JPH05303980A - Ion conductive polymer compound and its manufacture - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオン伝導性高分子化
合物に係り、安全性および信頼性の高い電池として有用
なイオン伝導性高分子化合物の改良に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion-conducting polymer compound, and relates to improvement of an ion-conducting polymer compound useful as a battery having high safety and reliability.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近のマイクロエレクトロニクス化は、
各種電子機器のメモリーバックアップ用電源に代表され
るように、電池の電子機器内収納、エレクトロニクス素
子および回路との一体化に伴って、電池の小型化、軽量
化、薄型化とさらに高エネルギー密度を有する電池とが
強く要望されている。近年、一次電池の分野では、既に
リチウム電池などの小型、軽量の電池が実用化されてい
るが、その用途分野は限られたものである。そこで、従
来の鉛電池、ニッケル−カドミウム電池に代わる電池と
して、より小型軽量化が可能な非水電解液を用いた二次
電池がより注目されているが、電極活物質のサイクル特
性、自己放電特性などの実用物性を満足するものが見い
だされていないことが原因で現在も多くの研究機関で検
討されている。2. Description of the Related Art Recent microelectronics is
As typified by power supplies for memory backup of various electronic devices, by accommodating batteries inside electronic devices and integrating them with electronic elements and circuits, batteries can be made smaller, lighter, thinner, and have higher energy density. There is a strong demand for batteries that have them. In recent years, small and lightweight batteries such as lithium batteries have already been put into practical use in the field of primary batteries, but the fields of application thereof are limited. Therefore, secondary batteries using non-aqueous electrolytes, which can be made smaller and lighter, are drawing more attention as batteries that replace conventional lead batteries and nickel-cadmium batteries. Many research institutions are currently studying it because of the fact that nothing satisfying practical properties such as characteristics has been found.
【0003】したがって現在多くの研究機関において
は、電極活物質としては、層状化合物のインターカレー
ションまたは、ドーピング現象を利用したものについて
特に研究されており、これらは、その充電・放電におけ
る電気化学反応の際に、理論的には複雑な化学反応を起
こさないことから、極めて優れた充放電サイクル性能が
期待される。Therefore, at present, in many research institutions, as electrode active materials, those using intercalation of layered compounds or doping phenomenon are particularly studied, and these are electrochemical reactions in charging and discharging. In this case, theoretically, a complicated chemical reaction does not occur, so that extremely excellent charge / discharge cycle performance is expected.
【0004】炭素質材料を電極活物質として用いるとい
う例も、上記内部短絡の問題や電極活物質のサイクル特
性、自己放電特性などの問題点の解決策として現れたも
のである。この炭素質材料の特徴は、高いドープ容量、
低い自己放電率、優れたサイクル特性、そして最も特筆
すべきことは、金属リチウムに極めて近い卑電位を有す
ることである。An example of using a carbonaceous material as an electrode active material has also appeared as a solution to the above-mentioned problems of internal short circuit, cycle characteristics of the electrode active material, self-discharge characteristics and the like. The characteristics of this carbonaceous material are high doping capacity,
It has a low self-discharge rate, excellent cycling characteristics, and most notably, it has a base potential very close to that of metallic lithium.
【0005】一方、従来電気化学反応を利用した電池や
電池以外の電気化学デバイス、すなわち、電気二重層キ
ャパシタ、エレクトロクロミック素子などの電解質とし
ては、一般的に液体電解質、特に有機電解液にイオン性
化合物を溶解したものが用いられてきたが、上記液体電
解質は、部品外部への液漏れ、電極物質の溶出、さらに
液体電解質自身の揮発などが発生しやすいため、上記電
気化学デバイスの長期信頼性などの問題や、封口工程で
の電解液の飛散などが問題となっていた。On the other hand, as an electrolyte for a battery or an electrochemical device other than a battery which has conventionally utilized an electrochemical reaction, that is, an electric double layer capacitor, an electrochromic element, etc., a liquid electrolyte, particularly an organic electrolyte, is ionic Although the one in which the compound is dissolved has been used, the liquid electrolyte is likely to cause liquid leakage to the outside of the component, elution of the electrode substance, and further volatilization of the liquid electrolyte itself, so that the long-term reliability of the electrochemical device is high. However, there have been problems such as scattering of the electrolytic solution in the sealing process.
【0006】そのため、これら耐漏液性、長期保存性を
向上させるために、高いイオン伝導性を有するイオン伝
導性高分子化合物が報告され、上記の問題を解決する手
段の1つとして、さらに研究が進められている。Therefore, in order to improve the liquid leakage resistance and the long-term storage stability, an ion conductive polymer compound having high ion conductivity has been reported, and further research is being conducted as one of the means for solving the above problems. It is being advanced.
【0007】現在研究が進められているイオン伝導性高
分子化合物は、エチレンオキシドを基本単位とするホモ
ポリマーまたはコポリマーの直鎖状高分子、網状架橋高
分子または櫛型高分子などであるが、低温でのイオン伝
導度を上げることを目的として、網状架橋高分子または
櫛型高分子にして上記イオン伝導性高分子化合物の結晶
化を防ぐことが提案され、実施されている。特に上記網
状架橋高分子を用いたイオン伝導性高分子化合物は、機
械的強度が大であり、かつ低温でのイオン伝導度が良好
であるため有用である。The ion-conducting polymer compounds currently being studied are homopolymers or copolymers of ethylene oxide as a basic unit, such as linear polymers, reticulated crosslinked polymers or comb polymers. In order to increase the ionic conductivity of the above, it has been proposed and practiced to prevent the crystallization of the above ion-conductive polymer compound by using a crosslinked polymer or a comb polymer. In particular, the ion conductive polymer compound using the above network cross-linked polymer is useful because it has high mechanical strength and good ionic conductivity at low temperature.
【0008】さて、本発明者は、上記イオン伝導性高分
子化合物と電気化学的活性物質とで構成される複合正極
および複合負極の間に、上記イオン伝導性高分子化合物
からなる電解質層を配置することにより、より小型軽量
で高エネルギー密度を有する電池である薄型電池(単位
セル当たりの厚さが100から500μm(またはシー
ト状電池))と呼ばれる電池の作製を行った。また、上
記イオン伝導性高分子化合物を電気化学デバイスの電解
質として応用する際、内部抵抗を低くするために電解質
の薄膜化が必要となってくる。特に本発明者にとって、
上記薄型電池(シート状電池)を設計する上で、上記の
薄膜化はまさに至上命題であると言える。上記イオン伝
導性高分子化合物の場合、均一な薄膜を任意の形状に容
易に加工することが可能であるが、その方法が問題とな
ってくる。例えば、イオン伝導性高分子化合物の溶液を
キャストして溶媒を蒸発、除去する方法、あるいは、重
合性モノマーあるいはマクロマーを基板上に塗布して、
加熱重合する方法、あるいは活性光線の照射により硬化
させる方法がある。The inventor of the present invention arranges an electrolyte layer composed of the ion conductive polymer compound between a composite positive electrode and a composite negative electrode composed of the ion conductive polymer compound and an electrochemically active substance. By doing so, a battery called a thin battery (having a thickness per unit cell of 100 to 500 μm (or a sheet-shaped battery)) which is a smaller and lighter battery having a high energy density was produced. Further, when the ion conductive polymer compound is applied as an electrolyte of an electrochemical device, it is necessary to reduce the thickness of the electrolyte to reduce the internal resistance. Especially for the inventor,
In designing the thin battery (sheet-shaped battery), it can be said that the above thinning is a very important issue. In the case of the above ion-conductive polymer compound, a uniform thin film can be easily processed into an arbitrary shape, but that method becomes a problem. For example, a method of casting a solution of an ion-conductive polymer compound to evaporate and remove the solvent, or coating a polymerizable monomer or macromer on a substrate,
There is a method of heat polymerization or a method of curing by irradiation with actinic rays.
