WO2004001878A1 - Lithium polymer secondary battery and process for producing the same - Google Patents

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secondary battery
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lithium
polymer secondary
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Naoto Nishimura
Naoto Torata
Kouichi Ui
Motoaki Nishijima
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Sharp Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • a simple and high-performance lithium polymer secondary battery can be manufactured by adjusting the transmittance to 50% or more.
  • Chain car such as, ethyl methyl carbonate (EMC) Cyclic ethers such as ponates, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; chain ethers such as getyl ether, dimethoxetane, diethoxyethane and ethoxymethoxetane; methyl acetate; ethyl acetate; methyl propionate; ethyl propionate; And acetonitrile, sulfolane, N-methyl-1-pyrrolidone and the like.
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • Cyclic ethers such as ponates, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran
  • chain ethers such as getyl ether, dimethoxetane, diethoxyethane and ethoxymethoxetane
  • methyl acetate ethyl acetate
  • the polymer solid electrolyte layer in the present invention is impregnated or held with an organic electrolyte containing a lithium salt.
  • a lithium salt solution forms a continuous phase, and has a higher ionic conductivity than a polymer solid electrolyte layer without using a solvent.
  • the capacity of the battery to be manufactured was set to be 2 OmAh.
  • a polypropylene separator 24 ⁇ in thickness surface-treated with polyoxypropylene glycol was applied, and a precursor solution was injected. This was sandwiched between two quartz glass plates (thickness: 500 ⁇ ) and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at an illuminance of 20 mW / cm 2 for 2 minutes.
  • the precursor solution was injected into the negative electrode, and irradiated with ultraviolet light similarly to the positive electrode. They were attached so that the positive and negative electrodes faced each other, inserted into a bag made of A1 laminate resin film as an exterior material, and sealed with a heat sealer. It was heated at 60 ° C for 24 hours to complete the battery.
  • the light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 nm was 87% (89% before ultraviolet irradiation).
  • the battery of Example 3 was manufactured by the following steps.
  • An organic electrolyte was obtained by dissolving Li BF 4 in a mixed solvent of 75:25 by volume of GBL and EC to a concentration of 0.8 mo 1/1.
  • Example 2 The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.

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Abstract

Lithium polymer secondary batteries employing a solid polymer electrolyte layer obtained through crosslinking with energy such as heat or light have a low discharge capacity at temperatures as low as, e.g., -20°C. It is hence desired to improve the low-temperature characteristics without causing capacity deterioration even when charge-discharge cycling is repeated. The lithium polymer secondary battery comprises: a solid polymer electrolyte layer comprising a separator (excluding nonwoven fabrics) and an organic electrolytic solution united therewith through crosslinking; and a positive electrode and a negative electrode each obtained by uniting the organic electrolytic solution with an active material through crosslinking. This lithium polymer secondary battery has a constitution in which the organic electrolytic solution contains Ϝ-butyrolactone and the solid polymer electrolyte layer has a light transmittance of 50% or higher.

Description

明 細 書 リチウムポリマー二次電池とその製造方法 技術分野  Description Lithium polymer secondary battery and its manufacturing method
本発明は、 リチウムポリマー二次電池とその製造方法に関する。 更に . 詳しくは、 本発明は、 従来よりも充放電サイクル特性と低温特性に優れ たリチウムポリマー二次電池とその製造方法に関するものである。 背景技術  The present invention relates to a lithium polymer secondary battery and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a lithium polymer secondary battery having more excellent charge / discharge cycle characteristics and low-temperature characteristics than before and a method for producing the same. Background art
I τ技術の進歩に伴い携帯電話、 携帯情報端末機器、 ノートパソコン 等の電源としてリチウムイオン二次電池が数多く使用されてきている。 近年、 リチウムイオン二次電池の有機電解液の代わりに固体電解質層 を使用したリチウムポリマー二次電池の開発が盛んに行われてきており 、 有機電解液を高分子の物理架橋によってマトリックス化した固体電解 質層を使用するベルコア型と呼ばれるリチウムポリマー二次電池が巿場 に出てくるに至った。  With the advancement of I τ technology, many lithium-ion secondary batteries have been used as power sources for mobile phones, personal digital assistants, and notebook computers. In recent years, the development of lithium polymer secondary batteries using a solid electrolyte layer instead of the organic electrolyte solution of a lithium ion secondary battery has been actively carried out. Bell-core type lithium polymer secondary batteries using an electrolyte layer have come to the market.
しかしながら、 物理架橋を利用したリチウムポリマー二次電池は高温 環境下、 又は電池の異常発熱時に、 固体電解質層のマトリックス中で相 分離が起こり、 有機電解液が滲み出してしまう可能性が高く、 電池の信 頼性においてまだ問題が残されている。 また、 相分離を起こしたリチウ ムポリマー二次電池は充放電サイクルを繰り返すと、 急激な容量低下を 突然起こしてしまうことがあり、 サイクル特 1"生にも課題が残っている。 そこで物理架橋に対して、 化学結合による架橋を利用して有機電解液 をマトリックス化した高分子固体電解質層を使用するリチウムポリマー 二次電池が開発されてきている。 この高分子固体電解質層は、 不飽和二 重結合を少なくとも 1つ以上有する架橋前の前駆体とリチウム塩を含有 する有機電解液とを混合した溶液を、 熱や光等のエネルギーによって架 橋 (重合) させたものである。'そのため、 一度架橋した高分子固体電解 質層は、 高温環境下や電池の異常発熱時でもマトリッタスが相分離を起 こすことが少ない。 したがって信頼性が高く、 充放電サイクル特性にも 優れたリチウムポリマー二次電池として有望であると考えられている。 熱や光等のエネルギーによつて架橋して得られた高分子固体電解質層 を用いるリチウムポリマー二次電池は、 高温環境下や電池の異常発熱時 でも液の滲み出しによる液漏れ等を起こしにくく、 充放電サイクルを繰 り返した時の急激な容量低下を起こさないという利点を有している。 し かし、 高分子固体電解質層は化学架橋による堅牢な網目構造を形成して いるため、 物理架橋を利用したリチウムポリマー二次電池よりもイオン の移動度が低くなり、 特に— 2 0 °Cというような低温では放電容量が低 くなつてしまうという課題が残っている。 However, lithium polymer secondary batteries using physical cross-linking are highly likely to undergo phase separation in the matrix of the solid electrolyte layer and ooze out of the organic electrolyte when the battery is in a high temperature environment or when the battery is abnormally heated. There still remains a problem in the reliability of the system. In addition, a lithium polymer secondary battery that has undergone phase separation may suddenly undergo a sudden decrease in capacity when repeated charge / discharge cycles are repeated. In contrast, a lithium polymer that uses a polymer solid electrolyte layer in which an organic electrolyte is Secondary batteries have been developed. This polymer solid electrolyte layer is formed by using a solution obtained by mixing a precursor before crosslinking having at least one unsaturated double bond or more and an organic electrolyte solution containing a lithium salt with energy such as heat or light. Polymerization). 'Therefore, once the polymer solid electrolyte layer has been crosslinked, Matritus rarely causes phase separation even in a high-temperature environment or abnormal heat generation of a battery. Therefore, it is considered promising as a lithium polymer secondary battery with high reliability and excellent charge / discharge cycle characteristics. Lithium polymer secondary batteries using a polymer solid electrolyte layer obtained by cross-linking with energy such as heat or light are unlikely to cause liquid leakage etc. due to liquid seepage even in a high-temperature environment or when the battery is abnormally heated. However, there is an advantage that a rapid decrease in capacity does not occur when the charge / discharge cycle is repeated. However, since the solid polymer electrolyte layer has a robust network structure formed by chemical crosslinking, the ion mobility is lower than that of a lithium polymer secondary battery using physical crosslinking, especially at −20 ° C. At such a low temperature, the problem remains that the discharge capacity is reduced.
