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JPH1116578A - Battery - Google Patents

Battery

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Publication number
JPH1116578A
JPH1116578A JP9164722A JP16472297A JPH1116578A JP H1116578 A JPH1116578 A JP H1116578A JP 9164722 A JP9164722 A JP 9164722A JP 16472297 A JP16472297 A JP 16472297A JP H1116578 A JPH1116578 A JP H1116578A
Authority
JP
Japan
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gel electrolyte
battery
carbonate
electrolyte
polymer material
Prior art date
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Application number
JP9164722A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4092742B2 (en
Inventor
Hiroyuki Akashi
寛之 明石
Sunao Senoo
直 妹尾
Mashio Shibuya
真志生 渋谷
Kazuhiro Noda
和宏 野田
Shinichiro Yamada
心一郎 山田
Toshikazu Yasuda
壽和 安田
Kouji Sekai
孝二 世界
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP16472297A priority Critical patent/JP4092742B2/en
Priority to US09/100,404 priority patent/US20010055719A1/en
Priority to EP98111341A priority patent/EP0892452A3/en
Priority to KR1019980023137A priority patent/KR19990007150A/en
Priority to CN98114941A priority patent/CN1203462A/en
Priority to TW087109476A priority patent/TW375843B/en
Publication of JPH1116578A publication Critical patent/JPH1116578A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To impart flame resistance to a battery, and enhance the energy density, ion conductivity and safety by using a gel electrolyte consisting of a polymer material containing polyacrylonitrile and an electrolytic salt mainly composite of a nonaqueous solvent having a specified composition and LiPF6 . SOLUTION: This battery has a gel electrolyte consisting of a polymer material containing polyacrylonitrile and a solubility parameter of 8-15 (cal/m<2> )<1/2> , and an electrolytic salt mainly composed of a nonaqueous solvent and LiPF6 . The nonaqueous solvent is a mixture of ethylene carbonate, propylene carbonate, and a third nonaqueous solvent, and as the third nonaqueous solvent, any one of dimethyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate is used. In a battery using this gel electrolyte, the gel electrolyte has an ion conductivity of 1 ms/cm or more at about 25 deg.C or lower and shows a high ion conductivity of 0.4 ms/cm or more even at a low temperature of about -20 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル状電解質を有
する電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery having a gel electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウムを吸蔵放出可能な正極及び負極
と、非水電解液とを有して構成されるリチウム電池は、
鉛電池、ニッケルカドミウム電池等の水溶液系二次電池
に比べ、て高いエネルギー密度を有し、さらに自己放電
率も低いことから近年注目されている。
2. Description of the Related Art A lithium battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, and a non-aqueous electrolyte,
Compared with aqueous secondary batteries such as lead batteries and nickel cadmium batteries, they have attracted attention in recent years because of their higher energy density and lower self-discharge rate.

【0003】このようなリチウム二次電池のさらなる電
池性能の向上を図るには、電極材料の選択も勿論重要に
なるが、両極間のイオン伝導を担う電解液の特性も電池
特性に大きく影響してくる。このため、電解液には可能
な限りイオン伝導度が高く、且つ高い電圧にも耐えうる
電気化学的な安定性が要求され、このような点から多く
の非水電解液が提案されている。
[0003] In order to further improve the battery performance of such a lithium secondary battery, it is of course important to select an electrode material, but the characteristics of an electrolytic solution that plays a role in ionic conduction between the two electrodes greatly affect the battery characteristics. Come. For this reason, the electrolyte is required to have high ionic conductivity as much as possible and electrochemical stability that can withstand a high voltage, and many non-aqueous electrolytes have been proposed from such a point.

【0004】例えば電解液の非水溶媒としては環状又は
鎖状エステル系の有機分子等が多く用いられ、具体的に
はプロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネ
ート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、
ジメチルカーボネート(DMC)、ガンマ−ブチロラク
トン(GBL)、1、2−ジメトキシエタン(DM
E)、プロピオン酸メチル、プロピオン酸ブチル等が代
表的である。
For example, as a non-aqueous solvent for an electrolytic solution, cyclic or chain ester organic molecules are often used. Specifically, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC),
Dimethyl carbonate (DMC), gamma-butyrolactone (GBL), 1,2-dimethoxyethane (DM
E), methyl propionate, butyl propionate and the like are typical.

【0005】また、電解質塩としては、LiPF6、L
iClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiAs
6、LiN(CF3SO22、LiC(CF2SO23
等が知られている。これらの電解質塩は、いずれも適当
な濃度領域において数mS/cmと高いイオン伝導度を
示す。
As electrolyte salts, LiPF 6 , L
iClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAs
F 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 2 SO 2 ) 3
Etc. are known. All of these electrolyte salts show high ionic conductivity of several mS / cm in an appropriate concentration range.

【0006】しかしながら、以上に挙げた非水溶媒と電
解質塩より構成される非水電解液は、比較的引火点が低
いため、電池が誤って火中に投じられたような場合に
は、電池内より漏洩した非水溶媒がガス状となって引火
する危険性をはらんでいる。
However, the above non-aqueous electrolyte composed of a non-aqueous solvent and an electrolyte salt has a relatively low flash point, so that if the battery is accidentally thrown into a fire, There is a danger that the non-aqueous solvent leaking from the inside will become gaseous and ignite.

【0007】そこで、例えば特開平4−184870号
公報では、このような引火を防止する手法として、非水
電解液にリン酸エステルのごとき難燃化剤を添加するこ
とを提案している。この難燃化剤は、高分子材料の難燃
化剤として知られているものであり、その効果は添加量
に比例する。
Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-184870 proposes to add a flame retardant such as a phosphoric acid ester to a non-aqueous electrolyte as a method for preventing such ignition. This flame retardant is known as a flame retardant for polymer materials, and its effect is proportional to the amount added.

【0008】また、この他の難燃化剤としては、ハロゲ
ン系化合物も一般的に知られるところである。
As other flame retardants, halogen compounds are generally known.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、リン酸エス
テル系化合物やハロゲン系化合物は必ずしも電気化学的
に安定な物質ではないため、3V以上の高電圧領域にお
いては化学的な変成、分解を生じ易く、その結果電池性
能の劣化を誘起することが懸念される。特に大きな難燃
効果を得るために難燃化剤の添加量を増加させた場合に
は電池性能を著しく損なう原因となる。
However, phosphate-based compounds and halogen-based compounds are not necessarily electrochemically stable substances, and are liable to undergo chemical transformation and decomposition in a high voltage region of 3 V or more. As a result, there is a concern that the battery performance may be degraded. In particular, when the added amount of the flame retardant is increased to obtain a large flame retardant effect, the battery performance is significantly impaired.

【0010】そこで、本発明はこのような従来の実情を
鑑みて提案されたものであり、高エネルギー密度を有
し、イオン伝導度が高く、また安全性に優れた電池を提
供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and has as its object to provide a battery having a high energy density, a high ionic conductivity, and excellent safety. And

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の電池は、正極及び負極とゲル状電解質と
を有してなるものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a gel electrolyte.

【0012】このゲル状電解質は、ポリアクリロニトリ
ルを含み、溶解性パラメータが8〜15(cal/cm
21/2の高分子材料と、非水溶媒及びLiPF6を主体
とする電解質塩よりなるゲル状電解質とを有してなる。
This gel electrolyte contains polyacrylonitrile and has a solubility parameter of 8 to 15 (cal / cm 2).
2 ) It comprises a 1/2 polymer material and a gel electrolyte made of a non-aqueous solvent and an electrolyte salt mainly composed of LiPF 6 .

