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JP2005190869A - Electrolyte for polymer battery, and the polymer battery equipped with it - Google Patents

Electrolyte for polymer battery, and the polymer battery equipped with it Download PDF

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JP2005190869A
JP2005190869A JP2003432031A JP2003432031A JP2005190869A JP 2005190869 A JP2005190869 A JP 2005190869A JP 2003432031 A JP2003432031 A JP 2003432031A JP 2003432031 A JP2003432031 A JP 2003432031A JP 2005190869 A JP2005190869 A JP 2005190869A
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electrolyte
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polymer battery
aprotic organic
organic solvent
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JP2003432031A
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Japanese (ja)
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Masami Ootsuki
正珠 大月
Takao Ogino
隆夫 荻野
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Bridgestone Corp
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Bridgestone Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a polymer battery, capable of reducing a risk of firing and flashing of an aprotic organic solvent remaining inside the battery and an aprotic organic solvent leaking to the outside of the battery, by evaporating or the like when the temperature of the polymer battery abnormally rises. <P>SOLUTION: This electrolyte for a polymer battery contains one or more kinds of aprotic organic solvents, a polymer and a support electrolyte. The electrolyte is characterized by containing, in each aprotic organic solvent, a compound for which the difference in the boiling point from that of the aprotic organic solvent is below 25°C and which has phosphorus and/or nitrogen in molecules. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ポリマー電池用電解質及びそれを備えたポリマー電池に関し、特に非常時の発火の危険性が大幅に低減されたポリマー電池用電解質に関するものである。   The present invention relates to an electrolyte for a polymer battery and a polymer battery including the same, and more particularly to an electrolyte for a polymer battery in which the risk of ignition in an emergency is greatly reduced.

従来、特に、パソコン・VTR等のAV・情報機器のメモリーバックアップやそれらの駆動電源用の2次電池としては、ニカド電池が主流であった。近年、高電圧・高エネルギー密度という利点を有し、且つ優れた自己放電性を示すことから、ニカド電池に代替するものとして非水電解液2次電池が非常に注目され、種々の開発が試みられて、一部商品化されている。例えば、ノート型パソコンや携帯電話等は、その半数以上が非水電解液2次電池によって駆動している。これらの非水電解液2次電池には、正極と負極との接触を防止するためにセパレーターが用いられており、該セパレーターとしては電解液中のイオンの移動を妨げないものとして多孔性の薄層フィルム等が用いられている。しかしながら、薄層フィルムは電解液を保持する能力が無いため、薄層フィルムをセパレーターとして用いた電池は液漏れの危険性があった。   Conventionally, nickel-cadmium batteries have been mainly used as secondary batteries for memory backup of AV and information devices such as personal computers and VTRs, and driving power sources thereof. In recent years, it has the advantages of high voltage and high energy density and exhibits excellent self-discharge characteristics. Therefore, non-aqueous electrolyte secondary batteries have attracted much attention as alternatives to NiCd batteries, and various developments have been attempted. Has been commercialized in part. For example, more than half of notebook computers and mobile phones are driven by non-aqueous electrolyte secondary batteries. In these non-aqueous electrolyte secondary batteries, a separator is used to prevent contact between the positive electrode and the negative electrode, and the separator is a porous thin film that does not hinder the movement of ions in the electrolyte. A layer film or the like is used. However, since the thin layer film does not have the ability to retain the electrolyte, the battery using the thin layer film as a separator has a risk of liquid leakage.

これに対して、近年液漏れの心配の無い電池として電解質にポリマーを用いたポリマー電池が開発されている。該ポリマー電池は、液漏れの心配がないことに加え、フィルム状化が可能で電子機器への組み込み性が良く、スペースの有効利用が可能であるため、近年研究が特に盛んである。該ポリマー電池に用いられる電解質としては、ポリマーにリチウム塩を保持させた真性ポリマー電解質と、ポリマーに有機溶媒を膨潤させたゲル電解質とが知られているが、真性ポリマー電解質にはイオン伝導度がゲル電解質に比べ各段に低いという問題がある。一方、ゲル電解質を用いたポリマー電池には、前述した非水電解液2次電池と同様に、負極材料としてリチウム金属やリチウム合金が使用され、該負極が水及びアルコール等の活性プロトンを有する化合物と激しく反応するため、ゲル電解質に使用される有機溶媒は、エステル化合物及びエーテル化合物等の非プロトン性有機溶媒に限られている。   On the other hand, in recent years, polymer batteries using polymers as electrolytes have been developed as batteries that do not have the risk of liquid leakage. In recent years, the polymer battery has been actively researched because it can be formed into a film, can be incorporated into an electronic device, and can effectively use a space, in addition to being free from the risk of liquid leakage. As the electrolyte used in the polymer battery, an intrinsic polymer electrolyte in which a lithium salt is held in a polymer and a gel electrolyte in which an organic solvent is swollen in the polymer are known. The intrinsic polymer electrolyte has an ionic conductivity. There is a problem that it is low in each stage as compared with the gel electrolyte. On the other hand, in a polymer battery using a gel electrolyte, a lithium metal or a lithium alloy is used as a negative electrode material as in the non-aqueous electrolyte secondary battery described above, and the negative electrode has a compound having active protons such as water and alcohol. The organic solvent used for the gel electrolyte is limited to aprotic organic solvents such as ester compounds and ether compounds.

しかしながら、上記非プロトン性有機溶媒は、負極活物質のリチウムとの反応性が低いものの、例えば、ポリマー電池の短絡時等に大電流が急激に流れ、電池が異常に発熱した際に、気化・分解してガスを発生したり、発生したガス及び熱により電池の破裂・発火を引き起こしたり、短絡時に生じる火花が引火する等の危険性が高い。   However, although the aprotic organic solvent has low reactivity with the negative electrode active material lithium, for example, when a polymer battery is short-circuited, a large current flows rapidly, and when the battery abnormally generates heat, There is a high risk of generating gas by decomposition, causing the battery to rupture or ignite due to the generated gas and heat, and sparks generated during a short circuit.

これに対して、ポリマー電池用電解質にホスファゼン化合物を添加して、電解質に不燃性、難燃性又は自己消火性を付与して、短絡等の非常時にポリマー電池が発火・引火する危険性を大幅に低減したポリマー電池が開発されている(特許文献1参照)。   In contrast, adding phosphazene compounds to polymer battery electrolytes gives the electrolyte nonflammability, flame retardancy, or self-extinguishing properties, greatly increasing the risk of polymer batteries igniting and igniting in the event of a short circuit or other emergency. A polymer battery having a reduced thickness has been developed (see Patent Document 1).

国際公開第03/005478号パンフレットWO03 / 005478 pamphlet

上記ホスファゼン化合物が添加されたポリマー電池用電解質は、発火・引火の危険性が大幅に低減されているものの、短絡等の非常時にポリマー電池の温度が上昇する際に、ホスファゼン化合物が非プロトン性有機溶媒よりも先に気化した場合、残存する非プロトン性有機溶媒が単独で気化・分解してガスを発生したり、発生したガス及び熱により電池の破裂・発火が起こったり、短絡時に生じた火花が非プロトン性有機溶媒に引火する等の危険性を排除することができなくなる。また、非プロトン性有機溶媒がホスファゼン化合物よりも先に気化した場合、気化した非プロトン性有機溶媒が電池外に漏洩して、引火する危険性がある。   The electrolyte for polymer batteries to which the above phosphazene compound is added has greatly reduced the risk of ignition and ignition, but the phosphazene compound is aprotic organic when the temperature of the polymer battery rises in the event of an emergency such as a short circuit. When vaporized before the solvent, the remaining aprotic organic solvent vaporizes and decomposes alone to generate gas, or the generated gas and heat cause battery rupture / ignition, or sparks generated during a short circuit. However, it is impossible to eliminate the danger of igniting the aprotic organic solvent. Further, when the aprotic organic solvent is vaporized prior to the phosphazene compound, the vaporized aprotic organic solvent may leak out of the battery and ignite.

そこで、本発明の目的は、ポリマー電池の温度が異常に上昇した際に、電池内に残存する非プロトン性有機溶媒及び気化する等して電池外に漏洩する非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を低減したポリマー電池用電解質を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる電解質を備え、温度が異常に上昇しても、電池内及び電池外における発火等の危険性が低減されたポリマー電池を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to ignite / ignite the aprotic organic solvent remaining in the battery and the aprotic organic solvent that evaporates and leaks outside the battery when the temperature of the polymer battery rises abnormally. It is an object of the present invention to provide an electrolyte for a polymer battery with reduced risk of Another object of the present invention is to provide a polymer battery comprising such an electrolyte and having reduced risk of ignition and the like inside and outside the battery even when the temperature rises abnormally.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ポリマーと共に少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒を含むポリマー電池用電解質において、更に、それぞれの非プロトン性有機溶媒に対応して、沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物をそれぞれ添加することで、電池内に残存する非プロトン性有機溶媒及び気化する等して電池外に漏洩する非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を大幅に低減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention, in a polymer battery electrolyte containing at least one aprotic organic solvent together with a polymer, further correspond to each aprotic organic solvent, Risk of ignition or ignition of aprotic organic solvent remaining in the battery and aprotic organic solvent leaking out of the battery due to vaporization, etc. by adding phosphorus and / or nitrogen-containing compounds having close boiling points Has been found to be significantly reduced, and the present invention has been completed.

即ち、本発明のポリマー電池用電解質は、少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒とポリマーと支持塩とを含むポリマー電池用電解質において、更に、それぞれの前記非プロトン性有機溶媒に対して、該非プロトン性有機溶媒との沸点の差が25℃以下で且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物をそれぞれ含有することを特徴とする。   That is, the polymer battery electrolyte of the present invention is a polymer battery electrolyte containing at least one aprotic organic solvent, a polymer, and a supporting salt, and further, with respect to each of the aprotic organic solvents. A difference between the boiling points of the organic solvent and the organic solvent is 25 ° C. or less, and a compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule is contained.

