JP2001093573A - リチウム電池 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特に高率充放電性能、低温充放電特性に優れ
たゲル電解質リチウム電池を提供する。 【構成】 少なくとも正極、負極及びセパレータからな
る発電要素を有し、少なくともポリマーと電解液からな
るゲル電解質が前記発電要素の少なくとも一部に用いら
れているリチウム電池において、前記電解液中のリチウ
ム塩濃度が、電解液１リットルに対して１．５〜５モル
の範囲であり、前記ゲル電解質を構成するポリマーの重
量分率は、該ポリマーの重量と該電解液の重量との和に
対して５〜３０重量％であるリチウム電池とすること
で、上記目的を達成できる。
たゲル電解質リチウム電池を提供する。 【構成】 少なくとも正極、負極及びセパレータからな
る発電要素を有し、少なくともポリマーと電解液からな
るゲル電解質が前記発電要素の少なくとも一部に用いら
れているリチウム電池において、前記電解液中のリチウ
ム塩濃度が、電解液１リットルに対して１．５〜５モル
の範囲であり、前記ゲル電解質を構成するポリマーの重
量分率は、該ポリマーの重量と該電解液の重量との和に
対して５〜３０重量％であるリチウム電池とすること
で、上記目的を達成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム電池に関す
るもので、さらに詳しくは、リチウム電池の正極、負極
またはセパレータに用いるゲル電解質の改良に関するも
のである。
るもので、さらに詳しくは、リチウム電池の正極、負極
またはセパレータに用いるゲル電解質の改良に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話、ＰＨＳ、小型パーソナ
ルコンピュータなどの携帯機器類は、エレクトロニクス
技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの
機器類に用いられる電源としての電池においても小型
化、軽量化が求められている。
ルコンピュータなどの携帯機器類は、エレクトロニクス
技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの
機器類に用いられる電源としての電池においても小型
化、軽量化が求められている。
【０００３】このような用途に期待できる電池の１つと
してリチウム電池があるが、既に実用化されているリチ
ウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高
容量化、長寿命化が求められている。
してリチウム電池があるが、既に実用化されているリチ
ウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高
容量化、長寿命化が求められている。
【０００４】上記した種々のリチウム電池はそのイオン
伝導体として電解液を使用しているため、いずれも肉厚
の金属缶を使用した円筒形あるいは角形が中心であり、
薄型形状のものが製造し難い。このため、従来の電解液
に代えて固体電解質を用い、印刷技術を応用した製法に
より、リチウム一次電池においては薄い金属箔を用いた
薄形形状のものも実用化されている。このような技術を
応用し、リチウム二次電池においても、ゲル状電解質を
用いた薄形形状の電池の実用化のために、従来から各種
の研究開発がなされている。
伝導体として電解液を使用しているため、いずれも肉厚
の金属缶を使用した円筒形あるいは角形が中心であり、
薄型形状のものが製造し難い。このため、従来の電解液
に代えて固体電解質を用い、印刷技術を応用した製法に
より、リチウム一次電池においては薄い金属箔を用いた
薄形形状のものも実用化されている。このような技術を
応用し、リチウム二次電池においても、ゲル状電解質を
用いた薄形形状の電池の実用化のために、従来から各種
の研究開発がなされている。
【０００５】円筒形あるいは角形リチウム二次電池の場
合、正極、負極、およびセパレータからなる極群を円筒
形あるいは角形の電槽に挿入した後、液体の電解質を注
液するという工程を経て作製される。これに対し、ゲル
電解質リチウム二次電池においては、正極と負極をゲル
状の電解質を介して対向させた後、パッキングする方法
で作製され、製造上の利点がある。しかし、このような
ゲル電解質電池は、円筒形あるいは角形電池に比較し
て、高率充放電性能や低温性能が悪いという欠点があっ
た。
合、正極、負極、およびセパレータからなる極群を円筒
形あるいは角形の電槽に挿入した後、液体の電解質を注
液するという工程を経て作製される。これに対し、ゲル
電解質リチウム二次電池においては、正極と負極をゲル
状の電解質を介して対向させた後、パッキングする方法
で作製され、製造上の利点がある。しかし、このような
ゲル電解質電池は、円筒形あるいは角形電池に比較し
て、高率充放電性能や低温性能が悪いという欠点があっ
た。
【０００６】この原因として、以下のような要因が挙げ
られる。すなわち、円筒形あるいは角形電池の場合、電
解質が液体のため、電極およびセパレータ中のリチウム
イオンの拡散が容易である。これに対し、ゲル電解質電
池の場合、電解質がゲル状のため、該電解質に含まれる
ポリマーによりイオンの移動が束縛され、拡散速度が遅
くなって高率充放電および低温充放電性能が劣る欠点が
あった。
られる。すなわち、円筒形あるいは角形電池の場合、電
解質が液体のため、電極およびセパレータ中のリチウム
イオンの拡散が容易である。これに対し、ゲル電解質電
池の場合、電解質がゲル状のため、該電解質に含まれる
ポリマーによりイオンの移動が束縛され、拡散速度が遅
くなって高率充放電および低温充放電性能が劣る欠点が
あった。
【０００７】そこで従来から、リチウムイオン伝導度を
向上させたゲル電解質の代表的なものとして、ポリエチ
レンオキサイドをポリマー骨格に用い、これにリチウム
塩および有機溶媒からなる電解液を加えたゲル電解質が
広く検討されてきた。リチウム塩や有機溶媒との混合比