【0013】上記非水溶媒は、(1)エチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート及び第3の非水溶媒を混
合した混合溶媒、(2)エチレンカーボネート、ガンマ
−ブチロラクトン及び第3の非水溶媒を混合した混合溶
媒、(3)エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ガンマ−ブチロラクトン及び第4の非水溶媒を混
合した混合溶媒が用いられる。なお、ここで第3の非水
溶媒、第4の非水溶媒は、ジメチルカーボネート、エチ
ルメチルカーボネート、プロピオン酸メチル、プロピオ
ン酸エチルの少なくともいずれかである。
The non-aqueous solvent includes (1) a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and a third non-aqueous solvent, and (2) a mixed solvent of ethylene carbonate, gamma-butyrolactone and a third non-aqueous solvent. A mixed solvent obtained by mixing a solvent, (3) ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma-butyrolactone, and a fourth non-aqueous solvent is used. Here, the third non-aqueous solvent and the fourth non-aqueous solvent are at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate.

【0014】このようなゲル状電解質を用いる電池で
は、ゲル状電解質が25℃の温度下で1ms/cm以
上、−20℃程度の低温下でも0.4ms/cm以上の
高いイオン伝導度を示すので、常温環境下では勿論のこ
と、低温下においても良好な電池性能が得られる。
In a battery using such a gel electrolyte, the gel electrolyte exhibits a high ionic conductivity of 1 ms / cm or more at a temperature of 25 ° C. and 0.4 ms / cm or more at a low temperature of about −20 ° C. Therefore, good battery performance can be obtained not only under a normal temperature environment but also at a low temperature.

【0015】また、上記ゲル状電解質は難燃性に優れて
いるので、電池が誤って火中に投じられたような場合で
も引火の危険性が低い。しかも、ゲル状電解質はそれ自
身難燃性に優れているので、電気化学的安定性に劣る汎
用の難燃化剤を含ませる必要がない。このため、難燃化
剤による電池性能の劣化が避けられる。
Further, since the gel electrolyte is excellent in flame retardancy, even if the battery is accidentally thrown into a fire, the risk of ignition is low. In addition, since the gel electrolyte itself has excellent flame retardancy, it is not necessary to include a general-purpose flame retardant having poor electrochemical stability. Therefore, deterioration of the battery performance due to the flame retardant can be avoided.

【0016】さらに、ゲル状電解質では非水電解液が固
定されていることから、電池に何らかの負荷がかかった
場合でも非水電解液の漏液が生じることがなく、高い安
全性が得られる。
Further, since the non-aqueous electrolyte is fixed in the gel electrolyte, even if a load is applied to the battery, the non-aqueous electrolyte does not leak, and high safety can be obtained.

【0017】また、電極の構造をみたときには、正極・
負極間にゲル状電解質が介在し、このゲル状電解質がそ
れぞれ両電極表面に接着した形となることから、常に電
極の間隔が一定となる。このため、例えば液状の非水電
解液をそのまま用いる従来の平形電池では両極の位置関
係を安定に保つために加圧手段が必要であったが、この
ような加圧手段が不要になり、電池の構造が簡素化す
る。
When the structure of the electrode is viewed, the positive electrode
Since the gel electrolyte is interposed between the negative electrodes and the gel electrolyte is adhered to both electrode surfaces, the distance between the electrodes is always constant. For this reason, for example, in a conventional flat battery using a liquid non-aqueous electrolyte as it is, a pressurizing means was necessary to maintain a stable positional relationship between the two electrodes, but such a pressurizing means became unnecessary. Structure is simplified.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0019】本発明の電池は、正極及び負極と、ゲル状
電解質を有して構成される。
The battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and a gel electrolyte.

【0020】上記ゲル状電解質は、高分子材料と非水溶
媒及び電解質塩からなり、このうち高分子材料は、ポリ
アクリロニトリルを含み、溶解性パラメータが8〜15
(cal/cm21/2の高分子材料である。この高分子
材料は加熱時に表面に炭化皮膜を生じ易く、このことが
ゲル状電解質の難燃性に寄与するものと考えられる。
The gel electrolyte is composed of a polymer material, a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, wherein the polymer material contains polyacrylonitrile and has a solubility parameter of 8-15.
(Cal / cm 2 ) 1/2 polymer material. This polymer material easily forms a carbonized film on the surface when heated, which is considered to contribute to the flame retardancy of the gel electrolyte.

【0021】高分子材料は、繰り返し単位構造にアクリ
ロニトリルを含む重合体である。この繰り返し単位構造
はアクリロニトリルのみよりなっていても良く、他のモ
ノマーとの共重合体であっても構わない。共重合させる
モノマーとしては、アクリル酸、メタアクリル酸、酢酸
ビニル、イタコン酸、水素化メチルアクリレート、水素
化エチルアクリレート、アクリルアミド、塩化ビニル、
フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン等が挙げられる。共
重合体の具体例として、アクリロニトリルブタジエンゴ
ム、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリ
ロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン
樹脂、アクリロニトリル塩化ビニル樹脂、アクリロニト
リルメタアクリレート樹脂、アクリロニトリルアクリレ
ート樹脂等があり、これらのうちからゲル化が可能なも
のを選択して用いれば良い。
The polymer material is a polymer containing acrylonitrile in the repeating unit structure. This repeating unit structure may be composed of only acrylonitrile, or may be a copolymer with another monomer. As monomers to be copolymerized, acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetate, itaconic acid, hydrogenated methyl acrylate, hydrogenated ethyl acrylate, acrylamide, vinyl chloride,
Vinylidene fluoride, vinylidene chloride and the like. Specific examples of the copolymer include acrylonitrile butadiene rubber, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile chloride polyethylene propylene diene styrene resin, acrylonitrile vinyl chloride resin, acrylonitrile methacrylate resin, acrylonitrile acrylate resin, and the like. What is necessary is just to select what is used.

【0022】なお、ゲル状電解質のゲル化の程度は、高
分子材料の分子量と密接な関係を持ち、適正なゲル化度
とするためには高分子材料の数平均分子量は5000〜
500000程度であることが望ましい。
The degree of gelation of the gel electrolyte has a close relationship with the molecular weight of the polymer material, and the number average molecular weight of the polymer material should be 5,000 to 500 to obtain an appropriate gelation degree.
It is desirable to be about 500,000.

【0023】また、高分子材料の溶解性パラメータは難
燃効果や他の成分との相溶性を得る点から8〜15(c
al/cm21/2の範囲であることが必要である。な
お、この溶解性パラメータは、POLYMER HAN
D BOOK THIRD EDITION J.Br
andrup.and EーH.IMMERGUT W
ILEY INTERSCIENCE.1989(P.
IV−340〜341)に記載される方法で求められる
ものである。
The solubility parameter of the polymer material is preferably from 8 to 15 (c) from the viewpoint of obtaining a flame retardant effect and compatibility with other components.
al / cm 2 ) 1/2 . The solubility parameter was determined by POLYMER HAN.
D BOOK THIRD EDITION J. Br
andrup. and EH. IMMERGUT W
ILEY INTERSCIENCE. 1989 (P.
IV-340 to 341).