また、 リチウムポリマー二次電池は高分子固体電解質層を正極と負極 の間に電解質層として介在させているが、 この電解質層は有機電解液を 含んでいるマトリックスであるため電池内部の短絡を防ぐには強度が不 十分である。 そこで、 セパレータを有機電解液とともに一体ィヒさせて高 分子固体電解質層として使用するのが一般的である。 し力 しながら、 セ パレータを使用すると、 例えば紫外線照射等によって架橋して高分子固 体電解質層を得ようとした場合、 その光がセパレータによって遮られて しまい、 架橋が不十分となり電池の信頼性を損ねてしまうという課題も 残っている。 また、 例えば特開平 9— 7 5 7 7号公報では電池内でポリマー電解質 の相変化の程度を光の透過率を利用して測定する技術、 特開平 1 1一 1 2 1 0 0 3号公報ではリチウム二次電池用負極の炭素材料を製造する際 の原料の調製基準を光の透過率を利用して判断するという技術に応用さ れている。 しかしながら、 リチウムポリマー二次電池の高分子固体電解 質層の性能を改善することに光透過率を関連付けて適用したものはこれ まで開示されていない。 発明の開示 In addition, a lithium polymer secondary battery has a polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes as an electrolyte layer. This electrolyte layer is a matrix containing an organic electrolyte and prevents short circuits inside the battery. Is insufficient in strength. Therefore, it is common to integrate the separator with the organic electrolyte and use it as a polymer solid electrolyte layer. However, if a separator is used, when the polymer solid electrolyte layer is cross-linked by, for example, irradiation with ultraviolet light, the light is blocked by the separator, and the cross-linking is insufficient, and the reliability of the battery is reduced. There still remains the issue of impairing the performance. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-77577 discloses a technique for measuring the degree of phase change of a polymer electrolyte in a battery by utilizing light transmittance. Is applied to the technology of determining the preparation standard of the raw material when producing the carbon material of the negative electrode for the lithium secondary battery by using the light transmittance. However, there has not been disclosed any application in which the light transmittance is applied to improve the performance of a polymer solid electrolyte layer of a lithium polymer secondary battery. Disclosure of the invention
本発明は、 上記の課題を鑑みてなされたものであり、 充放電サイクル 特性を損なうことなく低温特性に優れたリチウムポリマー二次電池とそ の製造方法を提供することを目的としている。  The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a lithium polymer secondary battery excellent in low-temperature characteristics without impairing charge-discharge cycle characteristics, and a method for manufacturing the same.
か して本発明によれば、 有機電解液と活物質の存在下で架橋させた 高分子を含む正極及び負極と、 両極間に位置し、 かつ有機電解液とセパ レータ (不織布を含まない) の存在下で架橋させた高分子を含む高分子 固体電解質層とからなり、 前記有機電解液が Y—プチ口ラタトンを含有 し、 かつ、 前記高分子固体電解質層が 5 0 %以上の光透過率を有するこ とを特徴とするリチウムポリマー二次電池が提供される。  Thus, according to the present invention, a positive electrode and a negative electrode containing a polymer cross-linked in the presence of an organic electrolyte and an active material are located between the two electrodes, and the organic electrolyte and a separator (not including a nonwoven fabric) A polymer solid electrolyte layer containing a polymer cross-linked in the presence of a polymer, the organic electrolyte solution contains Y-petit mouth rataton, and the polymer solid electrolyte layer has a light transmission of 50% or more. The present invention provides a lithium polymer secondary battery characterized by having a high efficiency.
また、 本発明によれば、 上記リチウムポリマー二次電池の製造方法で あって、 有機電解液及ぴ架橋前の高分子の存在下でのセパレータの光透 過率が 5 0 %以上になるように調整した後、 架橋前の高分子を架橋させ ることで高分子固体電解質層を得る工程を含むことを特徴とするリチウ ムポリマー二次電池の製造方法が提供される。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明のリチウムポリマー二次電池の概略断面図である。 発明の実施の形態 Further, according to the present invention, there is provided the method for producing a lithium polymer secondary battery, wherein the light transmittance of the separator in the presence of the organic electrolyte and the polymer before crosslinking is 50% or more. The method for producing a lithium polymer secondary battery further comprises a step of obtaining a polymer solid electrolyte layer by crosslinking the polymer before crosslinking after the above adjustment. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic sectional view of a lithium polymer secondary battery of the present invention. Embodiment of the Invention
本発明では、 高分子固体電解質層の製造に際して、 有機電解液及び架 橋前の高分子の存在下でのセパレータの光透過率が 5 0 %以上になるよ うに調整することを特徴の 1つとしている。 光透過率を測定することに より、 セパレータに架橋前の前駆体 (以下、 単に前駆体と称する) とリ チゥム塩を含有する有機電解液とを混合した溶液が十分に浸透している かどうかを確認することができる。  One of the features of the present invention is to adjust the light transmittance of the separator in the presence of the organic electrolyte solution and the polymer before the bridge to be 50% or more in the production of the polymer solid electrolyte layer. And By measuring the light transmittance, it is determined whether or not a solution obtained by mixing the precursor before crosslinking (hereinafter simply referred to as “precursor”) and the organic electrolyte containing a lithium salt has sufficiently penetrated the separator. Can be confirmed.
本発明では、 透過率を 5 0 %以上に調製することで、 簡便でかつ高性 能なリチウムポリマー二次電池を製造することができる。  In the present invention, a simple and high-performance lithium polymer secondary battery can be manufactured by adjusting the transmittance to 50% or more.
光透過率は、 例えば、 波長 3 6 5 n mの紫外線を対象物に照射してセ パレータ越しにその照度を測定し、 下記式により算出することができる 透過率 = (セパレータ越しの照度) / (セパレータ無しの照度) X I 0 0 (%)  The light transmittance can be calculated, for example, by irradiating an object with ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm and measuring the illuminance through a separator, and calculating by the following formula. Transmittance = (illuminance through a separator) / ( Illuminance without separator) XI 0 0 (%)
セパレータは溶液を含浸させる前は白色で光の透過率はほぼ 0。/。であ るが、 溶液を含浸させると半透明〜透明になる。 したがって、 上記式に よりセパレータへの溶液の含浸程度を光の透過率で定量ィ匕することがで きる。 このとき、 透過率が、 5 0 %未満であるとセパレータへの溶液の 含浸が不十分であるため、 電池の内部抵抗が高くなるばかり力、 光で架 橋する場合の架橋反応も不十分となってしまうので好ましくない。 より 好ましい透過率は 6 0 %以上であり、 更に好ましくは 7 0 %以上であり 、 特に好ましくは 8 0 %以上であり、 最も好ましくは 9 0 %以上である (上限は 1 0 0 %である) 。 また、 架橋後においても高分子固体電解質層の光透過率は架橋前のセ パレータの光透過率とほぼ同等であるか 1〜 2 %低下する程度であるた め、 架橋後に測定することも可能である。 また、 架橋後に測定すれば、 特性の優れた高分子固体電解質層のみを予め選択することができる。 図 1に本発明のリチウムポリマー二次電池の一例の概略断面図を示す 。 図 1中の 1はセパレータ、 2は高分子固体電解質層、 3は正極活物質 、 4は負極活物質、 5は集電体である。 The separator is white before being impregnated with the solution, and has almost zero light transmittance. /. However, it becomes translucent to transparent when impregnated with the solution. Therefore, the degree of impregnation of the solution into the separator can be determined by the light transmittance according to the above equation. At this time, if the transmittance is less than 50%, the impregnation of the solution into the separator is insufficient, so that not only the internal resistance of the battery is increased but also the crosslinking reaction when bridging with light is insufficient. It is not preferable because it becomes. More preferably, the transmittance is 60% or more, further preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more, and most preferably 90% or more (the upper limit is 100%). ). In addition, the light transmittance of the polymer solid electrolyte layer after cross-linking is almost the same as the light transmittance of the separator before cross-linking or is about 1 to 2% lower, so it can be measured after cross-linking. It is. In addition, if measurement is performed after crosslinking, only a solid polymer electrolyte layer having excellent characteristics can be selected in advance. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of one example of the lithium polymer secondary battery of the present invention. In FIG. 1, 1 is a separator, 2 is a solid polymer electrolyte layer, 3 is a positive electrode active material, 4 is a negative electrode active material, and 5 is a current collector.
本発明における高分子固体電解質層中のセパレータは、 不織布以外で あれば、 特に限定されることなく、 公知のセパレータを使用することが できる。  The separator in the polymer solid electrolyte layer of the present invention is not particularly limited as long as it is other than a nonwoven fabric, and a known separator can be used.
セパレータの厚さは 5〜 3 0 μ mが好ましく、 特に好ましくは 8〜 2 5 mである。 5 μ πιより薄くなると機械的強度が低くなり電池の正極 と負極が短絡する場合があるため好ましくない。 3 0 μ πιより厚くなる と電極間距離が長くなり電池内部のインピーダンスが高くなるばかりか 、 不飽和二重結合を少なくとも 1つ以上有する前駆体とリチウム塩を含 有する有機電解液とを混合した溶液を含浸させた時の光透過率が低くな る場合があるため好ましくない。  The thickness of the separator is preferably 5 to 30 μm, and particularly preferably 8 to 25 m. If the thickness is less than 5 μπι, the mechanical strength becomes low, and the positive and negative electrodes of the battery may be short-circuited, which is not preferable. When the thickness is more than 30 μπι, not only the distance between the electrodes becomes longer and the impedance inside the battery becomes higher, but also a precursor having at least one unsaturated double bond and an organic electrolyte containing a lithium salt are mixed. It is not preferable because the light transmittance when the solution is impregnated may decrease.