を規定することにより、現在までに液系電解質に匹敵す
る１×１０-3Ｓ／ｃｍオーダーのリチウムイオン伝導度
を実現しており、このゲル電解質を用いたリチウム電池
は、ほぼ実用化レベルに至っている。
向上させたゲル電解質の代表的なものとして、ポリエチ
レンオキサイドをポリマー骨格に用い、これにリチウム
塩および有機溶媒からなる電解液を加えたゲル電解質が
広く検討されてきた。リチウム塩や有機溶媒との混合比
を規定することにより、現在までに液系電解質に匹敵す
る１×１０-3Ｓ／ｃｍオーダーのリチウムイオン伝導度
を実現しており、このゲル電解質を用いたリチウム電池
は、ほぼ実用化レベルに至っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
なポリエチレンオキサイドを代表とするゲル電解質を用
いたリチウム電池は、低率放電時には充分な電池性能を
示すが、高率放電時には、今なおリチウムイオンの拡散
が遅く、電池性能を充分なレベルに保持することが困難
であるという問題点があった。
なポリエチレンオキサイドを代表とするゲル電解質を用
いたリチウム電池は、低率放電時には充分な電池性能を
示すが、高率放電時には、今なおリチウムイオンの拡散
が遅く、電池性能を充分なレベルに保持することが困難
であるという問題点があった。
【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、特殊な製造工程などを必要としなくてもゲル電
解質のイオン伝導度を高いレベルに保持し、ゲル電解質
中のリチウムイオンのスムーズな移動を実現することに
より、高率放電時にも電池性能を充分なレベルに保持
し、長寿命で安定した電池性能を得ることができるリチ
ウム電池を提供することを目的としたものである。
であり、特殊な製造工程などを必要としなくてもゲル電
解質のイオン伝導度を高いレベルに保持し、ゲル電解質
中のリチウムイオンのスムーズな移動を実現することに
より、高率放電時にも電池性能を充分なレベルに保持
し、長寿命で安定した電池性能を得ることができるリチ
ウム電池を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素を有し、少なくともポリマーと電解液か
らなるゲル電解質が前記発電要素の少なくとも一部に用
いられているリチウム電池において、前記電解液中のリ
チウム塩濃度が、電解液１リットルに対して１．５〜５
モルの範囲であることを特徴とするリチウム電池であ
る。また、少なくともポリマーと電解液からなる前記ゲ
ル電解質を構成するポリマーの重量分率は、該ポリマー
の重量と該電解液の重量との和に対して５〜３０重量％
であることを特徴としている。また、前記ゲル電解質
は、電解液と、重合性官能基を分子鎖中に少なくとも２
個以上有するモノマーと、の混合物を硬化させて得られ
たものであることを特徴としている。また、前記リチウ
ム塩が、ＬｉＢＦ4であることを特徴としている。ま
た、前記電解液を構成する有機溶媒は、γ−ブチロラク
トンを５０重量％以上有していることを特徴としてい
る。
め、本発明は、少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素を有し、少なくともポリマーと電解液か
らなるゲル電解質が前記発電要素の少なくとも一部に用
いられているリチウム電池において、前記電解液中のリ
チウム塩濃度が、電解液１リットルに対して１．５〜５
モルの範囲であることを特徴とするリチウム電池であ
る。また、少なくともポリマーと電解液からなる前記ゲ
ル電解質を構成するポリマーの重量分率は、該ポリマー
の重量と該電解液の重量との和に対して５〜３０重量％
であることを特徴としている。また、前記ゲル電解質
は、電解液と、重合性官能基を分子鎖中に少なくとも２
個以上有するモノマーと、の混合物を硬化させて得られ
たものであることを特徴としている。また、前記リチウ
ム塩が、ＬｉＢＦ4であることを特徴としている。ま
た、前記電解液を構成する有機溶媒は、γ−ブチロラク
トンを５０重量％以上有していることを特徴としてい
る。
【００１１】即ち、本発明者らは鋭意検討した結果、リ
チウム電池の電解液に通常用いられる塩濃度よりも、お
よそ２倍以上の高濃度のリチウム塩を溶解した電解液と
ポリマーからなるゲル電解質を用いたとき、良好な高率
放電性能が得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、少なくとも正極、負極、セパレータのい
ずれか１つ以上の中に含まれる電解液中のリチウム塩濃
度が、電解液１リットルに対して１．５〜５モルの範囲
であり、ポリマーがポリマーと電解液の重量に対して５
〜３０％であることを特徴とするリチウム電池である。
チウム電池の電解液に通常用いられる塩濃度よりも、お
よそ２倍以上の高濃度のリチウム塩を溶解した電解液と
ポリマーからなるゲル電解質を用いたとき、良好な高率
放電性能が得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、少なくとも正極、負極、セパレータのい
ずれか１つ以上の中に含まれる電解液中のリチウム塩濃
度が、電解液１リットルに対して１．５〜５モルの範囲
であり、ポリマーがポリマーと電解液の重量に対して５
〜３０％であることを特徴とするリチウム電池である。
【００１２】前記ゲル電解質中に含まれるリチウム塩濃
度は、電解液１リットルに対して１．５〜５モル、好ま
しくは２〜４モル、さらに好ましくは２〜３モルであ
る。１．５モル未満ではリチウムイオン濃度が少なく拡
散速度が小さい。５モルを越える場合は高い塩濃度のた
め束縛を受けて、リチウムイオンの拡散が遅くなり、ま
たリチウム塩の析出も起こりやすくなる。リチウムイオ
ンの拡散が良好で、リチウム塩の析出が起こりにくい点
で前記濃度範囲が好ましい。
度は、電解液１リットルに対して１．５〜５モル、好ま
しくは２〜４モル、さらに好ましくは２〜３モルであ
る。１．５モル未満ではリチウムイオン濃度が少なく拡
散速度が小さい。５モルを越える場合は高い塩濃度のた
