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JPH09312162A - 高分子固体電解質フィルムの積層方法 - Google Patents

高分子固体電解質フィルムの積層方法

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JPH09312162A
JPH09312162A JP9067786A JP6778697A JPH09312162A JP H09312162 A JPH09312162 A JP H09312162A JP 9067786 A JP9067786 A JP 9067786A JP 6778697 A JP6778697 A JP 6778697A JP H09312162 A JPH09312162 A JP H09312162A
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film
layer
solid electrolyte
polymer
thin film
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JP9067786A
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Junji Yotsuyanagi
淳二 四ツ柳
Motoyuki Hirata
元之 平田
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Showa Denko KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な方法でフィルム化でき、かつ、フィル
ム化後の取り扱いも比較的容易な高分子固体電解質フィ
ルムの積層方法及び高分子固体電解質複合電極の製造方
法を提供する。 【解決手段】 基材フィルムと高分子固体電解質フィル
ムからなる複合フィルムを製造する。また、かかる複合
フィルムから、必要に応じてカバーフィルムまたは基材
フィルムを剥離して、高分子固体電解質面に、予め硬化
性接着剤を塗布した電極が接触するように積層した後、
該接着剤を硬化せしめる工程を含む高分子固体電解質複
合電極の積層方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子固体電解質
フィルム及び該フィルムを電極上に積層する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高分子固体電解質(以下「SPE」とい
う)は、固体状態で高いイオン伝導性を示す高分子材料
であり、現在各種センサー、燃料電池などへの応用が期
待されている。また、次世代電池、光電池、エレクトロ
クロミック素子などへの応用が可能であり、世界中で開
発が試みられている。SPEに高いイオン伝導性を付与
するためには、ガラス転移温度が低いことが要求される
が、ガラス転移温度が低いとフィルム強度が低下するた
め、工業的に取り扱いが困難となる欠点がある。また、
イオン伝導性を改良するために、有機溶剤を添加する方
法もよく行われるが、強度低下を招き、ますます取り扱
いを困難にしている。したがって、現状では、電極上に
直接SPEプレポリマーを塗布し、架橋固化する方法が
一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
方法は、SPEの重合度あるいはSPEフィルムの厚さ
管理が難しく、均質かつ均一なSPEフィルムを得るの
は困難である。従って、ガラス転移温度が低く、高いイ
オン伝導度をもつSPE材料からなるSPEフィルムで
あって、イオン伝導度が均質でかつ膜厚が均一であるS
PEフィルムを得ることは困難であった。また、SPE
層と電極との電気化学的接触が極めて良好な、SPE層
を電極上へ均質に密着した状態で積層して複合すること
は困難であった。また、SPEの種類によっては、吸湿
性を有するものもあり、SPEと電極とを複合させる際
には水分制御のために複合工程の雰囲気制御を行う必要
があるという問題もあった。本発明は、かかる状況に鑑
みてなされたものであり、均質なSPE複合フィルム及
びその製造方法、及びかかるSPE複合フィルムを用い
る、簡便な方法でSPEフィルムを電極上に積層する方
法及びSPE複合電極の製造方法を提供することを目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
を重ねた結果、簡便な方法でSPE複合フィルム化及び
その電極上への積層化に成功し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。すなわち、本発明者らは、ガ
ラス転移温度が低く、高いイオン伝導度をもつSPE材
料からなるSPE層を基材フィルムと複合させることに
より、イオン伝導度が均質でかつ膜厚が均一であるSP
E複合フィルムを製造する方法及びかかるSPE複合フ
ィルム由来のSPEフィルムを構成材とする保存性に優
れたSPE複合フィルムを簡便な方法で製造する方法を
開発した。また、かかるSPE積層フィルムを用いてS
PEフィルムを電極上に積層する方法及びSPE複合電
極の製造方法を開発した。
【0005】特に、本発明により、プラスチック製など
の基材フィルムとSPE層が積層されているSPE積層
フィルム( 以下単に「複合フィルム」という。)の簡便
な製造方法、かかる複合フィルムの一種として、基材フ
ィルムとSPE層とカバーフィルムが積層されている複
合フィルムの簡便な製造方法が提供される。また、本発
明の複合フィルムを用いてSPE複合電極を製造する方
法、すなわち複合フィルムの基材フィルムと反対側のS
PE面を、あるいは複合フィルムがカバーフィルムを有
する場合にはカバーフィルムを除去したSPE面を、予
め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように積層し
た後、該接着剤を硬化せしめることにより基材フィルム
付きのSPEフィルムが電極に積層したSPE複合電極
を製造する方法が提供される。更にまた、本発明は、前
記複合フィルムを用いて、上記のように基材フィルム付
きのSPEフィルムが電極に積層されているSPE複合
電極を製造した後、基材フィルムを剥離し、SPE表面
上に他の構成材、例えば他の電極、を積層することによ