本発明のポリマー電池用電解質の好適例においては、前記分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物がリン−窒素間二重結合を有する。ここで、分子中にリン及び/又は窒素を有し、リン−窒素間二重結合を有する化合物としては、ホスファゼン化合物が特に好ましい。   In a preferred example of the polymer battery electrolyte of the present invention, the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule has a phosphorus-nitrogen double bond. Here, as the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule and having a phosphorus-nitrogen double bond, a phosphazene compound is particularly preferable.

本発明のポリマー電池用電解質の他の好適例においては、前記非プロトン性有機溶媒が、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、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びメチルフォルメートからなる群から選択される少なくとも一種である。   In another preferred embodiment of the polymer battery electrolyte of the present invention, the aprotic organic solvent is at least selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl formate. It is a kind.

また、本発明のポリマー電池は、上述の電解質と、正極と、負極とを備えることを特徴とする。   Moreover, the polymer battery of this invention is equipped with the above-mentioned electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、ポリマーと共に少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒を含むポリマー電池用電解質に、更に、それぞれの非プロトン性有機溶媒に対応して、沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物をそれぞれ添加することで、電池内に残存する又は電池外に漏洩する非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を大幅に低減したポリマー電池用電解質を提供することができる。また、かかる電解質を備え、温度が異常に上昇しても、電池内及び電池外における発火等の危険性が大幅に低減されたポリマー電池を提供することができる。   According to the present invention, a polymer battery electrolyte containing at least one aprotic organic solvent together with a polymer, and further, phosphorus and / or nitrogen-containing compounds having close boiling points corresponding to the respective aprotic organic solvents, respectively. By adding, it is possible to provide a polymer battery electrolyte that greatly reduces the risk of ignition and ignition of an aprotic organic solvent remaining in the battery or leaking out of the battery. Moreover, even if the temperature rises abnormally with such an electrolyte, it is possible to provide a polymer battery in which the risk of ignition inside and outside the battery is greatly reduced.

<ポリマー電池用電解質>
以下に、本発明のポリマー電池用電解質を詳細に説明する。本発明のポリマー電池用電解質は、少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒とポリマーと支持塩とを含み、更に、非プロトン性有機溶媒のそれぞれと沸点の差が25℃以下で且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物をそれぞれ含有することを特徴とする。
<Electrolyte for polymer battery>
Hereinafter, the polymer battery electrolyte of the present invention will be described in detail. The electrolyte for a polymer battery of the present invention includes at least one aprotic organic solvent, a polymer, and a supporting salt, and further has a boiling point difference of 25 ° C. or less from each of the aprotic organic solvents, and phosphorus and And / or a compound having nitrogen.

本発明のポリマー電池用電解質において、分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物は、窒素ガス及び/又はリン酸エステル等を発生し、電解質を不燃性、難燃性又は自己消火性にして、ポリマー電池の発火等の危険性を低減する作用を有する。しかしながら、非プロトン性有機溶媒を含む電解質が、該非プロトン性有機溶媒と沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まない場合、気相及び電解質(ゲル)中のいずれかにおいて非プロトン性有機溶媒とリン及び/又は窒素含有化合物とが共存しない温度範囲が広いため、ポリマー電池の温度が異常に上昇した際に、気化した非プロトン性有機溶媒又は電解質中に残存した非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を低減することができない。これに対し、本発明のポリマー電池用電解質は、非プロトン性有機溶媒と共に、該非プロトン性有機溶媒と沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含み、ポリマー電池の温度が異常に上昇した際に、非プロトン性有機溶媒とリン及び/又は窒素含有化合物が近い温度で気化するため、非プロトン性有機溶媒が電解質中に存在する場合及び気体として存在する場合のいずれにおいても、非プロトン性有機溶媒とリン及び/又は窒素含有化合物が共存し、その結果、電解質の発火・引火の危険性が大幅に低減されている。   In the polymer battery electrolyte of the present invention, the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule generates nitrogen gas and / or phosphate ester, etc., making the electrolyte incombustible, flame retardant or self-extinguishing, It has the effect of reducing the risk of ignition of the polymer battery. However, when the electrolyte containing an aprotic organic solvent does not contain phosphorus and / or a nitrogen-containing compound having a boiling point close to that of the aprotic organic solvent, the aprotic organic solvent either in the gas phase or in the electrolyte (gel) And the phosphorus and / or nitrogen-containing compounds are in a wide temperature range, so when the temperature of the polymer battery rises abnormally, the aprotic organic solvent vaporized or the aprotic organic solvent remaining in the electrolyte is ignited・ The risk of ignition cannot be reduced. In contrast, the polymer battery electrolyte of the present invention contains an aprotic organic solvent and a phosphorus and / or nitrogen-containing compound having a boiling point close to that of the aprotic organic solvent, and the temperature of the polymer battery is abnormally increased. Since the aprotic organic solvent and the phosphorus and / or nitrogen-containing compound are vaporized at a close temperature, the aprotic organic solvent is present in both cases where the aprotic organic solvent is present in the electrolyte and as a gas. And phosphorus and / or nitrogen-containing compounds coexist, and as a result, the risk of ignition and ignition of the electrolyte is greatly reduced.

また、例えば、本発明のポリマー電池用電解質が、低沸点の非プロトン性有機溶媒と高沸点の非プロトン性有機溶媒とを含む場合、低沸点の非プロトン性有機溶媒が気化する温度の近傍で、それに対応するリン及び/又は窒素含有化合物が気化するため、気化した非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を低減することができる。また、低沸点の非プロトン性有機溶媒と該低沸点の非プロトン性有機溶媒と沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物が気化した後も、高沸点の非プロトン性有機溶媒と共に該高沸点の非プロトン性有機溶媒と沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物が電解質中に存在するため、電解質中に残存する高沸点の非プロトン性有機溶媒の発火・引火の危険性を低減することもできる。   In addition, for example, when the polymer battery electrolyte of the present invention includes a low-boiling aprotic organic solvent and a high-boiling aprotic organic solvent, the electrolyte is near a temperature at which the low-boiling aprotic organic solvent is vaporized. Since the corresponding phosphorus and / or nitrogen-containing compound is vaporized, the risk of ignition and ignition of the vaporized aprotic organic solvent can be reduced. In addition, after the low boiling point aprotic organic solvent and the phosphorus and / or nitrogen-containing compound having a boiling point close to that of the low boiling point aprotic organic solvent are vaporized, together with the high boiling point aprotic organic solvent, the high boiling point Since phosphorus and / or nitrogen-containing compounds having a boiling point close to that of the aprotic organic solvent are present in the electrolyte, the risk of ignition and ignition of the high boiling aprotic organic solvent remaining in the electrolyte can also be reduced. .

本発明のポリマー電池用電解質は、少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒を含有する。該非プロトン性有機溶媒は、負極と反応することなく、更には容易に電解質のイオン導電性を向上させることができる。該非プロトン性有機溶媒として、具体的には、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジフェニルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン、メチルフォルメート(MF)等のエステル類、1,2-ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類が好適に挙げられる。これらの中でも、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、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びメチルフォルメートが好ましい。なお、環状のエステル類は、比誘電率が高く支持塩の溶解性に優れる点で好適であり、一方、鎖状のエステル類及び鎖状のエーテル類は、低粘度であるため、含浸が容易である点で好適である。ここで、上記非プロトン性有機溶媒は、25℃における粘度が10mPa・s(10cP)以下であるのが好ましく、5mPa・s(5cP)以下であるのが更に好ましい。これら非プロトン性有機溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   The electrolyte for polymer batteries of the present invention contains at least one aprotic organic solvent. The aprotic organic solvent can improve the ionic conductivity of the electrolyte more easily without reacting with the negative electrode. Specific examples of the aprotic organic solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), diphenyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone ( Preferred examples include esters such as GBL), γ-valerolactone, and methyl formate (MF), and ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DME) and tetrahydrofuran (THF). Among these, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl formate are preferable. Cyclic esters are preferred in that they have a high relative dielectric constant and excellent solubility of the supporting salt. On the other hand, chain esters and chain ethers are low in viscosity and can be easily impregnated. It is suitable at that point. Here, the aprotic organic solvent preferably has a viscosity at 25 ° C. of 10 mPa · s (10 cP) or less, and more preferably 5 mPa · s (5 cP) or less. These aprotic organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

本発明のポリマー電池用電解質は、支持塩を含有する。該支持塩としては、リチウムイオンのイオン源となる支持塩が好ましい。該支持塩としては、特に制限はないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiC49SO3、Li(CF3SO2)2N及びLi(C25SO2)2N等のリチウム塩が好適に挙げられる。これら支持塩は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The polymer battery electrolyte of the present invention contains a supporting salt. The supporting salt is preferably a supporting salt that serves as an ion source for lithium ions. The supporting salt is not particularly limited, and for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li ( Preferable examples include lithium salts such as C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more.

本発明のポリマー電池用電解質は、ポリマーを含む。該ポリマーとしては、ポリマー電池用電解質に通常用いられるポリマーの総てを用いることができ、具体的には、ポリエチレンオキシド、ポリアクリレート、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、エチレンオキシドユニットを含むポリアクリレート等が挙げられる。これらポリマーの中でも、電気的に安定な点で、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等が特に好ましい。これらポリマーは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、上記ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、10万以上が好ましく、500万以上が更に好ましい。ポリマーの重量平均分子量が10万未満であると、強度が弱く、ゲルというよりはむしろゾルに近い状態となることがある。   The polymer battery electrolyte of the present invention contains a polymer. As the polymer, all of the polymers usually used in polymer battery electrolytes can be used. Specific examples include polyethylene oxide, polyacrylate, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyacrylate containing ethylene oxide units, and the like. . Among these polymers, polyethylene oxide, polypropylene oxide and the like are particularly preferable from the viewpoint of electrical stability. These polymers may be used alone or in combination of two or more. Further, the weight average molecular weight (Mw) of the polymer is preferably 100,000 or more, more preferably 5 million or more. When the weight average molecular weight of the polymer is less than 100,000, the strength is weak, and the polymer may be close to a sol rather than a gel.