また、 セパレータとしては、 微多孔質膜等が挙げられる。 セパレータ とし 、 不織布があるが、 これは、 微多孔質膜より細孔の径が大きく、 正極及ぴ Ζ又は負極活物質が不織布を貫通してしまい、 電池の短絡を起 こす可能性が高い。 そのため、 微多孔質膜を使用することが好ましい。 特に、 ポリエチレン、 ポリプロピレン又はポリエチレンとポリプロピレ ンの複合体からなるポリオレフィン系微多孔質膜が強度とコストの面か ら好ましい。 ここで、 微多孔質膜とは、 0 . 0 1〜1 0 μ πιの孔が、 1 0 2〜1 0 12個 Z c m2存在する膜をいう。 更に "y—ブチロラタトン (GBL) のようなポリオレフイン系膜に浸 透しにくい溶媒を使用する場合は、 膜の溶媒親和性を向上したものが好 ましい。 向上方法としては、 酸素プラズマで膜の表面を処理をする方法 、 界面活性剤で膜をコートする方法等が挙げられるがこれらに限定され るものではない。 Also, examples of the separator include a microporous membrane. As a separator, there is a nonwoven fabric, which has a larger pore diameter than the microporous membrane, and the positive electrode and / or the negative electrode active material penetrates the nonwoven fabric, which is likely to cause a short circuit of the battery. Therefore, it is preferable to use a microporous membrane. In particular, a polyolefin-based microporous membrane composed of polyethylene, polypropylene, or a composite of polyethylene and polypropylene is preferable in terms of strength and cost. Here, the microporous membrane, 0. 0 1~1 0 μ πι of holes refers to 1 0 2-1 0 12 Z cm 2 existing film. Furthermore, when using a solvent that is difficult to penetrate into a polyolefin-based membrane such as “y-butyrolataton (GBL)”, a membrane with improved solvent affinity is preferred. A method of treating the surface, a method of coating the film with a surfactant, and the like are exemplified, but not limited thereto.
本発明における高分子固体電解質層の有機電解液は、 G B Lを含む有 機溶媒に所定の濃度でリチウム塩を溶かした溶液が用いられる。 有機電 解液中の水分量は 50 p pm以下が好ましく、 特に好ましくは 20 p p m以下である。 水分量.が多いと電池を充電する際に、 水の電気分解が起 こることで、 充放電効率が低下するので好ましくない。  As the organic electrolyte for the polymer solid electrolyte layer in the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved at a predetermined concentration in an organic solvent containing GBL is used. The amount of water in the organic electrolyte is preferably 50 ppm or less, particularly preferably 20 ppm or less. A large amount of water is not preferable because when the battery is charged, the electrolysis of water occurs and the charge / discharge efficiency decreases.
リチウム塩濃度は 0. 5〜2. 5mo 1/1が好ましい。 0. 5mo The lithium salt concentration is preferably 0.5 to 2.5mo 1/1. 0.5mo
1 Z 1より低濃度では、 高分子固体電解質層の電荷の濃度が低くなり、 電池内部のインピーダンスが高くなる場合があり好ましくない。 2. 5 mo 1/1より高濃度では、 リチウムイオンとァニオンの再結合を起こ してしまい、 イオン伝導度が低下し電池内部のインピーダンスが高くな る場合があり好ましくない。 If the concentration is lower than 1Z1, the charge concentration of the polymer solid electrolyte layer becomes low, and the impedance inside the battery may increase, which is not preferable. If the concentration is higher than 2.5 mo 1/1, lithium ions and anions recombine, which may lower the ionic conductivity and increase the impedance inside the battery, which is not preferable.
リチウム塩の種類は特に限定されないが、 L i PF6、 L i BF4、 L i N (CF3S02) 2等が使用できる。 The type of the lithium salt is not particularly limited, but Li PF 6 , Li BF 4 , Li N (CF 3 S 0 2 ) 2 and the like can be used.
有機溶媒中の必須成分である GB Lは、 その他の溶媒に対して体積比 で 60%以上含まれているのが好ましい。 GBLが 60%より少なくな ると一 20°Cのような低温ではイオン伝導度が低くなり、 電池の低温特 性が劣化するので好ましくない。 その他の溶媒としては、 例えば、 プロ ピレンカーボネート (PC) 、 エチレンカーボネート (EC) 等の環状 力一ポネ一ト類や、 ジェチルカ一ポネ一ト ( D EC) 、 ジメチルカ一ポ ネート (DMC) 、 ェチルメチルカーボネート (EMC) 等の鎖状カー ポネート類、 テトラヒドロフラン、 2—メチルテトラヒドロフラン等の 環状エーテル類や、 ジェチルエーテル、 ジメ トキシェタン、 ジエトキシ ェタン、 エトキシメ トキシェタン等の鎖状エーテル類、 酢酸メチル、 酢 酸ェチル、 プロピオン酸メチル、 プロピオン酸ェチル等のエステル類や .、 その他、 ァセトニトリル、 スルホラン、 N—メチル一2—ピロリ ドン 等が挙げられる。 これら他の溶媒は、 複数種用いてもよい。 GBL, which is an essential component in the organic solvent, is preferably contained in a volume ratio of at least 60% with respect to other solvents. If the GBL is less than 60%, the ionic conductivity decreases at a low temperature such as 20 ° C, and the low-temperature characteristics of the battery deteriorate, which is not preferable. Other solvents include, for example, cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and dimethyl carbonate (DMC). Chain car such as, ethyl methyl carbonate (EMC) Cyclic ethers such as ponates, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; chain ethers such as getyl ether, dimethoxetane, diethoxyethane and ethoxymethoxetane; methyl acetate; ethyl acetate; methyl propionate; ethyl propionate; And acetonitrile, sulfolane, N-methyl-1-pyrrolidone and the like. These other solvents may be used in plural types.
より具体的には、 例えば、 負極活物質に黒鉛系材料を用いた場合、 G B Lに E Cを混合した溶媒が充放電効率を低下させることなく低温特性 も向上できるので好適である。.特に G B L: E Cの体積比が、 6 0 : 4 0〜8 0 : 2 0であるのが好ましレヽ。 6 0 : 4 0より G B Lが少なくな ると一 2 0 °Cの低温でのィオン伝導度が低くなり、 電池の性能も低くな る場合があるので好ましくない。 8 0 : 2 0より G B Lが多くなると電 池の充放電効率が低下し、 充放電サイクルを繰り返すと電池容量の劣化 を起こす場合があるので好ましくない。  More specifically, for example, when a graphite-based material is used as the negative electrode active material, a solvent in which GBL and EC are mixed is preferable because the low-temperature characteristics can be improved without lowering the charge / discharge efficiency. In particular, it is preferable that the volume ratio of GBL: EC is 60:40 to 80:20. 60: If the GBL is less than 40, the ion conductivity at a low temperature of 120 ° C. is lowered, and the battery performance may be lowered, which is not preferable. If the GBL is more than 80:20, the charge / discharge efficiency of the battery decreases, and if the charge / discharge cycle is repeated, the battery capacity may deteriorate, which is not preferable.
高分子固体電解質層の架橋 (重合) 前の高分子 (前駆体) としては、 分子内にェチレンォキシド単位とプロピレンォキシド単位を含んでレヽる ランダム共重合体又はプロック共重合体であり、 その末端基にァクリ口 ィル基又はメタクリロイル基等の不飽和結合をもつ多官能性ィヒ合物が好 ましい。 それは、 G B Lのような高分子等の溶解能の高い溶媒の存在下 でも末端基で架橋できるからである。 また単官能基を有する前駆体と多 官能基を有する前駆体を混合することにより多種多様の架橋構造の固体 電解質層が作製できる。  The polymer (precursor) before crosslinking (polymerization) of the polymer solid electrolyte layer is a random copolymer or block copolymer containing an ethylenoxide unit and a propylene oxide unit in the molecule. A polyfunctional compound having an unsaturated bond, such as an acrylyl group or a methacryloyl group, is preferred. This is because the terminal group can be crosslinked even in the presence of a solvent having high solubility such as a polymer such as GBL. Further, by mixing a precursor having a monofunctional group and a precursor having a polyfunctional group, solid electrolyte layers having various cross-linked structures can be produced.
前駆体のリチウム塩を含む有機電解液に対する量は、 前駆体:有機電 角旱液の重量比が 7 : 9 3 - 3 : 9 7であるのが好ましい。 前駆体の量が 7 : 9 3より多くなると高分子固体電解質層のイオン伝導度が低くなる 場合があるので好ましくなレ、。 前駆体の量が 3 : 9 7より少なくなると 架橋反応が十分でなくなる場合があるので好ましくない。 The amount of the precursor relative to the organic electrolyte containing a lithium salt is preferably such that the weight ratio of the precursor to the organic electrolyzed solution is 7: 93-3: 97. When the amount of the precursor exceeds 7:93, the ionic conductivity of the polymer solid electrolyte layer decreases. Unfavorable because there are cases. If the amount of the precursor is less than 3:97, the crosslinking reaction may not be sufficient, which is not preferable.