め束縛を受けて、リチウムイオンの拡散が遅くなり、ま
たリチウム塩の析出も起こりやすくなる。リチウムイオ
ンの拡散が良好で、リチウム塩の析出が起こりにくい点
で前記濃度範囲が好ましい。
【００１３】前記ゲル電解質中に含有させることのでき
るリチウム塩を形成するアニオンとしては、無機または
有機のアニオンが挙げられる。これらのリチウム塩は必
要に応じ、単独もしくは２種以上を併用して用いること
ができる。無機アニオンの例としては、例えばＢＦ4 -、
ＰＦ6 -、ＣｌＯ4 -、ＡSＦ6 -、ＳＣＮ-などが挙げられ
る。有機アニオンの例としては、例えばＣnＦ2n+1ＳＯ3
-（ｎ＝０〜５）、Ｃ(ＳＯ2ＣnＦ2n+1)(ＳＯ2Ｃ
mＦ2m+1)(ＳＯ2ＣpＦ2P+1)- （ｎ、ｍ、ｐ＝０〜
５）、Ｎ(ＳＯ2ＣnＦ2n+1)(ＳＯ2ＣmＦ2m+1)-（ｎ、ｍ
＝０〜５）、ＲＣＯＯ-などが挙げられる。これらのリ
チウム塩のうち、熱安定性が良好で、水分混入時の加水
分解によるＨＦの発生の問題が少ない点でＬｉＢＦ4が
好ましい。
るリチウム塩を形成するアニオンとしては、無機または
有機のアニオンが挙げられる。これらのリチウム塩は必
要に応じ、単独もしくは２種以上を併用して用いること
ができる。無機アニオンの例としては、例えばＢＦ4 -、
ＰＦ6 -、ＣｌＯ4 -、ＡSＦ6 -、ＳＣＮ-などが挙げられ
る。有機アニオンの例としては、例えばＣnＦ2n+1ＳＯ3
-（ｎ＝０〜５）、Ｃ(ＳＯ2ＣnＦ2n+1)(ＳＯ2Ｃ
mＦ2m+1)(ＳＯ2ＣpＦ2P+1)- （ｎ、ｍ、ｐ＝０〜
５）、Ｎ(ＳＯ2ＣnＦ2n+1)(ＳＯ2ＣmＦ2m+1)-（ｎ、ｍ
＝０〜５）、ＲＣＯＯ-などが挙げられる。これらのリ
チウム塩のうち、熱安定性が良好で、水分混入時の加水
分解によるＨＦの発生の問題が少ない点でＬｉＢＦ4が
好ましい。
【００１４】前記ゲル電解質中に含まれる有機溶媒とし
ては、例えばラクトン類｛γ−ブチロラクトン、γ−バ
レロラクトンなど｝、鎖状エステル類｛酢酸メチル、プ
ロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなど｝、炭酸エ
ステル類｛エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジフェニルカーボネートな
ど｝、環状エーテル類｛テトラヒドロフラン、２−メチ
ルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソランなど｝、
鎖状エーテル類｛１，２−ジメトキシエタン、エチレン
グリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエ
ーテル、重合度３以上のポリエチレングリコールジ（Ｃ
１〜Ｃ４）アルキルエーテル、プロピレングリコールジ
メチルエーテル、重合度２以上のポリプロピレングリコ
ールジ（Ｃ１〜Ｃ４）アルキルエーテルなど｝、Ｎ−メ
チルオキサゾリジノンン、スルフォラン類｛スルフォラ
ン、２−メチルスルフォランなど｝、ニトリル類｛アセ
トニトリルなど｝、スルフォキシド類｛ジメチルスルフ
ォキシドなど｝、アミド類｛Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムア
ミドなど｝、ピロリドン類｛Ｎ−メチルピロリドンな
ど｝などが挙げられる。これらの有機溶媒は、必要に応
じて単独もしくは２種以上を併用して用いることができ
る。これらの有機溶媒のうち、誘電率が高く、蒸気圧が
低く、引火性の低い点で、γ−ブチロラクトン、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネートが好ましい。
熱安定性の良好なＬｉＢＦ4塩と組み合わせた時の高率
放電特性が良好となる点で、γ−ブチロラクトンを５０
重量％以上含有させた有機溶媒がさらに好ましい。
ては、例えばラクトン類｛γ−ブチロラクトン、γ−バ
レロラクトンなど｝、鎖状エステル類｛酢酸メチル、プ
ロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなど｝、炭酸エ
ステル類｛エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジフェニルカーボネートな
ど｝、環状エーテル類｛テトラヒドロフラン、２−メチ
ルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソランなど｝、
鎖状エーテル類｛１，２−ジメトキシエタン、エチレン
グリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエ
ーテル、重合度３以上のポリエチレングリコールジ（Ｃ
１〜Ｃ４）アルキルエーテル、プロピレングリコールジ
メチルエーテル、重合度２以上のポリプロピレングリコ
ールジ（Ｃ１〜Ｃ４）アルキルエーテルなど｝、Ｎ−メ
チルオキサゾリジノンン、スルフォラン類｛スルフォラ
ン、２−メチルスルフォランなど｝、ニトリル類｛アセ
トニトリルなど｝、スルフォキシド類｛ジメチルスルフ
ォキシドなど｝、アミド類｛Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムア
ミドなど｝、ピロリドン類｛Ｎ−メチルピロリドンな
ど｝などが挙げられる。これらの有機溶媒は、必要に応
じて単独もしくは２種以上を併用して用いることができ
る。これらの有機溶媒のうち、誘電率が高く、蒸気圧が
低く、引火性の低い点で、γ−ブチロラクトン、プロピ
レンカーボネート、エチレンカーボネートが好ましい。
熱安定性の良好なＬｉＢＦ4塩と組み合わせた時の高率
放電特性が良好となる点で、γ−ブチロラクトンを５０
重量％以上含有させた有機溶媒がさらに好ましい。
【００１５】前記ゲル電解質中に含有させることのでき
るポリマーはポリマーと電解液の重量に対して５〜３０
％であり、好ましくは１０〜２５％であることが望まし
い。ゲル電解質中に用いるポリマーは特に限定するもの
ではないが、一般的には多少なりとも電解液に膨潤する
ものが好ましい。これらのポリマーにはアクリロイル系