本発明のポリマー電池用電解質において、ポリマー及び支持塩の総量に対するポリマーの量は、80〜95質量%が好ましく、90質量%程度が特に好ましい。ポリマーの量が80質量%未満であると、電解質の強度が低下し、95質量%を超えると、電気伝導率の低下を招くことがある。   In the polymer battery electrolyte of the present invention, the amount of the polymer relative to the total amount of the polymer and the supporting salt is preferably 80 to 95% by mass, and particularly preferably about 90% by mass. When the amount of the polymer is less than 80% by mass, the strength of the electrolyte is decreased, and when it exceeds 95% by mass, the electrical conductivity may be decreased.

本発明のポリマー電池用電解質は、電解質に含まれる非プロトン性有機溶媒と沸点の差が25℃以下で且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物を含む。電解質に含まれる非プロトン性有機溶媒とリン及び/又は窒素含有化合物の沸点の差が25℃を超えると、非プロトン性有機溶媒が先に気化して、気体の非プロトン性有機溶媒が発火したり、リン及び/又は窒素含有化合物が先に気化して、電解質中に残存する非プロトン性有機溶媒が発火したりする危険性が高い。ここで、非プロトン性有機溶媒の発火の危険性を更に低減する観点から、非プロトン性有機溶媒と分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物との沸点の差が20℃以下であるのが好ましい。なお、本発明のポリマー電池用電解質は、少なくとも非プロトン性有機溶媒の夫々と沸点の差が25℃以下のリン及び/又は窒素含有化合物を夫々含めばよく、その他、沸点の差が25℃を超えるリン及び/又は窒素含有化合物を更に含んでもよい。   The electrolyte for a polymer battery of the present invention includes a compound having a difference in boiling point from an aprotic organic solvent contained in the electrolyte of 25 ° C. or less and having phosphorus and / or nitrogen in the molecule. When the difference in boiling point between the aprotic organic solvent and the phosphorus and / or nitrogen-containing compound contained in the electrolyte exceeds 25 ° C, the aprotic organic solvent is vaporized first and the gaseous aprotic organic solvent ignites. There is a high risk that phosphorus and / or nitrogen-containing compounds will vaporize first and the aprotic organic solvent remaining in the electrolyte will ignite. Here, from the viewpoint of further reducing the risk of ignition of the aprotic organic solvent, the difference in boiling point between the aprotic organic solvent and the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule is 20 ° C. or less. preferable. The electrolyte for a polymer battery of the present invention may contain at least a phosphorus and / or nitrogen-containing compound having a boiling point of 25 ° C. or less from that of each of the aprotic organic solvents, and the difference in boiling point of 25 ° C. More phosphorus and / or nitrogen containing compounds may also be included.

上記分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物としては、リン酸エステル化合物、ポリリン酸エステル化合物、縮合リン酸エステル化合物等の分子中にリンを有する化合物;トリアジン化合物、グアニジン化合物、ピロリジン化合物等の分子中に窒素を有する化合物;並びに、ホスファゼン化合物、ホスファゼン化合物の異性体、ホスファザン化合物、及び上記分子中にリンを有する化合物として例示した化合物と分子中に窒素を有する化合物として例示した化合物との複合化合物等の分子中にリン及び窒素を有する化合物が挙げられる。なお、分子中にリン及び窒素を有する化合物は、当然に分子中にリンを有する化合物及び分子中に窒素を有する化合物の一例でもある。上記リン及び/又は窒素含有化合物は、電解質に使用する非プロトン性有機溶媒に応じて適宜選択される。   Examples of the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule include compounds having phosphorus in the molecule such as phosphate ester compounds, polyphosphate ester compounds, and condensed phosphate ester compounds; triazine compounds, guanidine compounds, pyrrolidine compounds, etc. Compound having nitrogen in molecule; and composite of phosphazene compound, isomer of phosphazene compound, phosphazane compound, compound exemplified as compound having phosphorus in molecule and compound exemplified as compound having nitrogen in molecule Examples thereof include compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule such as compounds. Note that the compound having phosphorus and nitrogen in the molecule is also an example of a compound having phosphorus in the molecule and a compound having nitrogen in the molecule. The phosphorus and / or nitrogen-containing compound is appropriately selected according to the aprotic organic solvent used for the electrolyte.

上記分子中にリン及び/又は窒素を含む化合物の中でも、ポリマー電池のサイクル特性の観点から、分子中にリン及び窒素を有する化合物が好ましい。また、上記分子中にリン及び窒素を有する化合物の中でも、ポリマー電池の熱安定性の向上及び高温保存特性の向上の観点から、ホスファゼン化合物等のリン−窒素間二重結合を有する化合物が特に好ましい。   Among the compounds containing phosphorus and / or nitrogen in the molecule, compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule are preferable from the viewpoint of the cycle characteristics of the polymer battery. Among the compounds having phosphorus and nitrogen in the molecule, compounds having a phosphorus-nitrogen double bond such as a phosphazene compound are particularly preferable from the viewpoint of improving the thermal stability and high-temperature storage characteristics of the polymer battery. .

上記ホスファゼン化合物として、具体的には、下記式(I)で表される鎖状ホスファゼン化合物及び下記式(II)で表される環状ホスファゼン化合物が挙げられる。

Figure 2005190869

(式中、R1、R2及びR3は、夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;X1は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表し;Y1、Y2及びY3は、夫々独立して2価の連結基、2価の元素又は単結合を表す。)

(NPR4 2)n ・・・ (II)
(式中、R4は夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;nは3〜15を表す。) Specific examples of the phosphazene compound include a chain phosphazene compound represented by the following formula (I) and a cyclic phosphazene compound represented by the following formula (II).
Figure 2005190869

(Wherein R 1 , R 2 and R 3 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; X 1 represents carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth) And represents a substituent containing at least one element selected from the group consisting of oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium; Y 1 , Y 2 and Y 3 are each independently a divalent linking group, divalent Represents an element or a single bond.)

(NPR 4 2 ) n ... (II)
(In the formula, each R 4 independently represents a monovalent substituent or a halogen element; n represents 3 to 15)

式(I)又は式(II)で表されるホスファゼン化合物の中でも、25℃(室温)において液体であるものが好ましい。該液状ホスファゼン化合物の25℃における粘度は、300mPa・s(300cP)以下が好ましく、20mPa・s(20cP)以下が更に好ましく、5mPa・s(5cP)以下が特に好ましい。なお、本発明において粘度は、粘度測定計[R型粘度計Model RE500-SL、東機産業(株)製]を用い、1rpm、2rpm、3rpm、5rpm、7rpm、10rpm、20rpm及び50rpmの各回転速度で120秒間づつ測定し、指示値が50〜60%となった時の回転速度を分析条件とし、その際の粘度を測定することによって求めた。ホスファゼン化合物の25℃における粘度が300mPa・s(300cP)を超えると、支持塩が溶解し難くなり、ポリマー及び支持塩からなるドライゲル、正極材料、負極材料等への濡れ性が低下して、電解質のイオン導電性が著しく低下し、特に氷点以下等の低温条件下での使用において性能不足となる。また、これらのホスファゼン化合物は、液状であるため、通常の液状電解質と同等の導電性を有し、ポリマー電池の電解質に使用した場合、優れたサイクル特性を示す。   Among the phosphazene compounds represented by formula (I) or formula (II), those which are liquid at 25 ° C. (room temperature) are preferable. The viscosity at 25 ° C. of the liquid phosphazene compound is preferably 300 mPa · s (300 cP) or less, more preferably 20 mPa · s (20 cP) or less, and particularly preferably 5 mPa · s (5 cP) or less. In the present invention, the viscosity is measured at 1 rpm, 2 rpm, 3 rpm, 5 rpm, 7 rpm, 10 rpm, 20 rpm and 50 rpm using a viscometer [R-type viscometer Model RE500-SL, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.] The measurement was performed at a speed of 120 seconds, and the rotation speed when the indicated value reached 50 to 60% was set as an analysis condition, and the viscosity was measured at that time. When the viscosity of the phosphazene compound at 25 ° C. exceeds 300 mPa · s (300 cP), the supporting salt becomes difficult to dissolve, and the wettability of the polymer and the supporting salt to the dry gel, the positive electrode material, the negative electrode material, etc. decreases, and the electrolyte In particular, the ionic conductivity of the resin decreases significantly, and the performance becomes insufficient particularly when used under a low temperature condition such as below the freezing point. In addition, since these phosphazene compounds are in a liquid state, they have the same conductivity as that of a normal liquid electrolyte, and exhibit excellent cycle characteristics when used as an electrolyte for a polymer battery.

式(I)において、R1、R2及びR3としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はない。一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、これらの中でも、ホスファゼン化合物が低粘度となる点で、アルコキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。R1〜R3は、総て同一の種類の置換基でもよく、それらの内の幾つかが異なる種類の置換基でもよい。ここで、上記アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられ、これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基及びメトキシエトキシエトキシ基が好ましく、低粘度・高誘電率の観点から、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。また、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。これら一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されているのが好ましく、該ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素が好適であり、フッ素が最も好ましく、次いで塩素が好ましい。一価の置換基中の水素元素がフッ素で置換されているものは、塩素で置換されているものに比べてポリマー電池のサイクル特性を向上させる効果が大きい傾向がある。 In the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are not particularly limited as long as they are monovalent substituents or halogen elements. Examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group. Among these, an alkoxy group is preferable in that the phosphazene compound has low viscosity. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. R 1 to R 3 may all be the same type of substituent, and some of them may be different types of substituents. Here, examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and an alkoxy-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group. Among these, a methoxy group, An ethoxy group, a methoxyethoxy group, and a methoxyethoxyethoxy group are preferable, and a methoxy group or an ethoxy group is particularly preferable from the viewpoint of low viscosity and high dielectric constant. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the acyl group include a formyl group, an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, an isobutyryl group, and a valeryl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element. As the halogen element, fluorine, chlorine and bromine are preferred, fluorine is most preferred, and chlorine is then preferred. When the hydrogen element in the monovalent substituent is substituted with fluorine, the effect of improving the cycle characteristics of the polymer battery tends to be greater than when the hydrogen element is substituted with chlorine.