架橋 (重合) 反応を促進するために、 開始剤を使用してもよい。 光ェ ネルギーにより反応が始まる開始剤としては、 フォスフィンォキシド系 、 ァセトフエノン系、 ベンゾフエノン系、 α—ヒドロキシケトン系、 ミ ヒラーケトン系、 ベンジノレ系、 ベンゾイン系、 ベンゾインエーテ /レ系、 ベンジルメチルケタール系化合物等が挙げられる。 これら開始剤は、 1 種又は 2種以上を混合して使用してもよい。 An initiator may be used to accelerate the crosslinking (polymerization) reaction. Initiators that initiate the reaction due to photoenergy include phosphinoxides, acetophenones, benzophenones, α -hydroxyketones, Michler's ketones, benzinoles, benzoins, benzoinates / resins, and benzylmethylketals. And the like. These initiators may be used alone or in combination of two or more.
熱エネルギーにより反応が始ま S開始剤としては、 有機過酸化物系化 合物が好適である。 その具体例としては、 イソブチリルパーオキサイド 、 α , α ' —ビス (ネオデカノィルパーォキシ) ジイソプロピルべンゼ ン、 クミルパーォキシネオデカノエート、 ジ一 η—プロピルパーォキシ ジカーボネート、 ジィソプロピルパ一ォキシジカーボネート、 1 , 1, 3 , 3—テトラメチルブチルパーォキシネオデカノエート、 ビス ( 4一 tーブチノレシク口へキシノレ) パーォキシジカーボネート、 1—シク口へ キシ Λ^— 1—メチルェチ パーォキシネオデカノエート、 ジー 2—ェト キシェチルバ一ォキシジカーボネート、 ジ (2—ェチルへキシルパーォ キシ) ジカーボネート、 t—へキシルパーォキシネオデカノエート、 ジ メ トキシブチルバ一才キシジカーボネート、 ジ (3—メチルー 3—メ ト キシブチルパーォキシ) ジカーボネート、 t—ブチルパーォキシネオデ カノエート、 t—プチルパーォキシビバレート等が挙げられる。 これら 開始剤は、 1種又は 2種以上を混合して使用してもよレ、。  The reaction is started by thermal energy. As the S initiator, an organic peroxide compound is preferable. Specific examples thereof include isobutyryl peroxide, α, α′-bis (neodecanylperoxy) diisopropylbenzene, cumylperoxyneodecanoate, di-η-propylperoxy dicarbonate, Disopropyl peroxydicarbonate, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxyneodecanoate, bis (41 t-butoxyresin hexoxy) peroxydicarbonate, 1-cyclohexyl Λ ^ — 1-Methylethoxy peroxy neodecanoate, G 2-ethoxy xyshelboxy dicarbonate, di (2-ethylhexyl peroxy) dicarbonate, t-hexyl peroxy neodecanoate, Toxyl butyl carbonate, dixy carbonate, di (3-methyl-3-methoxybutyl peroxy) dicarbonate, t-butyl peroxy neodecanoate, t-butyl peroxybivalate and the like. These initiators may be used alone or as a mixture of two or more.
これら開始剤は、 前駆体とリチウム塩を含有する有機電解液とを混合 した溶液の総重量に対して 1 0 0〜5 0 0 0 p p mの割合で添加するの が好ましい。 具体的な高分子固体電解質層の製造法としては、 まず、 前駆体とリチ ゥム塩と含有する有機電解液とを混合した溶液 (場合によっては開始剤 も添加する) を予めセパレータに含浸させる。 次に、 光で架橋する場合 は、 波長が 300〜 800n mの範囲の光を 5〜 500 mW/ c m2の 照度で 1〜 1200秒照射し、 熱で架橋する場合は、 30〜 80 °Cで 0 • 5-100時間熱処理して、 高分子固体電解質層を作製することがで さる。 These initiators are preferably added at a rate of 100 to 500 ppm based on the total weight of the solution obtained by mixing the precursor and the organic electrolyte containing a lithium salt. As a specific method for producing a polymer solid electrolyte layer, first, a solution in which a precursor is mixed with a lithium salt and an organic electrolyte solution (in some cases, an initiator is added) is impregnated in a separator in advance. . Then, when the case of crosslinking by light, the wavelength is 1 irradiated 1200 seconds in the range of the illuminance of the 5~ 500 mW / cm 2 light 300 to 800n m, crosslinking with heat,. 30 to 80 ° C Then, heat treatment is performed for 0 • 5-100 hours to produce a polymer solid electrolyte layer.
光で架橋する際、 波長が 30 Onmよりも短くなると、 前駆体自身の 分解やリチウム塩の分解が起こる場合があり好ましくない。 800 nm よりも長くなると架橋反応が不十分となる場合があり好ましくなレ、。 熱 で架橋する際、 温度が 30°Cより.も低くなると、 架橋反応が不十分とな る場合があるので好ましくない。 80°Cよりも高くなるとその溶液に含 まれる有機溶媒の揮発やリチウム塩の分解が起こる場合があるので好ま しくない。  When the wavelength is shorter than 30 Onm when cross-linking by light, the decomposition of the precursor itself and the decomposition of the lithium salt may occur, which is not preferable. If it is longer than 800 nm, the crosslinking reaction may be insufficient, which is undesirable. If the temperature is lower than 30 ° C. when cross-linking by heat, the cross-linking reaction may be insufficient, which is not preferable. If the temperature is higher than 80 ° C, the organic solvent contained in the solution may be volatilized or the lithium salt may be decomposed, which is not preferable.
本発明における高分子固体電解質層は、 リチウム塩を含む有機電解液 を含浸もしくは保持させたものである。 このような層はマクロ的には固 体状態であるが、 ミクロ的にはリチウム塩溶液が連続相を形成し、 溶媒 を用いない高分子固体電解質層よりも高いイオン伝導度を示す。  The polymer solid electrolyte layer in the present invention is impregnated or held with an organic electrolyte containing a lithium salt. Such a layer is a macroscopic solid state, but microscopically, a lithium salt solution forms a continuous phase, and has a higher ionic conductivity than a polymer solid electrolyte layer without using a solvent.
正極活物質としては、 特に限定されず、 当該分野で公知のものをいず れも使用することができる。 例えば、 本発明では、 リチウムを含有する 金属酸化物を正極活物質として使用することができる。 特に、 L ia ( A) h (B) c02 (ここで、 Aは遷移金属元素の 1種又は 2種以上の元素 である。 Bは周期律表 I I I B、 I VB及び VB族の非金属元素及び半 金属元素、 アルカリ土類金属、 Zn、 Cu、 T i等の金属元素の中から 選ばれた 1種又は 2種以上の元素である。 a, b, cはそれぞれ 0<a ≤ 1. 15、 0. 85≤b + c≤l. 30、 0く cである。 ) で示され る層状構造の複合酸化物もしくはスピネル構造を含む複合酸化物の少な くとも 1つから選ばれることが好ましい。 また、 これら金属酸化物は有 機過酸化物の熱重合開始剤の反応を促進する効果もあるため好ましい。 代表的な複合酸化物としては、 L i C o 02、 L i N i 02、 L i C ox The cathode active material is not particularly limited, and any of those known in the art can be used. For example, in the present invention, a metal oxide containing lithium can be used as the positive electrode active material. In particular, in L i a (A) h ( B) c 0 2 ( where, A is one or more elements of transition metal elements. B periodic table IIIB, I VB and Group VB non of One or more elements selected from metal elements such as metal elements and metalloid elements, alkaline earth metals, Zn, Cu, Ti, etc. a, b, c are each 0 <a ≤ 1.15, 0.85≤b + c≤l. 30, 0 and c. It is preferable to select from at least one of the composite oxide having a layered structure or the composite oxide having a spinel structure represented by Further, these metal oxides are preferable because they also have an effect of accelerating the reaction of the thermal polymerization initiator of the organic peroxide. Exemplary complex oxide, L i C o 0 2, L i N i 0 2, L i C o x
N ih〇2 (0<x< 1) 等が挙げられる。 これら複合酸ィヒ物は、 負極 活物質に炭素質材料を用いた場合、 N ih〇 2 (0 <x <1). These composite oxides, when using a carbonaceous material as the negative electrode active material,
( 1 ) 炭素質材料自身の充電 ·放電に伴う電圧変化 (約 1 V v s. (1) Voltage change due to charging and discharging of carbonaceous material itself (about 1 V vs.