【0009】従来、主に加熱重合する方法が簡便であり
多く用いられてきた。しかしながら、加熱重合時間が非
常に長くなり製造速度を向上させることが困難なこと、
加熱炉中において温度勾配が生じやすいこと、不活性ガ
ス雰囲気中で加熱する必要があるため加熱炉および付帯
設備が大型になることの問題があった。また、加熱重合
による硬化方法は、加熱時間が長いため、重合中にイオ
ン伝導性高分子化合物組成液中において重合開始剤の偏
りが生じるため、架橋ネットワークがより不規則な構造
となるなどの問題があり、上記の製造速度や設備などの
問題に加えて大きな問題となっていた。Conventionally, the method of mainly heat-polymerizing has been simple and widely used. However, it is difficult to improve the production rate because the heat polymerization time becomes very long,
There is a problem that a temperature gradient is likely to occur in the heating furnace and that the heating furnace and ancillary equipment become large because it is necessary to heat in an inert gas atmosphere. Further, in the curing method by heat polymerization, since the heating time is long, a bias of the polymerization initiator occurs in the ion conductive polymer compound composition liquid during polymerization, so that the crosslinked network has a more irregular structure. However, in addition to the above-mentioned problems of manufacturing speed and equipment, it has become a big problem.
【0010】さらに、上記の方法を用いると均一な薄膜
化は可能であるものの、実際にイオン伝導性高分子化合
物薄膜を電極間に積層させ、電池やエレクトロクロミッ
ク素子名銅を組み立てた場合に、電解質層が圧縮変形に
より破損し、微短絡を生じる場合があった。特に、イオ
ン伝導性高分子化合物層の大表面積化を図る際には、い
っそう微短絡が生じやすくなった。そのため、上記電解
質層を均一に薄膜化させるには従来の技術では問題があ
った。Further, although it is possible to form a uniform thin film by using the above method, when an ion conductive polymer compound thin film is actually laminated between electrodes and a battery or an electrochromic element name copper is assembled, In some cases, the electrolyte layer was damaged by compressive deformation, resulting in a slight short circuit. In particular, when increasing the surface area of the ion-conductive polymer compound layer, a slight short circuit was more likely to occur. Therefore, there has been a problem in the conventional technique for uniformly thinning the electrolyte layer.
【0011】また、上記イオン伝導性高分子化合物の1
つの問題点として、重合性モノマーあるいはマクロマー
などの高分子化合物原材料に含まれる重合禁止剤や塩化
物イオン、硫化物イオン、遊離酸などの不純物が残存し
ていることが挙げられる。例えば、負極活物質にリチウ
ム金属を電池に用いた場合、上記イオン伝導性高分子化
合物中に含まれる重合禁止剤とリチウム金属が反応し
て、水素ガスを発生し、最悪の場合、電池内圧の上昇に
より電池の膨張、破裂を引き起こす可能性がある。Further, one of the above ion-conductive polymer compounds
One of the problems is that polymerization inhibitors or impurities such as chloride ions, sulfide ions, and free acids contained in the polymeric compound raw materials such as polymerizable monomers or macromers remain. For example, when lithium metal is used as a negative electrode active material in a battery, the polymerization inhibitor contained in the above ion-conductive polymer compound reacts with lithium metal to generate hydrogen gas. The rise may cause the battery to expand or burst.
【0012】さらに、重合禁止剤とリチウム金属との反
応により、LiOH等の強アルカリが生成し、それによ
り上記イオン伝導性高分子化合物からなる電解質層が加
水分解を受け、ゲル状に変化してしまうといった結果や
リチウム金属上に不活性被膜が生成するため、リチウム
金属/イオン伝導性高分子化合物層界面のインピーダン
スが、特に長期保存した際に急激に上昇する等の結果が
得られている。また、これと同様に、正極活物質表面上
にも不活性被膜を形成し、正極/イオン伝導性高分子化
合物層界面のインピーダンスが、特に長期保存した際に
急激に上昇するといった結果も得られている。Further, the reaction between the polymerization inhibitor and lithium metal produces a strong alkali such as LiOH, which causes the electrolyte layer made of the ion-conductive polymer compound to be hydrolyzed and converted into a gel. As a result, the impedance of the lithium metal / ion-conductive polymer compound layer interface rapidly rises, especially when stored for a long period of time, because an inactive film is formed on the lithium metal. Similarly, an inactive film is formed on the surface of the positive electrode active material, and the impedance at the positive electrode / ion-conductive polymer compound layer interface rapidly increases, especially when stored for a long time. ing.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑みなされたもので、イオン伝導性高分子化合物を
用いた電池において、上記イオン伝導性高分子化合物の
改良により、長期保存性、長期信頼性および安全性の高
い電池で、さらに、非常に高い作業性を有し、外部への
液漏れの心配が全くない電池を提供するものであり、さ
らに加えて、高性能、高エネルギー密度を有する小型軽
量シート状電池を提供するものである。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and in a battery using an ion-conductive polymer compound, a long-term storage property is improved by improving the ion-conductive polymer compound. It is a battery with long-term reliability and high safety, and also has very high workability and no worry of liquid leakage to the outside. In addition, high performance, high energy It is intended to provide a compact and lightweight sheet battery having a density.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するべく、少なくとも1種のイオン性化合物が溶解して
いる高分子物質により構成されたイオン伝導性高分子化
合物であって、該イオン伝導性高分子化合物が、少なく
とも前記化1で表される有機化合物または前記化2で表
される有機化合物を重合反応により、架橋ネットワーク
構造を形成する高分子化合物であり、該イオン伝導性高
分子化合物中に、少なくとも1種の高比表面積を有する
絶縁性多孔質化合物を含むことを第1の発明とし、上記
高比表面積を有する絶縁性多孔質化合物が、少なくとも
1種の活性アルミナ、ゼオライトおよびシリカゲルから
選ばれることを第2の発明とするものである。また、上
記イオン伝導性高分子化合物が、イオン性化合物を溶解
することができる物質を含んでいることを第3の発明と
するもので、上記イオン伝導性高分子化合物で構成され
る電解質層を提供することにより、上記の目的を達成す
るものである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an ion-conducting polymer compound composed of a polymer substance in which at least one ionic compound is dissolved. The conductive polymer compound is a polymer compound which forms a crosslinked network structure by polymerizing at least the organic compound represented by the above Chemical Formula 1 or the organic compound represented by the above Chemical Formula 2, and the ion conductive polymer. The first invention is that the compound contains at least one insulating porous compound having a high specific surface area, and the insulating porous compound having a high specific surface area is at least one active alumina, zeolite and The second invention is to be selected from silica gel. A third invention is that the ion-conductive polymer compound contains a substance capable of dissolving the ionic compound, and an electrolyte layer composed of the ion-conductive polymer compound is formed. By providing it, the said objective is achieved.
