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JPH0922734A - Polymer electrolyte secondary battery - Google Patents
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JPH0922734A - Polymer electrolyte secondary battery - Google Patents

Polymer electrolyte secondary battery

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Publication number
JPH0922734A
JPH0922734A JP7171126A JP17112695A JPH0922734A JP H0922734 A JPH0922734 A JP H0922734A JP 7171126 A JP7171126 A JP 7171126A JP 17112695 A JP17112695 A JP 17112695A JP H0922734 A JPH0922734 A JP H0922734A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lithium
polymer electrolyte
secondary battery
negative electrode
electrolytic solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7171126A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Tsuchiya
謙二 土屋
Iwao Mitsuishi
巌 三石
Masashi Tanaka
正史 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Battery Co Ltd filed Critical Toshiba Battery Co Ltd
Priority to JP7171126A priority Critical patent/JPH0922734A/en
Publication of JPH0922734A publication Critical patent/JPH0922734A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer electrolyte secondary battery equipped with a high cyclic characteristics in charging and discharging, self-discharge characteristics, and high capacity density. SOLUTION: A polymer electrolyte secondary battery includes an active material, a positive electrode 2 containing non-aqueous electrolytic solution and polymer for retaining it, and a negative electrode 4 containing a lithium type spinel oxide to occlude and release lithium ions and retaining non-aqueous electrolytic solution. The arrangement further includes a solid polymer electrolyte layer 5 interposed between the two electrodes 2, 4 and containing non- aqueous electrolytic solution and a polymer for retaining it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電解質二
次電池に関し、特に負極を改良したポリマー電解質二次
電池に係わる。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polymer electrolyte secondary battery, and more particularly to a polymer electrolyte secondary battery having an improved negative electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の発達にともない、小型
で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放
電が可能な二次電池の開発が要望されている。このよう
な二次電池としては、リチウムまたはリチウム合金を活
物質とする負極と、モリブデン、バナジウム、チタンあ
るいはニオブなどの酸化物、硫化物もしくはセレン化物
を活物質とする正極とを具備したリチウム二次電池が知
られている。しかしながら、リチウムまたはリチウム合
金を活物質とする負極を備えた二次電池は、充放電サイ
クルを繰り返すと負極にリチウムのデンドライトが発生
するため、充放電サイクル寿命が短いという問題点があ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic equipment, there has been a demand for the development of a secondary battery that is small, lightweight, has a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. As such a secondary battery, a lithium secondary battery including a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material and a positive electrode using an oxide, sulfide, or selenide such as molybdenum, vanadium, titanium, or niobium as an active material is used. Secondary batteries are known. However, a secondary battery provided with a negative electrode using lithium or a lithium alloy as an active material has a problem that the charge / discharge cycle life is short because lithium dendrites are generated in the negative electrode when charge / discharge cycles are repeated.

【0003】このようなことから、負極に、例えばコー
クス、黒鉛、炭素繊維、樹脂焼成体、熱分解気相炭素の
ようなリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を用
い、LiPF6 のような電解質およびエチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネートのような非水溶媒からな
る電解液を用いた非水溶媒二次電池が提案されている。
前記非水溶媒二次電池は、デンドライト析出による負極
特性の劣化を改善することができるため、電池寿命と安
全性を向上することができる。
[0003] For this reason, the negative electrode, for example coke, graphite, carbon fiber, resin fired body, a lithium ion, such as pyrolytic vapor carbon using a carbonaceous material for absorbing and releasing, electrolytes such as LiPF 6 A non-aqueous solvent secondary battery using an electrolytic solution comprising a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate has been proposed.
The non-aqueous solvent secondary battery can improve the negative electrode characteristics due to the precipitation of dendrite, and thus can improve the battery life and safety.