るSPE複合電極の製造方法を開発した。
【0006】すなわち、本発明により下記のSPEフィ
ルムの積層方法(複合フィルムの製造方法)及びSPE
複合電極の製造方法が提供される; (1)基材フィルム上、または金属もしくは金属酸化物
薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高分子固体
電解質液状物を積層する工程及び得られる積層物の上下
面から加圧する工程を含むことを特徴とする高分子固体
電解質フィルムの積層方法、(2)基材フィルム上、ま
たは金属もしくは金属酸化物薄膜層を有する基材フィル
ムの該薄膜層上に高分子固体電解質液状物を積層する工
程、ついでかかる積層物の高分子固体電解質液状物表面
にカバーフィルムを積層する工程及び得られる積層物の
上下面から加圧する工程を含むことを特徴とする高分子
固体電解質フィルムの積層方法、
【0007】(3)基材フィルム上、または金属もしく
は金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上
に重合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物を積
層する工程、該重合性化合物に重合反応を起こさせて高
分子固体電解質層を実質的に非流動状態とする工程、及
び得られる積層物の上下面から加圧する工程を含むこと
を特徴とする高分子固体電解質フィルムの積層方法、
(4)基材フィルム上、または金属もしくは金属酸化物
薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に重合性化合
物を含有する高分子固体電解質液状物を積層する工程、
かかる積層物の高分子固体電解質液状物表面にカバーフ
ィルムを積層する工程、該重合性化合物に重合反応を起
こさせて高分子固体電解質層を実質的に非流動状態とす
る工程、及び得られる積層物の上下面から加圧する工程
を含むことを特徴とする高分子固体電解質フィルムの積
層方法、
【0008】(5)高分子固体電解質フィルムのイオン
伝導度が10-4Ω-1cm-1以上である前記(1)〜
(4)記載の高分子固体電解質フィルムの積層方法、
(6)前記(1)または(3)記載の積層方法により、
高分子固体電解質フィルムを高分子固体電解質層と基材
フィルム層からなる積層物として、または高分子固体電
解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からなる積層物と
して製造した後、該積層物の高分子固体電解質面を予め
硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように積層する
工程、及び該接着剤を硬化させる工程を含むことを特徴
とする高分子固体電解質複合電極の製造方法、
【0009】(7)前記(2)または(4)記載の積層
方法により高分子固体電解質フィルムをカバーフィルム
と高分子固体電解質層と基材フィルム層からなる積層物
として、またはカバーフィルムと高分子固体電解質層と
該薄膜層付き基材フィルム層からなる積層物として製造
した後、積層物のカバーフィルムを高分子固体電解質層
から剥離する工程、高分子固体電解質面を予め硬化性接
着剤を塗布した電極に接触するように積層する工程、該
接着剤を硬化させる工程を含むことを特徴とする高分子
固体電解質複合電極の製造方法、(8)前記(1)また
は(3)記載の積層方法により、高分子固体電解質フィ
ルムを高分子固体電解質層と基材フィルム層からなる積
層物として、または高分子固体電解質層と該薄膜層付き
基材フィルム層からなる積層物として製造した後、該積
層物の高分子固体電解質面を予め硬化性接着剤を塗布し
た電極に接触するように積層する工程、及び該接着剤を
硬化させる工程、次いで基材フィルムを、または該薄膜
層付き基材フィルムの場合には該薄膜層と基材フィルム
を一体的に高分子固体電解質層から剥離する工程、及び
高分子固体電解質面に他の構成材を積層する工程を含む
ことを特徴とする高分子固体電解質複合電極の製造方
法、
【0010】(9)前記(2)または(4)記載の積層
方法により高分子固体電解質フィルムをカバーフィルム
と高分子固体電解質層と基材フィルム層からなる積層物
として、またはカバーフィルムと高分子固体電解質層と
該薄膜層付き基材フィルム層からなる積層物として製造
した後、積層物のカバーフィルムを高分子固体電解質層
から剥離する工程、高分子固体電解質面を予め硬化性接
着剤を塗布した電極に接触するように積層する工程、該
接着剤を硬化させる工程、次いで基材フィルムを、また
は該薄膜層付き基材フィルムの場合には該薄膜層と基材
フィルムを一体的に高分子固体電解質層から剥離する工
程、及び高分子固体電解質面に他の構成材を積層する工
程を含むことを特徴とする高分子固体電解質複合電極の
製造方法、(10)前記(1)または(3)記載の積層
方法により、高分子固体電解質フィルムを高分子固体電
解質層と基材フィルム層からなる積層物、または高分子
固体電解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からなる積
層物として製造した後、該積層物の高分子固体電解質面
を予め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように積
層する工程、及び該接着剤を硬化させる工程、次いで基
材フィルムを、または該薄膜層付き基材フィルムの場合
には該薄膜層と基材フィルムを一体的に高分子固体電解
質層から剥離する工程、及び高分子固体電解質面に他の
電極を積層する工程を含むことを特徴とする高分子固体
電解質複合電極の製造方法、
【0011】及び、(11)前記(2)または(4)記
載の積層方法により高分子固体電解質フィルムをカバー
フィルムと高分子固体電解質層と基材フィルム層からな
る積層物として、またはカバーフィルムと高分子固体電
解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からなる積層物と
して製造した後、積層物のカバーフィルムを高分子固体
電解質層から剥離する工程、高分子固体電解質面を予め
硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように積層する
工程、該接着剤を硬化させる工程、次いで基材フィルム
を、または該薄膜層付き基材フィルムの場合には該薄膜
層と基材フィルムを一体的に高分子固体電解質層から剥