【0015】更に、少なくとも前記化1または前記化2
で表される有機化合物を、電離性放射線の照射によって
反応させることにより、架橋ネットワーク構造を形成す
ることを特徴とするイオン伝導性高分子化合物の製造方
法を第4の発明とする。Further, at least the chemical formula 1 or the chemical formula 2
A fourth invention is a method for producing an ion-conducting polymer compound, which comprises forming a crosslinked network structure by reacting an organic compound represented by the above with irradiation of ionizing radiation.
【0016】上記高比表面積を有する絶縁性多孔質化合
物としては、請求項記載の通り、少なくとも1種の活性
アルミナ、ゼオライトおよびシリカゲルから選ばれるこ
とが望ましいが、これらに限定されるものではなく、基
本的には上記イオン伝導性高分子化合物原材料に含まれ
る重合禁止剤や塩化物イオン、硫化物イオン、遊離酸な
どの不純物を吸着可能であることが必要条件である。The insulating porous compound having a high specific surface area is preferably selected from at least one active alumina, zeolite and silica gel as described in the claims, but is not limited thereto. Basically, it is a necessary condition that the polymerization inhibitor and impurities such as chloride ion, sulfide ion and free acid contained in the above-mentioned ion-conductive polymer compound raw material can be adsorbed.
【0017】なお、ポリエーテルを架橋した高分子化合
物に金属塩を溶解したイオン伝導性高分子化合物は、エ
ーテル結合によって生成した架橋ポリマーであるため
に、分子間水素結合のない、ガラス転移温度の低い構造
となり、溶解した金属塩イオンの泳動がきわめて容易に
なる。Since the ion conductive polymer compound in which a metal salt is dissolved in a polymer compound obtained by crosslinking a polyether is a crosslinked polymer formed by an ether bond, it has no intermolecular hydrogen bond and has a glass transition temperature of The low structure makes migration of dissolved metal salt ions extremely easy.
【0018】また、例えば、ポリエチレングリコールジ
メタクリレートまたはジアクリレートとポリエチレング
リコールモノメタクリレートまたはモノアクリレートの
混合物を反応させた架橋ネットワーク構造の高分子を用
いてもよい。Further, for example, a polymer having a crosslinked network structure obtained by reacting a mixture of polyethylene glycol dimethacrylate or diacrylate with polyethylene glycol monomethacrylate or monoacrylate may be used.
【0019】次に、このようにして得られた高分子化合
物に溶解するイオン性化合物としては、例えば、LiCl
O4、LiBF4 、LiAsF6、LiPF6 、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li
SCN 、LiI 、LiBr、Li2B10Cl10、NaI 、NaSCN 、NaBr、
NaClO4、KSCN、KClO4 などのLi、Na、またはK の1種を
含む無機イオン塩、(CH3)4NBF4、(CH3)4NBr 、(C2H5)4N
ClO4、(C2H5)4NI 、(C3H7)4NBr、(n-C4H9)4NBr、(n-C4H
9)4NI 、(C2H5)4N-maleate、(C2H5)4N-benzoate 、(C2H
5)4N-phtalate 等の四級アンモニウム塩、ステアリルス
ルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデ
シルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩が挙
げられる。これらのイオン性化合物は、2種以上を併用
してもよい。Next, as the ionic compound which is soluble in the polymer compound thus obtained, for example, LiCl
O 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li
SCN, LiI, LiBr, Li 2 B 10 Cl 10 , NaI, NaSCN, NaBr,
Inorganic ionic salt containing one of Li, Na, or K such as NaClO 4 , KSCN, KClO 4 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 N
ClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (nC 4 H 9 ) 4 NBr, (nC 4 H
9 ) 4 NI, (C 2 H 5 ) 4 N-maleate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H
5 ) Quaternary ammonium salts such as 4 N-phtalate and organic ionic salts such as lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate and lithium dodecylbenzene sulfonate. Two or more kinds of these ionic compounds may be used in combination.
【0020】このようなイオン性化合物の配合割合は、
前述の高分子化合物のエーテル結合酸素に対して、イオ
ン性化合物が0.0001から5.0モルの割合であ
り、中でも0.005から2.0モルであることが好ま
しい。このイオン性化合物の使用量があまり多すぎる
と、過剰のイオン性化合物、例えば無機イオン塩が解離
せず、単に混在するのみとなり、イオン伝導度を逆に低
下させる結果となる。The mixing ratio of such an ionic compound is
The ratio of the ionic compound to the ether-bonded oxygen of the polymer compound is 0.0001 to 5.0 mol, and preferably 0.005 to 2.0 mol. If the amount of the ionic compound used is too large, an excess ionic compound, for example, an inorganic ionic salt does not dissociate, but simply mixes, resulting in a decrease in ionic conductivity.
【0021】また、上記イオン性化合物の配合割合は、
電極活物質によって適当な配合割合が異なる。例えば、
層状化合物のインターカレーションを利用した電池にお
いては、電解質のイオン伝導度が最大となる付近が好ま
しいし、また、ドーピング現象を利用する導電性高分子
を電極活物質として使用する電池においては、充放電に
より電解質中のイオン濃度が変化に対応しうる必要があ
る。The mixing ratio of the ionic compound is
The appropriate compounding ratio differs depending on the electrode active material. For example,
In the battery using intercalation of the layered compound, it is preferable that the ionic conductivity of the electrolyte is around the maximum, and in the battery using the conductive polymer that utilizes the doping phenomenon as the electrode active material, It is necessary that the ion concentration in the electrolyte can be changed by the discharge.
【0022】このイオン性化合物の含有方法については
特に制限はないが、例えば、メチルエチルケトンやテト
ラヒドロフラン等の有機溶媒に溶解して、有機化合物に
均一に混合した後、有機溶媒を真空減圧により除去する
方法なども挙げられる。The method of containing the ionic compound is not particularly limited. For example, a method of dissolving the ionic compound in an organic solvent such as methyl ethyl ketone or tetrahydrofuran, uniformly mixing with the organic compound, and then removing the organic solvent by vacuum decompression. And so on.
【0023】次に、本発明では、イオン伝導性高分子化
合物に、該イオン伝導性高分子化合物中に含まれるイオ
ン性化合物を溶解できる物質を含ませてもよく、この種
の物質を含ませることによって、高分子化合物の基本骨
格を変えることなく、イオン伝導度を著しく向上でき
る。Next, in the present invention, the ion-conducting polymer compound may contain a substance capable of dissolving the ionic compound contained in the ion-conducting polymer compound. As a result, the ionic conductivity can be remarkably improved without changing the basic skeleton of the polymer compound.