【0004】一方、米国特許第5,296,318号明
細書には正極、負極および電解質層にポリマーを添加す
ることにより柔軟性が付与されたハイブリッドポリマー
電解質を有する再充電可能なリチウムインターカレーシ
ョン電池、つまりポリマー電解質二次電池が開示されて
いる。このようなポリマー電解質二次電池は、例えばA
l箔からなる集電体に活物質、非水電解液およびこの電
解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極
と、例えばCu箔からなる集電体にリチウムイオンを吸
蔵放出する物質、非水電解液およびこの電解液を保持す
るポリマーを含む負極層を積層した負極と、前記正極層
と前記負極層の間に介装された非水電解液およびこの電
解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解質層と
から構成されている。
On the other hand, US Pat. No. 5,296,318 discloses a rechargeable lithium intercalation having a hybrid polymer electrolyte which has been made flexible by adding polymers to the cathode, anode and electrolyte layers. A battery, that is, a polymer electrolyte secondary battery is disclosed. Such a polymer electrolyte secondary battery has, for example, A
a positive electrode in which a positive electrode layer containing an active material, a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution is laminated on a current collector made of a foil, and a material which absorbs and releases lithium ions in a current collector made of Cu foil, A negative electrode in which a negative electrode layer containing a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution is laminated, a non-aqueous electrolytic solution interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and a polymer holding the electrolytic solution And a solid polymer electrolyte layer.

【0005】ところで、前記負極層としては人造グラフ
ァイトのようなリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材
料と、六フッ化リン酸リチウムのような電解質およびエ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような
非水溶媒からなる非水電解液と、ビニリデンフロライド
ーヘキサフルオロプロピレン(VDF−HFP)の共重
合体のような前記電解液を保持するポリマーとからなる
組成を有するものが用いられている。このような負極層
を有する負極は、充放電時のリチウム基準の電位が零V
に近いため、前記負極と共に組み込まれる正極のリチウ
ム基準電位によって得られた二次電池の電圧が決定され
る。
The negative electrode layer comprises a carbonaceous material such as artificial graphite that absorbs and releases lithium ions, an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate and a non-aqueous solvent such as ethylene carbonate and propylene carbonate. A composition having a composition comprising a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution such as a copolymer of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) is used. A negative electrode having such a negative electrode layer has a lithium-based potential of 0 V when charging and discharging.
Therefore, the voltage of the secondary battery obtained by the lithium reference potential of the positive electrode incorporated together with the negative electrode is determined.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、充放電のサ
イクル特性、自己放電特性および容量密度の高いポリマ
ー電解質二次電池を提供しようとするものである。
The present invention is intended to provide a polymer electrolyte secondary battery having high charge / discharge cycle characteristics, self-discharge characteristics, and high capacity density.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるポリマー
電解質二次電池は、活物質、非水電解液およびこの電解
液を保持するポリマーを含む正極と、リチウムイオンを
吸蔵放出するリチウム系スピネル酸化物を含み、かつ非
水電解液を保持した負極と、前記正極および負極の間に
介装された非水電解液およびこの電解液を保持するポリ
マーを含む固体ポリマー電解質層とを具備したことを特
徴とするものである。
A polymer electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode containing an active material, a non-aqueous electrolytic solution and a polymer holding the electrolytic solution, and a lithium-based spinel oxide which absorbs and releases lithium ions. And a solid polymer electrolyte layer containing a non-aqueous electrolyte solution and a polymer holding the non-aqueous electrolyte solution and the electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is a feature.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるポリマー電
解質二次電池を図1を参照して説明する。正極は、アル
ミニウム箔またはアルミニウム製網体からなる集電体1
に正極層2を積層した構造を有する。負極は、例えばニ
ッケル箔、銅箔、ニッケル製網体または銅製網体からな
る集電体3に負極層4を積層した構造を有し、前記負極
層4が前記正極の正極層2に対向して配置されている。
固体ポリマー電解質層5は、前記正極層2と前記負極層
4の間に介在されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A polymer electrolyte secondary battery according to the present invention will be described below with reference to FIG. The positive electrode is a current collector 1 made of an aluminum foil or an aluminum net.
Has a structure in which the positive electrode layer 2 is laminated. The negative electrode has a structure in which a negative electrode layer 4 is laminated on a collector 3 made of, for example, a nickel foil, a copper foil, a net made of nickel or a net made of copper, and the negative electrode layer 4 faces the positive electrode layer 2 of the positive electrode. Are arranged.
The solid polymer electrolyte layer 5 is interposed between the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 4.