離する工程、及び高分子固体電解質面に他の電極を積層
する工程を含むことを特徴とする高分子固体電解質複合
電極の製造方法。
【0012】本発明における基材フィルムとしては、プ
ラスチック製のフィルムであって、耐水性を有するもの
が好適に用いることができる。例えば、ポリエチレン、
ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリ
エステル、ナイロン6、ナイロン6−6などのポリアミ
ドなど一般の熱可塑性樹脂を用いることができる。ま
た、基材フィルムとしては無延伸フィルムでも延伸フィ
ルムでもよい。フィルムの厚さとしては1〜5000μ
mであり、好ましくは1〜1000μmであり、とりわ
け5〜100μmが好適である。また、本発明の基材フ
ィルムとしては、上記フィルムにアルミニウム、アルミ
ナ、シリカなどの金属又は金属酸化物が蒸着など任意の
公知の方法で積層された積層フィルムを基材フィルムと
して好適に用いることもできる。更に基材フィルムとし
て、SPEとの剥離性が良いものであれば、プラスチッ
ク製のものでなくてもよく、例えばアルミニウム、ステ
ンレス鋼、銅などの金属箔でもよい。
【0013】本発明において用いられるSPEは、重合
性化合物を電解質塩存在下あるいは非存在下で重合させ
て得られる高分子物質からなる材料である。本発明にお
いて特に好ましく用いられるSPEはかかる材料であっ
て、少なくとも一種の電解質塩の存在下で電解質イオン
の易動度が高く、すなわちイオン伝導度が10-6Ω-1
-1以上であり、望ましくは10-5Ω-1cm-1以上であ
り、更に望ましくは10-4Ω-1cm-1以上であるSPE
が好ましく用いられる。ここで、「少なくとも一種の電
解質塩の存在下で・・・・以上であるSPE」とは、本
発明の複合フィルムにおけるSPE材料として、既に電
解質塩を含むSPEであって、上記のイオン伝導度を有
するものだけでなく、複合フィルムを用いて製造される
SPE複合電極あるいは該電極を用いて製造される電
池、コンデンサ等の電気化学的装置において、本発明の
複合フィルム由来のSPEに後から電解質塩及び/また
は溶媒を添加することにより上記のイオン伝導度を与え
るようなSPE材料も包含されることを意味する。
【0014】重合は、熱重合の他、光、紫外線、電子
線、γ線、X線などの活性光線を用いて公知の方法で行
うことができる。重合性化合物としては、ヘテロ原子を
少なくとも1個有する官能性モノマーまたはオリゴマー
が挙げられる。具体例としては、メタクリル酸ω−メチ
ルオリゴオキシエチルエステル等のオキシアルキレン鎖
を有する(メタ)アクリルエステルおよびジ(メタ)ア
クリルエステル;メタクリル酸メチル、アクリル酸n−
ブチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;アク
リルアミド、メタクリルアミド、N,N−ジメチルアク
リルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、アク
リロイルモルホリン、メタクリロイルモルホリン、N,
N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等
の(メタ)アクリルアミド系化合物;N−ビニルアセト
アミド、N−ビニルホルムアミド等のN−ビニルアミド
系化合物;エチルビニルエーテル等のアルキルビニルエ
ーテル;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレ
ート、ペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレー
ト、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレー
ト等の多官能性(メタ)アクリレート;フェニルグリシ
ジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネ
ートウレタンプレポリマー、フェニルグリシジルエーテ
ルアクリレートイソホロンジイソシアネートウレタンプ
レポリマー等の各種ウレタンアクリレートプレポリマー
などが挙げられる。
【0015】さらには、次式で示されるユニットを1分
子中に少なくとも1個有するオキシアルキレン鎖を含有
するウレタン(メタ)アクリレートが挙げられる。 CH2 =C(R1)CO[O(CH2)X (CH(C
3))YZ NHCOOR2 − (式中、R1 は水素またはメチル基;R2 はオキシアル
キレン基を含む2価の有機基で、直鎖状、分岐状、環状
構造のいずれからなるものでもよく、炭素、水素および
酸素以外の元素が含まれていてもよい;XおよびYはそ
れぞれ独立して0または1〜5の整数;Zは0または1
〜10の整数を表す。但し、XおよびYがともに0のと
きはZも0である;(CH2)と(CH(CH3)) は不規
則に配列していてもよい。また、同一分子中に複数個の
上記式で表されるユニット中のR1、R2 およびX、
Y、Zの値はそれぞれのユニット毎に独立であり、同じ
である必要はない。)
【0016】上式で示される化合物の具体例としては、
N−メタクリロイルカルバミド酸ω−メチルオリゴオキ
シエチルエステル、メタクリロイルオキシエチルカルバ
ミド酸ω−メチルオリゴオキシエチルエステル等が挙げ
られる。これらの重合性化合物は1種でもよく、2種以
上を混合して用いてもよい。以上の重合性化合物の中で
も、オキシアルキレン鎖含有ウレタン(メタ)アクリレ
ート、ウレタンアクリレート、オキシアルキレン鎖含有
(メタ)アクリルエステル、(メタ)アクリルアミド系
化合物が好ましく、とくにオキシアルキレン鎖含有ウレ
タン(メタ)アクリレートが好適である。また、得られ
る高分子を架橋体にするために少なくとも1種の多官能
性の重合性化合物を他の重合性化合物と混合して用いる
のが好ましい。尚、本発明の詳細な説明において「(メ
タ)アクリ・・・」とは「メタクリ・・・」または「ア
クリ・・・」を総称して表現していることを意味し、ま
た「アルキレンオキシ」と「オキシアルキレン」とは実
質的に互いに同義語として用いられる。
【0017】本発明の、ガラス転移温度が低く、高いイ
オン伝導度をもつSPE材料からなるSPEフィルムに
おいて、SPE材料のガラス転移温度とは、該材料を構
成する高分子物質そのもののガラス転移温度ではなく、
例えば、高分子物質の他に可塑剤、溶媒、重合性化合物
