JP2002042874A - Polymer secondary battery - Google Patents
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Landscapes
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ポリマー二次電
池に関し、更に詳しくは、周囲温度下で可逆的に作動す
るイオン伝導性化合物(固体電解質)を用い、特にイオ
ン伝導性化合物と、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を付着
させた炭素材料を活物質とする負極とを用いたポリマー
二次電池に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer secondary battery, and more particularly, to a polymer secondary battery using an ion conductive compound (solid electrolyte) that operates reversibly at ambient temperature. And a negative electrode using a carbon material having amorphous carbon attached to the surface thereof as an active material.
【0002】[0002]
【従来技術および発明が解決しようとする課題】現在市
販されているリチウム一次電池やリチウム二次電池など
の非水電解液電池の電解質として、一般的に有機溶媒に
電解質塩を溶解した有機電解液が用いられているが、こ
の有機電解液は、部品外部への液漏れ、電解物質の溶
出、揮発などが発生しやすいため、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。2. Description of the Related Art As an electrolyte of a nonaqueous electrolyte battery such as a lithium primary battery or a lithium secondary battery currently on the market, an organic electrolyte obtained by dissolving an electrolyte salt in an organic solvent is generally used. However, this organic electrolyte is liable to leak out of components, elute and volatilize the electrolyte, and has problems such as long-term reliability, and the scattering of electrolyte during the sealing process. Was a problem.
【0003】また、近年になって、負極に金属リチウム
やその合金を利用するかわりに、リチウムイオンの吸蔵
−放出過程を利用した炭素材料や導電性高分子などのマ
トリックス材料が開発された。これにより、金属リチウ
ムやその合金を利用した場合に起こったデンドライトの
生成が原理上起こらなくなり、電池内部の短絡という問
題が激減するに至った。特に、炭素材料は他の材料より
もリチウムの吸蔵−放出電位がリチウムの折出−溶解電
位に近いことが知られている。中でも黒鉛材料は、理論
的に炭素原子6個に対してリチウム原子1個の割合でそ
の結晶格子中にリチウムを取り込むことができることか
ら、単位重量および単位体積あたり高い容量を有する炭
素材料である。さらに、リチウムの挿入−離脱の電位が
平坦であり、化学的に安定であり電池のサイクル安定性
にも大きく寄与するものである。[0003] In recent years, instead of using metallic lithium or its alloy for the negative electrode, matrix materials such as carbon materials and conductive polymers utilizing the occlusion-release process of lithium ions have been developed. As a result, the generation of dendrite, which occurs when metal lithium or its alloy is used, does not occur in principle, and the problem of a short circuit inside the battery has been drastically reduced. In particular, it is known that a carbon material has a lithium absorption-release potential closer to lithium extraction-dissolution potential than other materials. Above all, a graphite material is a carbon material having a high capacity per unit weight and unit volume because lithium can be theoretically taken into the crystal lattice at a ratio of one lithium atom to six carbon atoms. Further, the potential for lithium insertion and removal is flat, chemically stable, and greatly contributes to the cycle stability of the battery.
【0004】例えば、J.Electrochm.So
c.,Vol.137,2009(1990)、特開平
4−115457号公報、特開平4−115458号公
報、特開平4−237971号公報などに示された黒鉛
系炭素材料を負極活物質に用いるもの、また特開平4−
368778号公報、特開平5−28996号公報、特
開平5−114421号公報などに示される表面処理し
た黒鉛系炭素材料を負極活物質に用いるものなどがあ
る。[0004] For example, in J. Electrochem. So
c. , Vol. 137, 2009 (1990), JP-A-4-115457, JP-A-4-115458, JP-A-4-237791, and the like, wherein a graphite-based carbon material is used as a negative electrode active material. 4-
JP-A-368778, JP-A-5-28996, JP-A-5-114421 and the like use a surface-treated graphite-based carbon material as a negative electrode active material.
【0005】黒鉛系炭素材料は、エチレンカーボーネー
ト(EC)を主体とする有機電解液を用いることによっ
て、ほぼ理論容量に近い放電容量が得られる。また、そ
の充放電の電位がリチウムの溶解−折出の電位よりわず
かに高く、かつ非常に平坦であるため、黒鉛系炭素材料
を負極活物質に用いて電池を作製した場合に、高容量か
つ電池電圧の平坦性が高い二次電池が実現でき、電池の
高容量化を達成できる。[0005] A graphite-based carbon material can have a discharge capacity close to the theoretical capacity by using an organic electrolyte mainly composed of ethylene carbonate (EC). In addition, since the charge / discharge potential is slightly higher than the potential of lithium dissolution-extrusion and extremely flat, when a battery is manufactured using a graphite-based carbon material as a negative electrode active material, a high capacity and A secondary battery having high flatness of battery voltage can be realized, and high capacity of the battery can be achieved.
【0006】しかしながら黒鉛系炭素材料は、その結晶
性が高いため有機電解液の分解を引き起こすという問題
点が残されている。例えば、有機電解液用溶媒であるプ
ロピレンカーボネート(PC)はその電位窓の広さ、凝
固点の低さ(−70℃)または化学的安定性の高さか
ら、リチウム電池用の電解液の溶媒として広く用いられ
ている。However, graphite-based carbon materials have a problem that they cause decomposition of the organic electrolyte because of their high crystallinity. For example, propylene carbonate (PC), which is a solvent for an organic electrolyte, has a wide potential window, a low freezing point (−70 ° C.), or a high chemical stability. Widely used.
【0007】しかしながら、黒鉛系炭素材料を負極活物
質に用いた場合、PCの分解反応が顕著に起こり、10
%のPCが電解液に存在するだけで黒鉛系炭素材料から
なる負極は充放電ができないということが、J.Ele
ctrochm.Soc.,Vol.142,1746
(1995)で報告されている。However, when a graphite-based carbon material is used as the negative electrode active material, the decomposition reaction of PC occurs remarkably, and
% Of PC cannot be charged / discharged in a negative electrode made of a graphite-based carbon material only in the electrolyte. Ele
trochm. Soc. , Vol. 142,1746
(1995).
【0008】また、近年、低温でのイオン伝導度を改善
するために種々の低粘度溶媒とECとを混合した有機電
解液に関しての報告がなされてきている。しかしなが
ら、その揮発性の問題、漏液性の問題などを残してい
る。In recent years, there have been reports on organic electrolytes in which EC is mixed with various low-viscosity solvents in order to improve ionic conductivity at low temperatures. However, there remains a problem of its volatility and a problem of liquid leakage.
【0009】近年、耐漏液性、高い安全性、長期保存性
を向上させることを目的として、高いイオン伝導性を有
するイオン伝導性ポリマーが報告され、上記の問題を解
決する手段の1つとして、さまざまな研究が進められて
いる。現在検討されているイオン伝導性ポリマーの1つ
として、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が提案され、ほぼ実用化されつつあ
る。上記のイオン伝導性ポリマーを用いた電池について
は、特許文献などに広く記載されており、例えば、アー
マンド(Armand)らによる米国特許第4,30
3,748号(1981)やノース(North)の米
国特許第4,589,197号(1986)およびフー
パー(Hooper)らの米国特許第4,547,44
0号(1985)などに代表される。これらの特徴とし
て挙げられるのが、ポリエーテル構造を有する高分子材
料中に電解質塩を溶解したイオン伝導性ポリマーを用い
ていることである。これらの提案のイオン伝導性ポリマ
ーは、電気自動車電源となる大型リチウム二次電池用の
電解質として研究・開発がなされているが、上述のイオ
ン伝導性ポリマーは、室温以下でのイオン伝導度が低い
ため、特に携帯電子機器の駆動用電源やメモリーバック
アップ電源向けの電池に要求される小型・軽量かつ高エ
ネルギー密度化の実現が困難である。In recent years, ion conductive polymers having high ionic conductivity have been reported for the purpose of improving liquid leakage resistance, high safety, and long-term storage properties. One of the means for solving the above problems is as follows. Various studies are underway. As one of the ion conductive polymers currently being studied, a homopolymer or copolymer linear polymer, a crosslinked polymer or a comb polymer having ethylene oxide as a basic unit has been proposed, and is being practically used. is there. Batteries using the above-described ion-conductive polymer are widely described in patent documents and the like. For example, U.S. Pat. No. 4,3030 to Armand et al.
No. 3,748 (1981); U.S. Pat. No. 4,589,197 to North (1986); and U.S. Pat. No. 4,547,44 to Hooper et al.
No. 0 (1985). One of these features is that an ion conductive polymer obtained by dissolving an electrolyte salt in a polymer material having a polyether structure is used. These proposed ion-conductive polymers have been studied and developed as electrolytes for large lithium secondary batteries to be used as electric vehicle power supplies, but the above-mentioned ion-conductive polymers have low ionic conductivity at room temperature or lower. Therefore, it is difficult to achieve a small size, light weight, and high energy density required for a battery for a driving power supply or a memory backup power supply of a portable electronic device.
【0010】一方、上述のイオン伝導性ポリマーよりも
さらにイオン伝導性の向上を図る方法として、例えば特
開昭59−149601号公報、特開昭58−7577
9号公報や米国特許第4,792,504号などに代表
されるような、イオン伝導性ポリマーに有機溶媒(特に
好ましくはECあるいはPCなどの高誘電率有機溶媒)
を添加して、固体状態を保持する方法も提案させてい
る。しかしながら、これら提案された方法を用いた場
合、イオン伝導度は確実に向上するが、そのフィルム強
度は著しく低下する。すなわち、上述の方法を用いた場
合においても、実際にイオン伝導性ポリマー薄膜を電極
間に積層して、電池やエレクトロクロミック素子などを
組み立てたときに、電解質層が圧縮変形により破損し、
微短絡を生じる可能性があった。On the other hand, as a method for further improving the ion conductivity as compared with the above-mentioned ion conductive polymer, for example, JP-A-59-149601 and JP-A-58-7577.