ポリマー、ポリフッカビニリデン、ポリアクリロニトリ
ルなどがある。さらに重合性官能基を有し、電解液に溶
解するモノマーを重合したものが望ましい。さらに言え
ば、前記ゲル電解質が、リチウム塩と、有機溶媒と、重
合性官能基を分子鎖中に少なくとも２個以上有するモノ
マーとの混合物を、硬化させることにより得られるもの
であることが望ましい。
るポリマーはポリマーと電解液の重量に対して５〜３０
％であり、好ましくは１０〜２５％であることが望まし
い。ゲル電解質中に用いるポリマーは特に限定するもの
ではないが、一般的には多少なりとも電解液に膨潤する
ものが好ましい。これらのポリマーにはアクリロイル系
ポリマー、ポリフッカビニリデン、ポリアクリロニトリ
ルなどがある。さらに重合性官能基を有し、電解液に溶
解するモノマーを重合したものが望ましい。さらに言え
ば、前記ゲル電解質が、リチウム塩と、有機溶媒と、重
合性官能基を分子鎖中に少なくとも２個以上有するモノ
マーとの混合物を、硬化させることにより得られるもの
であることが望ましい。
【００１６】前記重合性官能基を分子鎖中に２個以上有
するモノマーの例としては、２官能（メタ）アクリレー
ト｛エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロ
ピレングリコールジ（メタ）アクリレート、重合度２以
上のポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、
重合度２以上のポリプロピレングリコールジ（メタ）ア
クリレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレ
ン共重合体のジ（メタ）アクリレート、ブタンジオール
ジ（メタ）アクリレート、ヘキサメチレングリコールジ
（メタ）アクリレートなど｝、３官能（メタ）アクリレ
ート｛トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレー
ト、グリセリントリ（メタ）アクリレート、グリセリン
のエチレンオキシド付加物のトリ（メタ）アクリレー
ト、グリセリンのエチレンオキシド、プロピレンオキシ
ド付加物のトリ（メタ）アクリレートなど｝、４官能以
上の多官能（メタ）アクリレート｛ペンタエリスリトー
ルテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセリンヘキサ
（メタ）アクリレートなど｝などが挙げられる。さらに
は化１、化２、化３に示した構造のモノマーを用いるこ
とができる。
するモノマーの例としては、２官能（メタ）アクリレー
ト｛エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロ
ピレングリコールジ（メタ）アクリレート、重合度２以
上のポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、
重合度２以上のポリプロピレングリコールジ（メタ）ア
クリレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレ
ン共重合体のジ（メタ）アクリレート、ブタンジオール
ジ（メタ）アクリレート、ヘキサメチレングリコールジ
（メタ）アクリレートなど｝、３官能（メタ）アクリレ
ート｛トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレー
ト、グリセリントリ（メタ）アクリレート、グリセリン
のエチレンオキシド付加物のトリ（メタ）アクリレー
ト、グリセリンのエチレンオキシド、プロピレンオキシ
ド付加物のトリ（メタ）アクリレートなど｝、４官能以
上の多官能（メタ）アクリレート｛ペンタエリスリトー
ルテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセリンヘキサ
（メタ）アクリレートなど｝などが挙げられる。さらに
は化１、化２、化３に示した構造のモノマーを用いるこ
とができる。
【００１７】本発明に用いる正極活物質としてはＬｉＣ
ｏＯ2のようなコバルト系化合物，ＬｉＮｉＯ2のような
ニッケル系化合物，ＬｉＭｎ2Ｏ4のようなマンガン系化
合物、チタン酸リチウムのようなチタン系化合物、酸化
バナジウム系活物質のようなバナジウム系化合物、燐酸
鉄系活物質のような鉄系化合物などがあるがここに上げ
たものに限定するものではない。負極活物質としてはリ
チウム金属、リチウム合金、グラファイトなどの炭素質
化合物があるがこれらに限定されるものではない。
ｏＯ2のようなコバルト系化合物，ＬｉＮｉＯ2のような
ニッケル系化合物，ＬｉＭｎ2Ｏ4のようなマンガン系化
合物、チタン酸リチウムのようなチタン系化合物、酸化
バナジウム系活物質のようなバナジウム系化合物、燐酸
鉄系活物質のような鉄系化合物などがあるがここに上げ
たものに限定するものではない。負極活物質としてはリ
チウム金属、リチウム合金、グラファイトなどの炭素質
化合物があるがこれらに限定されるものではない。
【００１８】本発明により、以下のような作用が期待で
きる。まず第１に、ゲル電解質中のリチウム塩濃度が高
いことにより、高率充放電時にリチウムイオンの移動に
伴う分極が緩和され、充放電特性が良好となる。
きる。まず第１に、ゲル電解質中のリチウム塩濃度が高
いことにより、高率充放電時にリチウムイオンの移動に
伴う分極が緩和され、充放電特性が良好となる。
【００１９】第２に、正極、負極、セパレータ中に含ま
れるリチウム塩濃度が有機溶媒に対して高まることによ
り、電解質中の有機溶媒の蒸気圧が下がり、溶剤の揮発
による引火が抑えられる。
れるリチウム塩濃度が有機溶媒に対して高まることによ
り、電解質中の有機溶媒の蒸気圧が下がり、溶剤の揮発
による引火が抑えられる。
【００２０】したがって、本発明は、以上の作用が相乗
的に得られるため、信頼性に優れ、かつ、初期容量や高
率充放電性能、低温性能、安全性などに優れたリチウム
電池を容易に提供することができるものである。
的に得られるため、信頼性に優れ、かつ、初期容量や高