もしくはそのオリゴマー、あるいは電解質塩などの少な
くともいずれか一種が複合された材料である場合には、
複合された材料としてのガラス転移温度をいう。従っ
て、前記重合性化合物から得られる重合体以外に、例え
ば、ポリアクリロニトリルのようにその物質のままで
は、ガラス転移温度が常温(20℃)より高い物質であ
っても、可塑剤、溶媒などの添加によりガラス転移温度
が常温以下に低下している材料であれば、本発明のSP
E材料に含まれる。また、高いイオン伝導度とは一般に
10-6Ω-1cm-1以上であればよく、望ましくは10-5
Ω-1cm-1以上、より望ましくは10-4Ω-1cm-1以上
である。
【0018】また、電解質塩としては、LiClO4
LiBF4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、LiP
6 、LiI、LiBr、LiSCN、LiN(CF3
SO22 、NaI、Li210Cl10、LiCF3
2 、NaBr、NaSCN、KSCN、MgCl2
Mg(ClO4)2 、(CH3)4 NBF4 、(CH3)4NB
r、(C25)4 NClO4 、(C25)4 NI、(C3
7)4 NBr、(n−C49)4 NClO4 、(n−C4
9)4 NI、(n−C511)4NIなどが挙げられる。
これらの中でも、LiClO4 、LiPF6 等のLi
塩、(C25)4 NClO4 等の4級アンモニウム塩が
好ましい。これらの電解質塩の配合割合は、重合性化合
物100重量部に対し、一般に0.1〜70重量部であ
り、1〜50重量部が好ましく、特に1〜30重量部が
好適である。
【0019】さらに、本発明のSPEには、所望により
可塑剤、溶媒、重合開始剤などを配合してもよい。可塑
剤あるいは溶媒としては、テトラヒドロフラン、2−メ
チルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4,
4−ジメチル−1,3−ジオキサン、γ−ブチロラクト
ン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
ブチレンカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホ
ラン、t−ブチルエーテル、イソブチルエーテル、1,
2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシメトキシエ
タン、メチルジグライム、メチルトリグライム、メチル
テトラグライム、エチルグライム、エチルジグライムな
どが挙げられる。これらは1種でもよく、2種以上を混
合して用いてもよい。
【0020】重合開始剤としては、アゾビスイソブチロ
ニトリル、ベンゾイルパーオキサイド等のラジカル加熱
重合開始剤、ベンジルメチルケタール、ベンゾフェノン
等のラジカル光重合開始剤、CF3 COOH等のプロト
ン酸、BF3 、AlCl3 等のルイス酸等のカチオン重
合触媒、ブチルリチウム、ナトリウムナフタレン、リチ
ウムアルコキシド等のアニオン重合触媒等が挙げられ
る。本発明おけるSPEフィルム層の厚さは、通常0.
1〜1000μmであり、好ましくは0.1〜300μ
m、特に0.1〜50μmが好適である。
【0021】さらに、本発明の複合フィルムに用いる基
材フィルムとしては、複合フィルム形成時はSPEある
いはSPE液状物の濡れ性が良いことが要求される。ま
た、本発明のSPE複合電極が表面に基材フィルムを有
するSPE複合電極であって、基材フィルムを剥離して
露出したSPE面に他の電極等他の構成材を積層するた
めに用いる場合には、基材フィルム層とSPEフィルム
層との剥離性が良好であること、すなわちSPEフィル
ムの形状を損なうことなく剥離できることが必要であ
る。このためには、SPEを積層する基材フィルム面上
に金属または金属酸化物薄膜層を形成(積層)したもの
を用いることが特に好ましい。
【0022】金属または金属酸化物薄膜としては、一般
にプラスチックフィルムのガスバリア性を改良するため
に用いられる薄膜が使用できる。具体的には、アルミニ
ウム、ステンレス鋼、銅などの金属箔あるいは蒸着膜、
シリカ、アルミナなど金属酸化物の蒸着膜などが挙げら
れる。これらの中でも、アルミニウム箔、アルミニウム
蒸着膜、シリカ蒸着膜、アルミナ蒸着膜が好ましい。薄
膜の厚さには特に制限されるものはないが、箔の場合は
5〜100μm、蒸着膜の場合は50〜2000オング
ストロームが好ましい。
【0023】本発明の複合フィルムは、(a)基材フィ
ルム面上にSPEフィルム層が積層された構造を有する
複合フィルム、(b)基材フィルム上の金属または金属
酸化物薄膜層上にSPEフィルム層が積層された構造を
有する複合フィルム、及びかかる(a)、(b)いずれ
かの構造を有する複合フィルムのSPEフィルム層を挟
んで基材フィルムと反対側の面にカバーフィルムが積層
された構造を有するフィルムのいずれであってもよく、
その用途によりいずれかが適宜選択される。SPE複合
電極を製造する方法において好ましく用いられる複合フ
ィルムは、基材フィルムあるいは金属または金属酸化物
薄膜付き基材フィルムの薄膜上に、例えば、SPE液状
物(あるいは液状SPE前駆材料)を塗布、噴霧、浸漬
するなど任意の方法で積層し、必要に応じて重合反応を
起こさせてSPEが実質的に非流動状態に積層すること
により製造できる。また、複合フィルムがカバーフィル
ムを有する構造を有する場合には、(i)基材フィルム
あるいは金属または金属酸化物薄膜付き基材フィルム上
に上記の方法でSPEフィルム層を積層した後、カバー
フィルムを積層する方法、(ii)カバーフィルム上に
上記と同様の方法でSPEが実質的に非流動状態に積層
した後、基材フィルムあるいは金属または金属酸化物薄
膜付き基材フィルムを積層する方法、あるいは(ii
i)SPE液状物(あるいは液状SPE前駆材料)を基
材フィルムあるいは金属または金属酸化物薄膜付き基材
フィルムとカバーフィルムの間に積層した後、必要に応
じて重合反応を起こさせてSPEが実質的に非流動状態
のフィルム状SPEとする方法のいずれかにより製造で
きる。
【0024】ここで、「SPE液状物」あるいは「液状
SPE前駆材料」とは、それぞれ、常温(20℃)、常
圧下で流動性を有するものに限らず、常温、50kgf
/cm2 以下の低圧加圧下で流動性を有するものも含ま
れる。但し、本発明の前記(1)または(2)記載の積