No. 9 and US Pat. No. 4,792,504, etc., an organic solvent (particularly preferably a high dielectric constant organic solvent such as EC or PC) in an ion conductive polymer.
Is also proposed to maintain the solid state. However, when using these proposed methods, the ionic conductivity is definitely improved, but the film strength is significantly reduced. That is, even in the case of using the above-described method, when the ion-conductive polymer thin film is actually laminated between the electrodes and a battery or an electrochromic element is assembled, the electrolyte layer is damaged by compressive deformation,
There was a possibility of causing a slight short circuit.
【0011】また、二次電池では充電や放電時での電極
活物質の体積膨張・収縮に対して、電解質層も圧縮・緩
和という力を受ける。したがってイオン伝導性ポリマー
の性能向上には、イオン伝導性の向上と同時に機械的特
性の向上についての考慮も必要である。In a secondary battery, the electrolyte layer also receives a force of compression / relaxation against volume expansion / contraction of the electrode active material during charging or discharging. Therefore, in order to improve the performance of the ion-conductive polymer, it is necessary to consider not only the improvement in the ion conductivity but also the improvement in the mechanical properties.
【0012】上記の問題を解決すべく、電解質層のイオ
ン伝導度と機械的強度ともに高めようと、開発がなされ
ているがまだ十分満足できるものではなく、実際にはイ
オン伝導性の向上と機械的特性の向上、さらには生産性
を考慮に入れた固体電解質層の取扱いすべてを満足する
固体電解質を得ることは非常に困難である。[0012] In order to solve the above-mentioned problems, an attempt has been made to increase both the ionic conductivity and the mechanical strength of the electrolyte layer, but they have not been sufficiently satisfactory yet. It is very difficult to obtain a solid electrolyte that satisfies all of the handling of the solid electrolyte layer in consideration of the improvement of the mechanical properties and the productivity.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】以上の問題を鑑みて鋭意
検討した結果、この発明の発明者らは、負極活物質に、
炭素材料を用い、特に、表面に非晶質炭素が付着させた
黒鉛粒子を用いることにより、イオン伝導体に含まれる
イオン伝導性化合物の分解を抑え、さらに充放電サイク
ルに伴う電解質層の機械的強度の低下も改善し、イオン
伝導性化合物を用いた電池の性能を向上できることを見
い出したものである。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have found that the negative electrode active material has
By using a carbon material, especially by using graphite particles with amorphous carbon attached to the surface, the decomposition of the ion conductive compound contained in the ion conductor is suppressed, and the mechanical properties of the electrolyte layer during the charge / discharge cycle are further reduced. It has been found that the reduction in strength can be improved, and the performance of a battery using the ion conductive compound can be improved.
【0014】すなわち、この発明は、少なくとも炭素材
料を活物質とする負極層と、少なくともリチウムを含有
するカルコゲン化物を活物質とする正極層と、前記正負
極層間に介在する高分子固体電解質層とを備えたポリマ
ー二次電池であって、少なくとも正極層あるいは負極層
の一方が、高分子固体電解質層に含まれる固体電解質と
同一または異なる固体電解質を含み、固体電解質が、そ
の前駆体を正極層あるいは負極層内に予め溶液として含
浸させ、正極層あるいは負極層の上に前記高分子固体電
解質層を載置した後、架橋させたものであることを特徴
とするポリマー二次電池を提供するものである。That is, the present invention provides a negative electrode layer containing at least a carbon material as an active material, a positive electrode layer containing at least a lithium-containing chalcogenide as an active material, and a polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrode layers. A polymer secondary battery comprising: at least one of the positive electrode layer or the negative electrode layer contains a solid electrolyte that is the same as or different from the solid electrolyte contained in the polymer solid electrolyte layer, and the solid electrolyte forms a precursor for the positive electrode layer. Alternatively, there is provided a polymer secondary battery characterized in that it is impregnated as a solution in the negative electrode layer in advance, and the polymer solid electrolyte layer is placed on the positive electrode layer or the negative electrode layer and then crosslinked. It is.
【0015】さらには、電極内部で架橋された固体電解
質と、正負極間に介在する高分子固体電解質層を構成す
る固体電解質が異なることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the solid electrolyte crosslinked inside the electrode and the solid electrolyte constituting the polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes are different.
【0016】上記構成とすることにより、従来の電池に
比べて以下の点で極めて優れたポリマー二次電池、殊に
小型・軽量電池として好適なポリマー二次電池を提供す
るものである。With the above configuration, a polymer secondary battery which is extremely excellent in the following points as compared with a conventional battery, particularly a polymer secondary battery suitable as a small and lightweight battery is provided.
【0017】1)少なくとも一方の電極が、電極上に前
記高分子固体電解質層を載置した後、予め電極内部に含
浸させた固体電解質の前駆体を架橋することにより、電
極内部の電極構成物と固体電解質の界面の接触抵抗を低
下させ、かつ正極/高分子固体電解質層/負極間に存在
する2つの接触界面の内、少なくとも一方を減らすこと
が可能となり、電池の高負荷放電時の性能劣化を抑える
ことができる。1) At least one of the electrodes is formed by mounting the polymer solid electrolyte layer on the electrode and then cross-linking a solid electrolyte precursor which has been impregnated in the electrode in advance, thereby forming an electrode structure inside the electrode. Resistance at the interface between the anode and the solid electrolyte, and at least one of the two contact interfaces existing between the positive electrode / polymer solid electrolyte layer / negative electrode can be reduced. Deterioration can be suppressed.
【0018】2)高性能、高エネルギー密度を有するこ
と。特にこの発明では、電極/固体電解質界面の接触抵
抗を低減し、高分子固体電解質層の機械的特性の向上を
図ることにより、高分子固体電解質層の膜厚を薄くで
き、それによって電池内部抵抗の低減、および電極活物
質の充填率の向上が可能となり上記目的を達成すること
ができる。2) To have high performance and high energy density. In particular, in the present invention, by reducing the contact resistance at the electrode / solid electrolyte interface and improving the mechanical properties of the polymer solid electrolyte layer, the thickness of the polymer solid electrolyte layer can be reduced, thereby reducing the internal resistance of the battery. And the filling rate of the electrode active material can be reduced, and the above object can be achieved.
【0019】3)非常に高い作業性を有すること。特に
この発明は、高分子固体電解質層と予め電極内部に含ま
せた固体電解質前駆体および電解液と共に架橋すること
により、正極/高分子固体電解質層/負極の貼り合わせ
工程の工数を低減することにより上記目的を達成するこ
とができる。3) Have very high workability. In particular, the present invention is to reduce the number of steps of a positive electrode / polymer solid electrolyte layer / negative electrode bonding step by cross-linking the polymer solid electrolyte layer with a solid electrolyte precursor and an electrolyte solution previously contained inside the electrode. Thereby, the above object can be achieved.
【0020】4)電極内部で架橋された固体電解質を、
正負極間に介在する高分子固体電解質層を構成するそれ
と異ならせることにより、電極中の固体電解質に求めら
れる特性(活物質との接着性など)と正負極間に介在す
る高分子固体電解質層に求められる特性(機械的強度、
膜形成時にフィルムをかぶせる場合にはそのフィルムと
の剥離性など)を分けて考えることが可能となり、信頼
性の高い、生産性に優れたポリマー二次電池を作製する
ことが可能となる。4) The solid electrolyte cross-linked inside the electrode is
The characteristics required for the solid electrolyte in the electrode (such as adhesion to the active material) and the polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes are different from those constituting the solid polymer electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes. Properties (mechanical strength,
When a film is covered during film formation, the peelability from the film can be considered separately, and a polymer secondary battery with high reliability and excellent productivity can be manufactured.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】この発明においては、負極活物質
がリチウムイオンの吸蔵―放出過程を利用した炭素材料
であるため、充電時にデンドライト状リチウムの析出な
どがなく、電池の短絡などが激減し、安全性が向上す
る。炭素材料としては従来より使用されている周知の材
料を使用することができ、例えば天然黒鉛、石油コーク
ス、クレゾール樹脂焼成炭素、フラン樹脂焼成炭素、ポ
リアクリロニトリル焼成炭素、気相成長炭素、メソフェ
ーズピッチ焼成炭素、結晶性の高い黒鉛の表面に非晶質
炭素層を形成した黒鉛材料などが挙げられる。それら炭
素材料の中でも、結晶性の発達した黒鉛材料は、電池の
電圧が平坦であり、エネルギー密度が大きくなり、好ま
しい。更に黒鉛材料の中でも、特に、負極活物質が表面
に非晶質炭素を付着した黒鉛粒子であるため、イオン伝
導性化合物からなる高分子固体電解質層の分解を防ぐこ
とが可能であるため、漏液がなくなり、ひいては長期信
頼性が向上する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, since the negative electrode active material is a carbon material utilizing the process of inserting and extracting lithium ions, there is no precipitation of dendritic lithium during charging, and the short circuit of the battery is greatly reduced. , Safety is improved. As the carbon material, well-known materials that have been conventionally used can be used, for example, natural graphite, petroleum coke, cresol resin fired carbon, furan resin fired carbon, polyacrylonitrile fired carbon, vapor-grown carbon, mesophase pitch fired Examples of the material include carbon and a graphite material having an amorphous carbon layer formed on the surface of graphite having high crystallinity. Among these carbon materials, graphite materials having improved crystallinity are preferable because the voltage of the battery is flat and the energy density is large. Further, among the graphite materials, in particular, since the negative electrode active material is graphite particles having amorphous carbon adhered to the surface, it is possible to prevent the decomposition of the polymer solid electrolyte layer made of the ion conductive compound. The liquid disappears and the long-term reliability is improved.