【0024】上記イオン性化合物を溶解できる物質とし
ては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート
などの環状炭酸エステル;γ−ブチロラクトンなどの環
状エステル;テトラヒドロフランまたはその誘導体、
1,3−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、メチ
ルジグライムなどのエーテル類;アセトニトリル、ベン
ゾニトリルなどのニトリル類;ジオキサランまたはその
誘導体;スルホランまたはその誘導体などの単独または
それら2種以上の混合物などが挙げられる。しかしこれ
らに限定されるものではない。また、その配合割合およ
び配合方法は任意である。As the substances capable of dissolving the above ionic compounds, cyclic carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; tetrahydrofuran or its derivatives,
Ethers such as 1,3-dioxane, 1,2-dimethoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxalane or a derivative thereof; Sulfolane or a derivative thereof alone or a mixture of two or more thereof. Is mentioned. However, it is not limited to these. Moreover, the mixing ratio and the mixing method are arbitrary.
【0025】また、本発明では、上記イオン伝導性高分
子化合物と電気化学的活性物質と任意に電子伝導性物質
とで構成される複合正極および複合負極を用いて、上記
イオン伝導性高分子化合物からなる電解質層(セパレー
タ)との組み合わせにより、シート状電池を構成するこ
とができる。Further, in the present invention, the above-mentioned ion-conducting polymer compound is prepared by using a composite positive electrode and a composite negative electrode composed of the above-mentioned ion-conducting polymer compound, an electrochemically active substance and optionally an electron-conducting substance. A sheet-like battery can be formed by combining the electrolyte layer (separator) including
【0026】上記イオン伝導性高分子化合物からなる電
解質層(セパレ−タ)は、上記イオン伝導性高分子化合
物を単独でシート状にして、上記複合正極と複合負極の
間に配置するか、複合正極表面上または複合負極表面上
に上記イオン伝導性高分子化合物組成液を塗布して硬化
し、シート状電池を形成することも可能である。The electrolyte layer (separator) made of the ion-conductive polymer compound is formed into a sheet by itself, and the ion-conductive polymer compound is placed between the composite positive electrode and the composite negative electrode or a composite. It is also possible to form the sheet battery by applying the above-mentioned ion conductive polymer compound composition liquid on the surface of the positive electrode or the surface of the composite negative electrode and curing it.
【0027】なお、上記イオン伝導性高分子化合物の塗
布方法については、例えば、アプリケーターロールなど
のローラーコーティング、スクリーンコーティング、ド
クターブレード方式、スピンコーティング、バーコーダ
ーなどの手段を用いて任意の厚みおよび任意の形状に塗
布することが望ましいが、これらに限定されるものでは
ない。Regarding the method for applying the ion-conductive polymer compound, for example, roller coating such as an applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coder or the like may be used to obtain an arbitrary thickness and optional thickness. It is desirable to apply in the form of, but not limited to these.
【0028】さらに、上記イオン伝導性高分子化合物を
電解質層(セパレータ)として用いることにより、複合
負極周辺部におけるリチウムのデンドライト生成を抑制
することが可能であり、かつ機械的強度に優れ、熱的、
電気化学的に安定な電解質層を提供することが可能であ
る。Further, by using the above-mentioned ion conductive polymer compound as an electrolyte layer (separator), it is possible to suppress the generation of dendrite of lithium in the peripheral portion of the composite negative electrode, and it is excellent in mechanical strength and thermal. ,
It is possible to provide an electrochemically stable electrolyte layer.
【0029】また、本発明の複合正極に使用する正極活
物質としては、以下の電池電極材料が挙げられる。Further, as the positive electrode active material used for the composite positive electrode of the present invention, the following battery electrode materials can be mentioned.
【0030】すなわち、CuO 、Cu2O、Ag2O、CuS 、CuSO
4 などのI族金属化合物、TiS2、SiO2、SnO などのIV族
金属化合物、V2O5、V6O12 、VOx 、Nb2O5 、Bi2O3 、Sb
2O3などのV族金属化合物、CrO3、Cr2O3 、MoO3、Mo
S2、WO3 、SeO2などのVI族金属化合物、MnO2、Mn2O3 な
どのVII 族金属化合物、Fe2O3 、FeO 、Fe3O4 、Ni
2O3、CoO3、CoO などのVIII族金属化合物、または、一
般式Lix MX2 、Lix MNy X2(M 、N はIからVIII族の金
属、X は酸素、硫黄などのカルコゲン化合物を示す。)
などで表される、例えば、リチウム−コバルト系複合酸
化物あるいはリチウム−マンガン系複合酸化物などの金
属化合物、さらに、ポリピロール、ポリアニリン、ポリ
パラフェニレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料な
どの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材
料などであるが、これらに限定されるものではない。That is, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, CuS, CuSO
Group I metal compounds such as 4 ; Group IV metal compounds such as TiS 2 , SiO 2 and SnO; V 2 O 5 , V 6 O 12 , VO x , Nb 2 O 5 , Bi 2 O 3 , Sb
Group V metal compounds such as 2 O 3 , CrO 3 , Cr 2 O 3 , MoO 3 , Mo
Group VI metal compounds such as S 2 , WO 3 and SeO 2 , Group VII metal compounds such as MnO 2 and Mn 2 O 3 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 and Ni
Group VIII metal compounds such as 2 O 3 , CoO 3 and CoO, or general formulas Li x MX 2 , Li x MN y X 2 (M and N are metals of groups I to VIII, X is a chalcogen such as oxygen and sulfur) Indicates a compound.)
Represented by, for example, a metal compound such as a lithium-cobalt-based composite oxide or a lithium-manganese-based composite oxide, and a conductive polymer compound such as polypyrrole, polyaniline, polyparaphenylene, polyacetylene, or a polyacene-based material. , Pseudo-graphite structure carbonaceous materials, etc., but not limited to these.
【0031】さらに、複合負極に使用する負極活物質と
しては、以下の電池電極材料が挙げられる。Further, examples of the negative electrode active material used for the composite negative electrode include the following battery electrode materials.
【0032】すなわち、カーボンなどの炭素質材料、
〔例えば上記炭素質材料が、X線回折等による分析結
果; 格子面間隔(d002 ) 3.35から3.40Å a軸方向の結晶子の大きさ La 200 Å以上 c軸方向の結晶子の大きさ Lc 200 Å以上 真密度 2.00から2.25g/cm
3 また、異方性のピッチを2000℃以上の温度で焼成した炭
素粉末(平均粒子径15μm以下)あるいは、炭素繊維で
あるものが望ましいが、もちろんこれらの範囲に限定さ
れるものではない。〕あるいはリチウム金属、リチウム
−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−スズ、リチ
ウム−アルミニウム−スズ、リチウム−ガリウム、およ
びウッド合金などのリチウム金属含有合金などである
が、これらに限定されるものではない。これらの負極活
物質は、単独あるいは2種以上の併用が可能である。That is, a carbonaceous material such as carbon,
[For example, the carbonaceous material is analyzed by X-ray diffraction or the like; lattice spacing (d002) 3.35 to 3.40 Å a-axis crystallite size La 200 Å or more c-axis crystallite size Lc 200 Å or more True density 2.00 to 2.25 g / cm
3 Also, carbon powder (average particle diameter of 15 μm or less) obtained by firing an anisotropic pitch at a temperature of 2000 ° C. or higher, or carbon fiber is preferable, but it is not limited to these ranges. ] Or lithium metal-containing alloys such as lithium metal, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys, but are not limited to these. These negative electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
【0033】なお、本発明の複合正極および複合負極
を、正極集電体上および負極集電体上に配置する方法に
ついては、例えば、アプリケーターロールなどのローラ
ーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブ
レード方式、スピンコーティング、バーコーダーなどの
手段を用いて任意の厚みおよび任意の形状に塗布するこ
とが望ましいが、これらの手段を用いた場合、電解質層
およびカレントコレクターと接触する電気化学的活性物
質の実表面積を増加させることが可能である。また、本
発明の複合正極および複合負極は、これらの方法を用い
ることにより、任意の厚みおよび任意の形状に配置する
ことが可能である。Regarding the method of arranging the composite positive electrode and the composite negative electrode of the present invention on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, for example, roller coating such as an applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, etc. It is desirable to apply it to any thickness and any shape by means of coating, bar coder or the like, but when these means are used, the actual surface area of the electrochemically active substance in contact with the electrolyte layer and the current collector is determined. It is possible to increase. Further, the composite positive electrode and the composite negative electrode of the present invention can be arranged in any thickness and any shape by using these methods.
