JPH11260340A - ポリマー電解質電池 - Google Patents

ポリマー電解質電池

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JPH11260340A
JPH11260340A JP10073239A JP7323998A JPH11260340A JP H11260340 A JPH11260340 A JP H11260340A JP 10073239 A JP10073239 A JP 10073239A JP 7323998 A JP7323998 A JP 7323998A JP H11260340 A JPH11260340 A JP H11260340A
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JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
sheet
electrolyte layer
electrolyte battery
porosity
Prior art date
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Pending
Application number
JP10073239A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Kawai
徹夫 川合
Katsuhiro Higaki
勝弘 檜垣
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Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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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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  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短絡の発生を招くことなく、負荷特性が優
れ、かつエネルギー密度が高いポリマー電解質電池を提
供する。 【解決手段】 シート状の正極、シート状の負極および
シート状のポリマー電解質層を有するポリマー電解質電
池において、上記ポリマー電解質層の支持体として、平
均孔径が0.5μm以上の微孔を多数有し空孔率が60
〜80%の微孔性ポリオレフィンシートを用いる。上記
微孔性ポリオレフィンシートの厚さは25〜40μmで
あることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電解質電
池に関し、さらに詳しくは、特に携帯用機器、電気自動
車、ロードレベリングなどに使用するのに適したポリマ
ー電解質電池に関する。
【0002】
【従来の技術】シート状の電解質を用いることにより、
A4版、B5版などの大面積でしかも薄形の電池の作製
が可能になり、各種薄形製品への適用が可能になって、
電池の使用範囲が大きく広がっている。特にポリマー電
解質を用いた電池は、耐漏液性を含めた安全性、貯蔵性
が優れており、しかも薄く、フレキシブルなため、機器
の形状に合わせた電池を設計できるという、今までの電
池にない特徴を持っている。
【0003】このポリマー電解質電池は、通常、アルミ
ニウムフィルムを芯材にしたラミネートフィルムを外装
体に用い、薄いシート状の電極とシート状のポリマー電
解質層とを組み合わせて、薄形電池に仕上げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このポリマー電解質電
池では、電極やポリマー電解質層が本質的に遊離の液を
含まない関係上、本質的にはセパレータの必要はない
が、電池特性の向上を図るため、完全な固体の電解質で
はなく、ゲル状の電解質を用いている。
【0005】このゲル状電解質は完全固体電解質に比べ
て軟らかく物理的強度が小さいため、ゲル状電解質だけ
で電極間の隔離を行おうとすると、プレスしたり折り曲
げたときに電解質層が破壊されて短絡が発生するおそれ
があった。そのため、不織布をポリマー電解質層の支持
体として用いることが一般的に行われているが、不織布
はその製法上の関係から、均質で薄いものを作製するこ
とが困難であり、通常50μm以下のものを工業的に入
手するのは困難である。そのため、ポリマー電解質層の
厚さが厚くなり、負荷特性やエネルギー密度を低下させ
る原因になっていた。
【0006】従って、本発明は、上記のような従来技術
における問題点を解決し、ポリマー電解質層の強度を高