【0022】ここで、表面に非晶質炭素が付着した黒鉛
粒子は、芯材となる粒子状炭素材料(以下「芯材炭素材
料」乃至「芯材となる炭素材料」あるいは単に「芯材」
ということもある)を被覆形成用炭素材料用原料(例え
ば、タール、ピッチなどの石炭系重質油あるいは石油系
重質油;以下単に「重質油など」ともいう)に浸漬させ
た後、これを重質油などから分離するに際し、特定の手
段を採用する場合には、芯材表面がピッチで均一に覆わ
れている炭素材料を製造し得ることを見出した。そし
て、この様にして得られた二層構造の炭素材料粒子は、
球状乃至楕円体状あるいはそれに近似する形状をしてお
り、炭素結晶のエッジ部分が丸くなった様な形状をして
いることが判明した。さらに、BET法による測定の結
果、処理前の芯材炭素材料に比べて、粒子の比表面積の
値が小さくなっており、BET法による比表面積に関与
する細孔が、何らかの様式で塞がれていることも明らか
となった。Here, the graphite particles having amorphous carbon adhered to the surface thereof are made of a particulate carbon material (hereinafter referred to as “core carbon material” to “core carbon material”) or simply “core material”.
Is sometimes immersed in a raw material for a carbon material for forming a coating (for example, a coal-based heavy oil such as tar or pitch or a petroleum-based heavy oil; hereinafter, also simply referred to as “heavy oil or the like”), It has been found that, when this is separated from heavy oil or the like, when a specific means is adopted, a carbon material having a core material surface uniformly covered with a pitch can be produced. And the carbon material particles of the two-layer structure obtained in this way are:
It has been found that the carbon crystal has a spherical or ellipsoidal shape or a shape similar thereto, and that the edge portion of the carbon crystal has a round shape. Further, as a result of the measurement by the BET method, the value of the specific surface area of the particles is smaller than that of the core carbon material before the treatment, and the pores related to the specific surface area by the BET method are blocked in some manner. It became clear that it was.
【0023】この発明によれば、芯材となる炭素材料の
エッジおよび基底面の一部または全部に重質油などに由
来する炭素材料が付着するか、あるいはエッジおよび基
底面の一部または全部が該炭素材料により被覆されてお
り、ほぼ球状乃至楕円体状であることを特徴とする粒子
状被覆炭素材料が提供される。この炭素材料において
は、BET法により測定される比表面積に関与する細孔
が、重質油などに由来する炭素の付着あるいは被覆によ
り塞がれており、比表面積が5m2/g以下(好ましく
は1〜5m2/g程度)である。比表面積が5m2/gよ
り大きくなると、電解質との接触面積が広くなりイオン
伝導性化合物との副反応が起こり易くなるので好ましく
ない。According to the present invention, the carbon material derived from heavy oil or the like adheres to part or all of the edge and base surface of the carbon material serving as the core material, or part or all of the edge and base surface. Is coated with the carbon material, and has a substantially spherical or ellipsoidal shape. In this carbon material, pores related to the specific surface area measured by the BET method are closed by the adhesion or coating of carbon derived from heavy oil or the like, and the specific surface area is 5 m 2 / g or less (preferably). Is about 1 to 5 m 2 / g). If the specific surface area is more than 5 m 2 / g, the contact area with the electrolyte becomes large, and a side reaction with the ion-conductive compound tends to occur, which is not preferable.
【0024】この発明においては、芯材となる炭素材料
として、X線広角回折法による(002)面の平均面間
隔(d002)が0.335〜0.340nm、(00
2)面方向の結晶子厚み(Lc)が10nm以上(より
好ましくは、40nm以上)、(110)面方向の結晶
子厚み(La)が10nm以上(より好ましくは、50
nm以上)である結晶性の高い黒鉛材料を使用する。
(d002)が0.340nmより大きく、(Lc)およ
び(La)が10nm以下であると炭素材料の結晶性が
低く、放電容量が低くなるので好ましくない。In the present invention, as a carbon material serving as a core material, an average spacing (d 002 ) of (002) planes by X-ray wide-angle diffraction method is 0.335 to 0.340 nm, and (00)
2) The crystallite thickness (Lc) in the plane direction is 10 nm or more (more preferably, 40 nm or more), and the crystallite thickness (La) in the (110) plane direction is 10 nm or more (more preferably, 50 nm).
nm or more) is used.
If (d 002 ) is larger than 0.340 nm and (Lc) and (La) are 10 nm or less, the crystallinity of the carbon material is low and the discharge capacity is low, which is not preferable.
【0025】この発明による炭素材料においては、上記
の芯材の結晶化度に比べ、芯材表面に付着しあるいは芯
材表面を被覆しているので炭素材料(以下、被覆形成用
炭素材料ともいう)の結晶化度が低いことが特徴であ
る。In the carbon material according to the present invention, as compared with the crystallinity of the core material, the carbon material adheres to the core material surface or covers the core material surface. ) Is characterized by low crystallinity.
【0026】また、この発明による炭素材料の真比重の
値は、1.50〜2.26g/cm 3の範囲である。真
比重が1.50g/cm3より低いと電池内の負極活物
質充填率が低く、電池のエネルギー密度が低いので好ま
しくない。また真比重が2.26g/cm3より高いと
黒鉛単結晶となり、電池材料としての成形性に乏しい。The true specific gravity of the carbon material according to the present invention is
The value is 1.50 to 2.26 g / cm ThreeRange. true
Specific gravity is 1.50 g / cmThreeIf lower, the negative electrode active material in the battery
Low filling rate and low energy density of the battery
Not good. The true specific gravity is 2.26 g / cmThreeHigher
It becomes a graphite single crystal and has poor moldability as a battery material.
【0027】正極層または負極層に含まれる固体電解質
は、当該分野でイオン伝導性化合物と称される公知の化
合物をいずれも使用することができる。高分子固体電解
質では、電解質と電解質の解離を行う高分子から構成さ
れた物質、高分子にイオン解離基を持たせた物質等があ
る。電解質の解離を行う高分子として、例えば、ポリエ
チレンオキサイド誘導体あるいは該誘導体を含むポリマ
ー、ポリプロピレンオキサイド誘導体、該誘導体を含む
ポリマー、リン酸エステルポリマー等がある。また上記
のような高分子と有機溶媒を用いたゲル状の固体電解質
は、液漏れの心配のない固体電解質の特徴と、液体に近
いイオン伝導性を併せ持ち、非常に有望である。As the solid electrolyte contained in the positive electrode layer or the negative electrode layer, any known compounds referred to in the art as ion-conductive compounds can be used. Examples of the polymer solid electrolyte include a substance composed of an electrolyte and a polymer that dissociates the electrolyte, a substance having an ionic dissociating group in the polymer, and the like. Examples of the polymer that dissociates the electrolyte include a polyethylene oxide derivative or a polymer containing the derivative, a polypropylene oxide derivative, a polymer containing the derivative, and a phosphate ester polymer. The gel solid electrolyte using the polymer and the organic solvent as described above is very promising because it has the characteristics of a solid electrolyte free from liquid leakage and the ionic conductivity close to that of a liquid.
【0028】ゲル電解質の骨格となる有機化合物は、電
解質の溶媒と親和性があり、重合可能な官能基を有する
化合物であれば、特に制限はない。例えばポリエーテル
構造及び不飽和二重結合基を有するもの、オリゴエステ
ルアクリレート、ポリエステル、ポリイミン、ポリチオ
エーテル、ポリサルファン等の単独もしくは二重以上の
併用が挙げられる。なお、溶媒との親和性からポリエー
テル構造及び不飽和二重結合基を有するものが好まし
い。ポリエーテル構造単位としては、例えばエチレンオ
キシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、グリ
シジルエーテル類等が挙げられ、これらの単独又は二種
以上の組み合わせが好適に用いられる。また、二種以上
の組み合わせの場合、その形態はブロック、ランダムを
問わず適宜選択できる。更に、不飽和二重結合基として
は、例えばアリル、メタリル、アクロイル、メタロイル
基等が挙げられる。The organic compound serving as the skeleton of the gel electrolyte is not particularly limited as long as it has affinity with the solvent of the electrolyte and has a polymerizable functional group. For example, those having a polyether structure and an unsaturated double bond group, oligoester acrylates, polyesters, polyimines, polythioethers, polysulfans, etc., alone or in combination of two or more may be mentioned. Incidentally, those having a polyether structure and an unsaturated double bond group are preferred from the viewpoint of affinity with a solvent. Examples of the polyether structural unit include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, glycidyl ethers and the like, and a single or a combination of two or more thereof is suitably used. In the case of a combination of two or more, the form can be appropriately selected irrespective of block or random. Furthermore, examples of the unsaturated double bond group include allyl, methallyl, acroyl, and metalloyl groups.
【0029】また、ゲル電解質に用いる有機溶媒として
は、プロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボ
ネート(EC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボ
ネート類と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネ
ート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネ
ート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ
−バレロラクトン等のラクトン類、1,2−ジメトキシ
エタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシ
エタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキ
シド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリ
ル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられ、これらを用
いることができる。Examples of the organic solvent used for the gel electrolyte include propylene carbonate (PC), cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and butylene carbonate, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate and the like. Chain carbonates, γ-butyrolactone, γ
Lactones such as valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane, ethers such as dioxane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, methyl formate, methyl acetate, etc. And these can be used.
【0030】電解質塩として、過塩素酸リチウム(Li
ClO4)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、リンフ
ッ化リチウム(LiPF6)、6フッ化砒酸リチウム
(LiAsF6)、6フッ化アンチモン酸リチウム(L
iSbF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム
(LiCF3SO3)、トリフルオロ酢酸リチウム(Li
CF3COO)、ハロゲン化リチウム、塩化アルミン酸
リチウム(LiAiCl4)、トリフルオロメタンスル
ホン酸イミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)等の
リチウム塩が挙げられ、これらの一種以上を混合して用
いることができる。As an electrolyte salt, lithium perchlorate (Li
ClO 4), lithium borofluoride (LiBF 4), Rinfu' lithium (LiPF 6), 6 fluoride arsenate lithium (LiAsF 6), 6 lithium fluoride antimonate (L
iSbF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium trifluoroacetate (Li
Lithium salts such as CF 3 COO), lithium halide, lithium chloride aluminate (LiAiCl 4 ), and lithium imide imide trifluoromethanesulfonate (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ). Can be used.