【0034】また、複合正極および複合負極を作製する
際、必要に応じて、グラファイト、カーボンブラック、
アセチレンブラックなどのカーボン(ここでいうカーボ
ンとは、上述の負極活物質におけるカ−ボンとは全く異
なる特性を有するものである。)および金属粉末、導電
性金属酸化物などの導電材料を、複合正極および複合負
極内に混合して、電子伝導の向上を図ることができる。When producing a composite positive electrode and a composite negative electrode, graphite, carbon black,
Carbon such as acetylene black (the carbon here has characteristics completely different from the carbon in the above-mentioned negative electrode active material) and a conductive material such as a metal powder or a conductive metal oxide are combined. It can be mixed in the positive electrode and the composite negative electrode to improve electron conduction.
【0035】また、上記複合正極および複合負極を製造
するとき、均一な混合分散系を得るために、数種の分散
剤と分散媒を加えることができる。さらに増粘剤、増量
剤、粘着補助剤等を添加することも可能である。When manufacturing the composite positive electrode and the composite negative electrode, several kinds of dispersants and dispersion media can be added in order to obtain a uniform mixed dispersion system. Further, it is also possible to add a thickener, a bulking agent, an adhesion aid and the like.
【0036】請求項記載の上記電離性放射線とは、γ
線、X線、電子線、中性子線などが挙げられる。上記イ
オン伝導性高分子化合物を架橋する際に、これら電離性
放射線を用いる方法は非常に効率的である。すなわち、
上記電離性放射線のエネルギー効率だけではなく、例え
ば種々の複合正極、複合負極および電解質を形成する際
に、上記イオン伝導性高分子化合物の架橋度を容易にコ
ントロールすることができるため、上記電離性放射線の
照射量を制御することにより、電気化学的に最適な電極
および電解質を作製することが可能となる。The ionizing radiation described in the claims is γ
Rays, X-rays, electron rays, neutron rays and the like can be mentioned. The method of using these ionizing radiations in cross-linking the ion conductive polymer compound is very efficient. That is,
Not only the energy efficiency of the ionizing radiation, for example, when forming various composite positive electrodes, composite negative electrodes and electrolytes, it is possible to easily control the degree of cross-linking of the ion conductive polymer compound, and thus the ionizing property By controlling the dose of radiation, it becomes possible to prepare electrochemically optimal electrodes and electrolytes.
【0037】正極集電板としては、アルミニウム、ステ
ンレス、チタン、銅などの材質が、また、負極集電板と
しては、ステンレス、鉄、ニッケル、銅などの材質が好
ましいが、特に限定されるものではない。The positive electrode current collector plate is preferably made of a material such as aluminum, stainless steel, titanium or copper, and the negative electrode current collector plate is preferably made of a material such as stainless steel, iron, nickel or copper, but is not particularly limited thereto. is not.
【0038】[0038]
【実施例】以下、本発明の詳細について、実施例により
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
なお、本実施例で得たサンプルの評価は下記の試験方
法で行った。EXAMPLES The details of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
The samples obtained in this example were evaluated by the following test methods.
【0039】[0039]
【イオン伝導度測定】本実施例で得られたイオン伝導性
高分子化合物薄膜を13mmφに打ち抜いた後、Pt電
極を用いた伝導度測定セルを使用して、電極間の交流イ
ンピーダンスを測定し、この薄膜のイオン伝導度を複素
インピーダンス解析を行った。 測定装置としては、So
latorn社製1286 ELECTROCHEMICAL INTERFACE、1255 HF
FREQUENCY RESPONSE ANALYZERを用いた。[Ion Conductivity Measurement] After punching out the ion conductive polymer compound thin film obtained in this example to 13 mmφ, an AC impedance between the electrodes was measured using a conductivity measuring cell using a Pt electrode, Complex impedance analysis was performed on the ionic conductivity of this thin film. As a measuring device, So
latorn 1286 ELECTROCHEMICAL INTERFACE, 1255 HF
FREQUENCY RESPONSE ANALYZER was used.
【0040】[0040]
【引っ張り強度測定】本実施例で得られたイオン伝導性
高分子化合物薄膜を幅4.0 mm、厚み100 μmの形状に
切り抜いた試験片を、島津製作所製オートグラフ DCS-2
000 を用いた。[Tensile Strength Measurement] A test piece obtained by cutting out the ion conductive polymer thin film obtained in this example into a shape with a width of 4.0 mm and a thickness of 100 μm was used as an autograph DCS-2 manufactured by Shimadzu Corporation.
000 was used.
【0041】(実施例1)ポリエチレングリコールジア
クリレート(分子量5000)とポリエチレングリコールモ
ノアクリレート(分子量400 )を6:4に混合した有機
化合物30重量部と過塩素酸リチウム6重量部、プロピ
レンカーボネート64重量部を混合したもの100重量
部とゼオライト粉末(ゼオラム F−9 東ソー
(株))5重量部を混合した。この組成液をガラス板上
にキャストして10Mradの電子線を照射して硬化し
た。Example 1 30 parts by weight of an organic compound prepared by mixing polyethylene glycol diacrylate (molecular weight 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight 400) 6: 4, 6 parts by weight of lithium perchlorate, and 64 parts by weight of propylene carbonate. 100 parts by weight of the mixed powder and 5 parts by weight of zeolite powder (Zeorum F-9 Tosoh Corporation) were mixed. This composition liquid was cast on a glass plate and irradiated with an electron beam of 10 Mrad to be cured.
【0042】得られたイオン伝導性高分子化合物薄膜の
厚みは100 μmであった。複素インピーダンス法によ
り、測定した結果、25℃で1.6 ×10-3 Scm-1、0 ℃で6.