層方法において用いられるSPE液状物としては、基材
フィルム上、または金属もしくは金属酸化物薄膜層付き
の基材フィルムの該薄膜層上に積層した場合に、常温、
常圧下に1時間おいた場合には流動しないが、より長時
間では流動するもの、あるいは常圧より高く50kgf
/cm2 以下の加圧下で流動性を有するものがよい。
【0025】SPEが吸湿性を有する場合には、例えば
それにニップロールなどを用いてカバーフィルムを積層
することが好ましい。該カバーフィルムとしては、特に
制限されるものはなく、前記基材フィルムとして用いる
ことができるプラスチックフィルムが適宜使用でき、ま
たSPEフィルムとの剥離性がより良好なフィルムであ
れば好ましく使用できる。
【0026】本発明の複合フィルムがカバーフィルムを
有する複合フィルムである場合に、上記の(i)乃至
(iii)の方法により製造する工程において、SPE
積層フィルムの上下面から加圧することにより複合フィ
ルム中のSPEフィルムの厚さを均一に制御できるの
で、加圧することが望ましい。加圧の方法としては、通
常のプレス法であってもよいが、連続して複合フィルム
を製造する場合には、例えば、ニップロールなどを用い
る一般的な加圧成形法を用いることができ、複合フィル
ムを連続的に製造することは本発明の特に好ましい実施
態様の一つである。
【0027】加圧の圧力は、通常の積層成形が行われる
圧力であればよく、特に限定されないが、通常低圧成形
で用いられる50kgf/cm2 以下の加圧下で行えば
よく、SPEフィルムの膜厚を所望の厚さに制御できる
圧力であればよい。例えば、ニップロールを用いる場合
にも、所望の膜厚を与え、所望の複合フィルム特性に悪
影響がでない圧力であればよく、特に限定されないが、
例えばロール圧が1〜30kgf/cm2 の範囲が望ま
しく、5〜10kgf/cm2 の範囲が特に望ましい。
【0028】本発明に用いる電極としては、負極の例と
してリチウム金属、リチウム/アルミニウム合金、リチ
ウム/鉛合金、リチウム/アンチモン合金等のリチウム
合金、さらには、Liイオンをキャリアーに用いる場合
には炭素材料などが挙げられる。また、正極の例として
は、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化バナジウム、酸
化ニッケル、酸化モリブデン等の金属酸化物、硫化モリ
ブデン、硫化チタン、硫化バナジウム等の金属硫化物、
ポリアニリン、ポリアセチレンおよびその誘導体、ポリ
パラフェニレンおよびその誘導体、ポリピロールおよび
その誘導体、ポリチェニレンおよびその誘導体等の導電
性高分子、天然黒鉛、人造黒鉛、気相法黒鉛、石油コー
クス、石炭コークス、フッ化黒鉛、ピッチ系炭素、ポリ
アセン等の炭素材料などが挙げられる。
【0029】また、本発明に用いる硬化性接着剤として
は、前記重合性化合物あるいはそれを含む液体混合物を
用いることができる。とりわけ、SPEフィルムとでき
るだけ同じ組成物になるような液体混合物、例えば上記
SPE液状物である方が、電極上のSPEフィルムの均
質性の面から特に望ましいが、それに限定されない。該
接着剤の電極への塗布方法としては、上記電極に塗布、
噴霧、浸漬など公知の方法を用い、容易に行うことがで
きる。本発明において、「予め硬化性接着剤を塗布した
電極」とは、電極の一方の表面が予め該接着剤により覆
われていることを意味し、その場合電極材内に該接着剤
が含浸されていても、いなくてもよい。
【0030】本発明の複合フィルムを用いてSPEフィ
ルムを電極上に積層する方法及びSPE複合電極を製造
する方法としては、本発明の複合フィルム中の基材フィ
ルムと反対側のSPE面を(あるいは複合フィルムがカ
バーフィルムを有する場合にはカバーフィルムを剥離さ
せつつ、カバーフィルムを取り除いたSPE面を)、予
め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように積層す
る工程、該接着剤を硬化させる工程を経て、基材フィル
ム付きのSPEフィルムが電極に積層したSPE複合電
極を製造することができる。また、該接着剤を硬化させ
る工程において、または硬化前から硬化後までの間、ま
たは硬化後に、積層されたSPE複合電極の上下面から
プレスやロール法により加圧することにより、電極上に
均一な厚さのSPEフィルムを積層したSPE複合電極
を得ることができ、本発明のSPEフィルムの積層方法
及びSPE複合電極の製造方法として特に好ましい。
【0031】また、本発明の複合フィルムを用いて、上
記のように基材フィルム付きのSPEフィルムが電極に
積層されているSPE複合電極を製造した後、該SPE
複合電極から基材フィルムを剥離する工程、次いで(あ
るいは基材フィルムを剥離しつつ)露出したSPE表面
上に他の構成材、例えば他の電極、を積層する工程を経
て、SPE複合電極を製造することができる。この場合
も、前記SPE表面に他の構成材を積層する工程におい
て積層物の上下面からプレスやロール法により加圧する
ことにより、電極上に均一な厚さのSPEフィルムを積
層したSPE複合電極を得ることができ、本発明のSP
E複合電極の製造方法として特に好ましい。上記の方法
によりSPE複合電極を製造する方法において、加圧を
する工程における加圧条件は、前記の複合フィルム製造
において説明した考え方と同様に考えて設定すればよ
い。
【0032】本発明のSPEフィルムの積層方法(複合
フィルムの製造方法)及びSPE複合電極の製造方法に
おいて、各工程の雰囲気としては、一般にSPEが吸湿
性を有することが多いため、少なくともSPE液状物や
SPE材料層の表面が露出している間は、乾燥空気、乾
燥窒素、乾燥アルゴンなど乾燥雰囲気下など、雰囲気中
の水分を必要に応じて制御した雰囲気中で行うことが好
ましい。また、重合性化合物を含有するSPE液状物表
面が露出している間は、窒素、アルゴンなどの不活性ガ
ス雰囲気下で行うことが望ましい。また、各工程の温度
は、特にSPEフィルムの性質に悪影響を及ぼさない温
度であればよく、特に限定されないが、通常は常温で行
えば良い。但し、加熱重合により重合性化合物を重合さ
せる工程においては、必要に応じて重合反応を起こさせ
るに必要な程度まで加熱して行う。
【0033】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。なお、水分はカールフィッシャー法により測定
した。フィルム厚さはピーコック社製ダイヤル式厚み計