【0031】ゲル電解質は、前記で選ばれた溶媒に電解
質塩を溶解することによって電解液を調整し、上記有機
化合物と混合し、重合させることによって得られる。The gel electrolyte is obtained by adjusting the electrolyte by dissolving the electrolyte salt in the solvent selected above, mixing with the organic compound, and polymerizing.
【0032】特に、ECかならなる溶媒にPC、GB
L、EMC、DMCあるいはDECから選ばれる1種以
上の溶媒を混合した混合有機溶媒にLi塩を溶解した有
機電解液を含むゲルであることが、表面に非晶質炭素が
付着した黒鉛系の炭素材料を活物質とする負極での分解
が少ないことから好ましい。In particular, PC, GB
L, EMC, DMC or DEC is a gel containing an organic electrolyte solution in which a Li salt is dissolved in a mixed organic solvent obtained by mixing one or more solvents selected from the group consisting of graphite and amorphous carbon. It is preferable because decomposition at a negative electrode using a carbon material as an active material is small.
【0033】ここで、イオン伝導性化合物と有機電解液
との重量比が、30:70〜2:98の範囲であること
が好ましい。イオン伝導性化合物の重量比が30よりも
高いとイオン伝導度が十分でなく、また、イオン伝導性
化合物の重量比が2よりも低いと機械的強度が十分に得
られない。また、その有機電解液中のEC成分が2〜5
5重量%であり、かつLi塩が3〜35重量%であるこ
とが、イオン伝導度が十分満足いくものであるので好ま
しい。さらには、EC成分が2〜35重量%であること
が低温におけるイオン伝導度の低下を少なくさせること
ができる。Here, the weight ratio of the ion conductive compound to the organic electrolyte is preferably in the range of 30:70 to 2:98. If the weight ratio of the ion conductive compound is higher than 30, the ion conductivity is not sufficient, and if the weight ratio of the ion conductive compound is lower than 2, sufficient mechanical strength cannot be obtained. Further, the EC component in the organic electrolytic solution is 2 to 5
It is preferable that the content is 5% by weight and the Li salt content is 3 to 35% by weight, since the ionic conductivity is sufficiently satisfactory. Further, when the EC component is 2 to 35% by weight, a decrease in ionic conductivity at a low temperature can be reduced.
【0034】この発明における、低沸点溶媒とは沸点が
100℃未満の溶媒を意味し、上記記載の電解液のなか
で、例えばプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルな
どの鎖状エステル;ジエチルカーボネ−ト(DEC)、
ジメチルカーボネ−ト(DMC)、メチルエチルカーボ
ネート(EMC)などの鎖状炭酸エステル;テトラヒド
ロフランまたはその誘導体などが挙げられる。低粘度溶
媒は電解液全体の粘度を下げ、イオン伝導度が向上する
とともに、低温での特性を向上することが可能である反
面、その揮発性が高いため、電極を貼り合わせるような
作製法をとる場合にはその表面の低沸点溶媒が揮発し、
貼り合わせ界面における界面抵抗が増大する場合があ
る。しかし、この発明の構成を採用することにより、最
表面に低沸点溶媒を含まない層を載置することが可能と
なるため、電極内部に電解液として低沸点溶媒を混合し
た固体電解質を使用することが可能となり、その特性を
十分に引き出すことが可能となる。In the present invention, the low-boiling solvent means a solvent having a boiling point of less than 100 ° C., and among the above-mentioned electrolytes, for example, a chain ester such as methyl propionate and ethyl propionate; (DEC),
Chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC) and methyl ethyl carbonate (EMC); tetrahydrofuran or derivatives thereof. A low-viscosity solvent can lower the viscosity of the entire electrolyte, improve ionic conductivity, and improve characteristics at low temperatures, but because of its high volatility, a method of bonding electrodes must be used. When it is taken, the low boiling point solvent on the surface volatilizes,
The interface resistance at the bonding interface may increase. However, by adopting the configuration of the present invention, a layer containing no low-boiling solvent can be placed on the outermost surface, so that a solid electrolyte mixed with a low-boiling solvent is used as an electrolyte inside the electrode. This makes it possible to sufficiently bring out its characteristics.
【0035】高分子固体電解質層を構成する固体電解質
としては、特に限定されることなく、当該分野で公知の
固体電解質をいずれも使用することができる。具体的に
は、上記電極に含まれる架橋された固体電解質と同じも
のをいずれも使用することができる。更に、上記に例示
したLi塩および有機溶媒を含んでいてもよい。The solid electrolyte constituting the polymer solid electrolyte layer is not particularly limited, and any solid electrolyte known in the art can be used. Specifically, any of the same cross-linked solid electrolytes as those contained in the electrodes can be used. Further, it may contain the Li salt and the organic solvent exemplified above.
【0036】また、高分子固体電解質層に含まれる固体
電解質が、電極に含まれる固体電解質と異なる場合、そ
の固体電解質の物理的な性質として、ある材料への接着
強度がある。この発明における電池系では、充放電に伴
い、活物質の体積変化がおこる。従って活物質に接して
いる固体電解質(即ち、電極に含まれる固体電解質)
は、該活物質材料との接着強度が強い材料を用いること
により、体積変化に追従し、長期信頼性を得ることが可
能となる。When the solid electrolyte contained in the polymer solid electrolyte layer is different from the solid electrolyte contained in the electrode, physical properties of the solid electrolyte include adhesive strength to a certain material. In the battery system according to the present invention, the volume of the active material changes with charge and discharge. Thus, the solid electrolyte in contact with the active material (ie, the solid electrolyte contained in the electrode)
By using a material having a strong adhesive strength to the active material, it is possible to follow a volume change and obtain long-term reliability.
【0037】一方、製造工程上、高分子固体電解質層用
の固体電解質を硬化するにあたり、表面に剥離性のフィ
ルムなどを用いる場合には、そのフィルムとの接着強度
が高いと、剥離する場合に問題を引き起こし、生産性を
著しく低下させるといった問題がおこる。この発明にお
いて、ある物質に対して、「電極内部の固体電解質の接
着強度>正負極間に介在する高分子固体電解質層に用い
る固体電解質の接着強度」の関係を満たす固体電解質を
採用することにより、長期信頼性の高い電池を得ること
ができる。On the other hand, in the production process, when the solid electrolyte for the polymer solid electrolyte layer is cured, when a releasable film or the like is used on the surface, if the adhesive strength with the film is high, it is difficult to remove the solid electrolyte. This can cause problems and significantly reduce productivity. In the present invention, by adopting a solid electrolyte that satisfies the relationship of “the adhesive strength of the solid electrolyte inside the electrode> the adhesive strength of the solid electrolyte used for the polymer solid electrolyte layer interposed between the positive electrode and the negative electrode” for a certain substance. , And a battery with high long-term reliability can be obtained.
【0038】つまり、電極中の固体電解質は活物質材料
と強い接着性を有し、充放電に伴う体積変化に追従し、
正負極間に介在する高分子固体電解質層に用いる固体電
解質には、接着強度の弱い材料を用いることによって、
表面にかぶせるフィルムなどの剥離性を向上させること
によって生産性を上げることが可能となる。ここで、あ
る物質とは便宜上ポリエチレン性のフィルムなどを意味
する。That is, the solid electrolyte in the electrode has a strong adhesiveness to the active material and follows the volume change due to charge and discharge.
The solid electrolyte used for the polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrodes, by using a material with low adhesive strength,
Productivity can be increased by improving the releasability of a film or the like over the surface. Here, a certain substance means a polyethylene film or the like for convenience.
【0039】高分子固体電解質層には繊維状(織布状ま
たは不織布状)の有機化合物が含まれていてもよい。こ
の化合物は、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維あ
るいはポリエステル繊維の少なくとも1種であれば、有
機溶媒に対する安定性が高くなる。また、これら繊維状
有機化合物は透気度が1〜500sec/cm3の物性
を有する不織布である。透気度が1sec/cm3より
低いとイオン伝導度が十分に得られず、500sec/
cm3よりも高いと機械的強度が十分でなく、電池の短
絡を引き起こしやすいので好ましくない。さらに、電解
質層を構成するイオン伝導性化合物と繊維状有機化合物
の重量比率が91:9〜50:50の範囲が適当であ
る。イオン伝導性化合物の重量比率が91よりも高いと
機械的強度が十分に得られず、50よりも低いとイオン
伝導度が十分に得られないので好ましくない。The polymer solid electrolyte layer may contain a fibrous (woven or non-woven) organic compound. When this compound is at least one of a polypropylene fiber, a polyethylene fiber and a polyester fiber, the stability to an organic solvent is increased. These fibrous organic compounds are nonwoven fabrics having physical properties of air permeability of 1 to 500 sec / cm 3 . If the air permeability is lower than 1 sec / cm 3 , sufficient ionic conductivity cannot be obtained, and 500 sec / cm 3
If it is higher than cm 3 , the mechanical strength is not sufficient and a short circuit of the battery is easily caused, which is not preferable. Further, the weight ratio of the ion conductive compound and the fibrous organic compound constituting the electrolyte layer is suitably in the range of 91: 9 to 50:50. If the weight ratio of the ion conductive compound is higher than 91, sufficient mechanical strength cannot be obtained, and if it is lower than 50, sufficient ion conductivity cannot be obtained, which is not preferable.