9 ×10-3 Scm-1、-20 ℃で2.1 ×10-3 Scm -1であっ
た。また、このイオン伝導性高分子化合物の柔軟性につ
いては、90°折り曲げ試験と180 °折り曲げ試験を実施
した結果、いずれの場合も割れを生じなかった。さら
に、上記イオン伝導性高分子化合物薄膜の引っ張り試験
を行ったところ、1.9 Kg/cm2であった。The thickness of the obtained ion conductive polymer compound thin film was 100 μm. The result of measurement by the complex impedance method is 1.6 × 10 -3 Scm -1 at 25 ° C and 6. at 10 ° C.
It was 9 × 10 -3 Scm -1 , and 2.1 × 10 -3 Scm -1 at -20 ° C. Regarding the flexibility of this ion-conductive polymer compound, a 90 ° bending test and a 180 ° bending test were carried out, and as a result, no cracking occurred. Furthermore, a tensile test of the above ion-conductive polymer compound thin film revealed that it was 1.9 Kg / cm 2 .
【0043】(比較例1)実施例1において、ゼオライ
ト粉末を混合しないほかは、実施例1と同様の条件、方
法でイオン伝導性高分子化合物薄膜を作製した。Comparative Example 1 An ion conductive polymer compound thin film was prepared under the same conditions and methods as in Example 1 except that the zeolite powder was not mixed.
【0044】得られたイオン伝導性高分子化合物薄膜の
厚みは100 μmであった。複素インピーダンス法によ
り、測定した結果、25℃で1.4 ×10-3 Scm-1、0 ℃で6.
7 ×10-3 Scm-1、-20 ℃で2.0 ×10-3 Scm -1であっ
た。しかしながら、Pt電極を用いた伝導度セルを使用
してイオン伝導度を測定する際に、厚みが100 μmであ
るため、イオン伝導性高分子化合物薄膜が破損しやす
く、また均一な薄膜が得られにくいなどの問題が生じ
た。また、このイオン伝導性高分子化合物の柔軟性につ
いては、90°折り曲げ試験と180 °折り曲げ試験を実施
した結果、測定サンプル50個中、6 個は割れを生じた。
さらに、上記イオン伝導性高分子化合物薄膜の引っ張り
試験を行ったところ、0.8g/cm2であった。The thickness of the obtained ion-conductive polymer compound thin film was 100 μm. Measured by the complex impedance method: 1.4 × 10 -3 Scm -1 at 25 ° C, 6. at 0 ° C.
It was 7 × 10 −3 Scm −1 and 2.0 × 10 −3 Scm −1 at -20 ° C. However, when measuring the ionic conductivity using a conductivity cell with Pt electrodes, the thickness is 100 μm, so the thin film of the ion-conductive polymer compound is easily damaged, and a uniform thin film can be obtained. Problems such as difficulty occurred. Regarding the flexibility of this ion-conductive polymer compound, as a result of performing a 90 ° bending test and a 180 ° bending test, 6 out of 50 measurement samples were cracked.
Furthermore, a tensile test of the above ion-conductive polymer thin film revealed a result of 0.8 g / cm 2 .
【0045】(実施例2)実施例1のイオン伝導性高分
子化合物を用いて、シート状電池を試作した。以下、
a)〜c)の手順でシート状電池を作製した。 a)電池の正極活物質として二酸化マンガンを、導電剤
としてアセチレンブラックを用い、そしてポリエチレン
グリコールジアクリレ−ト(分子量:5000)とポリエチ
レングリコールモノアクリレート(分子量:400 )を
6:4の重量比率に混合した有機化合物とを混合したも
のを複合正極として使用した。(Example 2) Using the ion-conductive polymer compound of Example 1, a sheet-shaped battery was manufactured. Less than,
A sheet-like battery was produced by the procedure of a) to c). a) Manganese dioxide is used as the positive electrode active material of the battery, acetylene black is used as the conductive agent, and polyethylene glycol diacrylate (molecular weight: 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) are in a weight ratio of 6: 4. A mixture of the organic compound mixed with the above was used as a composite positive electrode.
【0046】この複合正極の作製方法は以下の通りであ
る。すなわち、五酸化バナジウムとアセチレンブラック
を85:15の重量比率で混合したものに、上記有機化
合物10重量部に、過塩素酸リチウム1重量部、プロピ
レンカーボネート20重量部を混合させたものを、乾燥
不活性ガス雰囲気中、10:3の重量比率で混合した。
これらの混合物を、ステンレス鋼からなる正極集電板の
表面に導電性カーボン被膜を形成した集電体上にキャス
トした。その後、乾燥不活性ガス雰囲気中、電子線量1
0Mradの電子線を照射することにより上記複合正極
を硬化させた。正極集電体上に形成した複合正極被膜の
厚みは、60μmであった。The method for producing this composite positive electrode is as follows. That is, a mixture of vanadium pentoxide and acetylene black in a weight ratio of 85:15, 10 parts by weight of the above organic compound, 1 part by weight of lithium perchlorate and 20 parts by weight of propylene carbonate were dried. Mixing was carried out in an inert gas atmosphere at a weight ratio of 10: 3.
These mixtures were cast on a current collector having a conductive carbon film formed on the surface of a positive electrode current collector plate made of stainless steel. After that, in a dry inert gas atmosphere, electron dose 1
The composite positive electrode was cured by irradiating it with an electron beam of 0 Mrad. The thickness of the composite positive electrode coating film formed on the positive electrode current collector was 60 μm.
【0047】b)電池の負極活物質としてリチウム金属
を用い、これをステンレス鋼からなる負極集電板上に圧
着した。B) Lithium metal was used as the negative electrode active material of the battery, and this was pressed onto a negative electrode current collector plate made of stainless steel.
【0048】次に、上記リチウム金属上に本発明のイオ
ン伝導性高分子化合物層を形成させるべく、ポリエチレ
ングリコールジアクリレート(分子量5000)とポリエチ
レングリコールモノアクリレート(分子量400 )を6:
4に混合した有機化合物30重量部と過塩素酸リチウム
6重量部、プロピレンカーボネート64重量部を混合し
たもの100重量部とゼオライト粉末(ゼオラム F−
9 東ソー(株))15重量部を混合したものを、上記
リチウム金属上にキャストし、不活性ガス雰囲気中、電
子線量8Mradの電子線を照射して硬化させた。これ
によって得られた電解質層の厚みは、20μmであっ
た。Next, in order to form the ion conductive polymer compound layer of the present invention on the lithium metal, polyethylene glycol diacrylate (molecular weight: 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) were mixed with 6: 6.
100 parts by weight of a mixture of 30 parts by weight of the organic compound mixed with 4, 6 parts by weight of lithium perchlorate, and 64 parts by weight of propylene carbonate, and zeolite powder (Zeolam F-
9 A mixture of 15 parts by weight of Tosoh Corp. was cast on the above-mentioned lithium metal and was cured by irradiating it with an electron beam having an electron dose of 8 Mrad in an inert gas atmosphere. The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 20 μm.
【0049】c)b)で得られた電解質/リチウム/負
極集電体と、a)で得られた正極集電体/複合正極を接
触させることにより、それぞれシート状電池を作製し
た。C) A sheet-shaped battery was produced by bringing the electrolyte / lithium / negative electrode current collector obtained in b) into contact with the positive electrode current collector / composite positive electrode obtained in a).