式(I)において、Y1、Y2及びY3で表される2価の連結基としては、例えば、CH2基の他、酸素、硫黄、セレン、窒素、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の連結基が挙げられ、これらの中でも、CH2基、及び、酸素、硫黄、セレン、窒素からなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の連結基が好ましく、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の連結基が特に好ましい。また、Y1、Y2及びY3は、酸素、硫黄、セレン等の2価の元素、又は単結合であってもよい。Y1〜Y3は総て同一種類でもよく、幾つかが互いに異なる種類でもよい。 In the formula (I), examples of the divalent linking group represented by Y 1 , Y 2 and Y 3 include CH 2 group, oxygen, sulfur, selenium, nitrogen, boron, aluminum, scandium, gallium, Yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten, iron, cobalt, And divalent linking groups containing at least one element selected from the group consisting of nickel. Among these, at least one element selected from the group consisting of CH 2 groups and oxygen, sulfur, selenium, and nitrogen is included. A divalent linking group containing a seed is preferred, and a divalent linking group containing a sulfur and / or selenium element is particularly preferred. Y 1 , Y 2 and Y 3 may be a divalent element such as oxygen, sulfur or selenium, or a single bond. Y 1 to Y 3 may all be the same type, or some of them may be different types.

式(I)において、X1としては、有害性、環境等への配慮の観点から、炭素、ケイ素、窒素、リン、酸素及び硫黄からなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基が好ましい。これらの置換基の内、下記式(III)、式(IV)又は式(V)で表される構造を有する置換基が更に好ましい。

Figure 2005190869

Figure 2005190869

Figure 2005190869

[式(III)、式(IV)及び式(V)において、R5〜R9は、それぞれ独立に一価の置換基又はハロゲン元素を表し;Y5〜Y9は、それぞれ独立に2価の連結基、2価の元素又は単結合を表し;Zは2価の基又は2価の元素を表す。] In the formula (I), X 1 is a substituent containing at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, nitrogen, phosphorus, oxygen, and sulfur from the viewpoint of toxicity, environment, and the like. preferable. Of these substituents, substituents having a structure represented by the following formula (III), formula (IV) or formula (V) are more preferred.
Figure 2005190869

Figure 2005190869

Figure 2005190869

[In Formula (III), Formula (IV) and Formula (V), R 5 to R 9 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; Y 5 to Y 9 each independently represents a divalent group. A linking group, a divalent element or a single bond; Z represents a divalent group or a divalent element. ]

式(III)、式(IV)及び式(V)において、R5〜R9としては、式(I)におけるR1〜R3で述べたのと同様の一価の置換基又はハロゲン元素がいずれも好適に挙げられる。また、これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、幾つかが互いに異なる種類でもよい。式(III)のR5とR6とは、及び式(V)のR8とR9とは、互いに結合して環を形成していてもよい。 In formula (III), formula (IV) and formula (V), R 5 to R 9 are the same monovalent substituents or halogen elements as those described for R 1 to R 3 in formula (I). Any of these is preferably mentioned. In addition, these may be the same type within the same substituent, or some of them may be different from each other. R 5 and R 6 in formula (III) and R 8 and R 9 in formula (V) may be bonded to each other to form a ring.

式(III)、式(IV)及び式(V)において、Y5〜Y9で表される基としては、式(I)におけるY1〜Y3で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の元素等が挙げられ、同様に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む基である場合には、電解質の発火・引火の危険性が低減するため特に好ましい。これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、幾つかが互いに異なる種類でもよい。 In the formula (III), formula (IV) and formula (V), the group represented by Y 5 to Y 9 is a divalent linkage similar to that described for Y 1 to Y 3 in the formula (I). In the same manner, a group containing a sulfur and / or selenium element is particularly preferable because the risk of ignition and ignition of the electrolyte is reduced. These may be the same type within the same substituent, or some of them may be different from each other.

式(III)において、Zとしては、例えば、CH2基、CHR(Rは、アルキル基、アルコキシル基、フェニル基等を表す。以下同様。)基、NR基のほか、酸素、硫黄、セレン、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト及びニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基等が挙げられ、これらの中でも、CH2基、CHR基、NR基の他、酸素、硫黄、セレンからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基が好ましい。特に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の基の場合には、電解質の発火・引火の危険性が低減するため好ましい。また、Zは、酸素、硫黄、セレン等の2価の元素であってもよい。 In the formula (III), as Z, for example, CH 2 group, CHR (R represents an alkyl group, an alkoxyl group, a phenyl group, etc .; the same shall apply hereinafter) group, NR group, oxygen, sulfur, selenium, Boron, aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, Examples include divalent groups containing at least one element selected from the group consisting of polonium, tungsten, iron, cobalt and nickel. Among these, in addition to CH 2 groups, CHR groups, NR groups, oxygen, sulfur A divalent group containing at least one element selected from the group consisting of selenium is preferred. In particular, a divalent group containing an element of sulfur and / or selenium is preferable because the risk of ignition and ignition of the electrolyte is reduced. Z may be a divalent element such as oxygen, sulfur, or selenium.

これら置換基としては、特に効果的に発火・引火の危険性を低減し得る点で、式(III)で表されるようなリンを含む置換基が特に好ましい。また、置換基が式(IV)で表されるような硫黄を含む置換基である場合には、電解質の小界面抵抗化の点で特に好ましい。   As these substituents, a substituent containing phosphorus as represented by the formula (III) is particularly preferable in that the risk of ignition / flammability can be particularly effectively reduced. In addition, when the substituent is a substituent containing sulfur as represented by the formula (IV), it is particularly preferable from the viewpoint of reducing the interface resistance of the electrolyte.

式(II)において、R4としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はない。一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、これらの中でも、ホスファゼン化合物が低粘度となる点で、アルコキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、例えば、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。ここで、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、プロポキシ基、フェノキシ基等が挙げられ、これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、フェノキシ基が特に好ましい。これら一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されているのが好ましく、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられ、フッ素原子で置換された置換基としては、例えば、トリフルオロエトキシ基が挙げられる。 In the formula (II), R 4 is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element. Examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group. Among these, an alkoxy group is preferable in that the phosphazene compound has low viscosity. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. Here, examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, a propoxy group, and a phenoxy group, and among these, a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, and a phenoxy group are particularly preferable. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element. Preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. Examples of the substituent substituted with a fluorine atom include Examples thereof include a trifluoroethoxy group.

式(I)〜(V)におけるR1〜R9、Y1〜Y3、Y5〜Y9、Zを適宜選択することにより、より好適な粘度、添加・混合に適する溶解性等を有するホスファゼン化合物が得られる。これらホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 By appropriately selecting R 1 to R 9 , Y 1 to Y 3 , Y 5 to Y 9 , and Z in the formulas (I) to (V), it has more suitable viscosity, solubility suitable for addition / mixing, and the like. A phosphazene compound is obtained. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、ポリマー電池の低温特性を向上させ、更に電解質の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、下記式(VI)で表されるホスファゼン化合物が好ましい。

(NPF2)n ・・・ (VI)
(式中、nは3〜13を表す。)
Among the phosphazene compounds of the above formula (II), the phosphazene compounds represented by the following formula (VI) are preferable from the viewpoint of improving the low temperature characteristics of the polymer battery and further improving the deterioration resistance and safety of the electrolyte.

(NPF 2 ) n ... (VI)
(In the formula, n represents 3 to 13.)

式(VI)で表されるホスファゼン化合物は、室温(25℃)で低粘度の液体であり、且つ凝固点降下作用を有する。このため、式(VI)のホスファゼン化合物を電解質に添加することにより、電解質に優れた低温特性を付与することが可能となり、また、低内部抵抗及び高い導電率を有するポリマー電池を提供することが可能となる。このため、特に気温の低い地方や時期において、低温条件下で使用しても、長時間に渡って優れた放電特性を示すポリマー電池を提供することが可能となる。   The phosphazene compound represented by the formula (VI) is a low-viscosity liquid at room temperature (25 ° C.) and has a freezing point lowering action. Therefore, by adding the phosphazene compound of the formula (VI) to the electrolyte, it is possible to impart excellent low temperature characteristics to the electrolyte, and to provide a polymer battery having low internal resistance and high conductivity. It becomes possible. For this reason, it is possible to provide a polymer battery that exhibits excellent discharge characteristics over a long period of time even when used under low temperature conditions, particularly in regions and periods where the temperature is low.

式(VI)において、nとしては、電解質に優れた低温特性を付与し得る点で、3〜5が好ましく、3〜4が更に好ましく、3が特に好ましい。nの値が小さい場合には沸点が低く、接炎時の着火防止特性を向上させることができる。一方、nの値が大きくなるにつれて、沸点が高くなるため、高温でも安定に使用することができる。上記性質を利用して目的とする性能を得るために、複数のホスファゼンを適時選択し、使用することも可能である。   In the formula (VI), n is preferably from 3 to 5, more preferably from 3 to 4, and particularly preferably 3 from the viewpoint of imparting excellent low temperature characteristics to the electrolyte. When the value of n is small, the boiling point is low, and the ignition prevention property at the time of flame contact can be improved. On the other hand, since the boiling point increases as the value of n increases, it can be used stably even at high temperatures. A plurality of phosphazenes can be selected and used in a timely manner in order to obtain the desired performance using the above properties.