率充放電性能、低温性能、安全性などに優れたリチウム
電池を容易に提供することができるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細について、実
施例により説明するが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。
施例により説明するが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。
【００２２】（実施例１）図１に本発明のリチウム電池
の断面図を示す。１は正極活物質であるコバルト酸リチ
ウムを主成分とした正極合剤であり、アルミ箔からなる
正極集電体３上に塗布されてなる。また、２は負極活物
質であるカーボンを主成分とした負極合剤であり、銅箔
からなる負極集電体４上に塗布されてなる。また、前記
正極合剤１と負極合剤２は、ゲル電解質からなるセパレ
ータ５を介して積層されている。さらに、このようにし
て積層した極群をアルミラミネートフィルム６で覆い、
四方を熱溶着により封止し、リチウム電池としたもので
ある。
の断面図を示す。１は正極活物質であるコバルト酸リチ
ウムを主成分とした正極合剤であり、アルミ箔からなる
正極集電体３上に塗布されてなる。また、２は負極活物
質であるカーボンを主成分とした負極合剤であり、銅箔
からなる負極集電体４上に塗布されてなる。また、前記
正極合剤１と負極合剤２は、ゲル電解質からなるセパレ
ータ５を介して積層されている。さらに、このようにし
て積層した極群をアルミラミネートフィルム６で覆い、
四方を熱溶着により封止し、リチウム電池としたもので
ある。
【００２３】次に、上記構成のリチウム電池の製造方法
を説明する。はじめに、正極合剤１は以下のようにして
得た。まず、正極活物質であるコバルト酸リチウムと、
導電剤であるアセチレンブラックと、さらに結着剤であ
るポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン
溶液を混合したものを正極集電体３であるアルミ箔上に
塗布した後、乾燥し、合剤厚みが０．１ｍｍとなるよう
にプレスすることにより、正極活物質シートを得た。次
に、γ−ブチロラクトン１リットルに２．２モルのＬｉ
ＢＦ4を溶解した電解液に（化１）で示される構造を持
つアクリレートモノマーを電解液とモノマーの合計重量
に対して１５％混合した電解質溶液を作製した。これに
前記正極活物質シートを浸漬し、電解質溶液を真空含浸
した。続いて、電解質溶液から正極活物質シートを取り
出し、電子線照射によりモノマーを重合させてポリマー
を形成させた。以上の工程により正極合剤１を得た。ま
た、負極合剤２は負極活物質であるカーボンを用い、負
極集電体４に銅箔を用いる以外は前記正極合剤１と同様
の方法により得た。
を説明する。はじめに、正極合剤１は以下のようにして
得た。まず、正極活物質であるコバルト酸リチウムと、
導電剤であるアセチレンブラックと、さらに結着剤であ
るポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン
溶液を混合したものを正極集電体３であるアルミ箔上に
塗布した後、乾燥し、合剤厚みが０．１ｍｍとなるよう
にプレスすることにより、正極活物質シートを得た。次
に、γ−ブチロラクトン１リットルに２．２モルのＬｉ
ＢＦ4を溶解した電解液に（化１）で示される構造を持
つアクリレートモノマーを電解液とモノマーの合計重量
に対して１５％混合した電解質溶液を作製した。これに
前記正極活物質シートを浸漬し、電解質溶液を真空含浸
した。続いて、電解質溶液から正極活物質シートを取り
出し、電子線照射によりモノマーを重合させてポリマー
を形成させた。以上の工程により正極合剤１を得た。ま
た、負極合剤２は負極活物質であるカーボンを用い、負
極集電体４に銅箔を用いる以外は前記正極合剤１と同様
の方法により得た。
【００２４】
【化１】
【００２５】セパレータ５は以下のようにして得た。ま
ず、有機溶媒としてのγ−ブチロラクトン１リットルに
２．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液に、（化２）で示される構造を持つ２官能アクリレ
ートモノマーを電解液とモノマーの合計重量に対して１
０％混合し、正極１上に塗布した後、電子線照射により
モノマーを重合させてポリマーを形成させ、ゲル電解質
セパレータとした。
ず、有機溶媒としてのγ−ブチロラクトン１リットルに
２．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液に、（化２）で示される構造を持つ２官能アクリレ
ートモノマーを電解液とモノマーの合計重量に対して１
０％混合し、正極１上に塗布した後、電子線照射により
モノマーを重合させてポリマーを形成させ、ゲル電解質
セパレータとした。
【００２６】
【化２】
【００２７】以上のような原料および製法により電池を
作製し、これを本発明電池Ａ１とした。
作製し、これを本発明電池Ａ１とした。
【００２８】（実施例２）γ−ブチロラクトン１リット
ルに１．５モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作
成し、これを本発明電池Ａ２とした。
ルに１．５モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作
成し、これを本発明電池Ａ２とした。
【００２９】（実施例３）γ−ブチロラクトン１リット
ルに３モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ３とした。
ルに３モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ３とした。
【００３０】（実施例４）γ−ブチロラクトン１リット
ルに４モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ４とした。