を用いて測定した。イオン伝導度は交流インピーダンス
法により測定した。また、SPE液状物として、下記多
官能化合物30重量%、
【0034】
【化1】 (式中、m=25、Rはメチル基である)
【0035】LiBF4 (電解質)10重量%、エチレ
ンカーボネート(可塑剤)30重量%およびプロピレン
カーボネート(可塑剤)30重量%からなる混合物10
0重量部に対し、イルガキュアー500(チバガイギー
社製、重合開始剤)1.5重量部を添加した粘度200
cpの混合溶液を用いた。基材として下記のフィルムを
用いた。 PET−1:ポリエステル( PET)フィルム(厚さ1
2μm) ONy :二軸延伸ナイロン(−6,6)フィルム
(厚さ15μm) PET−2:PET−1にアルミナ蒸着(厚さ1000
Å)したもの PET−3:PET−1にシリカ蒸着(厚さ1000
Å)したもの PET−4:PET−1にアルミ蒸着(厚さ200Å)
したもの カバーフィルムとして厚さ50μmの二軸延伸ポリプロ
ピレンフィルム(以下「OPP」という)あるいは高密
度ポリエチレンフィルム(以下「PE」という)を用い
た。電極として、厚さ50μmのアルミ箔にコバルト酸
リチウムを厚さ70μmに塗布成形したものを用いた。
【0036】実施例1 露点−50℃の大気中でPET−1にSPE液状物をド
クターナイフ法のコーターを用いて薄く塗布した。次い
で、窒素雰囲気中で紫外線を照射し重合性化合物(上記
多官能性化合物)を重合架橋させた後、OPPをニップ
ロールを用いてSPE面に重ね合わせて積層後、温度2
0℃、湿度5RH%の大気中で、SPEフィルム層(厚
さ45μm)を有する積層体( 複合フィルム)を巻き取
った。この積層体のSPEフィルムの25℃でのイオン
伝導度を公知の交流インピーダンス法にて測定したとこ
ろ、2×10-3S/cmであった。次に、露点−50℃
の大気中で上記SPE液状物を表面に塗布した電極の塗
布面に、得られた積層体(複合フィルム)のカバーフィ
ルムを剥離しながら、ニップロールを用いて積層体のS
PE面を電極面に積層した後、温度20℃、湿度5RH
%の大気中でPETフィルム越しに紫外線を照射し重合
(架橋)して電極を接着させた後、温度20℃、湿度5
RH%の大気中で積層体(SPE複合電極)を巻き取っ
た。得られた積層体(SPE複合電極)のSPEフィル
ム厚さは50μm±20%の範囲にあり薄く均一性があ
った。PETフィルムの剥離も良好でSPEフィルム面
を傷つけることなく剥離できた。また、SPE複合電極
のSPEフィルムの水分量も200ppm以下であっ
た。
【0037】実施例2 基材フィルムをONyに替えた以外は実施例1と同様に
してSPEフィルム(複合フィルム)及びSPE複合電
極を得た。得られたSPE複合電極のSPEフィルムの
厚さおよび分布、剥離ならびに水分量は実施例1と同等
であった。
【0038】実施例3 基材フィルムをPET−2に替え、OPPカバーフィル
ムを用いなかった以外は実施例1と同様にしてSPEフ
ィルム(複合フィルム)及びSPE複合電極を得た。得
られたSPE複合電極のSPEフィルムの厚さは30μ
m±10%の範囲にあり薄く、かつ、均一性に優れるフ
ィルムであった。PETフィルムの剥離も極めて良好で
容易に剥離できた。また、SPEフィルムの水分量は5
00ppm以下であった。
【0039】実施例4 基材フィルムをPET−3に替え、カバーフィルムとし
てPEを用いた以外は実施例1と同様にしてSPEフィ
ルム(複合フィルム)及びSPE複合電極を得た。得ら
れたSPE複合電極のSPEフィルムの厚さは30μm
±20%の範囲にあり薄く、均一性があった。PETフ
ィルムの剥離およびSPEフィルムの水分量は実施例1
と同等であった。
【0040】実施例5 基材をPET−4に替えた以外は実施例1と同様にして
SPEフィルム(複合フィルム)及びSPE複合電極を
得た。得られたSPE複合電極のSPEフィルム厚さお
よび分布、剥離ならびに水分量は実施例4と同等であっ
た。
【0041】実施例6 実施例1で得たSPE複合電極のPETフィルムを露点
温度−50℃のアルゴン雰囲気(20℃)中で剥離した
直後に、剥離後のSPE/コバルト酸リチウム/アルミ
箔からなるSPE複合電極を1MのLiBF4 電解液
(ジエチルカーボネート/エチレンカーボネート(重量
比1:1)混合溶媒)中に1時間浸漬した後、SPE複
合電極のSPE面に、予め銅箔を積層したリチウム箔
(他の構成材)のリチウム面を積層し、積層体の上下面
から加圧してSPE複合電極(銅/リチウム/SPE/
コバルト酸リチウム/アルミニウム)からなる二次電池
素子を作製し、端部をエポキシ樹脂で封止して、二次電
池を作製した。この電池は、作動電圧2.0〜4.2V
で電流密度0.3mA/cm2 で150回充放電を繰り
返した後も初期容量の50%以上を維持していた。
【0042】比較例1 電極をSPE液状物に露点−50℃の大気中で浸漬し、
ニップロールで余分の液状物を除去した後、ドクターナ
イフ方式のコーターで可能な限り薄くコートし、窒素雰
囲気中で紫外線を照射して重合(架橋)させた後、温度
20℃、湿度5RH%の大気中で積層体を巻き取った。
可能な限り薄く塗布したが、厚さおよびその分布として
は200μm±20%が限度であった。また、巻き取り
直後の積層体中SPE中の水分量は1000ppmであ
った。
【0043】
【発明の効果】本発明の積層方法は、簡易な方法でフィ
ルム化でき、かつ、フィルム化後の取扱いも比較的容易
であるので電池用材料の製造方法として有用である。本
発明の積層方法により、大面積のSPEフィルムを複合
フィルムとして簡便な方法で連続成形することができ
る。また、本発明の、複合フィルムにより、イオン伝導
度が均質でかつ膜厚が均一であるSPEフィルムを保存
安定性に優れた状態で取り扱ったり、保存できる。更に
また、本発明の複合フィルムを用いて、イオン伝導度が
均質でかつ膜厚が均一であるSPE層を、SPE層と電
極との電気化学的接触が極めて良好な、すなわち電極上
へ均質に密着した状態で積層したSPE複合電極を得る
ことができる。特に、本発明の製造方法により、イオン
伝導度が均質でかつ膜厚が均一であるSPE層を電極上
へ均質に密着した状態で積層した大面積のSPE複合電
極を得ることができ、本SPE複合電極を所望のサイズ
の多数の均質な電極に切断して用いることにより品質の
均質な多数の電気化学的装置を製造する面で極めて有利