【0024】この高分子材料のゲル状電解質中での量
は、難燃性と相溶性の点から、繰り返し単位構造の数
が、5〜30mol%となるような量とするのが好まし
く、さらにゲル成形後の扱い易さを考慮すると5〜15
mol%となるような量とするのが好ましい。なお、こ
こで言うモル分率は、当該高分子材料の繰り返し単位構
造の数と、非水溶媒及び電解質塩のモル数の合計を10
0モル%としたときの値である。
The amount of this polymer material in the gel electrolyte is preferably such that the number of repeating unit structures is 5 to 30 mol% from the viewpoint of flame retardancy and compatibility. Considering ease of handling after gel molding, 5-15
It is preferable to set the amount to be mol%. Note that the molar fraction referred to here is 10 times the sum of the number of repeating unit structures of the polymer material and the number of moles of the nonaqueous solvent and the electrolyte salt.
This is the value when 0 mol% is set.

【0025】非水溶媒には、(1)エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート及び第3の非水溶媒を混合
した混合溶媒、(2)エチレンカーボネート、ガンマ−
ブチロラクトン及び第3の非水溶媒を混合した混合溶
媒、(3)エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ガンマ−ブチロラクトン及び第4の非水溶媒を混
合した混合溶媒が用いられる。なお、ここで第3の非水
溶媒、第4の非水溶媒は、ジメチルカーボネート、エチ
ルメチルカーボネート、プロピオン酸メチル、プロピオ
ン酸エチルの少なくともいずれかである。
The non-aqueous solvent includes (1) a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate, propylene carbonate and a third non-aqueous solvent, (2) ethylene carbonate, gamma-
A mixed solvent obtained by mixing butyrolactone and a third nonaqueous solvent, and (3) a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma-butyrolactone, and a fourth nonaqueous solvent are used. Here, the third non-aqueous solvent and the fourth non-aqueous solvent are at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate.

【0026】これらの非水溶媒は電位窓がリチウム電位
に対して−0.3〜5.0Vの範囲にあるとともに、上
述のポリアクリロニトリルを含む高分子材料とよく相溶
する。
These non-aqueous solvents have a potential window in the range of -0.3 to 5.0 V with respect to the lithium potential, and are well compatible with the above-mentioned polymer material containing polyacrylonitrile.

【0027】電解質塩としては、ゲルが炎と接触したと
きに高分子材料の炭化を促進し、ゲル状電解質に難燃性
を付与する効果が高いことから、ここではLiPF6
使用する。なお、LiPF6は単独で用いても他の電解
質塩と混合して用いても良い。混合する電解質塩として
はLiN(CF3SO22、LiC(CF2SO23、L
iBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCl
4、NaClO4等が使用でき、なかでもLiN(CF
3SO22はLiPF6に次いで難燃性を付与する効果が
高く、好ましい。
As the electrolyte salt, LiPF 6 is used here because it has a high effect of promoting carbonization of the polymer material when the gel comes into contact with a flame and imparting flame retardancy to the gel electrolyte. LiPF 6 may be used alone or in combination with another electrolyte salt. As electrolyte salts to be mixed, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 2 SO 2 ) 3 , L
iBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCl
O 4 and NaClO 4 can be used. Among them, LiN (CF
3 SO 2 ) 2 is preferable because it has a high effect of imparting flame retardancy next to LiPF 6 .

【0028】電解質塩のゲル状電解質中での量は、リチ
ウムイオンの濃度が3〜9mol%となるように選定す
るのが望ましい。リチウムイオンの濃度が3mol%未
満であると、十分なイオン伝導度が得られず電極反応時
の分極の増大を招く恐れがある。また、リチウムイオン
の濃度が9mol%を越える場合には、高分子材料の溶
解が困難になる。さらに、イオン伝導度の塩濃度依存性
を考慮すると十分なイオン伝導度を確保するにはリチウ
ムイオンの濃度が4〜9mol%の範囲であるのが好適
である。
The amount of the electrolyte salt in the gel electrolyte is desirably selected so that the concentration of lithium ions is 3 to 9 mol%. If the concentration of lithium ions is less than 3 mol%, sufficient ion conductivity cannot be obtained, which may cause an increase in polarization during electrode reaction. When the concentration of lithium ions exceeds 9 mol%, it becomes difficult to dissolve the polymer material. Further, in consideration of the salt concentration dependence of the ionic conductivity, the lithium ion concentration is preferably in the range of 4 to 9 mol% in order to secure sufficient ionic conductivity.

【0029】以上のようなゲル状電解質の特性には非水
溶媒や電解質塩の種類が大きく影響するが、ここではこ
の種類を難燃性やイオン伝導度の点から特定しているの
で常温下では勿論のこと−20℃程度の低温下において
も高いイオン伝導度が得られる。
The kind of the non-aqueous solvent and the electrolyte salt greatly affects the characteristics of the gel electrolyte as described above. Here, this kind is specified in terms of flame retardancy and ionic conductivity. Then, of course, high ionic conductivity can be obtained even at a low temperature of about −20 ° C.

【0030】ゲル状電解質を作製するには、例えば非水
溶媒に電解質塩を溶解して非水電解液を調製し、この非
水電解液を加熱してポリアクリロニトリルを含む高分子
材料を添加する。そして、この高分子材料が完全に溶解
したところで、速やかに溶液を基体上に展開し、放冷す
ることでゲル状電解質が得られる。
In order to prepare a gel electrolyte, for example, a non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and the non-aqueous electrolyte is heated and a polymer material containing polyacrylonitrile is added. . Then, when the polymer material is completely dissolved, the solution is quickly spread on the substrate and allowed to cool to obtain a gel electrolyte.

【0031】このように、このゲル状電解質は特殊な架
橋操作をする必要がなく、溶解後に冷却するだけで容易
に作製することができる。
As described above, this gel electrolyte does not require a special crosslinking operation, and can be easily prepared only by cooling after dissolution.

【0032】本発明の電池は、このようなゲル状電解質
と正極及び負極によって構成され、それぞれの形態は電
池の形状に対応して適宜選択される。例えば平板形の電
池では、板状の正極と負極の間に、第1のゲル状電解
質、セパレータ及び第2のゲル状電解質を挟み込み、こ
の電極素子を所定の電池外装材内に収納することで電池
が構成される。
The battery of the present invention comprises such a gel electrolyte, a positive electrode and a negative electrode, and each form is appropriately selected according to the shape of the battery. For example, in a flat battery, a first gel electrolyte, a separator, and a second gel electrolyte are sandwiched between a plate-shaped positive electrode and a negative electrode, and this electrode element is housed in a predetermined battery exterior material. A battery is configured.

【0033】このようなゲル状電解質を用いる電池で
は、ゲル状電解質が25℃の温度下や−20℃程度の低
温下でも高いイオン伝導度を示すので、温度環境に依ら
ず良好な電池性能が得られる。
In a battery using such a gel electrolyte, since the gel electrolyte exhibits high ionic conductivity even at a temperature of 25 ° C. or a low temperature of about −20 ° C., good battery performance is obtained regardless of the temperature environment. can get.

【0034】また、上記ゲル状電解質は難燃性に優れて
いるので、電池が誤って火中に投じられたような場合で
も引火の危険性が低い。しかも、ゲル状電解質はそれ自
身難燃性に優れているので、電気化学的安定性に劣る汎
用の難燃化剤を含ませる必要がない。このため、難燃化
剤による電池性能の劣化が避けられる。
Further, since the gel electrolyte is excellent in flame retardancy, even if the battery is accidentally thrown into a fire, the risk of ignition is low. In addition, since the gel electrolyte itself has excellent flame retardancy, it is not necessary to include a general-purpose flame retardant having poor electrochemical stability. Therefore, deterioration of the battery performance due to the flame retardant can be avoided.