【0040】高分子固体電解質層および電極内の固体電
解質の前駆体の架橋方法としては、紫外線、電子線、可
視光などの光エネルギーを用いる方法、加熱による方法
を用いることができる。必要であれば重合開始剤を用い
ることも重要である。特に紫外線あるいは加熱による架
橋方法においては、数%以下の重合開始剤を加えること
が好ましい。重合開始剤としては、2,2−ジメトキシ
−2−フェニルアセトフェノン(DMPA)、ベンゾイ
ルパーオキシド(BPO)などの市販品を用いることが
できる。また、紫外線の波長は250〜360nmが適
当である。As a method for crosslinking the solid electrolyte precursor in the polymer solid electrolyte layer and the electrode, a method using light energy such as ultraviolet rays, an electron beam, and visible light, and a method using heating can be used. It is also important to use a polymerization initiator if necessary. In particular, in a crosslinking method using ultraviolet light or heating, it is preferable to add a few percent or less of a polymerization initiator. As the polymerization initiator, commercially available products such as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) and benzoyl peroxide (BPO) can be used. The wavelength of the ultraviolet light is suitably from 250 to 360 nm.
【0041】上記方法で高分子固体電解質層を形成した
後、その上に予め電極内部に固体電解質前駆体と必要で
あれば電解液を含ませた正極層および/または負極層上
に載置し、架橋することが好ましい。この方法により、
電極内部にイオン伝導度の高い低粘度溶媒を含ませても
上から高分子固体電解質層が蓋をすることになり、低粘
度溶媒の揮発が抑えることができる。したがって、電極
内部の抵抗が低下し高負荷時にも優れた特性を有するポ
リマー二次電池を作製することができる。また、電極内
部のポリマー濃度も高分子固体電解質層のそれよりも下
げても液漏れが起こらず、内部抵抗の低いポリマー二次
電池を作製することができる。After the polymer solid electrolyte layer is formed by the above-mentioned method, the polymer solid electrolyte layer is placed on the positive electrode layer and / or the negative electrode layer containing a solid electrolyte precursor and, if necessary, an electrolytic solution inside the electrode. It is preferable to crosslink. In this way,
Even if a low-viscosity solvent having high ionic conductivity is contained in the electrode, the polymer solid electrolyte layer will cover the electrode from above, so that volatilization of the low-viscosity solvent can be suppressed. Therefore, it is possible to manufacture a polymer secondary battery in which the resistance inside the electrode is reduced and which has excellent characteristics even under a high load. Also, even if the polymer concentration inside the electrode is lower than that of the polymer solid electrolyte layer, no liquid leakage occurs, and a polymer secondary battery with low internal resistance can be manufactured.
【0042】正極活物質は、リチウムを含有するカルコ
ゲン化物が最初の充電で必要な炭素負極へのリチウム挿
入反応のリチウム源を予め有していることから好まし
い。特に、リチウムを含有する金属酸化物がその充放電
電位が高いため、高エネルギー密度の電池を構成するこ
とが可能である。例えば、LiCoO2、LiNiO2、
LiMnO2、LiMn2O4あるいはLiCoxNi1-x
O2(0<x<1)が挙げられるがこれに限定されるもの
ではない。The positive electrode active material is preferable because the chalcogenide containing lithium has a lithium source for the lithium insertion reaction into the carbon negative electrode required for the first charge. In particular, since a metal oxide containing lithium has a high charge / discharge potential, a battery with high energy density can be formed. For example, LiCoO 2 , LiNiO 2 ,
LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 or LiCo x Ni 1-x
O 2 (0 <x <1), but is not limited thereto.
【0043】また、上記正極層、負極層を作製する時、
均一な混合分散系塗布液(ペースト)を得る目的や、正
極層、負極層の各種特性(放電特性ならびに充放電サイ
クル特性など)を向上させる目的のために、適宜結着材
や導電材を加えることができる。When producing the above-mentioned positive electrode layer and negative electrode layer,
For the purpose of obtaining a uniform mixed-dispersed coating solution (paste) and for the purpose of improving various characteristics (such as discharge characteristics and charge / discharge cycle characteristics) of the positive electrode layer and the negative electrode layer, a binder or a conductive material is appropriately added. be able to.
【0044】結着材を用いる場合には、熱可塑性樹脂お
よび弾性を有するポリマーを溶媒に溶解させた結着材溶
液に、電極活物質や、場合によっては上記イオン伝導性
化合物などを分散させたものを塗布液として用いる方法
が挙げられる。When a binder is used, an electrode active material and, in some cases, the above-mentioned ion-conductive compound are dispersed in a binder solution in which a thermoplastic resin and an elastic polymer are dissolved in a solvent. A method of using the composition as a coating liquid is exemplified.
【0045】上記結着材の一例を示すと以下のようなも
のが挙げられる。すなわち、アクリロニトリル、メタク
リロニトリル、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、クロ
ロプレン、ビニルピロリドン、ビニルピリジン、スチレ
ンおよびその誘導体、塩化ビニリデン、エチレン、プロ
ピレン、ジエン類(例えば、シクロペンタジエン、1,
3−シクロヘキサジエン、ブタジエンなど)などの化合
物の重合体および上記化合物の共重合体などが挙げられ
る。具体例としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ
化ビニリデン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンタ−ポ
リマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブ
タジエンゴムなどである。Examples of the binder include the following. That is, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinylidene fluoride, vinyl fluoride, chloroprene, vinylpyrrolidone, vinylpyridine, styrene and its derivatives, vinylidene chloride, ethylene, propylene, dienes (for example, cyclopentadiene, 1,
Examples thereof include polymers of compounds such as 3-cyclohexadiene and butadiene) and copolymers of the above compounds. Specific examples include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylpyrrolidone, polyethylene,
Examples include polypropylene, ethylene-propylene-diene-polymer (EPDM), sulfonated EPDM, and styrene-butadiene rubber.
【0046】導電材は、各電極の電池反応を阻害せず、
化学反応を起こさない電子伝導性材料が望ましい。一般
的には、人造黒鉛、天然黒鉛(鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛な
ど)、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチ
ェンブラック、炭素繊維や金属粉末、導電性金属酸化物
などの導電材料を、正極および負極形成用の合材内に混
合して、電子伝導性の向上を図ることができる。The conductive material does not inhibit the battery reaction of each electrode,
An electron conductive material that does not cause a chemical reaction is desirable. Generally, conductive materials such as artificial graphite, natural graphite (such as flaky graphite and flaky graphite), carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, metal powder, and conductive metal oxide are used for the positive electrode and the negative electrode. It can be mixed in a mixture for formation to improve electron conductivity.
【0047】結着材の添加量については特に限定されな
いが、電極中の結着材の量が1〜25重量%の範囲が好
ましい。導電材の添加量については、これも特に限定は
されないが、電極中の導電材の量が2〜15重量%の範
囲が好ましい。The amount of the binder added is not particularly limited, but the amount of the binder in the electrode is preferably in the range of 1 to 25% by weight. The amount of the conductive material is not particularly limited, but the amount of the conductive material in the electrode is preferably in the range of 2 to 15% by weight.
【0048】正極層および負極層を、正極集電体上およ
び負極集電体上に形成する方法については、例えば、ア
プリケータロールなどのロールコーティング、ドクター
ブレード法、スピンコーティング、バーコーダ−などの
手段を用いて均一な厚み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。なお、これらの手段
を用いた場合、電解質層および集電体と接触する電極活
物質の実表面積を増加させることが可能である。このこ
とにより、用途に応じた厚みおよび形状に配置すること
ができる。The method for forming the positive electrode layer and the negative electrode layer on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes, for example, means such as roll coating using an applicator roll, a doctor blade method, spin coating, and a bar coder. It is desirable to apply a uniform thickness using
It is not limited to these. In addition, when these means are used, it is possible to increase the actual surface area of the electrode active material in contact with the electrolyte layer and the current collector. As a result, they can be arranged in a thickness and shape according to the application.
【0049】正極集電板としては、アルミニウム、ステ
ンレス、チタン、銅などの材料が、また、負極集電板と
しては、ステンレス、鉄、ニッケル、銅などの材料が好
ましいが、これらに特に限定するものではない。また、
その形態は箔、メッシュ、エキスパンドメタル、ラス
体、多孔体あるいは樹脂フィルムに電子伝導材をコート
したものなどが挙げられるがこれらに限定されるもので
はない。Materials such as aluminum, stainless steel, titanium, and copper are preferable for the positive electrode current collector plate, and materials such as stainless steel, iron, nickel, and copper are preferable for the negative electrode current collector plate. Not something. Also,
Examples of the form include, but are not limited to, foil, mesh, expanded metal, lath, porous body, and resin film coated with an electron conductive material.
【0050】上記電池の形状は、円筒型、コイン型、フ
ィルム型、カード型などがあるがこれらに限定されるも
のではない。また、外装材としては金属、Alラミネー
ト樹脂などが挙げられる。The shape of the battery includes a cylindrical type, a coin type, a film type, a card type and the like, but is not limited thereto. Further, as the exterior material, metal, Al laminate resin, and the like can be given.
【0051】[0051]
【実施例】以下、この発明を実施例により具体的に説明
するが、この発明はこれらに限定されるものではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【0052】以下のすべての実施例および比較例で使用
するイオン伝導性化合物の前駆体を波長365nmの紫
外線により架橋する際、開始剤DMPAを前駆体の0.
1重量%の割合で使用した。When the precursor of the ion-conductive compound used in all of the following Examples and Comparative Examples is crosslinked with ultraviolet light having a wavelength of 365 nm, the initiator DMPA is added to the precursor at 0.1.
1% by weight was used.
【0053】また、この発明で作製した電池の概略構成
説明図を図1および図2にそれぞれ示す。FIGS. 1 and 2 are schematic structural explanatory views of a battery manufactured according to the present invention.