式(VI)におけるn値を適宜選択することにより、より好適な粘度、混合に適する溶解性、低温特性等を有するホスファゼン化合物が得られる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   By appropriately selecting the n value in the formula (VI), a phosphazene compound having a more suitable viscosity, solubility suitable for mixing, low temperature characteristics and the like can be obtained. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

式(VI)で表されるホスファゼン化合物の粘度としては、20mPa・s以下であれば特に制限はないが、導電性の向上及び低温特性の向上の観点からは、10mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以下がより好ましい。   The viscosity of the phosphazene compound represented by the formula (VI) is not particularly limited as long as it is 20 mPa · s or less, but is preferably 10 mPa · s or less from the viewpoint of improving conductivity and improving low-temperature characteristics, and 5 mPa · s. -S or less is more preferable.

上記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、電解質の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、下記式(VII)で表されるホスファゼン化合物が好ましい。

(NPR10 2)n ・・・ (VII)
(式中、R10は夫々独立して一価の置換基又はフッ素を表し、全R10のうち少なくとも1つはフッ素を含む一価の置換基又はフッ素であり、nは3〜8を表す。但し、総てのR10がフッ素であることはない。)
Among the phosphazene compounds of the above formula (II), a phosphazene compound represented by the following formula (VII) is preferable from the viewpoint of improving the deterioration resistance and safety of the electrolyte.

(NPR 10 2 ) n ... (VII)
(In the formula, each R 10 independently represents a monovalent substituent or fluorine, at least one of all R 10 is a monovalent substituent or fluorine containing fluorine, and n represents 3 to 8) (However, not all R 10 are fluorine.)

上記式(II)のホスファゼン化合物を含有すれば、電解質に優れた自己消火性又は難燃性を付与して電解質の安全性を向上させることができるが、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素を含む一価の置換基であるホスファゼン化合物を含有すれば、電解質により優れた安全性を付与することが可能となる。更に、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素であるホスファゼン化合物を含有すれば、更に優れた安全性を付与することが可能となる。即ち、フッ素を含まないホスファゼン化合物に比べ、式(VII)で表され、全R10のうち少なくとも1つがフッ素を含む一価の置換基又はフッ素であるホスファゼン化合物は、電解質をより燃え難くする効果があり、電解質に対し更に優れた安全性を付与することができる。 If the phosphazene compound of the above formula (II) is contained, the electrolyte can be given excellent self-extinguishing properties or flame retardancy, and the safety of the electrolyte can be improved. If at least one of 10 contains a phosphazene compound which is a monovalent substituent containing fluorine, it is possible to impart superior safety to the electrolyte. Furthermore, if a phosphazene compound represented by the formula (VII) and at least one of all R 10 is fluorine is contained, further excellent safety can be imparted. That is, as compared with a phosphazene compound not containing fluorine, a phosphazene compound represented by the formula (VII), in which at least one of all R 10 is a monovalent substituent containing fluorine or fluorine, has the effect of making the electrolyte more difficult to burn. And can provide further excellent safety to the electrolyte.

式(VII)における一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、アシル基、アリール基及びカルボキシル基等が挙げられ、電解質の安全性の向上に特に優れる点で、アルコキシ基が好適である。ここで、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、ブトキシ基等の他、メトキシエトキシ基等のアルコキシ基置換アルコキシ基等が挙げられ、電解質の安全性の向上に優れる点で、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基が特に好ましい。   Examples of the monovalent substituent in the formula (VII) include an alkoxy group, an alkyl group, an acyl group, an aryl group, and a carboxyl group, and an alkoxy group is preferable because it is particularly excellent in improving the safety of the electrolyte. . Here, examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, butoxy group and the like, alkoxy group-substituted alkoxy groups such as methoxyethoxy group, and the like. A methoxy group, an ethoxy group, and an n-propoxy group are particularly preferable in terms of excellent improvement.

式(VII)において、nとしては、電解質に優れた安全性を付与し得る点で、3〜5が好ましく、3〜4が更に好ましい。   In the formula (VII), n is preferably 3 to 5 and more preferably 3 to 4 in that it can impart excellent safety to the electrolyte.

上記一価の置換基は、フッ素で置換されているのが好ましく、式(VII)のR10が一つもフッ素でない場合は、少なくとも一つの一価の置換基はフッ素含む。 The monovalent substituent is preferably substituted with fluorine, and when at least one R 10 in formula (VII) is not fluorine, at least one monovalent substituent contains fluorine.

式(VII)のホスファゼン化合物におけるフッ素の含有量としては、3〜70質量%が好ましく、7〜45質量%がより好ましい。フッ素の含有量が3〜70質量%であれば、電解質に「優れた安全性」を特に好適に付与することができる。   The fluorine content in the phosphazene compound of the formula (VII) is preferably 3 to 70% by mass, more preferably 7 to 45% by mass. When the fluorine content is 3 to 70% by mass, “excellent safety” can be particularly suitably imparted to the electrolyte.

式(VII)のホスファゼン化合物は、前述のフッ素以外にも塩素、臭素等のハロゲン元素を含んでいてもよい。但し、フッ素が最も好ましく、次いで塩素が好ましい。フッ素を含むものは、塩素を含むものに比べてポリマー電池のサイクル特性を向上させる効果が大きい傾向がある。   The phosphazene compound of the formula (VII) may contain a halogen element such as chlorine and bromine in addition to the above-mentioned fluorine. However, fluorine is most preferred, followed by chlorine. Those containing fluorine tend to have a greater effect of improving the cycle characteristics of the polymer battery than those containing chlorine.

式(VII)におけるR10及びn値を適宜選択することにより、より好適な安全性、粘度、混合に適する溶解性等を有するホスファゼン化合物が得られる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 By appropriately selecting R 10 and n value in the formula (VII), a phosphazene compound having more suitable safety, viscosity, solubility suitable for mixing, and the like can be obtained. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

式(VII)のホスファゼン化合物の粘度としては、20mPa・s以下であれば特に制限はないが、導電性の向上及び低温特性の向上の観点からは、10mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以下がより好ましい。   The viscosity of the phosphazene compound of the formula (VII) is not particularly limited as long as it is 20 mPa · s or less, but is preferably 10 mPa · s or less, and 5 mPa · s or less from the viewpoint of improving conductivity and improving low-temperature characteristics. Is more preferable.

上記式(II)のホスファゼン化合物の中でも、電解質の耐劣化性及び安全性を向上させる観点からは、25℃(室温)において固体であって、下記式(VIII)で表されるホスファゼン化合物も好ましい。

(NPR11 2)n ・・・ (VIII)
(式中、R11は夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;nは3〜6を表す。)
Among the phosphazene compounds of the above formula (II), from the viewpoint of improving the deterioration resistance and safety of the electrolyte, a phosphazene compound represented by the following formula (VIII) that is solid at 25 ° C. (room temperature) is also preferable. .

(NPR 11 2 ) n ... (VIII)
(In the formula, each R 11 independently represents a monovalent substituent or a halogen element; n represents 3 to 6)

式(VIII)で表されるホスファゼン化合物は、気化しにくいので、ポリマー電池が非常に高温となっても電解質中に残存し、電解質を構成するポリマーの燃焼を抑制することができ、結果として、ポリマー電池の安全性を著しく改善することができる。また、式(VIII)のホスファゼン化合物は、電解質の長期安定性を向上させることができる。   Since the phosphazene compound represented by the formula (VIII) is not easily vaporized, it remains in the electrolyte even when the polymer battery becomes extremely hot, and can suppress the combustion of the polymer constituting the electrolyte. The safety of the polymer battery can be significantly improved. Further, the phosphazene compound of the formula (VIII) can improve the long-term stability of the electrolyte.

式(VIII)において、R11としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はない。ここで、一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が好適に挙げられ、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が好適に挙げられる。これらの中でも、上記非プロトン性有機溶媒に溶解させた際に、溶液の粘度上昇を抑制し得る点で、アルコキシ基が特に好ましい。なお、式(VIII)のホスファゼン化合物と非プロトン性有機溶媒との混合溶液の粘度が上昇するにつれ、ポリマー及び支持塩からなるドライゲルへの混合溶液の浸透性が悪化するため、混合溶液の粘度は低い程好ましい。上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、プロポキシ基(i-プロポキシ基、n-プロポキシ基)、フェノキシ基、トリフルオロエトキシ基等が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基(i-プロポキシ基、n-プロポキシ基)、フェノキシ基、トリフルオロエトキシ基等が更に好ましい。上記一価の置換基は、前述のハロゲン元素を含むのが好ましい。式(VIII)において、nとしては、3又は4が特に好ましい。 In the formula (VIII), R 11 is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element. Here, preferred examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group, and preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine, and iodine. . Among these, an alkoxy group is particularly preferable because it can suppress an increase in the viscosity of the solution when dissolved in the aprotic organic solvent. As the viscosity of the mixed solution of the phosphazene compound of formula (VIII) and the aprotic organic solvent increases, the permeability of the mixed solution into the dry gel composed of the polymer and the supporting salt deteriorates, so the viscosity of the mixed solution is The lower the better. As said alkoxy group, a methoxy group, an ethoxy group, a methoxyethoxy group, a propoxy group (i-propoxy group, n-propoxy group), a phenoxy group, a trifluoroethoxy group, etc. are preferable, and a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group ( i-propoxy group, n-propoxy group), phenoxy group, trifluoroethoxy group and the like are more preferable. The monovalent substituent preferably contains the aforementioned halogen element. In formula (VIII), n is particularly preferably 3 or 4.