ルに４モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ４とした。
【００３１】（実施例５）γ−ブチロラクトン１リット
ルに５モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ５とした。
ルに５モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ａ５とした。
【００３２】（実施例６）セパレータ５の作成に使用す
る２官能アクリレートモノマーに代えて、（化３）の構
造を有する３官能アクリレートモノマー（重量平均分子
量、約８０００）を用いたこと以は本発明電池Ａ１と同
様にして電池を作成し、これを本発明電池Ｃ１とした。
る２官能アクリレートモノマーに代えて、（化３）の構
造を有する３官能アクリレートモノマー（重量平均分子
量、約８０００）を用いたこと以は本発明電池Ａ１と同
様にして電池を作成し、これを本発明電池Ｃ１とした。
【００３３】
【化３】
【００３４】（実施例７）γ−ブチロラクトン１リット
ルに３モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ｃ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ｃ２とした。
ルに３モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ｃ１と同様にして電池を作成
し、これを本発明電池Ｃ２とした。
【００３５】（実施例８）正極活物質シートに真空含浸
する電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して５％であり、セパレータに用
いた電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して５％であること以外は、電池
Ａ１と同様の方法で作成した電池を本発明電池Ｅ１とし
た。
する電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して５％であり、セパレータに用
いた電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して５％であること以外は、電池
Ａ１と同様の方法で作成した電池を本発明電池Ｅ１とし
た。
【００３６】（実施例９〜１５）実施例８と同様に、正
極活物質シートに真空含浸する電解質溶液中のモノマー
の含有量と、セパレータに用いた電解質溶液中のモノマ
ーの含有量を表４のように変化させ、Ｅ２からＥ８まで
の本発明電池を作成した。
極活物質シートに真空含浸する電解質溶液中のモノマー
の含有量と、セパレータに用いた電解質溶液中のモノマ
ーの含有量を表４のように変化させ、Ｅ２からＥ８まで
の本発明電池を作成した。
【００３７】（比較例１）γ−ブチロラクトン１リット
ルに１．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作
成し、これを比較電池Ｂ１とした。
ルに１．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作
成し、これを比較電池Ｂ１とした。
【００３８】（比較例２）γ−ブチロラクトン１リット
ルに６モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを比較電池Ｂ２とした。
ルに６モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解した電
解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用いたこ
と以外は、本発明の電池Ａ１と同様にして電池を作成
し、これを比較電池Ｂ２とした。
【００３９】（比較例３）γ−ブチロラクトン１リット
ルに１．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ｃ１と同様にして電池を作
成し、これを比較電池Ｄ１とした。
ルに１．２モルのリチウム塩であるＬｉＢＦ4を溶解し
た電解液を正極、負極及びセパレータの製造工程に用い
たこと以外は、本発明の電池Ｃ１と同様にして電池を作
成し、これを比較電池Ｄ１とした。
【００４０】（比較例４）正極活物質シートに真空含浸
する電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して４％であり、セパレータに用
いた電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して４％であること以外は、電池
Ａ１と同様の方法で作成した電池を本発明電池Ｆ１とし
た。
する電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して４％であり、セパレータに用
いた電解質溶液中のモノマーの含有量が、電解液とモノ
マーとの合計重量に対して４％であること以外は、電池
Ａ１と同様の方法で作成した電池を本発明電池Ｆ１とし
た。
【００４１】（比較例５）電解質溶液中のモノマー含有
率をいずれも３５％とした事以外は本発明電池Ｆ１と同
様にして電池を作成し、比較電池Ｆ２とした。
率をいずれも３５％とした事以外は本発明電池Ｆ１と同
様にして電池を作成し、比較電池Ｆ２とした。
【００４２】次に、これらの本発明電池Ａ１〜Ａ５およ
び比較電池Ｂ１、Ｂ２について、２０℃の温度下で１ｍ
Ａ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充
電した後、放電電流２０ｍＡ（０．５時間率相当）の高
率放電で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。結
果を表１に示す。
び比較電池Ｂ１、Ｂ２について、２０℃の温度下で１ｍ
Ａ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充
電した後、放電電流２０ｍＡ（０．５時間率相当）の高