【0054】まず、図1および図2において、ポリマー
二次電池8は、正極5と、電解質層6と、負極7と、こ
れらの外装材4とから主としてなる。なお、1は負極7
の端子、2は正極5の端子、3は外装材4のシール部で
ある。更に、図3に電極および高分子固体電解質層の断
面の概略拡大図を示す。図中、9は高分子固体電解質
層、10は電極中の固体電解質、11は活物質、12は
集電体である。First, in FIG. 1 and FIG. 2, the polymer secondary battery 8 mainly comprises a positive electrode 5, an electrolyte layer 6, a negative electrode 7, and these package members 4. 1 is the negative electrode 7
Reference numeral 2 denotes a terminal of the positive electrode 5, and 3 denotes a sealing portion of the exterior material 4. FIG. 3 is a schematic enlarged view of a cross section of the electrode and the solid polymer electrolyte layer. In the figure, 9 is a polymer solid electrolyte layer, 10 is a solid electrolyte in an electrode, 11 is an active material, and 12 is a current collector.
【0055】(実施例1)X線広角回折法による(d
002)=0.336nm、(Lc)=100nm、(L
a)=97nmでBET法による比表面積が2m2/
g、平均粒径10μmである表面非晶質黒鉛の粉末に、
結着材としてポリフッ化ビリニデン(PVDF)を9重
量%混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を
加えて混合溶解して得たペーストを厚さ20μmの圧延
銅箔にコーティングし、乾燥およびプレス後、負極を得
た。この電極面積は9cm2、厚さ85μmであった。(Example 1) (d) Wide-angle X-ray diffraction method
002 ) = 0.336 nm, (Lc) = 100 nm, (L
a) = 97 nm, BET specific surface area of 2 m 2 /
g, powder of surface amorphous graphite having an average particle size of 10 μm,
A paste obtained by mixing 9 wt% of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, adding N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and mixing and dissolving is coated on a rolled copper foil having a thickness of 20 μm, and dried. After pressing and pressing, a negative electrode was obtained. The electrode area was 9 cm 2 and the thickness was 85 μm.
【0056】平均粒径7μmのLiCoO2粉末に、結
着材としてPVDFを7重量%と、導電材として平均粒
径2μmのアセチレンブラック5重量%とを混合し、N
MPを加えて混合溶解して得たペーストを厚さ20μm
の圧延アルミ箔にコーティングし、乾燥およびプレス
後、正極を得た。この正極面積は9cm2、厚さ80μ
mであった。7% by weight of PVDF as a binder and 5% by weight of acetylene black having an average particle size of 2 μm as a binder were mixed with LiCoO 2 powder having an average particle size of 7 μm.
The paste obtained by mixing and dissolving MP is 20 μm thick.
, And dried and pressed to obtain a positive electrode. The area of the positive electrode is 9 cm 2 and the thickness is 80 μm.
m.
【0057】高分子固体電解質層の支持体として、ポリ
エステル製の不織布で、透気度380sec/cm3、
面積10cm2、厚さ20μmのものに、固体電解質前
駆体として、LiBF4をエチレンカーボネート(以下
EC)とジエチルカーボネート(以下DEC)の1:1
(体積比)の溶媒に13重量%になるように溶解した電
解液50gに、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレ
ンオキシド共重合体ジアクリレート(平均分子量500
0)10gを溶解し、該前駆体を不織布内部まで浸透さ
せるため減圧下で15分間放置した。そして38mW/
cm2の強度で紫外線を2分間照射した。この時の固体
電解質と繊維状有機化合物との重量比は90:10であ
った。As a support for the solid polymer electrolyte layer, a nonwoven fabric made of polyester, having an air permeability of 380 sec / cm 3 ,
LiBF 4 was used as a solid electrolyte precursor in an area of 10 cm 2 and a thickness of 20 μm, in which 1: 1 ethylene carbonate (hereinafter referred to as EC) and diethyl carbonate (hereinafter referred to as DEC) were used.
In 50 g of an electrolytic solution dissolved in a solvent (volume ratio) to 13% by weight, polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 500
0) 10 g was dissolved, and the precursor was left under reduced pressure for 15 minutes to penetrate into the nonwoven fabric. And 38mW /
Ultraviolet rays were irradiated for 2 minutes at an intensity of cm 2 . At this time, the weight ratio between the solid electrolyte and the fibrous organic compound was 90:10.
【0058】正極層については、まずLiBF4をPC
とEMCの混合溶媒(PC含有率35重量%)に13重
量%になるように溶解した電解液を調製し、その電解液
と、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレンオキシド
共重合体ジアクリレート(平均分子量5000)とポリ
エチレンオキサイド・ポリプロピレンオキシド共重合体
アクリレート(平均分子量500)の等重量混合物を重
量比で95:5になるように調製した。その後、減圧下
で5分間正極を放置し、それに電解液と前駆体混合物と
の混合溶液を注液し、さらに15分間放置した。For the positive electrode layer, first, LiBF 4 was added to PC
And an EMC solution prepared by dissolving 13% by weight in a mixed solvent of EMC (PC content: 35% by weight), the electrolyte solution, and polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 5000) An equal weight mixture of polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer acrylate (average molecular weight 500) was prepared so as to have a weight ratio of 95: 5. Thereafter, the positive electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolyte solution and a precursor mixture was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0059】そして、その正極上に高分子固体電解質層
を載置して、38mW/cm2の強度で紫外線を2分間
照射することで正極層を得た。その時の正極層と高分子
固体電解質層との合計厚さは100μmであった。Then, a polymer solid electrolyte layer was placed on the positive electrode, and irradiated with ultraviolet rays at an intensity of 38 mW / cm 2 for 2 minutes to obtain a positive electrode layer. At that time, the total thickness of the positive electrode layer and the solid polymer electrolyte layer was 100 μm.
【0060】負極層については、まずLiBF4をEC
とGBLの混合溶媒(EC含有率35重量%)に13重
量%になるように溶解した電解液を調製し、その電解液
と、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレンオキシド
共重合体ジアクリレート(平均分子量5000)を重量
比で90:10になるように調製した。その後、減圧下
で5分間負極を放置し、それに電解液と前駆体との混合
液を注液し、さらに15分間放置した。As for the negative electrode layer, first, LiBF 4 was subjected to EC
And a GBL mixed solvent (EC content 35% by weight) was dissolved to prepare 13% by weight of an electrolytic solution, and the electrolytic solution and a polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight 5000) were prepared. It was prepared so as to have a weight ratio of 90:10. Thereafter, the negative electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolytic solution and a precursor was poured into the negative electrode, and further allowed to stand for 15 minutes.
【0061】そして、その負極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで負極層を得
た。その時の負極層の厚さは85μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the negative electrode
A negative electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the negative electrode layer was 85 μm.
【0062】このようにして得られた正極層と高分子固
体電解質層との複合体と、負極層とを貼り合わせ、高分
子固体電解質を用いた電池を作製した。The thus obtained composite of the positive electrode layer and the solid polymer electrolyte layer was bonded to the negative electrode layer to produce a battery using the solid polymer electrolyte.
【0063】(比較例1)正極、負極および高分子固体
電解質層は実施例1で用いたものと同じものを使用し
た。Comparative Example 1 The same positive electrode, negative electrode and polymer solid electrolyte layer as those used in Example 1 were used.
【0064】正極層については、まずLiBF4をPC
に13重量%になるように溶解した電解液を調製し、そ
の電解液と、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレン
オキシド共重合体ジアクリレート(平均分子量500
0)とポリエチレンオキサイド・ポリプロピレンオキシ
ド共重合体アクリレート(平均分子量500)の等重量
混合物を重量比で90:10になるように調製した。そ
の後、減圧下で5分間正極を放置し、それに電解液と前
駆体混合物との混合溶液を注液し、さらに15分間放置
した。For the positive electrode layer, first, LiBF 4 was added to PC
An electrolyte solution was prepared by dissolving the solution in an amount of 13% by weight in water, and the electrolyte solution was mixed with a polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 500
0) and an equal weight mixture of a polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer acrylate (average molecular weight 500) were prepared in a weight ratio of 90:10. Thereafter, the positive electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolyte solution and a precursor mixture was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0065】そして、その正極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで正極層を得
た。その時の正極層の厚さは80μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the positive electrode
A positive electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the positive electrode layer was 80 μm.
【0066】負極層については、まずLiBF4をEC
とGBLの混合溶媒(EC含有率35重量%)に13重
量%になるように溶解した電解液を調製し、その電解液
と、固体電解質の前駆体であるポリエチレンオキサイド
・ポリプロピレンオキシド共重合体ジアクリレート(平
均分子量5000)を重量比で90:10になるように
調製した。その後、減圧下で5分間負極を放置し、それ
に電解液と前駆体との混合溶液を注液し、さらに15分
間放置した。For the negative electrode layer, first, LiBF 4 was added to EC
And a GBL mixed solvent (EC content 35% by weight) dissolved in an amount of 13% by weight to prepare an electrolyte solution, and the electrolyte solution and a polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer, which is a precursor of a solid electrolyte. Acrylate (average molecular weight 5000) was prepared to be 90:10 by weight. Thereafter, the negative electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolytic solution and a precursor was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0067】そして、その負極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで負極層を得
た。その時の負極層の厚さは85μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the negative electrode.
A negative electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the negative electrode layer was 85 μm.
【0068】このようにして得られた正極層と高分子固
体電解質層と負極層とを逐次貼り合わせ、高分子固体電
解質を用いた電池を作製した。The positive electrode layer, the solid polymer electrolyte layer, and the negative electrode layer thus obtained were successively bonded to each other to produce a battery using the solid polymer electrolyte.
【0069】(実施例2)正極および負極は実施例1で
用いたものと同じものを使用した。(Example 2) The same positive and negative electrodes as those used in Example 1 were used.