式(VIII)のホスファゼン化合物としては、式(VIII)においてR11がメトキシ基であってnが3である構造、式(VIII)においてR11がメトキシ基及びフェノキシ基の少なくとも何れかであってnが4である構造、式(VIII)においてR11がエトキシ基であってnが4である構造、式(VIII)においてR11がi-プロポキシ基であってnが3又は4である構造、式(VIII)においてR11がn-プロポキシ基であってnが4である構造、式(VIII)においてR11がトリフルオロエトキシ基であってnが3又は4である構造、式(VIII)においてR11がフェノキシ基であってnが3又は4である構造が、非プロトン性有機溶媒との混合溶液の粘度上昇を抑制し得る点で、特に好ましい。 The phosphazene compounds of the formula (VIII), the structure R 11 in formula (VIII) is an n-a methoxy group 3, be at least one R 11 is a methoxy group and phenoxy group in formula (VIII) a structure in which n is 4, a structure in which R 11 is an ethoxy group and n is 4 in formula (VIII), and a structure in which R 11 is an i-propoxy group and n is 3 or 4 in formula (VIII) A structure in which R 11 is an n-propoxy group and n is 4 in formula (VIII), a structure in which R 11 is a trifluoroethoxy group and n is 3 or 4 in formula (VIII), ), A structure in which R 11 is a phenoxy group and n is 3 or 4 is particularly preferable in that an increase in viscosity of a mixed solution with an aprotic organic solvent can be suppressed.

式(VIII)における各置換基及びn値を適宜選択することにより、非プロトン性有機溶媒とホスファゼン化合物との混合溶液の粘度等の調整が可能となる。これらのホスファゼン化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   By appropriately selecting each substituent and n value in the formula (VIII), the viscosity of the mixed solution of the aprotic organic solvent and the phosphazene compound can be adjusted. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more.

上記ホスファゼン化合物の異性体として、具体的には、下記式(IX)で表される化合物が挙げられる。なお、式(IX)の化合物は、下記式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体である。

Figure 2005190869

Figure 2005190869

[式(IX)及び(X)において、R12、R13及びR14は、夫々独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;X2は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群より選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表し;Y12及びY13は、夫々独立して2価の連結基、2価の元素又は単結合を表す。] Specific examples of the isomers of the phosphazene compound include compounds represented by the following formula (IX). The compound of formula (IX) is an isomer of a phosphazene compound represented by the following formula (X).
Figure 2005190869

Figure 2005190869

[In the formulas (IX) and (X), R 12 , R 13 and R 14 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; X 2 represents carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, Represents a substituent containing at least one element selected from the group consisting of phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium; Y 12 and Y 13 each independently represent a divalent linkage Represents a divalent element or a single bond. ]

式(IX)におけるR12、R13及びR14としては、一価の置換基又はハロゲン元素であれば特に制限はなく、上述した式(I)におけるR1〜R3で述べたのと同様の一価の置換基及びハロゲン元素がいずれも好適に挙げられる。また、式(IX)において、Y12及びY13で表される2価の連結基又は2価の元素としては、式(I)におけるY1〜Y3で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の元素等がいずれも好適に挙げられる。更に、式(IX)において、X2で表される置換基としては、式(I)におけるX1で述べたのと同様の置換基がいずれも好適に挙げられる。 R 12 , R 13 and R 14 in formula (IX) are not particularly limited as long as they are monovalent substituents or halogen elements, and are the same as those described for R 1 to R 3 in formula (I) above. Suitable examples include monovalent substituents and halogen elements. In the formula (IX), the divalent linking group or divalent element represented by Y 12 and Y 13 may be the same divalent as described for Y 1 to Y 3 in the formula (I). Suitable examples include a linking group or a divalent element. Further, in the formula (IX), as the substituent represented by X 2 , any of the same substituents as those described for X 1 in the formula (I) can be preferably exemplified.

式(IX)で表され、式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体は、電解質に添加されると、電解質に極めて優れた低温特性を発現させることができ、更に電解質の耐劣化性及び安全性を向上させることができる。   The isomer of the phosphazene compound represented by the formula (IX) and represented by the formula (X), when added to the electrolyte, can exhibit extremely excellent low temperature characteristics in the electrolyte, and further, the deterioration resistance of the electrolyte. And safety can be improved.

式(IX)で表される異性体は、式(X)で表されるホスファゼン化合物の異性体であり、例えば、式(X)で表されるホスファゼン化合物を生成させる際の真空度及び/又は温度を調節することで製造できる。また、該ホスファゼン化合物の異性体の含有量(体積%)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)又は高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で測定できる。   The isomer represented by the formula (IX) is an isomer of the phosphazene compound represented by the formula (X), for example, the degree of vacuum when producing the phosphazene compound represented by the formula (X) and / or It can be manufactured by adjusting the temperature. The content (volume%) of the isomer of the phosphazene compound can be measured by gel permeation chromatography (GPC) or high performance liquid chromatography (HPLC).

上記リン酸エステルとして、具体的には、トリフェニルホスフェート等のアルキルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリス(フルオロエチル)ホスフェート、トリス(トリフルオロネオペンチル)ホスフェート、アルコキシホスフェート及びこれらの誘導体等が挙げられる。   Specific examples of the phosphate ester include alkyl phosphates such as triphenyl phosphate, tricresyl phosphate, tris (fluoroethyl) phosphate, tris (trifluoroneopentyl) phosphate, alkoxy phosphate, and derivatives thereof.

本発明のポリマー電池用電解質において、上記分子中にリン及び/又は窒素を含む化合物の電解質中での含有量は、電解質の安全性を向上させる観点から、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上が更に好ましく、2.5質量%以上がより一層好ましい。   In the polymer battery electrolyte of the present invention, the content of the compound containing phosphorus and / or nitrogen in the molecule is preferably 0.5% by mass or more, and 1% by mass from the viewpoint of improving the safety of the electrolyte. The above is more preferable, and 2.5% by mass or more is even more preferable.

本発明のポリマー電池用電解質の作製方法としては、特に制限はないが、例えば、上記ポリマー及び支持塩を、質量比(ポリマー/支持塩)9/1の割合で混合し、揮発性溶媒を添加して均一に混合し、80℃程度で均一溶解させ、真空で40℃程度に加熱し、揮発性溶媒を揮発させ、乾燥した後、非プロトン性有機溶媒とリン及び/又は窒素含有化合物との混合溶液を含浸・膨潤させて電解質を得る方法等が挙げられる。揮発性溶媒としては、アセトニトリル、アルコール類等が挙げられ、溶解性等に優れる点で、アセトニトリル等が好ましい。   The method for producing the electrolyte for a polymer battery of the present invention is not particularly limited. For example, the polymer and the supporting salt are mixed at a mass ratio (polymer / supporting salt) of 9/1, and a volatile solvent is added. And uniformly mixed at about 80 ° C., heated to about 40 ° C. in vacuum, volatilized volatile solvent, dried, and then mixed with aprotic organic solvent and phosphorus and / or nitrogen-containing compound. Examples include a method of obtaining an electrolyte by impregnating and swelling a mixed solution. Examples of the volatile solvent include acetonitrile and alcohols, and acetonitrile and the like are preferable from the viewpoint of excellent solubility.

本発明のポリマー電池用電解質の形態としては、ポリマーと支持塩を含むドライゲルに、非プロトン性有機溶媒と分子中にリン及び/又は窒素を含む化合物との混合溶液を含浸・膨潤させてなるゲル電解質、より詳しくは、ポリマーと支持塩を含むドライゲルに対して、少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒と該非プロトン性有機溶媒のそれぞれと沸点の差が25℃以下で且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物のそれぞれとの混合溶液を含浸・膨潤させてなるゲル電解質が好ましい。また、本発明のポリマー電池用電解質の形状としては、特に制限はないが、ポリマー電池の薄型化等の点で、シート状等が好ましい。   The polymer battery electrolyte of the present invention is a gel obtained by impregnating and swelling a dry gel containing a polymer and a supporting salt with a mixed solution of an aprotic organic solvent and a compound containing phosphorus and / or nitrogen in the molecule. For an electrolyte, more specifically, a dry gel containing a polymer and a supporting salt, the difference in boiling point between at least one aprotic organic solvent and each of the aprotic organic solvent is 25 ° C. or less and phosphorus in the molecule and / or A gel electrolyte obtained by impregnating and swelling a mixed solution with each of compounds having nitrogen is preferable. The shape of the polymer battery electrolyte of the present invention is not particularly limited, but a sheet shape or the like is preferable from the viewpoint of thinning the polymer battery.

<ポリマー電池>
次に、本発明のポリマー電池を詳細に説明する。本発明のポリマー電池は、上述のポリマー電池用電解質と、正極と、負極とを備え、必要に応じてポリマー電池の技術分野で通常使用されている他の部材を備える。
<Polymer battery>
Next, the polymer battery of the present invention will be described in detail. The polymer battery of the present invention includes the above-described polymer battery electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode, and includes other members that are usually used in the technical field of polymer batteries as necessary.