【0035】さらに、ゲル状電解質では非水電解液が固
定されていることから、電池に何らかの負荷がかかった
場合でも非水電解液の漏液が生じることがなく、高い安
全性が得られる。
Further, since the non-aqueous electrolyte is fixed in the gel electrolyte, even if a load is applied to the battery, no leakage of the non-aqueous electrolyte occurs and high safety is obtained.

【0036】また、電極の構造をみたときには、正極・
負極間にゲル状電解質が介在し、このゲル状電解質がそ
れぞれ両電極表面に接着した形となることから、常に電
極の間隔が一定となる。このため、例えば液状の非水電
解液をそのまま用いる従来の平形電池では両極の位置関
係を安定に保つために加圧手段が必要であったが、この
ような加圧手段が不要になり、電池の構造が簡素化す
る。
When the structure of the electrode is viewed, the positive electrode
Since the gel electrolyte is interposed between the negative electrodes and the gel electrolyte is adhered to both electrode surfaces, the distance between the electrodes is always constant. For this reason, for example, in a conventional flat battery using a liquid non-aqueous electrolyte as it is, a pressurizing means was necessary to maintain a stable positional relationship between the two electrodes, but such a pressurizing means became unnecessary. Structure is simplified.

【0037】なお、この電池は、一次電池仕様であって
も二次電池仕様であっても構わない。例えば二次電池仕
様の場合には、次のような正極材料、負極材料が用いら
れる。
The battery may be of a primary battery type or a secondary battery type. For example, in the case of a secondary battery specification, the following positive electrode material and negative electrode material are used.

【0038】まず、正極材料としては、一般式Lix
2(但し、Mは1種以上の遷移金属、好ましくはM
n、Co、Ni、Feの少なくとも1種である。また、
0.05≦x≦1.10である)で表されるリチウム遷
移金属複合酸化物が使用される。
First, as a positive electrode material, a general formula Li x M
O 2 (where M is one or more transition metals, preferably M
At least one of n, Co, Ni, and Fe. Also,
0.05 ≦ x ≦ 1.10) is used.

【0039】また、負極材料としては、リチウム金属、
リチウム合金、さらにはリチウムを吸蔵放出することが
可能な材料、例えば炭素質材料、シリコン化合物、スズ
化合物等が用いられる。このうち炭素質材料としては、
熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードル
コークス、石油コークス等)、黒鉛類、ガラス状炭素
類、有機高分子を前駆体とした炭素類(フラン樹脂など
を適当な温度で焼成したもの等)、炭素繊維、活性炭等
が挙げられる。
As the negative electrode material, lithium metal,
A lithium alloy, and a material capable of inserting and extracting lithium, such as a carbonaceous material, a silicon compound, and a tin compound, are used. Of these, as carbonaceous materials,
Pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc.), graphites, glassy carbons, carbons using organic polymer as precursor (furan resin, etc. fired at appropriate temperature, etc.) ), Carbon fiber, activated carbon and the like.

【0040】[0040]

【実施例】本発明の好適な実施例について実験結果に基
づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described based on experimental results.

【0041】実施例1 次のようにしてゲル状電解質を作製した。 Example 1 A gel electrolyte was prepared as follows.

【0042】まず、エチレンカーボネート(EC)、プ
ロピレンカーボネート(PC)及びジメチルカーボネー
ト(DMC)を50mol%:30mol%:4mol
%なる比率で混合し、さらにLiPF6を7mol%添
加することで非水電解液を調製した。
First, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and dimethyl carbonate (DMC) were added at 50 mol%: 30 mol%: 4 mol.
%, And 7 mol% of LiPF 6 was further added to prepare a non-aqueous electrolyte.

【0043】そして、この非水電解液をビーカー中に注
ぎ入れ、露点が−50℃以下の乾燥雰囲気下において攪
拌しながら120℃まで加熱した。次いで、この加熱溶
媒中にポリアクリロニトリル(PAN,数平均分子量:
150000、溶解性パラメータ:12)の粉末をアク
リロニトリルのモル分率が9mol%となるように加
え、さらに20分間加熱攪拌を継続することで透明性の
ある粘性の高い溶液を得た。その後、加熱を中止し、こ
の粘性の高い溶液を速やかにフラットシャレー上に展開
するとともにガラス製試験管(内径12mm×長さ15
0mm)中に注ぎ、ともに一昼夜放冷することによりゲ
ル状電解質を作製した。
Then, the non-aqueous electrolyte was poured into a beaker and heated to 120 ° C. while stirring in a dry atmosphere having a dew point of −50 ° C. or less. Next, polyacrylonitrile (PAN, number average molecular weight:
A powder having a solubility of 150,000 and a solubility parameter of 12) was added so that the mole fraction of acrylonitrile was 9 mol%, and heating and stirring were further continued for 20 minutes to obtain a transparent and highly viscous solution. Thereafter, the heating was stopped, and this highly viscous solution was quickly spread on a flat chalet, and a glass test tube (inner diameter 12 mm × length 15 mm) was prepared.
0 mm), and the mixture was allowed to cool all day and night to produce a gel electrolyte.

【0044】実施例2〜実施例8 非水溶媒とポリアクリロニトリルの比率を表1に示すよ
うに変えたこと以外は実施例1と同様にしてゲル状電解
質を作製した。
Examples 2 to 8 A gel electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio between the nonaqueous solvent and polyacrylonitrile was changed as shown in Table 1.

【0045】実施例9〜実施例16 非水溶媒としてエチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混
合溶媒を用い、この比率とポリアクリロニトリルの比率
を表2に示すように変えたこと以外は実施例1と同様に
してゲル状電解質を作製した。
Examples 9 to 16 Except that a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and ethyl methyl carbonate (EMC) was used as the non-aqueous solvent, and this ratio and the ratio of polyacrylonitrile were changed as shown in Table 2. In the same manner as in Example 1, a gel electrolyte was produced.

【0046】実施例17〜実施例24 非水溶媒としてエチレンカーボネート、ガンマ−ブチロ
ラクトン(GBL)及びジメチルカーボネートの混合溶
媒を用い、この比率とポリアクリロニトリルの比率を表
3に示すように変えたこと以外は実施例1と同様にして
ゲル状電解質を作製した。
Examples 17 to 24 Except that a mixed solvent of ethylene carbonate, gamma-butyrolactone (GBL) and dimethyl carbonate was used as the non-aqueous solvent, and that the ratio of polyacrylonitrile was changed as shown in Table 3. In the same manner as in Example 1, a gel electrolyte was produced.

【0047】実施例25〜実施例32 非水溶媒としてエチレンカーボネート、ガンマ−ブチロ
ラクトン及びエチルメチルカーボネートの混合溶媒を用
い、この比率とポリアクリロニトリルの比率を表4に示
すように変えたこと以外は実施例1と同様にしてゲル状
電解質を作製した。
Examples 25 to 32 Except that a mixed solvent of ethylene carbonate, gamma-butyrolactone and ethyl methyl carbonate was used as the non-aqueous solvent, and that this ratio and the ratio of polyacrylonitrile were changed as shown in Table 4, A gel electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1.