である。また、本発明の、SPE層の上下両面に基材フ
ィルム、金属もしくは金属酸化物薄膜層、カバーフィル
ムまたは電極などにより積層されている複合フィルムを
用いることにより、SPEフィルム層を電極上に形成す
る工程において、水分制御のために工程の雰囲気制御を
特別厳しく行うことなく、積層工程が簡易になるという
利点がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 10/40 H01M 8/02 E // H01M 8/02 P G01N 27/30 371Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程及び得られる積層
    物の上下面から加圧する工程を含むことを特徴とする高
    分子固体電解質フィルムの積層方法。
  2. 【請求項2】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程、ついでかかる積
    層物の高分子固体電解質液状物表面にカバーフィルムを
    積層する工程及び得られる積層物の上下面から加圧する
    工程を含むことを特徴とする高分子固体電解質フィルム
    の積層方法。
  3. 【請求項3】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に重
    合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物を積層す
    る工程、該重合性化合物に重合反応を起こさせて高分子
    固体電解質層を実質的に非流動状態とする工程、及び得
    られる積層物の上下面から加圧する工程を含むことを特
    徴とする高分子固体電解質フィルムの積層方法。
  4. 【請求項4】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に重
    合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物を積層す
    る工程、かかる積層物の高分子固体電解質液状物表面に
    カバーフィルムを積層する工程、該重合性化合物に重合
    反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的に非流動
    状態とする工程、及び得られる積層物の上下面から加圧
    する工程を含むことを特徴とする高分子固体電解質フィ
    ルムの積層方法。
  5. 【請求項5】 高分子固体電解質フィルムのイオン伝導
    度が10-4Ω-1cm-1以上である請求項1〜4記載の高
    分子固体電解質フィルムの積層方法。
  6. 【請求項6】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程及び得られる積層
    物の上下面から加圧する工程を経て、あるいは基材フィ
    ルム上、または金属もしくは金属酸化物薄膜層を有する
    基材フィルムの該薄膜層上に重合性化合物を含有する高
    分子固体電解質液状物を積層する工程、該重合性化合物
    に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的に
    非流動状態とする工程及び得られる積層物の上下面から
    加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムを高分
    子固体電解質層と基材フィルム層からなる積層物として
    製造、または高分子固体電解質層と該薄膜層付き基材フ
    ィルム層からなる積層物として製造した後、該積層物の
    高分子固体電解質面を予め硬化性接着剤を塗布した電極
    に接触するように積層する工程、及び該接着剤を硬化さ
    せる工程を含むことを特徴とする高分子固体電解質複合
    電極の製造方法。
  7. 【請求項7】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程、ついでかかる積
    層物の高分子固体電解質液状物表面にカバーフィルムを
    積層する工程及び得られる積層物の上下面から加圧する
    工程を経て、あるいは基材フィルム上、または金属もし
    くは金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層
    上に重合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物を
    積層する工程、かかる積層物の高分子固体電解質液状物
    表面にカバーフィルムを積層する工程、該重合性化合物
    に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的に
    非流動状態とする工程、及び得られる積層物の上下面か
    ら加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムをカ
    バーフィルムと高分子固体電解質層と基材フィルム層か
    らなる積層物として製造、またはカバーフィルムと高分
    子固体電解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からなる
    積層物として製造した後、積層物のカバーフィルムを高
    分子固体電解質層から剥離する工程、高分子固体電解質
    面を予め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように
    積層する工程、該接着剤を硬化させる工程を含むことを
    特徴とする高分子固体電解質複合電極の製造方法。
  8. 【請求項8】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程及び得られる積層
    物の上下面から加圧する工程を経て、あるいは基材フィ
    ルム上、または金属もしくは金属酸化物薄膜層を有する
    基材フィルムの該薄膜層上に重合性化合物を含有する高
    分子固体電解質液状物を積層する工程、該重合性化合物
    に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的に
    非流動状態とする工程及び得られる積層物の上下面から