【0009】次に、前述した負極層4、正極層2、固体
ポリマー電解質層5について詳細に説明する。 1)負極層4 この負極層4は、リチウムイオンを吸蔵放出するリチウ
ム系スピネル酸化物、非水電解液およびこの電解液を保
持するポリマーを含む。
Next, the above-mentioned negative electrode layer 4, positive electrode layer 2 and solid polymer electrolyte layer 5 will be described in detail. 1) Negative Electrode Layer 4 This negative electrode layer 4 contains a lithium-based spinel oxide that absorbs and releases lithium ions, a non-aqueous electrolytic solution, and a polymer that holds this electrolytic solution.

【0010】前記リチウム系スピネル酸化物としては、
例えばLi4+z Ti512(ただし、zは原子比で0≦
z≦3を示す)またはLi1+z24 (ただし、zは
原子比で0≦z≦1を示す)等を用いることができる。
As the lithium-based spinel oxide,
For example, Li 4 + z Ti 5 O 12 (where z is an atomic ratio of 0 ≦
z <3) or Li 1 + z V 2 O 4 (where z is 0 ≦ z ≦ 1 in terms of atomic ratio) or the like can be used.

【0011】前記リチウム系スピネル酸化物は、前記負
極層中の全固形物に対して70〜90重量%配合される
ことが好ましい。前記電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。
The lithium spinel oxide is preferably blended in an amount of 70 to 90% by weight based on the total solid content in the negative electrode layer. The electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0012】前記非水溶媒としては、例えばエチレンカ
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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリ
ル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプ
ロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン等を挙
げるできる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、2種
以上混合して使用してもよい。
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane and diethyl ether. , Tetrahydrofuran, 2-
Methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone and the like can be mentioned. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more.

【0013】前記非水電解液に含まれる電解質として
は、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ
化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム
(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF
6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiCF
3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド
リチウム[LiN(CF3 SO22 ]などのリチウム
塩(電解質)が挙げられる。 前記電解質の前記非水溶
媒に対する溶解量は、0.5〜2.0モル/lとするこ
とが望ましい。
As the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenide hexafluoride ( LiAsF
6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF
3 SO 3 ) and lithium bis (trifluoromethylsulfonylimide) [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ]. The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.0 mol / l.

【0014】前記ポリマーとしては、例えばビニリデン
フロライドーヘキサフルオロプロピレン(VDF−HF
P)の共重合体を用いることができる。このような共重
合体において、VDFは共重合体の骨格部で機械的強度
の向上に寄与し、HFPは前記共重合体に非晶質の状態
で取り込まれ、前記電解液の保持とリチウムイオンの透
過部として機能する。前記HFPの共重割合は、前記共
重合体の合成方法にも依存するが、通常、最大で20重
量%前後である。
Examples of the polymer include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HF).
The copolymer of P) can be used. In such a copolymer, VDF contributes to the improvement of the mechanical strength in the skeleton of the copolymer, and HFP is incorporated into the copolymer in an amorphous state, so that the electrolyte is retained and the lithium ion is retained. Function as a transparent part of the. The copolymerization ratio of the HFP depends on the method of synthesizing the copolymer, but is usually at most about 20% by weight.

【0015】前記負極層中には、導電材として人造黒
鉛、アセチレンブラックなどのカーボンブラックや炭化
チタンのような導電性セラミックが配合されていること
が好ましい。
In the negative electrode layer, it is preferable that artificial graphite, carbon black such as acetylene black, or a conductive ceramic such as titanium carbide is mixed as a conductive material.