【0048】実施例33〜実施例36 非水溶媒としてエチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、ガンマ−ブチロラクトン及びジメチルカーボ
ネートの混合溶媒を用い、この比率とポリアクリロニト
リルの比率を表5に示すように変えたこと以外は実施例
1と同様にしてゲル状電解質を作製した。
Examples 33 to 36 Except that a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma-butyrolactone and dimethyl carbonate was used as the non-aqueous solvent, and this ratio and the ratio of polyacrylonitrile were changed as shown in Table 5. In the same manner as in Example 1, a gel electrolyte was produced.

【0049】比較例1〜比較例4 非水溶媒としてエチレンカーボネートとプロピレンカー
ボネートの混合溶媒を用い、この比率とポリアクリロニ
トリルの比率を表6に示すように変えたこと以外は実施
例1と同様にしてゲル状電解質を作製した。
Comparative Examples 1 to 4 In the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate was used as the non-aqueous solvent, and that the ratio of polyacrylonitrile was changed as shown in Table 6. Thus, a gel electrolyte was prepared.

【0050】比較例5〜比較例8 非水溶媒としてエチレンカーボネートとガンマ−ブチロ
ラクトンの混合溶媒を用い、この比率とポリアクリロニ
トリルの比率を表7に示すように変えたこと以外は実施
例1と同様にしてゲル状電解質を作製した。
Comparative Examples 5 to 8 The same as Example 1 except that a mixed solvent of ethylene carbonate and gamma-butyrolactone was used as the non-aqueous solvent, and the ratio of polyacrylonitrile was changed as shown in Table 7. Thus, a gel electrolyte was prepared.

【0051】比較例9〜比較例20 非水溶媒としてエチレンカーボネートとプロピレンカー
ボネートの混合溶媒またはエチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート及びジメチルカーボネートの混合溶
媒を用いるとともに電解質塩としてLiClO4を用
い、この比率とポリアクリロニトリルの比率を表8に示
すように変えたこと以外は実施例1と同様にしてゲル状
電解質を作製した。
Comparative Examples 9 to 20 A mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate or a mixed solvent of ethylene carbonate, propylene carbonate and dimethyl carbonate was used as the non-aqueous solvent, LiClO 4 was used as the electrolyte salt, and this ratio was compared with polyacrylonitrile. A gel electrolyte was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio of was changed as shown in Table 8.

【0052】比較例21〜比較例32 非水溶媒としてエチレンカーボネートとガンマ−ブチロ
ラクトンの混合溶媒またはエチレンカーボネート、ガン
マ−ブチロラクトン及びエチルメチルカーボネートの混
合溶媒を用いるとともに電解質塩としてLiClO4
用い、この比率とポリアクリロニトリルの比率を表9に
示すように変えたこと以外は実施例1と同様にしてゲル
状電解質を作製した。
Comparative Examples 21 to 32 A mixed solvent of ethylene carbonate and gamma-butyrolactone or a mixed solvent of ethylene carbonate, gamma-butyrolactone and ethyl methyl carbonate was used as the nonaqueous solvent, and LiClO 4 was used as the electrolyte salt. A gel electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of polyacrylonitrile and polyacrylonitrile was changed as shown in Table 9.

【0053】以上のようにして作製されたゲル状電解質
について、イオン伝導度、活性化エネルギーの温度依存
性及び難燃性を評価した。なお、これらの特性は次のよ
うにして測定した。
The gel electrolyte prepared as described above was evaluated for ionic conductivity, temperature dependence of activation energy, and flame retardancy. In addition, these characteristics were measured as follows.

【0054】<イオン伝導度、活性化エネルギーの温度
依存性の測定>フラットシャレー中のゲル状電解質を直
径1.0cmの円柱状に切り出して2枚の白金円盤電極
(直径1.0cm)の間に挟み込み、インピーダンスア
ナライザー(商品名HP4192A)を用いて複素イン
ピーダンス法によりイオン伝導度を測定した。なお、測
定は、温度25℃及び−20℃のそれぞれで行った。測
定条件は下記の通りである。
<Measurement of Temperature Dependence of Ionic Conductivity and Activation Energy> A gel electrolyte in a flat chalet was cut into a columnar shape having a diameter of 1.0 cm, and was cut between two platinum disk electrodes (1.0 cm in diameter). And ion conductivity was measured by a complex impedance method using an impedance analyzer (trade name: HP4192A). In addition, the measurement was performed at each of the temperature of 25 ° C and -20 ° C. The measurement conditions are as follows.

【0055】印加電圧:0.5V 掃引周波数域:5〜13MHz また、温度25℃でのイオン伝導度σ1及び温度−20
℃でのイオン伝導度σ2から次式に基づいてイオン伝導
反応の活性化エネルギーをそれぞれ求め、その差をとる
ことでイオン伝導反応の温度依存性を調べた。
Applied voltage: 0.5 V Sweep frequency range: 5 to 13 MHz In addition, ion conductivity σ1 at a temperature of 25 ° C. and a temperature of −20
The activation energies of the ion conduction reaction were obtained from the ion conductivity σ2 at ° C based on the following equation, and the temperature dependence of the ion conduction reaction was examined by taking the difference.

【0056】σ=Aexp(−E/RT) σ:イオン伝導度 A:頻度因子 E:活性化エネルギー R:気体定数 T:温度 <難燃性の試験>難燃性の試験は図1に示す装置を組ん
で行った。
Σ = Aexp (−E / RT) σ: ion conductivity A: frequency factor E: activation energy R: gas constant T: temperature <flame retardancy test> The flame retardancy test is shown in FIG. The device was assembled.

【0057】この装置は、基台1上に2本の支柱2が固
定され、この2本の支柱2間に金網(ステンレス製、網
目形状:5mm×5mmの四角形)3が掛け渡されて構
成されている。この金網3の下側にはブタンガスバーナ
ー4が設けられている。このブタンガスバーナ4は、ガ
ス吹き出し口5が水平面に対する角度θが45゜となる
ような向きとされるとともに、ガスに引火された青炎が
金網3を越えて上側に吹き出すような高さ位置に調整さ
れる。一方、測定サンプル6は、試験管中のゲル状電解
質を130mmの長さで切断したものであり、上記金網
3上に載置される。
In this apparatus, two columns 2 are fixed on a base 1, and a wire mesh (made of stainless steel, mesh shape: 5 mm × 5 mm square) 3 is stretched between the two columns 2. Have been. A butane gas burner 4 is provided below the wire mesh 3. The butane gas burner 4 is oriented so that the gas outlet 5 is at an angle θ of 45 ° with respect to the horizontal plane, and at a height such that the blue flame ignited by the gas blows upward through the wire mesh 3. Adjusted. On the other hand, the measurement sample 6 is obtained by cutting the gel electrolyte in a test tube to have a length of 130 mm, and is placed on the wire mesh 3.

【0058】難燃性の評価は、測定サンプル6の端部か
ら6mmの部分に対してブタンガスバーナー4からの炎
7が当たるようにし、この状態で30秒間接炎させ続
け、そして、炎を遠ざけた後にこの部分の燃焼の度合い
を観察することで行った。ここで、ゲル状電解質の燃焼
部が端部から25mmの標線Sに達しない場合を「不
燃」と判定し、燃焼部が25mmの標線Sを越えた場合
を「燃焼性」と判定した。
The flame retardancy was evaluated by causing the flame 7 from the butane gas burner 4 to strike a portion 6 mm from the end of the measurement sample 6, continuing the indirect flame for 30 seconds in this state, and moving the flame away. After that, the degree of combustion in this portion was observed. Here, the case where the combustion part of the gel electrolyte did not reach the mark line S of 25 mm from the end was determined as “non-flammable”, and the case where the combustion part exceeded the mark line S of 25 mm was determined as “flammability”. .