め、ポリマー電解質層の厚さを薄くすることを可能に
し、負荷特性が優れ、かつエネルギー密度が高いポリマ
ー電解質電池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリマー電解
質層の支持体として、平均孔径が0.5μm以上の微孔
を多数有し空孔率が60〜80%の微孔性ポリオレフィ
ンシートを用い、その空孔内にポリマー電解質を形成し
て、ポリマー電解質層を構成することにより、上記課題
を解決したものである。
【0008】すなわち、微孔性ポリオレフィンシート
は、不織布に比べて強度が高いので、厚さを薄くしても
高い強度を確保することができるので、その孔径を大き
くかつ空孔率を高くし、それをポリマー電解質層の支持
体として用いることによって、短絡の発生を招くことな
く、ポリマー電解質層の電気抵抗を低下させ、それによ
って、負荷特性が優れ、かつエネルギー密度の高いポリ
マー電解質電池が得られるようになる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明においてポリマー電解質層
の支持体として用いる微孔性ポリオレフィンシートは、
たとえば、ポリオレフィンに微孔形成用のフィラーを加
えて混合し、シート形成後、フィラーを溶剤で除去する
ことにより作製することができる。ただし、微孔性ポリ
オレフィンシートの作製方法は上記例示のものに限られ
ることはない。
【0010】上記微孔性ポリオレフィンシートの孔径
は、平均孔径で0.5μm以上であることを要するが、
これは、微孔の平均孔径が小さすぎるとその内部へのポ
リマー電解質の形成が困難になるからである。ただし、
微孔の平均孔径が大きくなりすぎると強度が低下するの
で、微孔の平均孔径としては、0.5μm以上であっっ
て、2μm程度までのものが好ましい。
【0011】微孔性ポリオレフィンシートの空孔率は6
0〜80%であることを要するが、これは、空孔率が6
0%より低い場合はイオン伝導に対する抵抗が高くなっ
て、負荷特性が著しく低下するためであり、また空孔率
が80%より高い場合は微孔性ポリオレフィンシートの
形状保持を行うためのポリオレフィン基材部分の強度が
小さくなり、安定したシートを形成することができなく
なるからである。そして、この微孔性ポリオレフィンシ
ートの空孔率としては70〜80%がより好ましい。な
お、この空孔率は特に明示がない限り体積%である。
【0012】また、微孔性ポリオレフィンシートの厚さ
は25〜40μmが好ましい。微孔性ポリオレフィンシ
ートの厚さを25μm以上とすることにより、必要な電
解質量を確保し、かつポリマー電解質層に好適な強度を
持たせて短絡の発生をよりよく防止することができ、ま
た、厚さを40μm以下とすることによって、負荷特性
やエネルギー密度を良好な範囲に保ち得る。
【0013】微孔性ポリオレフィンシートの材質として
は、たとえばポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げ
られる。
【0014】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。なお、以下においては、ポリマ
ー電解質層の支持体として種類の異なる微孔性ポリオレ
フィンシートや不織布を用いて実施例や比較例を説明し
ていくが、それらの説明に先立って正極および負極の作
製について説明する。
【0015】正極の作製:正極活物質であるLiCoO
2 50重量部、電導助剤であるアセチレンブラック10
重量部、バインダであるポリフッ化ビニリデン10重量
部を均一になるように混合し、さらに電解液40重量部
を加えて混合してペースト状の正極合剤を調製した。上
記電解液はプロピレンカーボネートとエチレンカーボネ
ートとの体積比1:1の混合溶媒にLiPF6 を1.2
2モル/リットル溶解させたものである。そして、上記
のように調製したペースト状の正極合剤を集電体となる
アルミニウム箔の一方の面に塗布し、加熱してゲル化さ
せることによりアルミニウム箔上にゲル状の正極合剤層
を形成してシート状の正極を作製した。
【0016】負極の作製:負極活物質である黒鉛40重
量部とポリフッ化ビニリデン5重量部と上記正極に用い
たものと同様の電解液55重量部を混合してスラリー状
の負極合剤を調製し、このスラリー状の負極合剤を集電
体となる銅箔の一方の面に塗布し、加熱してゲル化させ
ることにより銅箔上にゲル状の負極合剤層を形成してシ
ート状の負極を作製した。
【0017】実施例1〜4 空孔率が60〜80%の範囲内で、微孔の平均孔径が
1.0μm、厚さが25〜40μmの4種類の微孔性ポ
リエチレンシートを準備し、それらを支持体とし、それ
らのそれぞれに、3種類のアクリル系モノマー混合物1
5重量部とその重合開始剤である過酸化ベンゾイル0.