L i/L i+) が起こっても十分に実用的な作動電圧を示す、 L i / L i + ) shows a sufficiently practical working voltage even if
(2) 電池の充電 ·放電反応に必要なリチウムイオンが、 電池を組み立 てる前から、 例えば L i C o 02、 L i N i 02等の形で既に電池内に含 有されている (2) lithium ions required to charge-discharge reaction of the battery, and before that assembled battery, for example, are already containing chromatic into battery L i C o 0 2, L i N i 0 2 such forms of
という利益を有する。  Has the benefit that
負極活物質としては、 特に限定されず、 当該分野で公知のものをいず れも使用することができる。 例えば、 負極活物質として、 炭素質材料を 使用できる。 炭素質材料は、 電気化学的にリチウムを挿入/脱離し得る 材料が好ましい。 リチウムを挿入 Z脱離する電位は、 金属リチウムの析 出 Z溶解電位に近いため、 高エネルギー密度の電池を構成できる。 その 典型例は、 粒子状 (鱗片状、 塊状、 繊維状、 ゥイスカー状、 球状、 粉碎 粒子状等) の天然もしくは人造黒鉛である。 メソカーボンマイクロビー ズ、 メソフェーズピッチ粉末、 等方性ピッチ粉末等を黒鉛化して得られ る人造黒鉛を使用してもよレ、。  The negative electrode active material is not particularly limited, and any of those known in the art can be used. For example, a carbonaceous material can be used as the negative electrode active material. The carbonaceous material is preferably a material capable of electrochemically inserting / desorbing lithium. Since the potential for inserting and removing Z is close to the potential for dissolving and dissolving metallic lithium, a high energy density battery can be constructed. A typical example is natural or artificial graphite in the form of particles (scale, lump, fibrous, whiskers, spheres, ground particles, etc.). It is also possible to use artificial graphite obtained by graphitizing mesocarbon micro beads, mesophase pitch powder, isotropic pitch powder, and the like.
より好ましい炭素質材料として、 非晶質炭素を表面に付着させた黒鉛 粒子が挙げられる。 付着方法としては、 黒鉛粒子をタール、 ピッチ等の 石炭系重質油、 又は重油等の石油系重質油に浸漬して引き上げ、 炭化温 度以上へ加熱して重質油を分解することで得ることができる。 また、 必 要に応じて得られた炭素質材料を粉碎してもよレ、。 このような処理によ り、 充電時に負極で起こる有機溶媒、 リチウム塩の分解反応が有意に抑 制されるため、 充放電サイクル寿命を改善し、 また同分解反応によるガ ス発生を抑止することが可能となる。 More preferred carbonaceous materials include graphite particles having amorphous carbon adhered to the surface. As a method of adhesion, graphite particles are dipped in coal-based heavy oil such as tar or pitch, or petroleum-based heavy oil such as heavy oil, and then lifted. It can be obtained by decomposing heavy oil by heating to a degree or higher. Also, the obtained carbonaceous material may be pulverized as necessary. Such treatment significantly suppresses the decomposition reaction of the organic solvent and lithium salt that occurs at the negative electrode during charging, thus improving the charge-discharge cycle life and suppressing gas generation due to the decomposition reaction. Becomes possible.
なお、 炭素質材料は、 B E T法により測定される比表面積に関わる細 孔が、 非晶質炭素の付着によってある程度塞がれている。 具体的な比表 面積は、 l〜5 m2/ gの範囲が好ましい。 比表面積がこの範囲より大 きくなると、 有機溶媒にリチウム塩を溶解した有機電解液との接触面積 も大きくなり、 それらの分解反応が起こりやすくなるため好ましくないIn the carbonaceous material, pores related to the specific surface area measured by the BET method are blocked to some extent by the adhesion of amorphous carbon. The specific specific surface area is preferably in the range of 1 to 5 m 2 / g. If the specific surface area is larger than this range, the contact area with an organic electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent also becomes large, and the decomposition reaction thereof easily occurs, which is not preferable.
。 また、 負極上に高分子固体電解質層を形成するための開始剤の吸着量 が増えるため、 前駆体の架橋が阻害されるため好ましくない。 比表面積 がこの範囲より小さくなると、 電解質との接触面積も小さくなるため、 電気化学的反応速度が遅くなり、 電池の負荷特性が低くなる場合がある ので好ましくない。 . In addition, the amount of the initiator adsorbed to form the polymer solid electrolyte layer on the negative electrode increases, which is not preferable because the crosslinking of the precursor is hindered. If the specific surface area is smaller than this range, the contact area with the electrolyte is also reduced, so that the electrochemical reaction rate is slowed down and the load characteristics of the battery are sometimes undesirably reduced.
正極、 負極は、 基本的には正極、 負極活物質をバインダーにて固定化 したそれぞれの活物質層を、 集電体となる金属箔上に形成したものであ る。 前記集電体となる金属箔の材料としては、 アルミニウム、 ステンレ ス、 チタン、 銅、 ニッケル等が挙げられる。 この内、 電気化学的安定性 、 延伸性及び経済性を考慮すると、 正極用にはアルミニウム箔、 負極用 には銅箔が好ましい。  The positive electrode and the negative electrode are basically formed by forming respective active material layers in which a positive electrode and a negative electrode active material are fixed with a binder, on a metal foil serving as a current collector. Examples of the material of the metal foil serving as the current collector include aluminum, stainless steel, titanium, copper, and nickel. Of these, aluminum foil is preferable for the positive electrode and copper foil is preferable for the negative electrode in consideration of electrochemical stability, stretchability and economy.
なお、 箔以外の正極、 負極集電体の形態として、 メッシュ、 エキスパ ンドメタル、 ラス体、 多孔体あるいは樹脂フ.イルムに電子伝導材をコ一 トしたもの等が挙げられるがこれに限定されるものではない。 正極、 負極の作製に当たって必要であれば黒鉛、 カー; Examples of the form of the positive and negative electrode current collectors other than the foil include a mesh, an expanded metal, a lath, a porous body, and a resin film coated with an electron conductive material, but are not limited thereto. Not something. Graphite and car if necessary for the production of positive and negative electrodes;
アセチレンブラック、 ケッチェンブラック、 炭素繊維、 導電性金属酸化 物等の化学的に安定な導電材を活物質と組み合わせて使用し、 電子伝導 を向上させることができる。  By using a chemically stable conductive material such as acetylene black, Ketjen black, carbon fiber, or a conductive metal oxide in combination with an active material, electron conductivity can be improved.
また、 正極、 負極の作製にあたって、 バインダーは化学的に安定で、 適当な溶媒には溶けるが有機電解液には侵されない樹脂の中から選ぶこ とが好ましい。 多くの樹脂が知られているが、 例えば有機溶媒である N 一メチル一2—ピロリ ドン (NM P ) に選択的に溶けるが有機電解液に は安定な,ポリフッ化ビニリデン (P V D F ) が好んで使用される。 なお 、 溶媒に溶解しないバインダーは、 分散液として使用してもよい。 他に使用できる樹脂は、 例えば、 アクリロニトリル、 メタタリロニト リル、 フッ化ビエル、 クロ口プレン、 ビニノレピリジン、 スチレンブタジ ェンゴム (S B R) 、 カルボキシメチルセルロース ( CMC ) 及びその 誘導体、 塩ィヒビニリデン、 エチレン、 プロピレン、 環状ジェン (例えば シク口ペンタジェン、 1, 3—シク口へキサジェン等) 等の重合体及び 共重合体が挙げられる。  In preparing the positive and negative electrodes, it is preferable to select a binder from resins that are chemically stable and are soluble in an appropriate solvent but are not affected by an organic electrolyte. Many resins are known. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), which dissolves selectively in the organic solvent N-methyl-1-pyrrolidone (NMP) but is stable in organic electrolytes, is preferred. used. The binder that does not dissolve in the solvent may be used as a dispersion. Other resins that can be used include, for example, acrylonitrile, methacrylonitrile, bifluoride, chloroprene, vinylinpyridine, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC) and its derivatives, chlorovinylidene, ethylene, propylene, cyclic gen (eg, Pentagen, 1,3-cyclohexadiene, etc.) and copolymers.
電極は、 活物質と、 必要であれば導電材を、 バインダー樹脂の溶液に 混練してペーストをつくり、 これを金属箔に適当なコーターを用いて均 一な厚みで塗布し、 乾燥後プレスすることによって作製できる。 電極中 のバインダ一の割合は必要最低限とすることが好ましく、 電極を 1 0 0 重量部として、 一般に 1〜1 5重量部で十分である。 導電材は、 電極を 1 0 0重量部として、 2〜1 5重量部が一般的である。  For the electrode, the active material and, if necessary, the conductive material are kneaded into a binder resin solution to form a paste, which is applied to a metal foil using a suitable coater to a uniform thickness, dried and pressed. It can be manufactured by the following. It is preferable that the ratio of the binder in the electrode is the minimum necessary. Generally, 1 to 15 parts by weight of the electrode is 100 parts by weight. The conductive material is generally used in an amount of 2 to 15 parts by weight, with the electrode being 100 parts by weight.
本発明のリチウムポリマー二次電池は、 例えば、 以下の方法により作 製できる。 ( 1 ) 予め正極、 負極及びセパレータそれぞれに、 不飽和二重結合を少 なくとも 1つ以上有する前駆体とリチウム塩を含有する有機電解液とを 混合した溶液を含浸させ、 各々に熱又は光又はその両方のエネルギーを 照射し架橋して得たものを貼り合わせて電池を作製する方法。 The lithium polymer secondary battery of the present invention can be manufactured, for example, by the following method. (1) Each of the positive electrode, the negative electrode, and the separator is previously impregnated with a solution in which a precursor having at least one unsaturated double bond and an organic electrolyte containing a lithium salt are mixed, and heat or light is applied to each. Alternatively, a battery is produced by irradiating and irradiating both of the energies and bonding them together to form a battery.