【0059】以上のようにして測定される−20℃にお
けるイオン伝導度、活性化エネルギー及び難燃性の評価
結果を表1〜表9に示す。
Tables 1 to 9 show the evaluation results of ionic conductivity, activation energy and flame retardancy at −20 ° C. measured as described above.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】[0062]

【表3】 [Table 3]

【0063】[0063]

【表4】 [Table 4]

【0064】[0064]

【表5】 [Table 5]

【0065】[0065]

【表6】 [Table 6]

【0066】[0066]

【表7】 [Table 7]

【0067】[0067]

【表8】 [Table 8]

【0068】[0068]

【表9】 [Table 9]

【0069】なお、表1〜表9において、ECはエチレ
ンカーボネート、PCはプロピレンカーボネート、GB
Lはガンマ−ブチロラクトン、DMCはジメチルカーボ
ネート、EMCはエチルメチルカーボネート、PANは
ポリアクリロニトリルを表す。また、PANのモル分率
は繰り返し単位構造の分子量によって算出したものであ
る。
In Tables 1 to 9, EC is ethylene carbonate, PC is propylene carbonate, GB
L represents gamma-butyrolactone, DMC represents dimethyl carbonate, EMC represents ethyl methyl carbonate, and PAN represents polyacrylonitrile. The mole fraction of PAN is calculated based on the molecular weight of the repeating unit structure.

【0070】まず、電解質塩としてLiClO4を用い
た比較例9〜比較例32のゲル状電解質では難燃性試験
において燃焼性が認められた。
First, in the gel electrolytes of Comparative Examples 9 to 32 using LiClO 4 as the electrolyte salt, flammability was observed in the flame retardancy test.

【0071】これに対して電解質塩としてLiPF6
用いた実施例1〜実施例36及び比較例1〜比較例8で
は燃焼がほとんど認められず、難燃性を有していた。
On the other hand, in Examples 1 to 36 and Comparative Examples 1 to 8 in which LiPF 6 was used as the electrolyte salt, almost no combustion was observed and the composition had flame retardancy.

【0072】このことから、ゲル状電解質に用いる電解
質塩としてはLiPF6が好適であることがわかった。
From this, it was found that LiPF 6 is suitable as the electrolyte salt used for the gel electrolyte.

【0073】しかし、難燃性が得られたゲル状電解質の
うち、非水電解液にジメチルカーボネートやメチルエチ
ルカーボネートを混合していない比較例1〜比較例8の
ゲル状電解質は、実施例1〜実施例36のゲル状電解質
に比べてイオン伝導度が低く、活性化エネルギーの温度
依存性が大きい。
However, among the gel electrolytes having flame retardancy, the gel electrolytes of Comparative Examples 1 to 8 in which dimethyl carbonate and methyl ethyl carbonate were not mixed with the non-aqueous electrolyte were the same as those of Example 1. -The ion conductivity is lower than that of the gel electrolyte of Example 36, and the temperature dependence of the activation energy is large.

【0074】このことから、ゲル状電解質で用いる非水
溶媒としては、実施例1〜実施例16のようにエチレン
カーボネートとプロピレンカーボネートに、ジメチルカ
ーボネートやエチルメチルカーボネートのような第3の
非水溶媒を混合した混合溶媒、実施例17〜実施例32
のようにエチレンカーボネートとガンマ−ブチロラクト
ンに、ジメチルカーボネートやエチルメチルカーボネー
トのような第3の非水溶媒を混合した混合溶媒、さらに
実施例33〜実施例36のようにエチレンカーボネート
とプロピレンカーボネート及びガンマ−ブチロラクトン
に、ジメチルカーボネートやエチルメチルカーボネート
のような第4の非水溶媒を混合した混合溶媒が好適であ
ることがわかった。
From the above, as the non-aqueous solvent used in the gel electrolyte, the third non-aqueous solvent such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate was used in place of ethylene carbonate and propylene carbonate as in Examples 1 to 16. , A mixed solvent of Examples 17 to 32
A mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and gamma-butyrolactone with a third non-aqueous solvent such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate. Further, as in Examples 33 to 36, ethylene carbonate, propylene carbonate and gamma -It has been found that a mixed solvent obtained by mixing butyrolactone with a fourth non-aqueous solvent such as dimethyl carbonate or ethyl methyl carbonate is preferable.

【0075】なお、実施例1〜実施例32において、ポ
リアクリロニトリルの比率が同じもの同士で、第3の非
水溶媒あるいは第4の非水溶媒(ジメチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート)の比率とイオン伝導度
の関係を見ると、これらの非水溶媒の量が多いもの程イ
オン伝導度が高く、温度依存性が小さいことがわかる。
In Examples 1 to 32, the ratio of polyacrylonitrile was the same, and the ratio of the third nonaqueous solvent or the fourth nonaqueous solvent (dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate) and the ion conductivity Looking at the relationship between the degrees, the larger the amount of these non-aqueous solvents, the higher the ionic conductivity and the smaller the temperature dependence.

【0076】このことから、第3の非水溶媒、第4の非
水溶媒の添加は、ゲル状電解質のイオン伝導度を高める
とともに温度依存性を低めるのに効果があることが示唆
された。
This suggests that the addition of the third nonaqueous solvent and the fourth nonaqueous solvent is effective in increasing the ionic conductivity of the gel electrolyte and reducing the temperature dependence.

【0077】次に実際に上記ゲル状電解質を組み込んで
一次電池と二次電池を作製し、その特性を評価した。
Next, a primary battery and a secondary battery were actually fabricated by incorporating the above-mentioned gel electrolyte, and the characteristics thereof were evaluated.

【0078】一次電池の作製 電池の作製工程を図2から図6に示す。 Manufacturing of Primary Battery The manufacturing process of the battery is shown in FIGS.

【0079】まず、図2に示す正極板8を次のようにし
て作製した。
First, the positive electrode plate 8 shown in FIG. 2 was manufactured as follows.

【0080】二酸化マンガン85重量%、グラファイト
10重量%、ポリフッ化ビニリデン5重量%を混合し、
さらにジメチルホルムアミドを粉体でほぼ等量加えた
後、混練することで正極合材を作製した。
Mixing 85% by weight of manganese dioxide, 10% by weight of graphite and 5% by weight of polyvinylidene fluoride,
Furthermore, dimethylformamide was added as a powder in substantially the same amount, and then kneaded to prepare a positive electrode mixture.

【0081】この正極合材を、集電体となるステンレス
メッシュ上の2cm×2cmの領域に塗布した後、温度
120℃の乾燥器中で乾燥させ、ロールプレスした。そ
して、この電極板を、図2に示すように正極合剤の塗布
領域8aから帯状の集電体8bがはみ出した如き形状に
成型し、正極板8を作製した。
This positive electrode mixture was applied to a 2 cm × 2 cm area on a stainless steel mesh as a current collector, dried in a dryer at a temperature of 120 ° C., and roll-pressed. Then, the electrode plate was formed into a shape such that the band-shaped current collector 8b protruded from the application region 8a of the positive electrode mixture as shown in FIG.

【0082】次に、厚さ30ミクロンのリチウム金属板
を2cm×2cmの寸法で裁断し、上述の正極板と略同
じ平面形状の集電体上に圧着することで負極板9を作製
した。
Next, a lithium metal plate having a thickness of 30 μm was cut into a size of 2 cm × 2 cm, and pressed on a current collector having substantially the same planar shape as the above-mentioned positive electrode plate to produce a negative electrode plate 9.

