と、支持塩と、少なくともスルホニル基を２個有する環式スルホン酸エステルと、下記一般式（１）で示されるメタクリル酸エステル重合物を架橋させてなる架橋体とを含むポリマーゲル電解質。

一般式（１）において、ｎは１８００＜ｎ＜３０００を満たし、ｍは３５０＜ｍ＜６００を満たす。
前記環式スルホン酸エステルが、下記一般式（２）で示される化合物である請求項１に記載のポリマーゲル電解質。

一般式（２）において、Ｑは、酸素原子、メチレン基又は単結合を示し、Ａは、置換若しくは無置換の炭素数１〜５のアルキレン基、カルボニル基、スルフィニル基、置換若しくは無置換の炭素数１〜６のフルオロアルキレン基、又はエーテル結合を介してアルキレン単位若しくはフルオロアルキレン単位が結合した炭素数２〜６の２価の基を示し、Ｂは、置換若しくは無置換のアルキレン基、置換若しくは無置換のフルオロアルキレン基、又は酸素原子を示す。
前記非プロトン性溶媒として、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ラクトン類、環状エーテル類、鎖状エーテル類及びそれらのフッ素誘導体からなる群より選択された溶媒を含む請求項１又は２に記載のポリマーゲル電解質。
前記支持塩として、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６及びＬｉＳｂＦ_６からなる群より選択された物質を含む請求項１〜３のいずれかに記載のポリマーゲル電解質。
正極と、負極と、請求項１〜４のいずれかに記載のポリマーゲル電解質とを含むポリマー二次電池。
前記正極が、正極活物質として、リチウム含有複合酸化物を含む請求項５に記載のポリマー二次電池。
前記負極が、負極活物質として、リチウムを吸蔵・放出できる材料からなる群より選択される物質を含む請求項５又は６に記載のポリマー二次電池。
前記リチウムを吸蔵・放出できる材料が、炭素材料である請求項７に記載のポリマー二次電池。