【0016】2)正極層2 この正極層2は、活物質、導電材、非水電解液およびこ
の電解液を保持するポリマーを含む。
2) Positive Electrode Layer 2 This positive electrode layer 2 contains an active material, a conductive material, a non-aqueous electrolytic solution and a polymer which holds this electrolytic solution.

【0017】前記活物質としては、例えばリチウムマン
ガン複合酸化物、二酸化マンガン、Liy NiO2 (た
だし、yは原子比で0.05<y≦1.0である)のよ
うなリチウム含有ニッケル酸化物、Liy CoO2 (た
だし、yは原子比で0.05<y≦1.0である)のよ
うなリチウム含有コバルト酸化物、Liy Coz Ni
1-z2 (ただし、y、zは原子比でそれぞれ0.05
<y≦1.0、0<z<1.0である)のようなリチウ
ム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質
五酸化バナジウムのような種々の酸化物、二硫化チタ
ン、二硫化モリブテンのようなカルコゲン化合物等を用
いることができる。特に、リチウムマンガン複合酸化物
が好ましい。かかるリチウムマンガン複合酸化物の中で
も、組成式がLix Mn24 (ただし、xは原子比で
0.05<x≦2.0である)で表されるものを用いる
ことが好ましい。このような組成のリチウムマンガン複
合酸化物を含む正極を備えたポリマー電解質二次電池
は、放電容量が向上される。
Examples of the active material include lithium manganese oxide such as lithium manganese oxide, manganese dioxide, and Li y NiO 2 (where y is 0.05 <y ≦ 1.0 in atomic ratio). A lithium-containing cobalt oxide such as Li y CoO 2 (where y is an atomic ratio of 0.05 <y ≦ 1.0), Li y Co z Ni
1-z O 2 (where y and z are each 0.05 in atomic ratio)
<Y ≦ 1.0, 0 <z <1.0), various oxides such as amorphous vanadium pentoxide containing lithium, titanium disulfide, and disulfide. Chalcogen compounds such as molybdenum can be used. In particular, a lithium manganese composite oxide is preferable. Among such lithium manganese composite oxides, it is preferable to use one having a composition formula represented by Li x Mn 2 O 4 (where x is an atomic ratio of 0.05 <x ≦ 2.0). A polymer electrolyte secondary battery provided with a positive electrode containing a lithium manganese composite oxide having such a composition has improved discharge capacity.

【0018】前記導電材としては、例えば人造黒鉛、ア
セチレンブラック、コークス質カーボンなどのカーボン
ブラック等を用いることができる。前記非水電解液およ
びポリマーは、前述した負極層で説明したのと同様なも
のが用いられる。
As the conductive material, for example, artificial graphite, acetylene black, carbon black such as coke-like carbon, or the like can be used. The same non-aqueous electrolyte solution and polymer as those described in the negative electrode layer are used.

【0019】3)ポリマー電解質層5 このポリマー電解質層5は、非水電解液およびこの電解
液を保持するポリマーを含む。
3) Polymer Electrolyte Layer 5 This polymer electrolyte layer 5 contains a non-aqueous electrolytic solution and a polymer that holds this electrolytic solution.