率放電で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。結
果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】表１の結果から明らかなように、本発明の
電池Ａ１〜Ａ５は、比較電池Ｂ１、Ｂ２と比較して、放
電容量が高い。
電池Ａ１〜Ａ５は、比較電池Ｂ１、Ｂ２と比較して、放
電容量が高い。
【００４５】次に、これらの本発明電池Ａ１、Ａ２およ
び比較電池Ｂ１について、温度−２０℃の低温下で１ｍ
Ａ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充
電した後、放電電流２ｍＡ（５時間率相当）の定電流で
２．７Ｖまで放電し、低温での放電容量を測定した。結
果を表２に示す。
び比較電池Ｂ１について、温度−２０℃の低温下で１ｍ
Ａ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充
電した後、放電電流２ｍＡ（５時間率相当）の定電流で
２．７Ｖまで放電し、低温での放電容量を測定した。結
果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】表２の結果から明らかな様に、本発明の電
池Ａ１、Ａ２は比較電池Ｂ１に比較して、低温において
非常に高い放電容量が得られている。
池Ａ１、Ａ２は比較電池Ｂ１に比較して、低温において
非常に高い放電容量が得られている。
【００４８】次に、これらの本発明電池Ｃ１、Ｃ２およ
び比較電池Ｄ１について、２０℃の温度下で１ｍＡ（１
０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充電した
後、放電電流２０ｍＡ（０．５時間率相当）の高率放電
で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。結果を表
３に示す。
び比較電池Ｄ１について、２０℃の温度下で１ｍＡ（１
０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで充電した
後、放電電流２０ｍＡ（０．５時間率相当）の高率放電
で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。結果を表
３に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】表３の結果から明らかなように、本発明の
電池Ｃ１、Ｃ２は比較電池Ｄ１と比較して、放電容量が
非常に高い。このことから、本発明はゲルを構成するモ
ノマーが異なっても適用できることがわかる。
電池Ｃ１、Ｃ２は比較電池Ｄ１と比較して、放電容量が
非常に高い。このことから、本発明はゲルを構成するモ
ノマーが異なっても適用できることがわかる。
【００５１】次に、これらの本発明電池Ｅ１からＥ８お
よび比較電池Ｆ１、Ｆ２について、２０℃の温度下で１
ｍＡ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで
充電した後、放電電流２０ｍＡ（０.５時間率相当）の
高率放電で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。
結果を表４に示す。
よび比較電池Ｆ１、Ｆ２について、２０℃の温度下で１
ｍＡ（１０時間率相当）の電流で終止電圧４．２Ｖまで
充電した後、放電電流２０ｍＡ（０.５時間率相当）の
高率放電で２．７Ｖまで放電し、放電容量を測定した。
結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】表４から明らかなように、本発明の電池Ａ
１，Ｅ１〜Ｅ８は比較電池Ｆ１，Ｆ２に比較して放電容
量が良いことがわかる。電極中とセパレータ中のモノマ
ー濃度を変化させ、４％から３５％まで変化させると、
４％ではセパレータが機械的に弱く短絡し、電極からは
液がしみ出て、実用上問題がある。３５％ではポリマー
が多すぎて、イオンの拡散が遅くなってハイレート特性
が悪くなり、実用上問題がある。
１，Ｅ１〜Ｅ８は比較電池Ｆ１，Ｆ２に比較して放電容
量が良いことがわかる。電極中とセパレータ中のモノマ
ー濃度を変化させ、４％から３５％まで変化させると、
４％ではセパレータが機械的に弱く短絡し、電極からは
液がしみ出て、実用上問題がある。３５％ではポリマー
が多すぎて、イオンの拡散が遅くなってハイレート特性
が悪くなり、実用上問題がある。
【００５４】なお、本実施例においては、セパレータだ
けでなく、電極中の電解質にもゲル電解質を用いたが、
本発明は電極中電解質の形態を規制するものではない。
従って、正極および負極のいずれか一方、あるいは両方
ともが電極中の電解質に液状電解質を用いた場合にも、
セパレータ中の電解質がゲル電解質である場合には、本
発明の効果は有効に得ることができる。
けでなく、電極中の電解質にもゲル電解質を用いたが、
本発明は電極中電解質の形態を規制するものではない。
従って、正極および負極のいずれか一方、あるいは両方
ともが電極中の電解質に液状電解質を用いた場合にも、
セパレータ中の電解質がゲル電解質である場合には、本
発明の効果は有効に得ることができる。
【００５５】セパレータとしては実施例で説明した方法
だけでなく、不織布などの多孔性基材に電解質溶液を含
浸し、電子線を照射するなどの方法で作成したものを電
極に重ねて使用してもよい。
だけでなく、不織布などの多孔性基材に電解質溶液を含
浸し、電子線を照射するなどの方法で作成したものを電
極に重ねて使用してもよい。
【００５６】
【発明の効果】上記したとおりであるから、本発明によ
れば、特殊な製造工程などを必要としなくても初期容量
および高率放電性能、低温特性、サイクル寿命に優れた
リチウム電池を提供することができるものである。
れば、特殊な製造工程などを必要としなくても初期容量
および高率放電性能、低温特性、サイクル寿命に優れた
リチウム電池を提供することができるものである。