75重量部と前記同様の電解液85重量部とを混合した
溶液を含浸させ、加熱してモノマーを重合させるととも
に全体をゲル化させることにより、シート状のゲル状ポ
リマー電解質層を作製した。上記のアクリル系モノマー
混合物は2−エトキシエチルアクリレートとトリエチレ
ングリコールジメタクリレートとエチレングリコールエ
チルカーボネートメタクリレートとを重量比50:1
3:33の割合で混合したものである。
【0018】このポリマー電解質層を上記正極と負極と
の間に配置し、圧着してユニットセルを構成し、該ユニ
ットセルをポリエステルフィルム−アルミニウムフィル
ム−変性ポリオレフィンフィルムからなる三層構造のラ
ミネートフィルムで外装してポリマー電解質電池を作製
した。ただし、上記ユニットセルの作製にあたり、正極
と負極はそれぞれの合剤層がポリマー電解質層を介して
対向するように配置した。
【0019】ここで、上記電池の概略構造を図1を参照
しつつ説明すると、シート状の正極1とシート状の負極
2との間にシート状のポリマー電解質層3が配置してユ
ニットセルが構成され、そのユニットセルをラミネート
フィルムからなる外装体4で外装し、正極1および負極
2から正極端子5および負極端子6を外装体4の外部に
引き出して電池が構成されている。
【0020】比較例1 ポリマー電解質層の支持体として厚さ70μmで空孔率
75%のポリオレフィン不織布を用いた以外は、実施例
1と同様にしてポリマー電解質層およびポリマー電解質
電池を作製した。
【0021】比較例2 ポリマー電解質層の支持体として厚さ40μmで空孔率
70%のポリオレフィン不織布を用いた以外は、実施例
1と同様にしてポリマー電解質層およびポリマー電解質
電池を作製した。
【0022】比較例3 ポリマー電解質層の支持体として厚さ25μmで空孔率
50%の微孔性ポリエチレンシートを用いた以外は、実
施例1と同様にしてポリマー電解質層およびポリマー電
解質電池を作製した。
【0023】上記実施例1〜4および比較例1〜3の電
池の短絡発生率、負荷特性およびエネルギー密度を調べ
た。その結果を表1に示す。短絡発生率は各電池をそれ
ぞれ100個ずつ製造し、30mAで15分間充電した
時の電圧を測定し、3.0V未満は短絡が発生している
ものと判定し、3.0V以上は正常と判定することによ
って調べたものであり、負荷特性は4.2V、0.2C
の定電流定電圧(CCCV法)で8時間充電し、2Cと
0.2Cでそれぞれ2.75Vまで放電して容量を測定
し、その2Cで放電したときの容量を0.2Cで放電し
たときの容量で除して比率で示したものである。また、
エネルギー密度は0.2Cの放電容量と平均作動電圧か
ら計算することによって求め、表1には比較例1の電池
のエネルギー密度を100とした指数で表示した。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示すように、実施例1〜4は、短絡
発生がなく、負荷特性が優れ、かつエネルギー密度が高
かった。ただし、厚みが厚くなると負荷特性やエネルギ
ー密度が低下する傾向があった。また、実施例1〜4で
用いた微孔性ポリエチレンシートは空孔率が大きかった
が、必要な強度を有していたので、電池組立に際して支
障はなかった。
【0026】上記実施例では、微孔性ポリオレフィンシ
ートとしてポリエチレン製のものについての例を示した
が、それに代えて、ポリプロピレン製のものや、ポリプ
ロピレンとポリエチレンとを混合したもの、さらには、
両者が層状になったものでもよい。
【0027】また、上記実施例では1個のユニットセル
を外装して電池に仕上げた場合を示したが、それに代え
て複数個のユニットセルを積層したユニットセル積層体
を外装して電池に仕上げてもよい。
【0028】なお、ポリマー電解質のゲル化に際して
は、実施例で示した以外に、たとえば、ラジカル重合型
の不飽和ポリエステル、または、ラジカル重合型のアク
リル系エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、
ポリエステルアクリレート、アルキッドアクリレート、
シリコンアクリレートなどの光硬化性樹脂を紫外線ある
いは電子線を用いてゲル化させるものであってもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、短絡
の発生を招くことなく、負荷特性が優れ、かつエネルギ
ー密度が高いポリマー電解質電池を提供することができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポリマー電解質電池の一例を模式
的に示す断面図である。
【符号の説明】
1 正極 2 負極 3 ポリマー電解質層 4 外装体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状の正極、シート状の負極および
    シート状のポリマー電解質層を有するポリマー電解質電
    池において、上記ポリマー電解質層の支持体として、平
    均孔径が0.5μm以上の微孔を多数有し空孔率が60
    〜80%の微孔性ポリオレフィンシートを用いたことを
    特徴とするポリマー電解質電池。
  2. 【請求項2】 ポリマー電解質層がゲル状ポリマー電解
    質層である請求項1記載のポリマー電解質電池。
  3. 【請求項3】 微孔性ポリオレフィンシートの厚さが2
    5〜40μmである請求項1記載のポリマー電解質電
    池。
JP10073239A 1998-03-06 1998-03-06 ポリマー電解質電池 Pending JPH11260340A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003317695A (ja) * 2002-04-26 2003-11-07 Nitto Denko Corp 非水電解質リチウムイオン電池とそのためのセパレータ
JP2022066604A (ja) * 2011-01-07 2022-04-28 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の作製方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003317695A (ja) * 2002-04-26 2003-11-07 Nitto Denko Corp 非水電解質リチウムイオン電池とそのためのセパレータ
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