【0020】前記非水電解液およびポリマーは、前述し
た正極層で説明したのと同様なものが用いられる。以上
説明した本発明に係わるポリマー電解質二次電池は、リ
チウムイオンを吸蔵放出するリチウム系スピネル酸化物
を含み、かつ非水電解液を保持した負極を備える。この
ようなリチウム系スピネル酸化物を含む負極は、この負
極を備えたポリマー電解質二次電池の充放電の繰り返し
に伴うリチウムイオンの吸蔵・放出において安定である
ため、優れた充放電サイクル特性を有する。また、リチ
ウム系スピネル酸化物を含む負極を備えたポリマー電解
質二次電池は、優れた自己放電特性を有する。さらに、
リチウム系スピネル酸化物は炭素質材料に比べて負極中
(負極層中)への充填密度を高めることができるため、
容量密度(mAh/l、mAh/g)が向上されたポリ
マー電解質二次電池を実現できる。
As the non-aqueous electrolyte and the polymer, the same ones as described for the positive electrode layer described above are used. The polymer electrolyte secondary battery according to the present invention described above includes a negative electrode containing a lithium-based spinel oxide that absorbs and releases lithium ions, and holds a non-aqueous electrolyte. A negative electrode containing such a lithium-based spinel oxide has excellent charge-discharge cycle characteristics because it is stable in insertion and extraction of lithium ions due to repeated charge and discharge of a polymer electrolyte secondary battery including this negative electrode. . Further, the polymer electrolyte secondary battery including the negative electrode containing the lithium-based spinel oxide has excellent self-discharge characteristics. further,
Since the lithium-based spinel oxide can increase the packing density in the negative electrode (in the negative electrode layer) as compared with the carbonaceous material,
A polymer electrolyte secondary battery with improved capacity density (mAh / l, mAh / g) can be realized.

【0021】さらに、前記リチウム系スピネル酸化物を
含む負極はリチウムイオンを吸蔵放出する材料として炭
素質材料を用いる通常の負極のリチウム基準の電位より
高い電位を有する。二次電池の電圧は、正極と負極の電
位差で決定される。このため、リチウムイオンを吸蔵放
出する材料としてリチウム系スピネル酸化物を含む負極
を用いることによって、電圧の低い二次電池を実現でき
る。
Further, the negative electrode containing the lithium-based spinel oxide has a potential higher than the lithium-based potential of a normal negative electrode using a carbonaceous material as a material for inserting and extracting lithium ions. The voltage of the secondary battery is determined by the potential difference between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, by using a negative electrode containing a lithium-based spinel oxide as a material that absorbs and releases lithium ions, a secondary battery with a low voltage can be realized.

【0022】例えば、リチウム系スピネル酸化物である
Li4+z Ti512を含む負極はリチウム基準で約1.
5Vの電位を有し、正極活物質であるリチウムコバルト
複合酸化物を含む正極の電位は約4Vであるため、これ
らの正極および負極を用いることによって約2.5Vの
低電圧ポリマー電解質二次電池を実現できる。また、正
極活物質として約3Vの電位を有するリチウムマンガン
複合酸化物を用いることによって、約1.5Vの低電圧
ポリマー電解質二次電池を実現できる。このような低電
圧ポリマー電解質二次電池は、最近の電子機器の駆動バ
ックアップ電圧の低電圧化に対応して利用でき、さらに
マンガン乾電池の互換電池としても利用できる。
For example, a negative electrode containing Li 4 + z Ti 5 O 12 which is a lithium-based spinel oxide is about 1.
Since the positive electrode having a potential of 5V and containing the positive electrode active material, lithium cobalt composite oxide, has a potential of about 4V, a low voltage polymer electrolyte secondary battery of about 2.5V can be obtained by using these positive and negative electrodes. Can be realized. Further, by using a lithium manganese composite oxide having a potential of about 3V as the positive electrode active material, a low voltage polymer electrolyte secondary battery of about 1.5V can be realized. Such a low-voltage polymer electrolyte secondary battery can be used in response to the recent decrease in drive backup voltage of electronic devices, and can also be used as a compatible battery for manganese dry batteries.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 (実施例1)まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と二
酸化マンガン(MnO2 )をLiとMnのモル比が1:
2となるように混合し、この混合物を800℃の温度で
24時間加熱することにより組成式がLiMn24
表される粒子状のリチウムマンガン複合酸化物を調製し
た。つづいて、ビニリデンフロライドーヘキサフルオロ
プロピレン(VDF−HFP)の共重合体(HFPの共
重合比率;12重量%)をアセトンに11重量%溶解し
てアセトン溶液を調製した後、このアセトン溶液に前記
リチウムマンガン複合酸化物およびアセチレンブラック
を前記共重合体の固形物が20重量%、前記リチウムマ
ンガン複合酸化物が72重量%、アセチレンブラックが
8重量%になるように添加混合した。この懸濁物をキャ
スティングにより成膜し、常温に放置して自然乾燥する
ことにより厚さ100μmのシート状正極層を作製し
た。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. Example 1 First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and manganese dioxide (MnO 2 ) were mixed at a molar ratio of Li and Mn of 1 :.
The mixture was mixed so as to be 2, and this mixture was heated at a temperature of 800 ° C. for 24 hours to prepare a particulate lithium manganese composite oxide having a composition formula represented by LiMn 2 O 4 . Subsequently, 11% by weight of a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) copolymer (copolymerization ratio of HFP; 12% by weight) was dissolved in acetone to prepare an acetone solution. Lithium-manganese composite oxide and acetylene black were added and mixed so that the solid content of the copolymer was 20% by weight, the lithium-manganese composite oxide was 72% by weight, and the acetylene black was 8% by weight. This suspension was formed into a film by casting, left to stand at room temperature and naturally dried to form a sheet-like positive electrode layer having a thickness of 100 μm.