【0050】図1は、本発明のシート状電池の断面図で
ある。図中1は、ステンレス鋼からなる正極集電板で、
外装も兼ねている。2は複合正極であり、正極活物質に
二酸化マンガンを、導電剤としてアセチレンブラック
を、結着剤として本発明のイオン伝導性高分子化合物を
用いた。また、3は、本発明のイオン伝導性高分子化合
物からなる電解質層である。4は金属リチウムであり、
5はステンレス鋼からなる負極集電板で、外装も兼ねて
いる。6は変性ポリプロピレンからなる封口剤である。FIG. 1 is a sectional view of the sheet-like battery of the present invention. In the figure, 1 is a positive electrode current collector plate made of stainless steel,
It also serves as the exterior. Reference numeral 2 denotes a composite positive electrode, in which manganese dioxide was used as a positive electrode active material, acetylene black was used as a conductive agent, and the ion conductive polymer compound of the present invention was used as a binder. Further, 3 is an electrolyte layer made of the ion conductive polymer compound of the present invention. 4 is metallic lithium,
Reference numeral 5 is a negative electrode current collector plate made of stainless steel, which also serves as an exterior. 6 is a sealing agent made of modified polypropylene.
【0051】(比較例2)実施例2において、ゼオライ
ト粉末を混合しないほかは、実施例2と同様の条件、方
法で比較例2のシート状電池を作製した。(Comparative Example 2) A sheet-shaped battery of Comparative Example 2 was produced under the same conditions and method as in Example 2, except that the zeolite powder was not mixed.
【0052】実施例2、比較例2のシート状電池の電極
面積は、作製工程によって種々変更することが可能であ
るが、本実施例では、その電極面積を100 cm2 とした
ものを作製した。これらのシート状電池の25℃、負荷3
kΩで放電したときの初期放電特性および60℃100 日保
存後の放電特性を調べた。図2は、上記放電試験の放電
特性を示したものである。図2から明らかなように、本
発明の実施例2の電池は、比較例2の電池と比較して、
初期放電特性および60℃100 日保存後の放電特性が優れ
ていることが認められる。この原因については、実施例
2は、イオン伝導性高分子化合物の電極への密着性が優
れること、薄膜化によって電極の微短絡が生じていない
ことなどが考えられる。The electrode area of the sheet-shaped batteries of Example 2 and Comparative Example 2 can be variously changed by the manufacturing process, but in this Example, the electrode area was 100 cm 2 . .. 25 ℃, load 3 of these sheet batteries
The initial discharge characteristics when discharged at kΩ and the discharge characteristics after storage at 60 ° C. for 100 days were examined. FIG. 2 shows the discharge characteristics of the above discharge test. As is clear from FIG. 2, the battery of Example 2 of the present invention is
It is recognized that the initial discharge characteristics and the discharge characteristics after storage at 60 ° C for 100 days are excellent. Regarding this cause, it is conceivable that in Example 2, the adhesion of the ion conductive polymer compound to the electrode is excellent, and a slight short circuit of the electrode does not occur due to thinning.
【0053】(実施例3)下記の手順にしたがって、実
施例3のシート状電池を作製した。 a)電池の正極活物質として五酸化バナジウムを、導電
剤としてアセチレンブラックを用い、そしてポリエチレ
ングリコールジアクリレ−ト(分子量:5000)とポリエ
チレングリコールモノアクリレート(分子量:400 )を
6:4の重量比率に混合した有機化合物とを混合したも
のを複合正極として使用した。Example 3 A sheet-shaped battery of Example 3 was manufactured according to the following procedure. a) Vanadium pentoxide was used as the positive electrode active material of the battery, acetylene black was used as the conductive agent, and polyethylene glycol diacrylate (molecular weight: 5000) and polyethylene glycol monoacrylate (molecular weight: 400) were weighed 6: 4. A mixture of an organic compound mixed in a ratio was used as a composite positive electrode.
【0054】この複合正極の作製方法は以下の通りであ
る。すなわち、五酸化バナジウムとアセチレンブラック
を85:15の重量比率で混合したものに、上記有機化
合物10重量部に、六フッ化ヒ酸リチウム1重量部、エ
チレンカーボネート10重量部、2−メチルテトラヒド
ロフラン10重量部を混合させたものを、乾燥不活性ガ
ス雰囲気中、10:3の重量比率で混合した。これらの
混合物を、ステンレス鋼からなる正極集電板の表面に導
電性カーボン被膜を形成した集電体上にキャストした。
その後、乾燥不活性ガス雰囲気中、電子線量10Mra
dの電子線を照射することにより上記複合正極を硬化さ
せた。正極集電体上に形成した複合正極被膜の厚みは、
60μmであった。The method for producing this composite positive electrode is as follows. That is, a mixture of vanadium pentoxide and acetylene black in a weight ratio of 85:15 was added to 10 parts by weight of the above organic compound, 1 part by weight of lithium hexafluoroarsenate, 10 parts by weight of ethylene carbonate, and 10 parts of 2-methyltetrahydrofuran. The mixture of parts by weight was mixed in a dry inert gas atmosphere at a weight ratio of 10: 3. These mixtures were cast on a current collector having a conductive carbon film formed on the surface of a positive electrode current collector plate made of stainless steel.
Then, in a dry inert gas atmosphere, the electron dose is 10 Mra.
The composite positive electrode was cured by irradiating the electron beam of d. The thickness of the composite positive electrode coating formed on the positive electrode current collector is
It was 60 μm.
【0055】b)電池の負極活物質としてリチウム金属
を用い、これをステンレス鋼からなる負極集電板上に圧
着した。B) Lithium metal was used as the negative electrode active material of the battery, and this was pressed onto a negative electrode current collector plate made of stainless steel.
【0056】次に、上記リチウム金属上に本発明のイオ
ン伝導性高分子化合物層を形成させるべく、上記有機化
合物30重量部と六フッ化ヒ酸リチウム6重量部、エチ
レンカーボネート32重量部、2−メチルテトラヒドロ
フラン32重量部およびゼオライト粉末(ゼオラム F
−9 東ソー(株))14重量部を混合したものを、上
記リチウム金属上にキャストし、不活性ガス雰囲気中、
電子線量8Mradの電子線を照射して硬化させた。こ
れによって得られた電解質層の厚みは、20μmであっ
た。Next, 30 parts by weight of the organic compound, 6 parts by weight of lithium hexafluoroarsenate, 32 parts by weight of ethylene carbonate, and 2 parts by weight of the organic compound are formed in order to form the ion conductive polymer compound layer of the present invention on the lithium metal. 32 parts by weight of methyltetrahydrofuran and zeolite powder (Zeorum F
-9 A mixture of 14 parts by weight of Tosoh Co., Ltd. was cast on the above lithium metal, and the mixture was placed in an inert gas atmosphere,
It was cured by irradiating it with an electron beam having an electron dose of 8 Mrad. The thickness of the electrolyte layer thus obtained was 20 μm.
【0057】c)b)で得られた電解質/リチウム/負
極集電体と、a)で得られた正極集電体/複合正極を接
触させることにより、それぞれシート状電池を作製し
た。C) A sheet-like battery was produced by bringing the electrolyte / lithium / negative electrode current collector obtained in b) into contact with the positive electrode current collector / composite positive electrode obtained in a).