( 2 ) 予めどちらか一方の電極上にセパレータを載せたものと、 もう一 方の電極とに、 不飽和二重結合を少なくとも 1つ以上有する前駆体とリ チウム塩を含有する有機電解液とを混合した溶液を含浸させ、 両者に熱 又は光又はその両方のエネルギーを照射し架橋して得たものを貼り合わ せて電池を作製する方法。  (2) to that carrying the separator in advance on either one of the electrodes, on the other hand the electrode, and an organic electrolyte containing precursor and Lithium salt having at least one unsaturated double bond A method of producing a battery by impregnating a solution obtained by mixing the two, irradiating both with heat and / or light energy, and then bonding together to obtain a battery.
( 3 ) 予め正極と負極の間にセパレータを挟み込み、 そこへ不飽和二重 結合を少なくとも 1つ以上有する前駆体とリチウム塩を含有する有機電 解液とを混合した溶液を含浸させ、 熱又は光又はその両方のエネルギー を照射し架橋して電池を作製する方法。  (3) A separator is previously sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and impregnated with a mixed solution of a precursor having at least one unsaturated double bond and an organic electrolyte containing a lithium salt, and then heat or A method for producing a battery by irradiating light or both energy and crosslinking.
上記本発明によれば、 充放電サイクル特性を損なうことなく低温特性 に優れたリチウムポリマー二次電池を提供することができる。  According to the present invention, it is possible to provide a lithium polymer secondary battery having excellent low-temperature characteristics without impairing charge-discharge cycle characteristics.
正極、 セパレータ及び負極からなる単位は、 重ね合わせて、 あるいは 捲回して積層型もしくは捲回型のリチウムポリマー二次電池を構成する ことができる。  The unit composed of the positive electrode, the separator and the negative electrode can be stacked or wound to form a laminated or wound lithium polymer secondary battery.
作製した電池は、 鉄にニッケルめっきを施したものやアルミニウム製 の円筒缶、 角型缶、 又は、 アルミニウム箔に樹脂をラミネートしたフィ ルムを外装材として用いることができるがこれらに限定されるものでは ない。  The battery produced can be made of nickel-plated iron, aluminum cylindrical cans, square cans, or films of aluminum foil laminated with resin as the exterior material, but is not limited to these is not.
これらの電池製造工程は、 水分の浸入を防ぐためにアルゴンガスゃ窒 素ガス等の不活性ガス雰囲気下か乾燥した空気中で行うことが好ましい 実施例 These battery manufacturing steps are preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon gas / nitrogen gas or in dry air in order to prevent ingress of moisture. Example
以下、 実施例により本発明を具体的に説明するが、 本努明がこれらに より何ら制限されるものではない。 なお、 作製する電池の容量はすぺて 2 OmAhとなるようにした。  Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The capacity of the battery to be manufactured was set to be 2 OmAh.
(実施例 1 )  (Example 1)
•以下の工程にて実施例 1の電池を作製した。  • The battery of Example 1 was manufactured by the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
平均粒径 7 mの L i C o 02を 1 00重量部と、 導電材のァセチレ ンブラック 5重量部とバインダーの PVDFを 5重量部とを混合し、 溶 剤として NMPを適量加え混練して正極材ペーストを得た。 これを 2 0 μ mの A 1箔上に塗布し乾燥後プレスして正極シートを得た。 この正極 シートを 3 0 X 3 Ommに裁断し A 1集電タブを溶接して正極を得た。 b) 負極の作製 And L i C o 0 2 1 00 parts by weight of the average particle diameter of 7 m, the PVDF of Asechire down black 5 parts by weight and the binder of the conductive material was mixed with 5 parts by weight, and an appropriate amount was added kneaded NMP as Solvent Thus, a positive electrode material paste was obtained. This was applied on a 20 μm A1 foil, dried and pressed to obtain a positive electrode sheet. This positive electrode sheet was cut into 30 X 3 Omm, and an A1 current collecting tab was welded to obtain a positive electrode. b) Preparation of negative electrode
黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を付着させた炭素材料粉末 (平均粒径 1 2 μΐΐί, 比表面積 2m2/g) 1 0 0重量部とバインダーの P VD Fと を重量比で 1 0 0 : 9となるように混合し、 溶剤として NMPを適量加 え混練して負極'材ペーストを得た。 これを 1 8 mの C u箔上に塗布し 乾燥後プレスして負極シートを得た。 この負極を 3 0 X 3 0 mmに裁断 し N i集電タブを溶接して負極を得た。 Carbon material powder in which amorphous carbon is attached to the surface of graphite particles (average particle size: 12 μΐΐί, specific surface area: 2 m 2 / g) 100 parts by weight and binder PVD F by weight ratio of 100 : 9 to obtain a negative electrode material paste by adding an appropriate amount of NMP as a solvent and kneading. This was applied on a 18 m Cu foil, dried and pressed to obtain a negative electrode sheet. This negative electrode was cut into a size of 30 × 30 mm, and a Ni current collecting tab was welded to obtain a negative electrode.
c) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製  c) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
GB Lと E Cとの 8 0 : 20体積比混合溶媒に L i B F4を 2 m o 1 / 1の濃度になるように溶解して有機電解液を得た。 Li iBF 4 was dissolved in a mixed solvent of GB L and EC at a volume ratio of 80:20 to a concentration of 2 mo 1/1 to obtain an organic electrolyte.
この有機電解液 9 5重量0 /0に、 分子量 7 5 0 0〜 9 0 00の 3官能ポ リエーテルポリオールァクリル酸エステル 3. 5重量0 /0と分子量 2 8 0 0〜 3000の単官能ポリエーテルポリオールァクリル酸エステル 1. 5重量%とを混合し、 更に光重合開始剤である 2, 4, 6—トリメチル ベンゾイノレフェニルフォスフィンォキシド 2000 pmを上記溶液に 対して添加して前駆体溶液を得た。 This organic electrolyte 9 5 weight 0/0, the molecular weight 7 5 0 0-9 0 00 3 functional Po Li polyether polyols § acrylic acid ester of 3.5 weight 0/0 and molecular weight 2 8 0 A monofunctional polyether polyol acrylate of 0 to 3000 was mixed with 1.5% by weight, and 2,4,6-trimethylbenzoinolephenyl phosphinoxide, a photopolymerization initiator, was added at 2000 pm to the above solution. To obtain a precursor solution.
d) 電池の糸且立て  d) Align the battery
上記で得られた正極の上に、 ポリオキシプロピレングリコールで表面 処理したポリプロピレン製セパレータ (厚さ 24 μπι) を载せ、 前駆体 溶液を注液した。 これを 2枚の石英ガラス板 (厚さ 500 πι) で挟み 、 波長 365 n mの紫外線を 20 mW/ c m2の照度で 2分間照射した 。 次に、 負極に前駆体溶液を注液し正極同様に紫外線照射した。 それら を正極と負極が対向するように貼り合わせ、 外装材である A 1ラミネー ト樹脂フィルム製の袋に挿入し、 熱シーラーで封止した。 それを 60°C で 24時間加熱処理して電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層 だけの波長 365 n mの光透過率は 87 %であった (紫外線照射前は 8 9%であった) 。 On the positive electrode obtained above, a polypropylene separator (24 μπι in thickness) surface-treated with polyoxypropylene glycol was applied, and a precursor solution was injected. This was sandwiched between two quartz glass plates (thickness: 500 πι) and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at an illuminance of 20 mW / cm 2 for 2 minutes. Next, the precursor solution was injected into the negative electrode, and irradiated with ultraviolet light similarly to the positive electrode. They were attached so that the positive and negative electrodes faced each other, inserted into a bag made of A1 laminate resin film as an exterior material, and sealed with a heat sealer. It was heated at 60 ° C for 24 hours to complete the battery. The light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 nm was 87% (89% before ultraviolet irradiation).