【0024】また、飽和LiOH水溶液にアセターゼ型
二酸化チタンをLi:Tiのモル比が4:5になるよう
に混合し、110℃、12時間乾燥を行った後、粉砕
し、800℃の温度で6時間加熱することにより組成式
がLi4 Ti5 O12で表されるリチウム系スピネル酸化
物を生成した。つづいて、ビニリデンフロライドーヘキ
サフルオロプロピレン(VDF−HFP)の共重合体
(HFPの共重合比率;12重量%)をアセトンに11
重量%溶解してアセトン溶液を調製した後、このアセト
ン溶液に前記Li4 Ti512からなるリチウム系スピ
ネル酸化物粉末およびアセチレンブラックを前記共重合
体の固形物が20重量%、前記酸化物粉末が72重量
%、前記アセチレンブラックが8重量%になるように添
加混合した。この懸濁物をキャスティングにより成膜
し、常温に放置して自然乾燥することにより厚さ100
μmのシート状負極層を作製した。
Further, acetase type titanium dioxide was mixed with a saturated LiOH aqueous solution so that the molar ratio of Li: Ti was 4: 5, dried at 110 ° C. for 12 hours, and then pulverized at a temperature of 800 ° C. By heating for 6 hours, a lithium-based spinel oxide having a composition formula of Li4 Ti5 O12 was produced. Subsequently, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) copolymer (HFP copolymerization ratio; 12% by weight) was added to acetone with 11 parts.
After preparing an acetone solution by dissolving it in an amount of 1 wt%, the solid solution of the copolymer is added to the acetone solution in an amount of 20 wt% of the lithium spinel oxide powder consisting of Li 4 Ti 5 O 12 and acetylene black. 72% by weight of powder and 8% by weight of acetylene black were added and mixed. The suspension is cast to form a film, which is left at room temperature and naturally dried to obtain a thickness of 100.
A sheet-shaped negative electrode layer having a thickness of μm was prepared.

【0025】さらに、ビニリデンフロライドーヘキサフ
ルオロプロピレン(VDF−HFP)の共重合体(HF
Pの共重合比率;12重量%)をアセトンに11重量%
溶解してアセトン溶液を調製し、このアセトン溶液をキ
ャスティングにより成膜し、常温に放置して自然乾燥す
ることにより厚さ30μmのシート状固体ポリマー電解
質層を作製した。
Further, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VDF-HFP) copolymer (HF
Copolymerization ratio of P; 12 wt%) in acetone to 11 wt%
An acetone solution was prepared by dissolving, and the acetone solution was cast to form a film, which was left at room temperature and naturally dried to form a sheet-like solid polymer electrolyte layer having a thickness of 30 μm.