【0070】高分子固体電解質層については、まずLi
PF6をECとGBLの混合溶媒(EC含有率35重量
%)に13重量%になるように溶解した電解液を調製
し、その電解液と、固体電解質の前駆体であるポリエチ
レンオキサイド・ポリプロピレンオキシド共重合体ジア
クリレート(平均分子量5000)を重量比で90:1
0になるように調製した。その混合溶液を、透気度38
0sec/cm3、面積10cm2、厚さ20μmのポリ
エルテル製の不織布に浸漬し、前駆体を不織布内部まで
浸透させるため減圧下で15分間放置した。そして38
mW/cm2の強度で紫外線を2分間照射した。この時
の固体電解質と繊維状有機化合物との重量比は90:1
0であった。Regarding the polymer solid electrolyte layer, first, Li
An electrolytic solution was prepared by dissolving PF 6 in a mixed solvent of EC and GBL (EC content: 35% by weight) so as to have a concentration of 13% by weight. The electrolytic solution was mixed with polyethylene oxide / polypropylene oxide as a solid electrolyte precursor. The copolymer diacrylate (average molecular weight 5000) was added in a weight ratio of 90: 1.
It was adjusted to be 0. The mixed solution is allowed to have an air permeability of 38.
It was immersed in a non-woven fabric made of polyether having a thickness of 0 sec / cm 3 , an area of 10 cm 2 and a thickness of 20 μm, and allowed to stand under reduced pressure for 15 minutes in order to allow the precursor to penetrate inside the non-woven fabric. And 38
Ultraviolet rays were irradiated at an intensity of mW / cm 2 for 2 minutes. At this time, the weight ratio between the solid electrolyte and the fibrous organic compound is 90: 1.
It was 0.
【0071】正極層については、まずLiPF6をPC
に13重量%になるように溶解した電解液を調製し、そ
の電解液と、固体電解質の前駆体であるポリエチレンオ
キサイド・ポリプロピレンオキシド共重合体ジアクリレ
ート(平均分子量5000)を重量比で90:10にな
るように調製した。その後、減圧下で5分間正極を放置
し、それに電解液と前駆体混合物との混合溶液を注液
し、さらに15分間放置した。For the positive electrode layer, first, LiPF 6 was added to PC
An electrolyte solution was prepared by dissolving it in a concentration of 13% by weight, and the electrolyte solution and a precursor of the solid electrolyte, polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 5000), were added in a weight ratio of 90:10. Was prepared. Thereafter, the positive electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolyte solution and a precursor mixture was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0072】そして、その正極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで正極層を得
た。その時の正極層の厚さは80μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the positive electrode
A positive electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the positive electrode layer was 80 μm.
【0073】負極層については、まずLiPF6をE
C、PCおよびEMCの混合溶媒(EC:35重量%、
PC:17重量%、EMC:35重量%)に13重量%
になるように溶解した電解液を調製し、その電解液と、
ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレンオキシド共重
合体ジアクリレート(平均分子量7000)とポリエチ
レンオキサイド・ポリプロピレンオキシド共重合体アク
リレート(平均分子量2000)の等重量混合物を重量
比で95:5になるように調製した。その後、減圧下で
5分間負極を放置し、それに電解液と前駆体との混合溶
液を注液し、さらに15分間放置した。For the negative electrode layer, first, LiPF 6 was added to E
C, a mixed solvent of PC and EMC (EC: 35% by weight,
13% by weight in PC: 17% by weight, EMC: 35% by weight)
Prepare a dissolved electrolyte so as to become, and the electrolyte,
An equal weight mixture of polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight 7000) and polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer acrylate (average molecular weight 2000) was prepared in a weight ratio of 95: 5. Thereafter, the negative electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolytic solution and a precursor was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0074】そして、その負極上に高分子固体電解質層
を載置して、38mW/cm2の強度で紫外線を2分間
照射することで負極層を得た。その時の負極層と高分子
固体電解質層との合計厚さは105μmであった。Then, a polymer solid electrolyte layer was placed on the negative electrode, and irradiated with ultraviolet rays at an intensity of 38 mW / cm 2 for 2 minutes to obtain a negative electrode layer. At that time, the total thickness of the negative electrode layer and the solid polymer electrolyte layer was 105 μm.
【0075】このようにして得られた正極層と、負極層
と高分子固体電解質層との複合体とを貼り合わせ、高分
子固体電解質を用いた電池を作製した。The positive electrode layer thus obtained was bonded to a composite of the negative electrode layer and the solid polymer electrolyte layer to produce a battery using the solid polymer electrolyte.
【0076】(比較例2)正極、負極および高分子固体
電解質層は実施例2で用いたものと同じものを使用し
た。Comparative Example 2 The same positive electrode, negative electrode and polymer solid electrolyte layer as those used in Example 2 were used.
【0077】正極層については、まずLiPF6をPC
に13重量%になるように溶解した電解液を調製し、そ
の電解液と、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレン
オキシド共重合体ジアクリレート(平均分子量500
0)を重量比で90:10になるように調製した。その
後、減圧下で5分間正極を放置し、それに電解液と前駆
体混合物との混合溶液を注液し、さらに15分間放置し
た。For the positive electrode layer, first, LiPF 6 was added to PC
An electrolyte solution was prepared by dissolving the solution in an amount of 13% by weight in water, and the electrolyte solution was mixed with a polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 500
0) was prepared in a weight ratio of 90:10. Thereafter, the positive electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolyte solution and a precursor mixture was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0078】そして、その正極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで正極層を得
た。その時の正極層の厚さは80μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the positive electrode
A positive electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the positive electrode layer was 80 μm.
【0079】負極層については、まずLiPF6をEC
およびPCの混合溶媒(EC:60重量%、PC:27
重量%)に13重量%になるように溶解した電解液を調
製し、その電解液と、ポリエチレンオキサイド・ポリプ
ロピレンオキシド共重合体ジアクリレート(平均分子量
7000)とポリエチレンオキサイド・ポリプロピレン
オキシド共重合体アクリレート(平均分子量2000)
の等重量混合物を重量比で90:10になるように調製
した。その後、減圧下で5分間負極を放置し、それに電
解液と前駆体との混合溶液を注液し、さらに15分間放
置した。For the negative electrode layer, first, LiPF 6 was
And a mixed solvent of PC (EC: 60% by weight, PC: 27
(% By weight) to prepare an electrolytic solution dissolved to 13% by weight, and the electrolytic solution, polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer diacrylate (average molecular weight: 7000) and polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer acrylate ( Average molecular weight 2000)
Was prepared in a weight ratio of 90:10. Thereafter, the negative electrode was allowed to stand under reduced pressure for 5 minutes, and a mixed solution of an electrolytic solution and a precursor was poured therein, and the mixture was allowed to stand for another 15 minutes.
【0080】そして、その負極の上から38mW/cm
2の強度で紫外線を2分間照射することで負極層を得
た。その時の負極層の厚さは85μmであった。Then, 38 mW / cm from the top of the negative electrode.
A negative electrode layer was obtained by irradiating ultraviolet rays at an intensity of 2 for 2 minutes. At that time, the thickness of the negative electrode layer was 85 μm.
【0081】このようにして得られた正極層と高分子固
体電解質層と負極層とを逐次貼り合わせ、高分子固体電
解質を用いた電池を作製した。The positive electrode layer, the solid polymer electrolyte layer, and the negative electrode layer thus obtained were successively bonded to each other to produce a battery using the solid polymer electrolyte.
【0082】(実施例3)X線広角回折法による(d
002)=0.337nm、(Lc)=100nm、(L
a)=100nmでBET法による比表面積が10m2
/gである人造黒鉛粉末に、結着材としてPVDFを9
重量%混合し、NMPを加えて混合溶解して得たペース
トを厚さ20μmの圧延銅箔にコーティングし、乾燥お
よびプレス後、負極を得た。この電極面積は9cm2、
厚さ85μmであった。Example 3 (d) Wide-angle X-ray Diffraction
002 ) = 0.337 nm, (Lc) = 100 nm, (L
a) = 100 nm, specific surface area by BET method is 10 m 2
/ G of artificial graphite powder with PVDF as binder
The paste obtained by mixing by weight%, adding NMP and mixing and dissolving was coated on a rolled copper foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed to obtain a negative electrode. This electrode area is 9cm 2 ,
The thickness was 85 μm.
【0083】上記負極を用いること以外は、実施例2と
同様にして高分子固体電解質を用いた電池を作製した。A battery using a solid polymer electrolyte was prepared in the same manner as in Example 2 except that the above-mentioned negative electrode was used.
【0084】実施例1〜3、比較例1と2の電池を定電
流2.3mAで電池電圧4.1Vになるまで充電し、
4.1Vに到達後、定電圧で前充電時間12時間充電し
た。放電は各定電流2.3mA、5mA、10mA、2
0mAで電池電圧2.75Vになるまで充電した。この
条件での各放電電流値に対する放電容量の結果を図4に
示す。The batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a constant current of 2.3 mA until the battery voltage reached 4.1 V.
After reaching 4.1 V, the battery was charged at a constant voltage for a precharge time of 12 hours. Discharge was performed at a constant current of 2.3 mA, 5 mA, 10 mA,
The battery was charged at 0 mA until the battery voltage reached 2.75 V. FIG. 4 shows the results of the discharge capacity for each discharge current value under this condition.
【0085】実施例1と比較例1、実施例2と比較例2
の結果からも明らかなように、予め用意しておいた高分
子固体電解質層を正極または/および負極上に載置した
後、電極中の固体電解質の前駆体を架橋する方が、電極
内部に低粘度溶媒を使用することが可能となり、かつ、
電極/高分子固体電解質層界面の数も減らすことが可能
となり、電池の内部抵抗を低減することができ、電池の
高負荷特性が向上することが判明した。Example 1 and Comparative Example 1, Example 2 and Comparative Example 2
As is clear from the results of above, after placing the prepared polymer solid electrolyte layer on the positive electrode and / or the negative electrode, it is better to crosslink the solid electrolyte precursor in the electrode. It is possible to use a low-viscosity solvent, and
It has been found that the number of electrode / polymer solid electrolyte layer interfaces can be reduced, the internal resistance of the battery can be reduced, and the high load characteristics of the battery can be improved.