(実施例 2)  (Example 2)
以下の工程にて実施例 2の電池を作製した。  The battery of Example 2 was manufactured by the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
b) 負極の作製  b) Preparation of negative electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して負極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a negative electrode.
c) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製  c) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
GBLと ECとの 60: 40体積比混合溶媒に L i BF4を lmo 1 / 1の濃度になるように溶解して有機電解液を得た。 この有機電解液 80重量0 /0に、 分子量 7500〜 9000の 3官能ポ リエーテルポリオールァクリル酸エステル 1 2重量0 /0と分子量 220〜 300の単官能ポリエーテルポリオールアクリル酸エステル 8重量0 /0と を混合し、 更に光重合開始剤であるビス ( 2 , 6—ジメトキシベンゾィ ノレ) 一 2, 4, 4—トリメチルーペンチルフォスフィンォキシド 300 0 p pmを上記溶液に対して添加して前駆体溶液を得た。 Li BF 4 was dissolved in a mixed solvent of GBL and EC at a volume ratio of 60:40 to a concentration of lmo 1/1 to obtain an organic electrolyte. This organic electrolyte solution 80 weight 0/0, the molecular weight 7500 to 9000 of trifunctional Po Li polyether polyols § acrylic acid ester 1 2 wt 0/0 and a monofunctional polyether polyol acrylic acid ester with a molecular weight of from 220 to 300 8 Weight 0 / 0 and are mixed. Further, 300 (ppm) of bis (2,6-dimethoxybenzoinole) -1,2,4,4-trimethyl-pentylphosphinoxide, a photopolymerization initiator, is added to the above solution. Thus, a precursor solution was obtained.
d) 電池の組立て  d) Battery assembly
上記で得られた正極の上に、 ポリオキシエチレンダリコールで表面処 理したポリエチレン製セパレータ (厚さ 9 ^πι) を载せ、 前駆体溶液を 注液した。 これを 2枚の石英ガラス板 (厚さ 500 πι) で挟み、 波長 36 5 n mの紫外線を 20 mW/ c m2の照度で 2分間照射した。 次に 、 負極に前駆体溶液を注液し正極同様に紫外線照射した。 それらを正極 と負極が対向するように貼り合わせ、 外装材である A 1ラミネート樹脂 フィルム製の袋に挿入し、 熱シーラーで封止した。 それを 80°Cで 2時 間加熱処理して電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層だけの波 長 3 6 5 nmの光透過率は 9 2%であった (紫外線照射前は 93%であ つた) 。 On the positive electrode obtained above, a polyethylene separator (9 ^ πι thick) surface-treated with polyoxyethylene dalicol was applied, and a precursor solution was injected. This was sandwiched between two quartz glass plates (thickness 500 πι), and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at an illuminance of 20 mW / cm 2 for 2 minutes. Next, the precursor solution was injected into the negative electrode, and irradiated with ultraviolet rays similarly to the positive electrode. They were bonded so that the positive and negative electrodes faced each other, inserted into a bag made of A1 laminated resin film as an exterior material, and sealed with a heat sealer. It was heated at 80 ° C for 2 hours to complete the battery. The light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 nm was 92% (93% before UV irradiation).
(実施例 3)  (Example 3)
以下の工程にて実施例 3の電池を作製した。  The battery of Example 3 was manufactured by the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
b) 負極の作製  b) Preparation of negative electrode
人造黒鉛粉末 (平均粒径 1 2 m、 比表面積 5 2/ g) 1 00重量 部とバインダーの PVDFとを重量比で 1 00 : 9となるように混合し 、 溶剤として NMPを適量加え混練して負極材ペーストを得た。 これを 18 mの Cu箔上に塗布し乾燥後プレスして負極シートを得た。 この 負極を 30 X 3 Ommに裁断し N i集電タブを溶接して負極を得た。 Artificial graphite powder (average particle diameter 1 2 m, a specific surface area of 5 2 / g) 1 00 1 and PVDF parts by weight and the binder at a weight ratio of 00: 9 were mixed so that, an appropriate amount of added kneaded NMP as solvent Thus, a negative electrode material paste was obtained. this It was applied on an 18 m Cu foil, dried and pressed to obtain a negative electrode sheet. This negative electrode was cut into 30 X 3 Omm, and a Ni current collecting tab was welded to obtain a negative electrode.
c) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製  c) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
GBLと ECとの 75 : 25体積比混合溶媒に L i B F4を 0. 8 m o 1/1の濃度になるように溶解して有機電解液を得た。 An organic electrolyte was obtained by dissolving Li BF 4 in a mixed solvent of 75:25 by volume of GBL and EC to a concentration of 0.8 mo 1/1.
この有機電解液 97重量%に、 分子量 7500〜 9000の 3官能ポ リエーテルポリオールァクリル酸エステル 2. 4重量0 /0と分子量 220 〜300の単官能ポリエーテルポリオールァクリル酸エステル 0. 6重' 量%とを混合し、 更に熱重合開始剤である t—ブチルパーォキシネオデ . カノエート l O O O p pmを上記溶液に対して添加して前駆体溶液を得 た。 This organic electrolyte solution 97 wt%, a molecular weight from 7,500 to 3 functional Po Li polyether polyols § acrylic acid ester 2.4 wt 0/0 and a monofunctional polyether polyols § acrylic acid ester having a molecular weight of from 220 to 300 0.6 fold 9000 %, And t-butyl peroxyneode.canoate l OOOppm, which is a thermal polymerization initiator, was added to the above solution to obtain a precursor solution.
d) 電池の組立て  d) Battery assembly
上記で得られた負極と正極との間に、 酸素プラズマで表面処理したポ リエチレン製セパレータ (厚さ 13 /m) を挟み、 外装材である A 1ラ ミネート樹脂フィルム製の袋にそれらを挿入し、 c) で得られた前駆体 溶液を注入しその袋を封止した。 それを 60でで 72時間加熱処理して 電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層だけの波長 760 nmの 光透過率を測定した。 光透過率は 59%であった (加熱前は 60%であ つた) 。  A separator made of polyethylene (thickness 13 / m) surface-treated with oxygen plasma is sandwiched between the negative electrode and positive electrode obtained above, and inserted into a bag made of A1 laminating resin film, which is an exterior material. Then, the precursor solution obtained in c) was injected, and the bag was sealed. It was heated at 60 for 72 hours to complete the battery. The light transmittance at a wavelength of 760 nm of only the polymer solid electrolyte layer was measured. The light transmittance was 59% (before heating it was 60%).
(比較例 1 )  (Comparative Example 1)
以下の工程にて比較例 1の電池を作製した。  The battery of Comparative Example 1 was manufactured in the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
b) 負極の作製  b) Preparation of negative electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。 C ) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製 The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode. C) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
E Cと DMCとの 3 0 : 70体積比混合溶媒に L i B F4を' 1. 5 m o 1 / 1の濃度になる'ように溶解して有機電解液を得た。 Li BF 4 was dissolved in a mixed solvent of EC and DMC at a volume ratio of 30:70 to 'concentration of 1.5 mo 1/1' to obtain an organic electrolyte.
その他は実施例 1と同様の操作を繰り返して前駆体溶液を得た。 d) 電池の組立て  Otherwise, the same operation as in Example 1 was repeated to obtain a precursor solution. d) Battery assembly
上記で得られた正極の上にポリプロピレン製セパレータ (厚さ 24 m) を载せ、 前駆体溶液を注液した。 これを 2枚の石英ガラス板 (厚さ 5 0 0 μτη) で挟み、 波長 3 6 5 n mの紫外線を 2 0 mW/ c m2の照 度で 2分間照射した。 次に、 負極に前駆体溶液を注液し正極同様に紫外 線照射した。 それらを正極と負極が対向するように貼り合わせ、 外装材 である A 1ラミネート樹脂フィルム製の袋に挿入し、 熱シーラーで封止 した。 それを 6 0°Cで 24時間加熱処理して電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層だけの波長 3 6 5 nmの光透過率は 8 0%であった (加熱前は 8 2%であった) 。 A polypropylene separator (24 m thick) was placed on the positive electrode obtained above, and a precursor solution was injected. This was sandwiched between two quartz glass plates (thickness: 500 μτη), and irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm at an intensity of 20 mW / cm 2 for 2 minutes. Next, the precursor solution was injected into the negative electrode, and irradiated with ultraviolet light similarly to the positive electrode. They were attached so that the positive and negative electrodes faced each other, inserted into an A1 laminated resin film bag as an exterior material, and sealed with a heat sealer. It was heated at 60 ° C for 24 hours to complete the battery. The light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 nm was 80% (before heating, it was 82%).
(比較例 2)  (Comparative Example 2)
以下の工程にて比較例 2の電池を作製した。  A battery of Comparative Example 2 was manufactured in the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
b) 負極の作製  b) Preparation of negative electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
c) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製  c) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
実施例 1と同様の操作を繰り返して前駆体溶液を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a precursor solution.
d) 電池の組立て  d) Battery assembly
上記で得られた正極の上にポリプロピレン製セパレータ (厚さ 30 m) を载せ、 前駆体溶液を注液した。 その他は実施例 1と同様の操作を 繰り返して電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層だけの波長 3 65 nmの光透過率は 48%であった (紫外線照射前は 49%であったA polypropylene separator (thickness: 30 m) was placed on the positive electrode obtained above, and a precursor solution was injected. Other operations are the same as those in the first embodiment. The battery was completed repeatedly. The light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 nm was 48% (49% before ultraviolet irradiation).