【0083】そして、これら正極板8と負極板9にゲル
状電解質を塗布した。
Then, a gel electrolyte was applied to the positive electrode plate 8 and the negative electrode plate 9.

【0084】続いて、図3に示すような隔膜10となる
ポリプロピレン製の不織布(厚さ150ミクロン)を用
意し、図4に示すようにこの隔膜10にもゲル状電解質
11を塗布した。なお、このゲル状電解質は、先に示し
た実施例3の組成と同じ組成である。
Subsequently, a nonwoven fabric made of polypropylene (150 μm in thickness) to be a diaphragm 10 as shown in FIG. 3 was prepared, and a gel electrolyte 11 was applied to the diaphragm 10 as shown in FIG. The gel electrolyte had the same composition as that of Example 3 described above.

【0085】そして、図5に示すように、正極板8、隔
膜10、負極板9をこの順で重ね合わせ加圧することに
よって電極素子を形成した。
Then, as shown in FIG. 5, the positive electrode plate 8, the diaphragm 10, and the negative electrode plate 9 were overlapped in this order and pressed to form an electrode element.

【0086】そして、得られた電極素子を、電池外装材
12となる袋状の熱融着性ラミネートフィルム(大日本
印刷社製)で覆い、図6に示すように、上部の熱融着部
12aを真空パッキングすることで平板形の一次電池を
作製した。なお、この熱融着性ラミネートフィルムは、
ポリエチレンテレフタレートフィルム、アルミニウム
箔、無延伸ポリプロピレンフィルムの3層よりなり、ポ
リエチレンテレフタレートフィルム側が電池の外側にな
る。
Then, the obtained electrode element was covered with a bag-shaped heat-fusible laminate film (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.) as the battery exterior material 12 and, as shown in FIG. A flat primary battery was manufactured by vacuum packing 12a. In addition, this heat-fusible laminate film is
It consists of three layers, a polyethylene terephthalate film, an aluminum foil, and an unstretched polypropylene film. The polyethylene terephthalate film side is outside the battery.

【0087】このようにして作製された一次電池の放電
特性を調べた。放電に際して放電電流密度は1mA/c
2であり、放電終了は閉回路電圧が1.0Vに達した
時点とした。この放電特性を図7に示す。
The discharge characteristics of the primary battery manufactured as described above were examined. The discharge current density at the time of discharge is 1 mA / c
m 2 , and the discharge was terminated when the closed circuit voltage reached 1.0 V. FIG. 7 shows the discharge characteristics.

【0088】図7に示すように、この一次電池は、平均
放電電圧が2.6〜2.8Vであり、放電曲線の平坦性
も良好である。このことから、このゲル状電解質は一次
電池の電解質材料として十分な性能を発揮することがわ
かった。
As shown in FIG. 7, this primary battery has an average discharge voltage of 2.6 to 2.8 V and has a good flatness of a discharge curve. From this, it was found that this gel electrolyte exhibited sufficient performance as an electrolyte material for a primary battery.

【0089】二次電池の作製 ニッケル酸リチウム90重量%、グラファイト8重量
%、ポリフッ化ビニリデン2重量%を混合し、さらにジ
メチルホルムアミドを粉体でほぼ等量加えた後、混練す
ることで正極合材を作製した。
Preparation of Secondary Battery 90% by weight of lithium nickelate, 8% by weight of graphite, and 2% by weight of polyvinylidene fluoride are mixed, and dimethylformamide is added in a substantially equal amount as a powder, followed by kneading to form a positive electrode. Materials were produced.

【0090】この正極合材を、集電体となるステンレス
メッシュ上の2cm×2cmの領域に塗布した後、温度
120℃の乾燥器中で乾燥させ、ロールプレスした。そ
して、この電極板を、正極合剤の塗布領域から帯状の集
電体がはみ出した如き形状に成型し、正極板を作製し
た。
The positive electrode mixture was applied to a 2 cm × 2 cm area on a stainless steel mesh as a current collector, dried in a dryer at a temperature of 120 ° C., and roll-pressed. Then, this electrode plate was molded into a shape such that the band-shaped current collector protruded from the application region of the positive electrode mixture, to produce a positive electrode plate.

【0091】次に、メソフェース小球体系炭素90重量
%、ポリフッ化ビニリデン10重量%を混合し、さらに
ジメチルホルムアミドを粉体でほぼ等量加えた後、混練
することで負極合材を作製した。
Next, 90% by weight of mesophase spheroidal carbon and 10% by weight of polyvinylidene fluoride were mixed, and dimethylformamide was added in a substantially equal amount of powder, followed by kneading to prepare a negative electrode mixture.

【0092】この負極合材を、集電体となるステンレス
メッシュ上の2cm×2cmの領域に塗布した後、温度
120℃の乾燥器中で乾燥させ、ロールプレスした。そ
して、この電極板を、負極合剤の塗布領域から帯状の集
電体がはみ出した如き形状に成型し、負極板を作製し
た。
This negative electrode mixture was applied to a 2 cm × 2 cm area on a stainless steel mesh serving as a current collector, dried in a dryer at a temperature of 120 ° C., and roll-pressed. Then, this electrode plate was molded into a shape such that the band-shaped current collector protruded from the application region of the negative electrode mixture, and a negative electrode plate was produced.

【0093】以上のようにして作製された正極板と負極
板を用いること以外は図3〜図6に示したのと同様の工
程で平板形の二次電池を作製した。
A flat secondary battery was manufactured in the same steps as those shown in FIGS. 3 to 6 except that the positive electrode plate and the negative electrode plate manufactured as described above were used.

【0094】この作製された二次電池の充放電特性を調
べた。
The charge / discharge characteristics of this secondary battery were examined.

【0095】充電は4.2Vにて定電圧法に切り替わる
定電流定電圧法で行い、充電電流を312μA/c
2、充電時間を10時間に設定した。また、放電は、
定電流法で行い、312μA/cm2にて連続放電を行
い、閉回路電圧が2.5Vになる時点まで測定を行っ
た。
The charging is performed by the constant current / constant voltage method which switches to the constant voltage method at 4.2 V, and the charging current is 312 μA / c.
m 2 , and the charging time was set to 10 hours. Also, the discharge
The measurement was performed by the constant current method, and a continuous discharge was performed at 312 μA / cm 2 until the closed circuit voltage became 2.5 V.

【0096】図8に、充放電3サイクル目の充放電特性
を示す。図8から、電池の平均電圧は3.61V、充放
電効率は99%であることがわかり、優れた可逆性を示
すことが判明した。このことから、このゲル状電解質は
高エネルギー密度を有する二次電池の電解質材料として
十分な性能を発揮することがわかった。
FIG. 8 shows the charge / discharge characteristics in the third cycle of charge / discharge. From FIG. 8, it was found that the average voltage of the battery was 3.61 V and the charge / discharge efficiency was 99%, indicating that the battery exhibited excellent reversibility. From this, it was found that this gel electrolyte exhibited sufficient performance as an electrolyte material for a secondary battery having a high energy density.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の電池では、ポリアクリロニトリルを含む高分子材料
と、所定の組成となされた非水溶媒及びLiPF6を主
体とする電解質塩よりなるゲル状電解質を用いるので、
電池性能を損なうことなく電池に難燃性を付与すること
ができる。また、特にアルカリ金属イオンを反応種とし
て使用するような非水系電池に適用した場合、その安全
性を大きく改善することができる。
As is clear from the above description, the battery of the present invention comprises a polymer material containing polyacrylonitrile, a nonaqueous solvent having a predetermined composition, and an electrolyte salt mainly composed of LiPF 6. Since a gel electrolyte is used,
Flame retardancy can be imparted to the battery without impairing the battery performance. Further, particularly when applied to a non-aqueous battery using an alkali metal ion as a reactive species, the safety can be greatly improved.