【0026】次いで、前記シート状正極層とアルミニウ
ム箔(正極集電体)とをダブルロールラミネータを用い
てそれぞれ積層し、シート状正極とし、同時に前記シー
ト状負極層とニッケル箔(負極集電体)とをダブルロー
ルラミネータを用いて積層してシート状負極とし、これ
らの正極、負極の間に前記シート状固体ポリマー電解質
層を介在させ、ダブルロールラミネータを用いて積層し
た。この5層積層物を六フッ化リン酸リチウム(LiP
6 )がエチレンカーボネート(EC)−ジメチルカー
ボネート(DMC)の混合溶媒(混合比2:1)に1モ
ル/l溶解された電解液に前記シート状物を10分間浸
漬して前記シート状正極層、シート状負極層およびシー
ト状固体ポリマー電解質層に前記電解液を含浸させるこ
とにより前述した図1に示す構造のポリマー電解質二次
電池を製造した。
Next, the sheet-shaped positive electrode layer and the aluminum foil (positive electrode current collector) are laminated using a double roll laminator to form a sheet-shaped positive electrode, and at the same time, the sheet-shaped negative electrode layer and nickel foil (negative electrode current collector). And a) were laminated using a double roll laminator to form a sheet-shaped negative electrode, and the sheet-shaped solid polymer electrolyte layer was interposed between the positive electrode and the negative electrode, and laminated using a double roll laminator. This five-layer laminate is treated with lithium hexafluorophosphate (LiP
F 6 ) is immersed in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) -dimethyl carbonate (DMC) (mixing ratio 2: 1) in an amount of 1 mol / l, and the sheet-shaped product is immersed for 10 minutes in the electrolytic solution. The polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by impregnating the layer, the sheet-shaped negative electrode layer and the sheet-shaped solid polymer electrolyte layer with the electrolytic solution.

【0027】(実施例2)正極活物質としてLiOHと
MnO2 を1:3のモル比率で混合し、380℃で24
時間加熱して合成したLi0.33MnO2 を用い、リチウ
ムを吸蔵放出する材料としてLiをドープしたLi7
512を用いた以外、実施例1と同様な方法により図
1に示す構造のポリマー電解質二次電池を製造した。
Example 2 As a positive electrode active material, LiOH and MnO 2 were mixed at a molar ratio of 1: 3 and mixed at 380 ° C. for 24 hours.
Li 0.33 MnO 2 synthesized by heating for a period of time was used, and Li 7 T doped with Li was used as a material for inserting and extracting lithium.
A polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that i 5 O 12 was used.

【0028】得られた実施例1の二次電池について、充
電電流40mAで2.7V、放電電流40mAで1.9
Vの放電試験を行った時の平均作動電圧を測定した。そ
の結果、2.3Vであった。また、実施例2の二次電池
について、放電電流40mAで0.9Vの放電試験を行
った時の平均作動電圧を測定した。その結果、1.2V
であった。
Regarding the obtained secondary battery of Example 1, the charging current was 40 mA, 2.7 V, and the discharging current was 40 mA, 1.9.
The average operating voltage was measured when the V discharge test was performed. As a result, it was 2.3V. Further, the secondary battery of Example 2 was measured for an average operating voltage when a 0.9 V discharge test was performed at a discharge current of 40 mA. As a result, 1.2V
Met.

【0029】また、得られた実施例1、2の二次電池に
ついて、充電電流40mA、放電電流40mAの充放電
を繰り返し行い、各電池の1サイクル目および200サ
イクル目の放電容量を測定した。その結果、実施例1、
2の二次電池はいずも1サイクル目の放電容量に対する
200サイクル目の放電容量の維持率が95%であっ
た。したがって、実施例1、2のポリマー電解質二次電
池は優れた充放電サイクル寿命を有する。
The secondary batteries obtained in Examples 1 and 2 were repeatedly charged and discharged with a charging current of 40 mA and a discharging current of 40 mA, and the discharge capacities of the respective batteries at the first cycle and the 200th cycle were measured. As a result, Example 1,
In all the secondary batteries of No. 2, the maintenance ratio of the discharge capacity at the 200th cycle to the discharge capacity at the first cycle was 95%. Therefore, the polymer electrolyte secondary batteries of Examples 1 and 2 have excellent charge / discharge cycle life.