) C ) C
(比較例 3)  (Comparative Example 3)
以下の工程にて比較例 3の電池を作製した。  A battery of Comparative Example 3 was manufactured through the following steps.
a) 正極の作製  a) Preparation of positive electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
b) 負極の作製  b) Preparation of negative electrode
実施例 1と同様の操作を繰り返して正極を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a positive electrode.
c) 高分子固体電解質層の前駆体溶液調製  c) Preparation of precursor solution for polymer solid electrolyte layer
実施例 1と同様の操作を繰り返して前駆体溶液を得た。  The same operation as in Example 1 was repeated to obtain a precursor solution.
d) 電池の組立て  d) Battery assembly
上記で得られた正極の上にポリエステル製不織布 (厚さ 40μπι) を 載せ、 前駆体溶液を注液した。 その他は実施例 1と同様の操作を繰り返 して電池を完成させた。 また、 高分子固体電解質層だけの波長 365 η mの光透過率は 73%であった (紫外線照射前は 75%であった) 。 上記作製した各々の電池を定電流 4 m Aで 4. 2 Vまで充電し 4. 2 V到達後は定電圧で電流が 1mAに減衰するまで充電 (以下 0. 2C充 電と呼ぶ) し、 定電流 2 OmAで 25 °Cと一 20°Cで 3 Vまで放電させ た時の低温容量維持率と、 25 °Cで 500回まで 0. 2 C充電と定電流 20mAで 3Vまで放電を繰り返した時のサイクル維持率を測定した。 これらの定義は以下の式で表される。  A polyester nonwoven fabric (thickness: 40 μπι) was placed on the positive electrode obtained above, and a precursor solution was injected. Otherwise, the same operation as in Example 1 was repeated to complete the battery. The light transmittance of the polymer solid electrolyte layer alone at a wavelength of 365 ηm was 73% (75% before ultraviolet irradiation). Each of the batteries prepared above was charged to 4.2 V at a constant current of 4 mA, and after reaching 4.2 V, charged at a constant voltage until the current attenuated to 1 mA (hereinafter referred to as 0.2 C charging). Low-temperature capacity retention rate when discharging to 3 V at 25 ° C and 120 ° C at constant current of 2 OmA, and repeating 0.2 C charging and discharging to 3 V at constant current of 20 mA up to 500 times at 25 ° C The cycle maintenance rate at the time of heating was measured. These definitions are represented by the following equations.
低温容量維持率 (%) Low temperature capacity maintenance rate (%)
= (-20。Cの放電容量) / (25。Cの放電容量) X 100  = (-20. C discharge capacity) / (25. C discharge capacity) x 100
サイクル維持率 (%) = ( 5 0 0回目の放電容量) / (初回の放電容量) X 1 0 0 上記実施例と比較例の結果を以下の表 1に示す。 表 1Cycle maintenance rate (%) = (500th discharge capacity) / (initial discharge capacity) X100 The results of the above Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below. table 1
Figure imgf000022_0001
表 1で示すように、 実施例 1と比較例 1との結果から電池のサイクル 特性を維持しつつ低温特性を向上させるためには、 高分子固体電解質層 の光透過率が 5 0 %以上であっても、 G B Lを含有する高分子固体電解 質層を使用する必要があることが判明した。
Figure imgf000022_0001
As shown in Table 1, from the results of Example 1 and Comparative Example 1, in order to improve the low-temperature characteristics while maintaining the cycle characteristics of the battery, the light transmittance of the polymer solid electrolyte layer must be 50% or more. Even so, it was found that it was necessary to use a polymer solid electrolyte layer containing GBL.
また、 実施例 1と比較例 2との結果から高分子固体電解質層の光透過 率が 5 0 %未満であると、 電池の低温特性もサイクル特性も低下するこ とが判明した。  Further, from the results of Example 1 and Comparative Example 2, it was found that when the light transmittance of the polymer solid electrolyte layer was less than 50%, both the low-temperature characteristics and the cycle characteristics of the battery deteriorated.
更に実施例 1と比較例 3との結果から光透過率が 5 0 %以上であって も、 セパレータではなく不織布では電池内部の短絡を引き起こし、 サイ クル特性が維持できないことが判明した。 本発明によれば、 優れたサイクル特性を維持しつつも一 2 0 °Cのよう な低温でも性能劣化を起こさないリチウムポリマー二次電池を提供でき る。 Furthermore, from the results of Example 1 and Comparative Example 3, it was found that even if the light transmittance was 50% or more, the nonwoven fabric instead of the separator caused a short circuit inside the battery, and the cycle characteristics could not be maintained. According to the present invention, it is possible to provide a lithium polymer secondary battery which maintains excellent cycle characteristics and does not cause performance degradation even at a low temperature such as 120 ° C.
また、 高分子固体電解質層の架橋前の高分子と τ /—プチ口ラタトン のセパレータへの浸透性を光透過率で測定するという製造方法は、 簡便 でかつ高性能なリチウムポリマー二次電池の製造方法であることが分か つ 7こ。  In addition, the production method of measuring the permeability of the polymer before cross-linking of the polymer solid electrolyte layer and the τ / —petit mouth rataton into the separator by light transmittance is a simple and high-performance lithium polymer secondary battery. It turns out that this is a manufacturing method.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1. 有機電解液と活物質の存在下で架橋させた高分子を含む正極及ぴ負 極と、 両極間に位置し、 かつ有機電解液とセパレータ (不織布を含まな レ、) の存在下で架橋させた高分子を含む高分子固体電解質層とからなり 、 前記有機電解液が y_プチ口ラタトンを含有し、 かつ、 前記高分子固 体電解質層が 50 %以上の光透過率を有するリチウムポリマー二次電池 1. In the presence of a positive electrode and a negative electrode containing a polymer crosslinked in the presence of an organic electrolyte and an active material, between the two electrodes, and in the presence of an organic electrolyte and a separator (not including nonwoven fabric) Lithium comprising a polymer solid electrolyte layer containing a crosslinked polymer, wherein the organic electrolyte contains y_petit mouth rataton, and the polymer solid electrolyte layer has a light transmittance of 50% or more. Polymer secondary battery
2. 前記セパレータが、 ポリエチレン、 ポリプロピレン又はポリェチレ ンとポリプロピレンの複合体からなる微多孔質膜である請求項 1に記載 のリチウムポリマー二次電池。 2. The lithium polymer secondary battery according to claim 1, wherein the separator is a microporous membrane made of polyethylene, polypropylene, or a composite of polyethylene and polypropylene.
3. 前記有機電解液が、 更にエチレンカーボネートを含有し、 プチ 口ラタトン:エチレン力,ーボネートの体積比が、 60 : 40〜80 : 2 0である請求項 1に記載のリチウムポリマー二次電池。  3. The lithium polymer secondary battery according to claim 1, wherein the organic electrolyte further contains ethylene carbonate, and the volume ratio of petit-mouthed ratatone: ethylene power, -carbonate is 60:40 to 80:20.
4. 前記高分子固体電解質層に含まれる高分子が、 分子内にエチレンォ キシド単位とプロピレンォキシド単位を含んだランダム共重合体又はブ ロック共重合体であり、 その末端基にァクリロイル基又はメタクリロイ ル基の不飽和結合をもつ多官能性化合物からなる前駆体を重合させたも のである請求項 1に記載のリチウムポリマー二次電池。 4. The polymer contained in the polymer solid electrolyte layer is a random copolymer or a block copolymer containing an ethylene oxide unit and a propylene oxide unit in the molecule, and has an acryloyl group or a methacryloyl group as a terminal group. 2. The lithium polymer secondary battery according to claim 1, wherein a precursor comprising a polyfunctional compound having an unsaturated bond of a methyl group is polymerized.
5. 微多孔質膜が、 0. 01〜: L 0 μπιの孔を 102〜: L 012個 Zcm 2存在する膜である請求項 2に記載のリチウムポリマー二次電池。 5. The lithium polymer secondary battery according to claim 2, wherein the microporous membrane is a membrane in which 0.01 to: L 0 μπι pores are present in 10 2 to: L 0 12 Zcm 2 .
6. セパレータが、 5〜30 の厚さを有する請求項 1に記載のリチ ゥムポリマー二次電池。 6. The lithium polymer secondary battery according to claim 1, wherein the separator has a thickness of 5 to 30.
7. 請求項 1〜 6のいずれか 1つに記載のリチウムポリマー二次電池の 製造方法であって、 有機電解液及び架橋前の高分子の存在下でのセパレ 一タの光透過率が 5 0 %以上になるように調整した後、 架橋前の高分子 を架橋させることで高分子固体電解質層を得る工程を含むことを特徴と するリチウムポリマー二次電池の製造方法。 7. A method for producing a lithium polymer secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the separation is performed in the presence of an organic electrolyte solution and a polymer before crosslinking. A step of obtaining a solid polymer electrolyte layer by cross-linking the polymer before cross-linking after adjusting the light transmittance of the polymer to 50% or more. Production method.
8 . 前記光透過率が、 3 0 0〜 8 0 0 n mの範囲の波長の光で測定され ることを特徴とする請求項 7に記載のリチウムポリマー二次電池の製造 方法。  8. The method for producing a lithium polymer secondary battery according to claim 7, wherein the light transmittance is measured with light having a wavelength in a range of 300 to 800 nm.
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