本発明のポリマー電池の正極活物質としては、特に制限はなく、公知の正極活物質から適宜選択して使用できる。該正極活物質として、具体的には、V25、V613、MnO2、MnO3等の金属酸化物、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、LiFeO2及びLiFePO4等のリチウム含有複合酸化物、TiS2、MoS2等の金属硫化物、ポリアニリン等の導電性ポリマー等が好適に挙げられる。上記リチウム含有複合酸化物は、Fe、Mn、Co及びNiからなる群から選択される2種又は3種の遷移金属を含む複合酸化物であってもよく、この場合、該複合酸化物は、LiFexCoyNi(1-x-y)2(式中、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)、あるいはLiMnxFey2-x-y等で表される。これらの中でも、高容量で安全性が高く、更には電解液の濡れ性に優れる点で、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24が特に好適である。これら正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 There is no restriction | limiting in particular as a positive electrode active material of the polymer battery of this invention, It can select from a well-known positive electrode active material suitably, and can use it. Specific examples of the positive electrode active material include metal oxides such as V 2 O 5 , V 6 O 13 , MnO 2 and MnO 3 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 and LiFePO 4 . Preferable examples include lithium-containing composite oxides, metal sulfides such as TiS 2 and MoS 2 , and conductive polymers such as polyaniline. The lithium-containing composite oxide may be a composite oxide containing two or three transition metals selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, and Ni. In this case, the composite oxide includes: LiFe x Co y Ni (wherein, 0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1) (1-xy) O 2, or represented by LiMn x Fe y O 2-xy like. Among these, LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 are particularly preferable in terms of high capacity, high safety, and excellent electrolyte wettability. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明のポリマー電池の負極活物質としては、リチウム金属自体、リチウムとAl、In、Pb又はZn等との合金、リチウムをドープした黒鉛等の炭素材料等が好適に挙げられ、これらの中でも安全性がより高い点で、黒鉛等の炭素材料が好ましく、黒鉛が特に好ましい。ここで、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)等、広くは易黒鉛化カーボンや難黒鉛化カーボンが挙げられる。これら負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   Preferred examples of the negative electrode active material of the polymer battery of the present invention include lithium metal itself, an alloy of lithium and Al, In, Pb, Zn, or the like, a carbon material such as graphite doped with lithium, and among these, From the viewpoint of higher properties, a carbon material such as graphite is preferable, and graphite is particularly preferable. Here, examples of graphite include natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon microbeads (MCMB), and the like, and widely include graphitizable carbon and non-graphitizable carbon. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

上記正極及び負極には、必要に応じて導電剤、結着剤を混合することができ、導電剤としてはアセチレンブラック等が挙げられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。これらの添加剤は、従来と同様の配合割合で用いることができ、具体的には、活物質:結着剤:導電剤の質量比が94:3:3であるのが好ましい。   The positive electrode and the negative electrode can be mixed with a conductive agent and a binder as necessary. Examples of the conductive agent include acetylene black, and the binder includes polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoro. Examples thereof include ethylene (PTFE), styrene / butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. These additives can be used in the same mixing ratio as in the past, and specifically, the mass ratio of active material: binder: conductive agent is preferably 94: 3: 3.

また、上記正極及び負極の形状としては、特に制限はなく、電極として公知の形状の中から適宜選択することができる。例えば、シート状、円柱形状、板状形状、スパイラル形状等が挙げられる。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a shape of the said positive electrode and a negative electrode, It can select suitably from well-known shapes as an electrode. For example, a sheet shape, a columnar shape, a plate shape, a spiral shape, and the like can be given.

本発明のポリマー電池に使用する他の部材としては、通常ポリマー電池に使用されている公知の各部材を好適に用いることができる。   As other members used in the polymer battery of the present invention, known members usually used in polymer batteries can be suitably used.

以上に説明した本発明のポリマー電池の形態としては、特に制限はなく、コインタイプ、ボタンタイプ、ペーパータイプ、角型又はスパイラル構造の円筒型電池等、種々の公知の形態が好適に挙げられる。スパイラル構造の場合、例えば、シート状の正極を作製して集電体を挟み、これに、負極(シート状)を重ね合わせて巻き上げる等によりポリマー電池を作製することができる。   There is no restriction | limiting in particular as a form of the polymer battery of this invention demonstrated above, Various well-known forms, such as a coin type, a button type, a paper type, a square type or a cylindrical battery of a spiral structure, are mentioned suitably. In the case of the spiral structure, for example, a polymer battery can be manufactured by preparing a sheet-like positive electrode, sandwiching a current collector, and superimposing and winding up a negative electrode (sheet-like) on the current collector.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
<混合溶液の調製>
エチレンカーボネート(EC、沸点238℃)50体積%、ジエチルカーボネート(DEC、沸点127℃)40体積%、添加剤A[式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち3つがメトキシ基(CH3O−)、3つがフッ素である環状ホスファゼン化合物、25℃における粘度:3.9mPa・s、沸点230℃]5体積%及び添加剤B[式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち1つがエトキシ基(CH3CH2O−)、5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物、25℃における粘度:1.2mPa・s、沸点125℃]5体積%からなる混合溶液を調製した。
(Example 1)
<Preparation of mixed solution>
Ethylene carbonate (EC, boiling point 238 ° C.) 50% by volume, diethyl carbonate (DEC, boiling point 127 ° C.) 40% by volume, additive A [in formula (II), n is 3 and 3 of 6 R 4 A cyclic phosphazene compound having one methoxy group (CH 3 O—) and three fluorines, viscosity at 25 ° C .: 3.9 mPa · s, boiling point 230 ° C., 5% by volume and additive B [in the formula (II), n is 3 A cyclic phosphazene compound in which one of the six R 4 groups is an ethoxy group (CH 3 CH 2 O—) and five are fluorine, viscosity at 25 ° C .: 1.2 mPa · s, boiling point 125 ° C.] from 5% by volume A mixed solution was prepared.

<ポリマー電池用電解質の作製>
次に、ポリエチレンオキシド[アルドリッチ製、Mw=500万〜600万]3.6g及びLiPF6(支持塩)0.4gを混合し、アセトニトリル(揮発性溶媒)10mLを添加して均一に混合し、80℃で均一溶解させ、ポリエチレンオキシドゾル(ポリエチレンオキシドとLiPF6を含む)を得た。該ゾルを真空で40℃に加熱し、アセトニトリルを揮発させ、乾燥させた。その後、上記混合溶液1mLを含浸させ、膨潤させてゲル状のポリマー電池用電解質を得た。また、得られたポリマー電池用電解質の安全性を下記の方法で評価した。結果を表1に示す。
<Preparation of polymer battery electrolyte>
Next, 3.6 g of polyethylene oxide [manufactured by Aldrich, Mw = 5 to 6 million] and 0.4 g of LiPF 6 (supporting salt) are mixed, and 10 mL of acetonitrile (volatile solvent) is added and mixed uniformly. To obtain a polyethylene oxide sol (including polyethylene oxide and LiPF 6 ). The sol was heated to 40 ° C. in vacuo to evaporate acetonitrile and dry. Thereafter, 1 mL of the above mixed solution was impregnated and swollen to obtain a gel polymer battery electrolyte. Moreover, the safety | security of the obtained electrolyte for polymer batteries was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.

(1)電解質の安全性
UL(アンダーライティングラボラトリー)規格のUL94HB法をアレンジした方法で、大気環境下において着火した炎の燃焼挙動からポリマー電池用電解質の安全性を評価した。その際、着火性、燃焼性、炭化物の生成、二次着火時の現象についても観察した。具体的には、UL試験基準に基づき、上記ポリマー電池用電解質からなる127mm×12.7mmの試験片を作製して行った。ここで、試験炎が試験片に着火しない場合(燃焼長:0mm)を「不燃性」、着火した炎が25mmラインまで到達せず且つ落下物にも着火が認められない場合を「難燃性」、着火した炎が25〜100mmラインで消火し且つ落下物にも着火が認められない場合を「自己消火性」、着火した炎が100mmラインを超えた場合を「燃焼性」と評価した。
(1) Electrolyte Safety The safety of the polymer battery electrolyte was evaluated from the combustion behavior of flames ignited in an atmospheric environment by the method of arranging UL94HB method of UL (Underwriting Laboratory) standard. At that time, ignitability, combustibility, formation of carbides, and secondary ignition phenomena were also observed. Specifically, a 127 mm × 12.7 mm test piece made of the polymer battery electrolyte was prepared based on the UL test standard. Here, when the test flame does not ignite the test piece (combustion length: 0 mm), it is “non-flammable”, and when the ignited flame does not reach the 25 mm line and the fallen object is not ignited, “flame retardant” The case where the ignited flame was extinguished on the 25 to 100 mm line and the fallen object was not ignited was evaluated as “self-extinguishing”, and the case where the ignited flame exceeded the 100 mm line was evaluated as “combustible”.

<ポリマー電池の作製>
LiMn24(正極活物質)94質量部に対して、アセチレンブラック(導電剤)3質量部と、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)3質量部とを添加し、有機溶媒(酢酸エチルとエタノールとの50/50質量%混合溶媒)で混練した後、該混練物を厚さ25μmのアルミニウム箔(集電体)にドクターブレードで塗工し、更に熱風乾燥(100〜120℃)して、厚さ80μmの正極シートを作製した。また、負極には厚さ150μmの黒鉛製のシートを使用した。
<Production of polymer battery>
3 parts by mass of acetylene black (conductive agent) and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (binder) are added to 94 parts by mass of LiMn 2 O 4 (positive electrode active material), and an organic solvent (ethyl acetate and ethanol) is added. 50/50 mass% mixed solvent) and the kneaded product was applied to a 25 μm thick aluminum foil (current collector) with a doctor blade, and further dried with hot air (100 to 120 ° C.), A positive electrode sheet having a thickness of 80 μm was produced. A graphite sheet having a thickness of 150 μm was used for the negative electrode.

次に、上記ポリマー電池用電解質の作製と同様にしてポリエチレンオキシドゾルを調製し、該ゾルをポリエチレン製セパレーターの両面にドクターブレードを用いて厚さが150μmとなるように塗布した後、アセトニトリルを蒸発させ、ポリエチレンオキシド-リチウムゲル電解質(ドライゲル)を作製した。これを上記正極シート及び負極(黒鉛製シート)間に挟み込んで巻き上げ、更に上記混合溶液を含浸・膨潤させて単三型ポリマー電池を作製した。該電池の正極長さは約260mmである。得られたポリマー電池に対して、下記の方法で釘刺し試験及び過充電試験を行った。結果を表1に示す。   Next, a polyethylene oxide sol was prepared in the same manner as in the preparation of the polymer battery electrolyte, and the sol was applied on both sides of a polyethylene separator to a thickness of 150 μm using a doctor blade, and then acetonitrile was evaporated. Thus, a polyethylene oxide-lithium gel electrolyte (dry gel) was produced. This was sandwiched between the positive electrode sheet and the negative electrode (graphite sheet) and rolled up, and further impregnated and swollen with the mixed solution to produce an AA polymer battery. The battery has a positive electrode length of about 260 mm. The obtained polymer battery was subjected to a nail penetration test and an overcharge test by the following methods. The results are shown in Table 1.