    加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムを高分
    子固体電解質層と基材フィルム層からなる積層物として
    製造、または高分子固体電解質層と該薄膜層付き基材フ
    ィルム層からなる積層物として製造した後、該積層物の
    高分子固体電解質面を予め硬化性接着剤を塗布した電極
    に接触するように積層する工程、及び該接着剤を硬化さ
    せる工程、次いで基材フィルムを、または該薄膜層付き
    基材フィルムの場合には該薄膜層と基材フィルムを一体
    的に高分子固体電解質層から剥離する工程、及び高分子
    固体電解質面に他の構成材を積層する工程を含むことを
    特徴とする高分子固体電解質複合電極の製造方法。
  9. 【請求項9】 基材フィルム上、または金属もしくは金
    属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に高
    分子固体電解質液状物を積層する工程、ついでかかる積
    層物の高分子固体電解質液状物表面にカバーフィルムを
    積層する工程及び得られる積層物の上下面から加圧する
    工程を経て、あるいは基材フィルム上、または金属もし
    くは金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層
    上に重合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物を
    積層する工程、かかる積層物の高分子固体電解質液状物
    表面にカバーフィルムを積層する工程、該重合性化合物
    に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的に
    非流動状態とする工程、及び得られる積層物の上下面か
    ら加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムをカ
    バーフィルムと高分子固体電解質層と基材フィルム層か
    らなる積層物として製造、またはカバーフィルムと高分
    子固体電解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からなる
    積層物として製造した後、積層物のカバーフィルムを高
    分子固体電解質層から剥離する工程、高分子固体電解質
    面を予め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するように
    積層する工程、該接着剤を硬化させる工程、次いで基材
    フィルムを、または該薄膜層付き基材フィルムの場合に
    は該薄膜層と基材フィルムを一体的に高分子固体電解質
    層から剥離する工程、及び高分子固体電解質面に他の構
    成材を積層する工程を含むことを特徴とする高分子固体
    電解質複合電極の製造方法。
  10. 【請求項10】 基材フィルム上、または金属もしくは
    金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に
    高分子固体電解質液状物を積層する工程及び得られる積
    層物の上下面から加圧する工程を経て、あるいは基材フ
    ィルム上、または金属もしくは金属酸化物薄膜層を有す
    る基材フィルムの該薄膜層上に重合性化合物を含有する
    高分子固体電解質液状物を積層する工程、該重合性化合
    物に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的
    に非流動状態とする工程及び得られる積層物の上下面か
    ら加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムを高
    分子固体電解質層と基材フィルム層からなる積層物とし
    て製造、または高分子固体電解質層と該薄膜層付き基材
    フィルム層からなる積層物として製造した後、該積層物
    の高分子固体電解質面を予め硬化性接着剤を塗布した電
    極に接触するように積層する工程、及び該接着剤を硬化
    させる工程、次いで基材フィルムを、または該薄膜層付
    き基材フィルムの場合には該薄膜層と基材フィルムを一
    体的に高分子固体電解質層から剥離する工程、及び高分
    子固体電解質面に他の電極を積層する工程を含むことを
    特徴とする高分子固体電解質複合電極の製造方法。
  11. 【請求項11】 基材フィルム上、または金属もしくは
    金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜層上に
    高分子固体電解質液状物を積層する工程、ついでかかる
    積層物の高分子固体電解質液状物表面にカバーフィルム
    を積層する工程及び得られる積層物の上下面から加圧す
    る工程を経て、あるいは基材フィルム上、または金属も
    しくは金属酸化物薄膜層を有する基材フィルムの該薄膜
    層上に重合性化合物を含有する高分子固体電解質液状物
    を積層する工程、かかる積層物の高分子固体電解質液状
    物表面にカバーフィルムを積層する工程、該重合性化合
    物に重合反応を起こさせて高分子固体電解質層を実質的
    に非流動状態とする工程、及び得られる積層物の上下面
    から加圧する工程を経て、高分子固体電解質フィルムを
    カバーフィルムと高分子固体電解質層と基材フィルム層
    からなる積層物として製造、またはカバーフィルムと高
    分子固体電解質層と該薄膜層付き基材フィルム層からな
    る積層物として製造した後、積層物のカバーフィルムを
    高分子固体電解質層から剥離する工程、高分子固体電解
    質面を予め硬化性接着剤を塗布した電極に接触するよう
    に積層する工程、該接着剤を硬化させる工程、次いで基
    材フィルムを、または該薄膜層付き基材フィルムの場合
    には該薄膜層と基材フィルムを一体的に高分子固体電解
    質層から剥離する工程、及び高分子固体電解質面に他の
    電極を積層する工程を含むことを特徴とする高分子固体
    電解質複合電極の製造方法。
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