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

【図1】難燃性試験の測定に使用した装置の構成を示す
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an apparatus used for measurement of a flame retardancy test.

【図2】電池の作製方法を工程順に示すものであり、正
極板と負極板を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view illustrating a positive electrode plate and a negative electrode plate, illustrating a method for manufacturing a battery in the order of steps.

【図3】隔膜を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a diaphragm.

【図4】隔膜へのゲル状電解質塗布工程を示す模式図で
ある。
FIG. 4 is a schematic view showing a step of applying a gel electrolyte to a diaphragm.

【図5】正極板、隔膜、負極板の電池外装材への収納工
程を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a process of storing a positive electrode plate, a diaphragm, and a negative electrode plate in a battery exterior material.

【図6】電池外装材の熱融着工程を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a heat fusion step of a battery exterior material.

【図7】ゲル状電解質を適用した一次電池の放電特性を
示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing discharge characteristics of a primary battery to which a gel electrolyte is applied.

【図8】ゲル状電解質を適用した二次電池の充放電特性
を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing charge / discharge characteristics of a secondary battery to which a gel electrolyte is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8 正極板、9 負極板、10 隔膜、11 ゲル状電
解質、12 電池外装材
8 positive electrode plate, 9 negative electrode plate, 10 diaphragm, 11 gel electrolyte, 12 battery exterior material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 和宏 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山田 心一郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 安田 壽和 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 世界 孝二 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kazuhiro Noda 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Shinichiro Yamada 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo No. Sony Corporation (72) Inventor Toshikazu Yasuda 6-7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) Inventor Koji World 7-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極及び負極と、 ポリアクリロニトリルを含み、溶解性パラメータが8〜
15(cal/cm21/2の高分子材料と、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート及び第3の非水溶
媒を混合した混合溶媒と、LiPF6を主体とする電解
質塩よりなるゲル状電解質とを有してなり、 上記第3の非水溶媒は、ジメチルカーボネート、エチル
メチルカーボネート、プロピオン酸メチル、プロピオン
酸エチルの少なくともいずれかであることを特徴とする
電池。
1. A positive electrode and a negative electrode, comprising polyacrylonitrile, having a solubility parameter of 8 to 10.
15 (cal / cm 2 ) 1/2 of a polymer material, a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate, propylene carbonate and a third non-aqueous solvent, and a gel electrolyte composed of an electrolyte salt mainly composed of LiPF 6 Wherein the third non-aqueous solvent is at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate.
【請求項2】 電解質塩は、LiN(CF3SO22
LiC(CF2SO23、LiBF4、LiAsF6、L
iCF3SO3、LiClO4、NaClO4の少なくとも
いずれかとLiPF6との混合物であることを特徴とす
る請求項1記載の電池。
2. The electrolyte salt is LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiC (CF 2 SO 2 ) 3 , LiBF 4 , LiAsF 6 , L
iCF 3 SO 3, LiClO 4, battery according to claim 1, wherein the a mixture of LiPF 6 and at least one of NaClO 4.
【請求項3】 ゲル状電解質の高分子材料は、数平均分
子量が5000〜500000であることを特徴とする
請求項1記載の電池。
3. The battery according to claim 1, wherein the polymer material of the gel electrolyte has a number average molecular weight of 5,000 to 500,000.
【請求項4】 正極及び負極と、 ポリアクリロニトリルを含み、溶解性パラメータが8〜
15(cal/cm21/2の高分子材料と、エチレンカ
ーボネート、ガンマ−ブチロラクトン及び第3の非水溶
媒を混合した混合溶媒と、LiPF6を主体とする電解
質塩よりなるゲル状電解質とを有してなり、 上記第3の非水溶媒は、ジメチルカーボネート、エチル
メチルカーボネート、プロピオン酸メチル、プロピオン
酸エチルの少なくともいずれかであることを特徴とする
電池。
4. A cathode and an anode, comprising polyacrylonitrile, having a solubility parameter of 8 to 10.
15 (cal / cm 2 ) 1/2 of a polymer material, a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate, gamma-butyrolactone and a third non-aqueous solvent, and a gel electrolyte made of an electrolyte salt mainly composed of LiPF 6. Wherein the third non-aqueous solvent is at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate.
【請求項5】 電解質塩は、LiN(CF3SO22
LiC(CF2SO23、LiBF4、LiAsF6、L
iCF3SO3、LiClO4、NaClO4の少なくとも
いずれかとLiPF6との混合物であることを特徴とす
る請求項4記載の電池。
5. The electrolyte salt is LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiC (CF 2 SO 2 ) 3 , LiBF 4 , LiAsF 6 , L
5. The battery according to claim 4, wherein the battery is a mixture of at least one of iCF 3 SO 3 , LiClO 4 , and NaClO 4 with LiPF 6 .
【請求項6】 ゲル状電解質の高分子材料は、数平均分
子量が5000〜500000であることを特徴とする
請求項4記載の電池。
6. The battery according to claim 4, wherein the polymer material of the gel electrolyte has a number average molecular weight of 5,000 to 500,000.
【請求項7】 正極及び負極と、 ポリアクリロニトリルを含み、溶解性パラメータが8〜
15(cal/cm21/2の高分子材料と、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、ガンマ−ブチロ
ラクトン及び第4の非水溶媒を混合した混合溶媒と、L
iPF6を主体とする電解質塩よりなるゲル状電解質と
を有してなり、 上記第4の非水溶媒は、ジメチルカーボネート、エチル
メチルカーボネート、プロピオン酸メチル、プロピオン
酸エチルの少なくともいずれかであることを特徴とする
電池。
7. A cathode and an anode, comprising polyacrylonitrile, having a solubility parameter of 8 to 10.
A mixed solvent obtained by mixing 15 (cal / cm 2 ) 1/2 of a polymer material, ethylene carbonate, propylene carbonate, gamma-butyrolactone, and a fourth non-aqueous solvent;
a gel electrolyte made of an electrolyte salt mainly composed of iPF 6 , wherein the fourth non-aqueous solvent is at least one of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propionate, and ethyl propionate. Battery.
【請求項8】 電解質塩は、LiN(CF3SO22
LiC(CF2SO23、LiBF4、LiAsF6、L
iCF3SO3、LiClO4、NaClO4の少なくとも
いずれかとLiPF6との混合物であることを特徴とす
る請求項7記載の電池。
8. The electrolyte salt is LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ,
LiC (CF 2 SO 2 ) 3 , LiBF 4 , LiAsF 6 , L
8. The battery according to claim 7, wherein the battery is a mixture of at least one of iCF 3 SO 3 , LiClO 4 , and NaClO 4 with LiPF 6 .
【請求項9】 ゲル状電解質の高分子材料は、数平均分
子量が5000〜500000であることを特徴とする
請求項7記載の電池。
9. The battery according to claim 7, wherein the polymer material of the gel electrolyte has a number average molecular weight of 5,000 to 500,000.
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