(2)釘刺し試験
供試電池を完全に充電した後、直径5mmの釘を電池のほぼ中央部で且つ電極面に対して垂直方向に貫通させ24時間放置し、放置中に電池が発火するか否かを観察した。
(2) Nail penetration test After fully charging the test battery, a nail with a diameter of 5 mm penetrates in the middle of the battery in the direction perpendicular to the electrode surface and is allowed to stand for 24 hours. Observed whether or not.

(3)過充電試験
1Cの電流値(1時間で満充電に至る電流値)で、定格容量の250%まで供試電池を過充電し、電池が発火するか否かを観察した。但し、供試電池に安全回路は付属していない。
(3) Overcharge test
The test battery was overcharged to 250% of the rated capacity with a current value of 1C (current value that reached full charge in 1 hour), and whether or not the battery ignited was observed. However, a safety circuit is not included with the test battery.

(実施例2〜9及び比較例1〜6)
表1又は表2に示す配合の混合溶液を作製し、該混合溶液を用いて実施例1と同様にポリマー電池用電解質を作製した。得られたポリマー電池用電解質の安全性を実施例1と同様にして評価した。また、該混合溶液を用いて実施例1と同様にポリマー電池を作製し、該電池に対して釘刺し試験及び過充電試験を実施した。結果を表1及び表2に示す。
(Examples 2-9 and Comparative Examples 1-6)
A mixed solution having the composition shown in Table 1 or 2 was prepared, and an electrolyte for a polymer battery was prepared in the same manner as in Example 1 using the mixed solution. The safety of the obtained polymer battery electrolyte was evaluated in the same manner as in Example 1. In addition, a polymer battery was prepared using the mixed solution in the same manner as in Example 1, and a nail penetration test and an overcharge test were performed on the battery. The results are shown in Tables 1 and 2.

なお、表1及び表2中、PCはプロピレンカーボネート(沸点242℃)を、DMCはジメチルカーボネート(沸点90℃)を、EMCはエチルメチルカーボネート(沸点108℃)を、MFはメチルフォルメート(沸点32℃)を示す。   In Tables 1 and 2, PC is propylene carbonate (boiling point 242 ° C.), DMC is dimethyl carbonate (boiling point 90 ° C.), EMC is ethyl methyl carbonate (boiling point 108 ° C.), and MF is methyl formate (boiling point). 32 ° C).

また、添加剤Cは、式(II)において、nが4であって、8つのR4の総てがフッ素である環状ホスファゼン化合物(25℃における粘度:0.8mPa・s、沸点86℃)であり;添加剤Dは、式(II)において、nが3であって、6つのR4の総てがフッ素である環状ホスファゼン化合物(25℃における粘度:0.8mPa・s、沸点51℃)であり;添加剤Eは、式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち1つがメトキシ基(CH3O−)、5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物(25℃における粘度:1.8mPa・s、沸点110℃)であり;添加剤Fは、式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち3つがエトキシ基(CH3CH2O−)、3つがフッ素である環状ホスファゼン化合物(25℃における粘度:4.0mPa・s、沸点300℃超)であり;添加剤Gは、式(II)において、nが3であって、6つのR4のうち1つがイソプロポキシ基[(CH3)2CHO−]、5つがフッ素である環状ホスファゼン化合物(25℃における粘度:1.1mPa・s、沸点137℃)である。 Additive C is a cyclic phosphazene compound (viscosity at 25 ° C .: 0.8 mPa · s, boiling point 86 ° C.) in which n is 4 and all 8 R 4 are fluorine in formula (II). Yes; additive D is a cyclic phosphazene compound (viscosity at 25 ° C .: 0.8 mPa · s, boiling point 51 ° C.) in which n is 3 and all six R 4 are fluorine in formula (II) Yes; Additive E is a cyclic phosphazene compound (viscosity at 25 ° C.) in which n is 3 and one of six R 4 is methoxy group (CH 3 O—) and five are fluorine in formula (II) The additive F is represented by formula (II) in which n is 3, and three of the six R 4 groups are ethoxy groups (CH 3 CH 2 O—), Three are cyclic phosphazene compounds (viscosity at 25 ° C .: 4.0 mPa · s, boiling point> 300 ° C.); additive G is represented by formula (II) Te, n is a 3, one isopropoxy group of the six R 4 [(CH 3) 2 CHO -], 5 one the viscosity of the cyclic phosphazene compound (25 ° C. is fluorine: 1.1 mPa · s, a boiling point 137 ° C).

Figure 2005190869
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Figure 2005190869
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非プロトン性有機溶媒のそれぞれに対して、沸点が近いホスファゼン化合物をそれぞれ添加してなる混合溶液を用いた実施例のポリマー電池用電解質は安全性が高く、また、該電解質を用いた実施例のポリマー電池は、釘刺し試験及び過充電試験のいずれにおいても発火せず、非常時においても安全性が高いことが確認された。   The polymer battery electrolytes of the examples using the mixed solutions obtained by adding phosphazene compounds having close boiling points to each of the aprotic organic solvents are highly safe, and the examples of the examples using the electrolytes are as follows. The polymer battery did not ignite in both the nail penetration test and the overcharge test, and it was confirmed that the safety was high even in an emergency.

一方、リン及び/又は窒素含有化合物を含まない混合溶液を用いた比較例1及び2のポリマー電池は、釘刺し試験及び過充電試験で発火した。また、DECと沸点が近いホスファゼン化合物を含むものの、ECと沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まない混合溶液を用いた比較例3のポリマー電池、ECと沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まず、DECと沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まず、EC及びDECのいずれとも沸点が近くないホスファゼン化合物を含む混合溶液を用いた比較例4のポリマー電池、並びにMFと沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まず、ECと沸点が近いホスファゼン化合物を含み、更にEC及びMFのいずれとも沸点が近くないホスファゼン化合物を含む混合溶液を用いた比較例6のポリマー電池は、釘刺し試験及び過充電試験で発火した。更に、DECと沸点が近いホスファゼン化合物を含むものの、ECと沸点が近いリン及び/又は窒素含有化合物を含まない混合溶液を用いた比較例5のポリマー電池は、釘刺し試験で発火しなかったものの、過充電試験で発火した。   On the other hand, the polymer batteries of Comparative Examples 1 and 2 using a mixed solution containing no phosphorus and / or nitrogen-containing compound ignited in the nail penetration test and the overcharge test. Further, a polymer battery of Comparative Example 3 using a mixed solution containing a phosphazene compound having a boiling point close to that of DEC but not containing a phosphorus and / or nitrogen-containing compound having a boiling point close to that of EC, phosphorus and / or nitrogen having a boiling point close to that of EC A polymer battery of Comparative Example 4 using a mixed solution containing a phosphazene compound which does not contain a containing compound, does not contain a phosphorus and / or nitrogen containing compound having a boiling point close to that of DEC, and does not have a boiling point of either EC or DEC, and MF The polymer of Comparative Example 6 using a mixed solution containing a phosphazene compound having a boiling point close to that of EC and a phosphazene compound having a boiling point close to EC and MF. The battery ignited in a nail penetration test and an overcharge test. Furthermore, the polymer battery of Comparative Example 5 using a mixed solution containing a phosphazene compound having a boiling point close to that of DEC but not including a phosphorus and / or nitrogen-containing compound having a boiling point close to that of EC did not ignite in the nail penetration test. Fired in the overcharge test.

以上の結果から、少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒と、各非プロトン性有機溶媒に対して沸点が近く且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物のそれぞれとを含む混合溶液をポリマー電池用電解質に用いることで、電解質の安全性を向上させることができ、また、該電解質をポリマー電池に用いることで、該ポリマー電池の非常時における安全性を著しく改善できることが分かる。   Based on the above results, a mixed solution containing at least one aprotic organic solvent and a compound having a boiling point close to each aprotic organic solvent and having phosphorus and / or nitrogen in the molecule is used for a polymer battery. It can be seen that the use of the electrolyte can improve the safety of the electrolyte, and the use of the electrolyte for the polymer battery can significantly improve the safety of the polymer battery in an emergency.

Claims (5)

少なくとも一種の非プロトン性有機溶媒とポリマーと支持塩とを含むポリマー電池用電解質において、
更に、それぞれの前記非プロトン性有機溶媒に対して、該非プロトン性有機溶媒との沸点の差が25℃以下で且つ分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物をそれぞれ含有することを特徴とするポリマー電池用電解質。
In an electrolyte for a polymer battery comprising at least one aprotic organic solvent, a polymer and a supporting salt,
Furthermore, each of the aprotic organic solvents contains a compound having a difference in boiling point from the aprotic organic solvent of 25 ° C. or less and having phosphorus and / or nitrogen in the molecule. Electrolyte for polymer battery.
前記分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物がリン−窒素間二重結合を有することを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池用電解質。   2. The polymer battery electrolyte according to claim 1, wherein the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule has a phosphorus-nitrogen double bond. 前記分子中にリン及び/又は窒素を有する化合物がホスファゼン化合物であることを特徴とする請求項2に記載のポリマー電池用電解質。   3. The polymer battery electrolyte according to claim 2, wherein the compound having phosphorus and / or nitrogen in the molecule is a phosphazene compound. 前記非プロトン性有機溶媒が、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、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びメチルフォルメートからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー電池用電解質。   2. The polymer according to claim 1, wherein the aprotic organic solvent is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl formate. Battery electrolyte. 請求項1〜4のいずれかに記載の電解質と、正極と、負極とを備えたポリマー電池。   A polymer battery comprising the electrolyte according to claim 1, a positive electrode, and a negative electrode.
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