【0058】実施例3、比較例3のシート状電池の電極
面積は、作製工程によって種々変更することが可能であ
るが、本実施例では、その電極面積を100 cm2 とした
ものを作製した。これらのシート状電池を用いて、25℃
で50μA/cm2 定電流の充放電サイクル試験および60
℃100 日保存後の25℃ 50μA/cm2 定電流の充放電
サイクル試験を行った。なお、充電終止電圧3.2 V、放
電終止電圧2.0 Vとして充放電サイクル試験を行った。
図3に充放電サイクル数と電地容量の関係を示したもの
である。The electrode area of the sheet-shaped batteries of Example 3 and Comparative Example 3 can be variously changed by the manufacturing process. In this Example, the electrode area was 100 cm 2 . .. Use these sheet batteries at 25 ℃
50μA / cm 2 constant current charge / discharge cycle test and 60
After storage at 100 ° C. for 100 days, a charge / discharge cycle test was conducted at 25 ° C. and 50 μA / cm 2 constant current. A charge / discharge cycle test was conducted with a charge end voltage of 3.2 V and a discharge end voltage of 2.0 V.
FIG. 3 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles and the electric capacity.
【0059】図3からわかるように、本発明のイオン伝
導性高分子化合物を用いたシート状電池は、比較例のシ
ート状電池と比較して、セル作製直後および60℃100 日
保存後において優れた充放電サイクル特性を示すことが
わかる。As can be seen from FIG. 3, the sheet-shaped battery using the ion-conductive polymer of the present invention is superior to the sheet-shaped battery of the comparative example immediately after cell preparation and after storage at 60 ° C. for 100 days. It can be seen that it exhibits excellent charge / discharge cycle characteristics.
【0060】[0060]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のイオン伝導性高分子化合物を用いた電池において、該
イオン伝導性高分子化合物中に、少なくとも1種の高比
表面積を有する絶縁性多孔質化合物を含むことにより、
従来の電池に比べて、その電池特性(特にサイクル特性
や長期保存後の放電特性、サイクル特性)の向上および
高性能電極の作製が可能となり、さらに電離性放射線の
照射によって該複合電極および該電解質層を形成するこ
とにより、非常に高い作業性を有し、さらに外部への液
漏れの心配が全くなく、長期信頼性および安全性の高い
電池を提供することが可能となった。これらのことか
ら、電池、特に高性能、高エネルギー密度を有する小型
軽量シート状電池の性能を向上されることができること
いう効果を奏する。As is apparent from the above description, in the battery using the ion conductive polymer compound of the present invention, at least one kind of insulating material having a high specific surface area is contained in the ion conductive polymer compound. By including a porous compound,
It is possible to improve the battery characteristics (in particular, cycle characteristics and discharge characteristics after long-term storage, cycle characteristics) and to manufacture high-performance electrodes, as compared with conventional batteries, and further, by irradiation with ionizing radiation, the composite electrode and the electrolyte By forming the layer, it is possible to provide a battery having a very high workability, no fear of liquid leakage to the outside, and long-term reliability and high safety. From these facts, it is possible to improve the performance of a battery, particularly a small and lightweight sheet battery having high performance and high energy density.
【図1】本発明のシート状電池の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a sheet-shaped battery of the present invention.
【図2】実施例2、および比較例2のシート状電池の25
℃、負荷3 kΩで放電したときの初期放電特性および60
℃100 日保存後の放電特性を示す放電曲線を示したグラ
フである。2 is a sheet-shaped battery of Example 2 and Comparative Example 2;
60 ° C, initial discharge characteristics when discharged at 3 kΩ and 60
3 is a graph showing a discharge curve showing discharge characteristics after storage at 100 ° C. for 100 days.
【図3】実施例3、および比較例3のシート状電池のセ
ル作製直後および60℃、100日保存後の充放電サイクル
数と放電容量の関係を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of charge / discharge cycles and the discharge capacity immediately after cell production of the sheet-shaped batteries of Example 3 and Comparative Example 3 and after storage at 60 ° C. for 100 days.
1 正極集電体 2 複合正極、 3 電解質層 4 金属リチウム 5 負極集電体 6 封口剤 1 Positive Electrode Current Collector 2 Composite Positive Electrode 3 Electrolyte Layer 4 Metal Lithium 5 Negative Electrode Current Collector 6 Sealant
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 33/14 LHU 7921−4J H01M 6/18 E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location C08L 33/14 LHU 7921-4J H01M 6/18 E
Claims (4)
している高分子物質により構成されたイオン伝導性高分
子化合物であって、該イオン伝導性高分子化合物が、少
なくとも化1: 【化1】 (R1 、R2 、R3 は水素原子あるいは炭素数1以上の
低級アルキル基、m、nは、m≧3、n≧0、n/m=
0から5の範囲の整数を示す。)で表される有機化合物
または化2: 【化2】 (R4 、R5 、R6 は水素原子あるいは炭素数1以上の
低級アルキル基、k、lは、k≧3、l≧0、k/l=
0から5の範囲の整数を示す。)で表される有機化合物
により、架橋ネットワーク構造を形成した高分子化合物
であり、該イオン伝導性高分子化合物中に、少なくとも
1種の高比表面積を有する絶縁性多孔質化合物を含むこ
とを特徴とするイオン伝導性高分子化合物。1. An ion-conducting polymer compound composed of a polymer substance in which at least one ionic compound is dissolved, wherein the ion-conducting polymer compound is at least ] (R 1 , R 2 and R 3 are hydrogen atoms or lower alkyl groups having 1 or more carbon atoms, m and n are m ≧ 3, n ≧ 0, n / m =
Indicates an integer in the range 0-5. ) Or an organic compound represented by the following formula: (R 4 , R 5 and R 6 are hydrogen atoms or lower alkyl groups having 1 or more carbon atoms, k and l are k ≧ 3, l ≧ 0 and k / l =
Indicates an integer in the range 0-5. ) Is a polymer compound having a crosslinked network structure formed by an organic compound represented by the formula (1), wherein the ion conductive polymer compound contains at least one kind of insulating porous compound having a high specific surface area. Ion conductive polymer compound.
合物が、少なくとも1種の活性アルミナ、ゼオライトお
よびシリカゲルから選ばれることを特徴とする請求項1
記載のイオン伝導性高分子化合物。2. The insulating porous compound having a high specific surface area is selected from at least one active alumina, zeolite and silica gel.
The ion-conductive polymer compound described.
ン性化合物を溶解することができる物質を含んでいるこ
とを特徴とする請求項1記載のイオン伝導性高分子化合
物。3. The ion conductive polymer compound according to claim 1, wherein the ion conductive polymer compound contains a substance capable of dissolving the ionic compound.
される有機化合物を、電離性放射線の照射によって反応
させることにより、架橋ネットワーク構造を形成するこ
とを特徴とするイオン伝導性高分子化合物の製造方法。4. An ion-conductive polymer compound characterized by forming a crosslinked network structure by reacting at least the organic compound represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 by irradiation with ionizing radiation. Production method.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05303980A true JPH05303980A (en) | 1993-11-16 |
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ID=15071624
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JP (1) | JPH05303980A (en) |
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