【図１】本発明のリチウム電池の断面図である。
１ 正極合剤 ２ 負極合剤 ３ 正極集電体 ４ 負極集電体 ５ セパレータ ６ アルミラミネートフィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 俊行 大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号 株 式会社ユアサコーポレーション内 (72)発明者 紀氏 隆明 大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号 株 式会社ユアサコーポレーション内 Ｆターム(参考） 5H024 AA02 AA12 BB11 CC04 FF14 FF18 FF21 HH01 HH08 5H029 AJ03 AJ12 AK03 AL07 AL12 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ11 EJ12 HJ01 HJ10
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素を有し、少なくともポリマーと電解液か
らなるゲル電解質が前記発電要素の少なくとも一部に用
いられているリチウム電池において、前記電解液中のリ
チウム塩濃度が、電解液１リットルに対して１．５〜５
モルの範囲であることを特徴とするリチウム電池。 - 【請求項２】 少なくともポリマーと電解液からなる前
記ゲル電解質を構成するポリマーの重量分率は、該ポリ
マーの重量と該電解液の重量との和に対して５〜３０重
量％であることを特徴とする請求項１記載のリチウム電
池。 - 【請求項３】 前記ゲル電解質は、電解液と、重合性官
能基を分子鎖中に少なくとも２個以上有するモノマー
と、の混合物を硬化させて得られたものである請求項１
または２のいずれかに記載のリチウム電池。 - 【請求項４】 前記リチウム塩が、ＬｉＢＦ4である請
求項１乃至３のいずれかに記載のリチウム電池。 - 【請求項５】 前記電解液を構成する有機溶媒は、γ−
ブチロラクトンを５０重量％以上有していることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載のリチウム電
池。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2000141286A JP4218183B2 (ja) | 1999-07-21 | 2000-05-15 | リチウム電池 |
| PCT/JP2000/004793 WO2001006591A1 (fr) | 1999-07-21 | 2000-07-17 | Pile au lithium |
| US10/018,020 US6902848B1 (en) | 1999-07-21 | 2000-07-17 | Lithium battery including a gel electrolyte |
| AU58541/00A AU5854100A (en) | 1999-07-21 | 2000-07-17 | Lithium cell |
| EP00944441A EP1229603A4 (en) | 1999-07-21 | 2000-07-17 | LITHIUM BATTERY |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-205528 | 1999-07-21 | ||
| JP20552899 | 1999-07-21 | ||
| JP2000141286A JP4218183B2 (ja) | 1999-07-21 | 2000-05-15 | リチウム電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001093573A true JP2001093573A (ja) | 2001-04-06 |
| JP4218183B2 JP4218183B2 (ja) | 2009-02-04 |
Family
ID=26515101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000141286A Expired - Fee Related JP4218183B2 (ja) | 1999-07-21 | 2000-05-15 | リチウム電池 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1229603A4 (ja) |
| JP (1) | JP4218183B2 (ja) |
| AU (1) | AU5854100A (ja) |
| WO (1) | WO2001006591A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003049133A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | Nitto Denko Corp | 接着性多孔質膜、それより得られる高分子ゲル電解質とそれらの応用 |
| US9240701B2 (en) | 2011-06-08 | 2016-01-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Lithium-ion secondary battery |
| JPWO2021070296A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | ||
| WO2021070294A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 昭和電工マテリアルズ株式会社 | 電池部材の製造方法、電池部材、及び二次電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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