【0030】さらに、得られた実施例1、2の二次電池
を充電状態で60℃で20日間高温保管した後の容量維
持率を測定した。その結果、実施例1、2の二次電池は
いずれも容量維持率が90%で優れた自己放電特性を有
することが確認された。
Further, the secondary batteries of Examples 1 and 2 obtained were stored in a charged state at a high temperature of 60 ° C. for 20 days at a high temperature, and the capacity retention rate was measured. As a result, it was confirmed that each of the secondary batteries of Examples 1 and 2 had an excellent self-discharge characteristic with a capacity retention rate of 90%.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば充
放電のサイクル特性、自己放電特性および容量密度の高
く、さらに3.0V以下の低電圧化が可能なポリマー電
解質二次電池を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, there is provided a polymer electrolyte secondary battery having high charge / discharge cycle characteristics, self-discharge characteristics, high capacity density, and a low voltage of 3.0 V or less. Can be provided.

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

【図1】本発明に係るポリマー電解質二次電池を示す斜
視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a polymer electrolyte secondary battery according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、3…集電体、2…正極層、4…負極層、5…ポリマ
ー電解質層。
1, 3: current collector, 2: positive electrode layer, 4: negative electrode layer, 5: polymer electrolyte layer.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活物質、非水電解液およびこの電解液を
保持するポリマーを含む正極と、 リチウムイオンを吸蔵放出するリチウム系スピネル酸化
物を含み、かつ非水電解液を保持した負極と、 前記正極および負極の間に介装された非水電解液および
この電解液を保持するポリマーを含む固体ポリマー電解
質層とを具備したことを特徴とするポリマー電解質二次
電池。
1. A positive electrode containing an active material, a non-aqueous electrolytic solution, and a polymer holding the electrolytic solution; a negative electrode containing a lithium-based spinel oxide that absorbs and releases lithium ions and holding the non-aqueous electrolytic solution; A polymer electrolyte secondary battery comprising: a non-aqueous electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a solid polymer electrolyte layer containing a polymer holding the electrolyte solution.
【請求項2】 前記リチウム系スピネル酸化物は、Li
4+z Ti512(ただし、zは原子比で0≦z≦3を示
す)であることを特徴とする請求項1記載のポリマー電
解質二次電池。
2. The lithium-based spinel oxide is Li
The polymer electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein 4 + z Ti 5 O 12 (where z is 0 ≦ z ≦ 3 in atomic ratio).
【請求項3】 前記正極の活物質は、Lix Mn24
(ただし、xは原子比で0.05<x≦2.0であ
る)、Liy CoO2 、Liy NiO2 (ただし、yは
原子比で0.05<y≦1.0である)およびLiy
z Ni1-z2(ただし、y、zは原子比でそれぞれ
0.05<y≦1.0、0<z<1.0である)から選
ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする請求項
1記載のポリマー電解質二次電池。
3. The active material of the positive electrode is Li x Mn 2 O 4
(However, x has an atomic ratio of 0.05 <x ≦ 2.0), Li y CoO 2 and Li y NiO 2 (provided that y has an atomic ratio of 0.05 <y ≦ 1.0). And Li y C
O z Ni 1 -z O 2 (where y and z are 0.05 <y ≦ 1.0 and 0 <z <1.0, respectively, in atomic ratio), and at least one selected from the group consisting of The polymer electrolyte secondary battery according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998040923A1 (en) * 1997-03-10 1998-09-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte battery and charging method therefor
US6521709B2 (en) 1997-09-22 2003-02-18 Basell Poliolefine Italia S.P.A. Polyolefin compositions comprising a propylene polymer and UHMWPE

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