【0086】また、実施例2と実施例3の電池を定電流
2.3mAで電池電圧4.1Vになるまで充電し、4.
1Vに到達後、定電圧で前充電時間12時間充電した。
放電は定電流2.3mAで電池電圧2.75Vになるま
で放電した。この充放電条件でサイクル特性を評価し
た。その結果を図5に示す。The batteries of Examples 2 and 3 were charged at a constant current of 2.3 mA until the battery voltage reached 4.1 V.
After reaching 1 V, the battery was charged at a constant voltage for a precharge time of 12 hours.
The battery was discharged at a constant current of 2.3 mA until the battery voltage reached 2.75 V. The cycle characteristics were evaluated under these charge and discharge conditions. The result is shown in FIG.
【0087】この結果および図5より、表面非晶質炭素
材料を負極に用いた電池の方が電解質層中のイオン伝導
性化合物の分解を抑え、負極/電解質層界面の破壊が抑
えられることによりサイクル特性に優れた電池を作製で
きることが判明した。From this result and FIG. 5, it can be seen that the battery using the surface amorphous carbon material for the negative electrode suppresses the decomposition of the ion conductive compound in the electrolyte layer and suppresses the destruction of the negative electrode / electrolyte layer interface. It has been found that a battery having excellent cycle characteristics can be manufactured.
【0088】[0088]
【発明の効果】少なくとも炭素材料を活物質とする負極
層と、少なくともリチウムを含有するカルコゲン化物を
活物質とする正極層と、前記正負極層間に介在する高分
子固体電解質層とを備えたポリマー二次電池であって、
少なくとも正極層あるいは負極層の一方が、高分子固体
電解質層に含まれる固体電解質と同一または異なる固体
電解質を含み、固体電解質が、その前駆体を正極層ある
いは負極層内に予め溶液として含浸させ、正極層あるい
は負極層の上に前記高分子固体電解質層を載置した後、
架橋させたものであることで、電池内部の抵抗を低減す
ることが可能となり、高負荷特性に優れたポリマー二次
電池を提供することができる。According to the present invention, there is provided a polymer comprising a negative electrode layer containing at least a carbon material as an active material, a positive electrode layer containing at least a lithium-containing chalcogenide as an active material, and a solid polymer electrolyte layer interposed between the positive and negative electrode layers. A secondary battery,
At least one of the positive electrode layer or the negative electrode layer contains the same or a different solid electrolyte as the solid electrolyte contained in the polymer solid electrolyte layer, and the solid electrolyte is impregnated with a precursor thereof as a solution in the positive electrode layer or the negative electrode layer in advance, After placing the polymer solid electrolyte layer on the positive electrode layer or the negative electrode layer,
By being crosslinked, the resistance inside the battery can be reduced, and a polymer secondary battery excellent in high load characteristics can be provided.
【0089】さらにこの発明によれば、低沸点溶媒を含
有するゲル状の固体電解質を使用することが可能とな
り、電池内部の抵抗が低減でき、高負荷特性に優れたポ
リマー二次電池を提供することができる。Further, according to the present invention, it is possible to use a gelled solid electrolyte containing a low-boiling-point solvent, to provide a polymer secondary battery which can reduce the internal resistance of the battery and have excellent high-load characteristics. be able to.
【0090】また、この発明によれば、予め電極内部に
含ませた固体電解質のポリマー濃度を電解質層のポリマ
ー濃度より低くすることが可能となり、電池内部の抵抗
を低減できるだけでなく、充放電に伴う電極の体積変化
に追従できる固体電解質を構成することができ、サイク
ル特性に優れたポリマー二次電池を提供することができ
る。Further, according to the present invention, the polymer concentration of the solid electrolyte previously contained in the electrode can be made lower than the polymer concentration of the electrolyte layer, so that not only the resistance inside the battery but also the charge and discharge can be reduced. It is possible to configure a solid electrolyte that can follow the accompanying volume change of the electrode, and it is possible to provide a polymer secondary battery having excellent cycle characteristics.
【0091】この発明によれば、負極活物質が黒鉛粒子
の表面に非晶質炭素を付着させたものであるため、充電
時の高分子固体電解質あるいは電極中の固体電解質の分
解を抑えることが可能となるため、界面の破壊、界面で
の反応生成物による抵抗の増大が抑えられ、長期信頼性
に優れたポリマー二次電池を提供できる。According to the present invention, since the negative electrode active material is obtained by attaching amorphous carbon to the surface of graphite particles, it is possible to suppress decomposition of the polymer solid electrolyte or the solid electrolyte in the electrode during charging. As a result, the destruction of the interface and an increase in resistance due to reaction products at the interface are suppressed, and a polymer secondary battery having excellent long-term reliability can be provided.
【図1】実施例および比較例で用いた評価用のポリマー
二次電池の概略外観図である。FIG. 1 is a schematic external view of a polymer secondary battery for evaluation used in Examples and Comparative Examples.
【図2】実施例および比較例で用いた評価用のポリマー
二次電池の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a polymer secondary battery for evaluation used in Examples and Comparative Examples.
【図3】実施例および比較例のポリマー二次電池の電極
および高分子固体電解質層の断面の概略拡大図である。FIG. 3 is a schematic enlarged view of a cross section of an electrode and a polymer solid electrolyte layer of polymer secondary batteries of Examples and Comparative Examples.
【図4】実施例および比較例のポリマー二次電池の電流
負荷特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing current load characteristics of the polymer secondary batteries of Examples and Comparative Examples.
【図5】実施例のポリマー二次電池のサイクル特性を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph showing cycle characteristics of a polymer secondary battery of an example.
1 負極端子 2 正極端子 3 外装材シール部 4 外装材 5 正極 6、9 高分子固体電解質層 7 負極 8 評価用ポリマー二次電池 10 電極中の固体電解質 11 活物質 12 集電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode terminal 2 Positive electrode terminal 3 Outer material seal part 4 Outer material 5 Positive electrode 6, 9 Polymer solid electrolyte layer 7 Negative electrode 8 Polymer secondary battery for evaluation 10 Solid electrolyte in electrode 11 Active material 12 Current collector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 虎太 直人 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 西島 主明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 見立 武仁 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 松田 雅子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ05 AJ06 AK03 AK05 AL06 AL07 AL08 AM00 AM16 BJ03 BJ12 CJ11 CJ21 CJ22 CJ23 CJ28 DJ09 HJ10 5H050 AA02 AA07 AA12 BA17 CA08 CA09 CA11 CB07 CB08 CB09 DA02 DA03 DA13 DA14 FA02 GA11 GA21 GA22 GA23 GA27 HA10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Naoto Tora 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Yoshiaki Nishijima 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Takehito Mitate 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Sharp Corporation (72) Masako Matsuda 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Sharp stock Company F-term (reference) 5H029 AJ02 AJ05 AJ06 AK03 AK05 AL06 AL07 AL08 AM00 AM16 BJ03 BJ12 CJ11 CJ21 CJ22 CJ23 CJ28 DJ09 HJ10 5H050 AA02 AA07 AA12 BA17 CA08 CA09 CA11 CB07 CB08 GA23
Claims (5)
層と、少なくともリチウムを含有するカルコゲン化物を
活物質とする正極層と、前記正負極層間に介在する高分
子固体電解質層とを備えたポリマー二次電池であって、
少なくとも正極層あるいは負極層の一方が、高分子固体
電解質層に含まれる固体電解質と同一または異なる固体
電解質を含み、固体電解質が、その前駆体を正極層ある
いは負極層内に予め溶液として含浸させ、正極層あるい
は負極層の上に前記高分子固体電解質層を載置した後、
架橋させたものであることを特徴とするポリマー二次電
池。1. A polymer comprising a negative electrode layer containing at least a carbon material as an active material, a positive electrode layer containing at least a lithium-containing chalcogenide as an active material, and a polymer solid electrolyte layer interposed between the positive and negative electrode layers. A secondary battery,
At least one of the positive electrode layer or the negative electrode layer contains the same or different solid electrolyte as the solid electrolyte contained in the polymer solid electrolyte layer, and the solid electrolyte is impregnated with a precursor thereof as a solution in the positive electrode layer or the negative electrode layer in advance, After placing the polymer solid electrolyte layer on the positive electrode layer or the negative electrode layer,
A polymer secondary battery characterized by being crosslinked.
解質が、その前駆体に紫外線を照射することにより架橋
させたものであることを特徴とする請求項1に記載のポ
リマー二次電池。2. The polymer secondary battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte contained in the positive electrode layer or the negative electrode layer is obtained by irradiating a precursor thereof with ultraviolet rays to crosslink the solid electrolyte.
が、有機電解液を含むゲル状の電解質であり、有機電解
液が低沸点溶媒を含有することを特徴とする請求項1乃
至2に記載のポリマー二次電池。3. The method according to claim 1, wherein the solid electrolyte in the positive electrode layer or the negative electrode layer is a gel electrolyte containing an organic electrolyte, and the organic electrolyte contains a low boiling point solvent. Polymer secondary battery.
が、高分子固体電解質層より低いポリマー濃度を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3に記載のポリマー二次
電池。4. The polymer secondary battery according to claim 1, wherein the solid electrolyte in the positive electrode layer or the negative electrode layer has a lower polymer concentration than the polymer solid electrolyte layer.
素を付着させたものであることを特徴とする請求項1乃
至4に記載のポリマー二次電池。5. The polymer secondary battery according to claim 1, wherein the carbon material is obtained by attaching amorphous carbon to the surface of graphite particles.
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