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JP3578185B2 - Thin lithium battery and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin lithium battery and method of manufacturing the same Download PDF

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JP3578185B2
JP3578185B2 JP08173696A JP8173696A JP3578185B2 JP 3578185 B2 JP3578185 B2 JP 3578185B2 JP 08173696 A JP08173696 A JP 08173696A JP 8173696 A JP8173696 A JP 8173696A JP 3578185 B2 JP3578185 B2 JP 3578185B2
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JP
Japan
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lithium battery
positive electrode
negative electrode
binder
thin lithium
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雄一 相原
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Yuasa Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄形リチウム電池とその製法に関するもので、さらに詳しく言えば、薄形リチウム電池の正極合剤および負極合剤の改良とこの改良された正極合剤および負極合剤を用いた薄形リチウム電池の新規な製法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・薄形化が求められるようになってきている。
【0003】
このような用途に期待できる電池としてリチウム電池が注目され、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、より高容量、高サイクル寿命特性が期待できるリチウムイオン二次電池の研究が進められている。
【0004】
上記した種々のリチウム電池はいずれも円筒形が中心であり、薄形のものはリチウム一次電池においては固体電解質を用い、プリント技術を転用した製法によるものがあるが、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池においては未だ達成されていない技術である。
【0005】
このことは、円筒形の場合、正極、電解質および負極からなる電極を円筒に挿入してから注液するため、電極を加圧して膨潤による活物質の電子的な孤立を容易に抑制することができ、それによって高サイクル寿命特性が達成できることによる。
【0006】
これに対し、薄形の場合、正極集電板上に正極合剤を塗布した正極と、負極集電板上に負極合剤を塗布した負極とを電解質を介して対向させているため、電極を加圧することが困難であり、加圧に代えて正極合剤中および負極合剤中に配合させる結着剤を調製することによって活物質の電子伝導性とイオン伝導性を向上させ、高サイクル寿命特性を達成しようとしている。
【0007】
従来、上記した結着剤にはフッ素系ポリマーである四フッ化エチレンや六フッ化エチレンが用いられ、これらを正極活物質または負極活物質とともにN−メチル−2−ピロリドンなどに溶解して混合して正極合剤または負極合剤とし、この正極合剤を正極集電板に、負極合剤を負極集電板に塗布した後乾燥させて加圧して電極が製作されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の薄形リチウム電池では、結着剤である四フッ化エチレンや六フッ化エチレンを正極活物質または負極活物質とともに溶解させるN−メチル−2−ピロリドンを乾燥によって完全に除去する必要があり、それが残存するとサイクル寿命特性の劣化の原因になるという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、発明は、正極合剤と負極合剤とを電解質を介して対向させた薄型リチウム電池の製造方法において、
正極活物質と、電解液と、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを混合し、重合を行って正極合剤を得る工程と、
負極活物質と、電解液と、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを混合し、重合を行って負極合剤を得る工程と、
を有し、
前記モノマーは、芳香族ユニットとオキシアルキレンユニットとを有し分子鎖末端がアリルユニットまたはアクリルユニットのオリゴマーである、薄型リチウム電池の製造方法であり、前記オキシアルキレンユニットを有することによって溶媒を除去する必要のない電解液に対する溶解度を向上させることができ、前記芳香族ユニットを有することによって分子鎖の柔軟性を抑制して電解液による膨潤性を抑制することができ、分子鎖末端をアリルユニットまたはアクリルユニットにすることによって前記芳香族ユニットとオキシアルキレンユニットとを有するオリゴマーとの重合を容易に行うことができる。
【0010】
また、発明は、前記製造方法において、オリゴマーが分子量10000以下のポリマーであることを特徴とするものであり、これによって溶媒を除去する必要のない電解液に対する溶解度をさらに向上させることができる。
【0011】
また、発明は、前記製造方法において、結着剤であるポリマーの電解液による膨潤が体積百分率で120%以下となるようにしたことを特徴とするものであり、これによって充放電に伴う溶媒分子の移動による膨潤を最小限にし、サイクル寿命特性の劣化を防止することができる。
【0012】
また、発明は、前記製造方法において、前記重合は放射線照射によって行うことを特徴とするものであり、触媒を用いていないので、触媒が不純物として作用するという危険性を回避することができ、重合に要する時間を短縮することができる。
【0013】
また、発明は、前記製造方法において、前記結着剤であるポリマーの前駆体モノマーは、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したものであることを特徴とするものであり、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーとしてのビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したものは分子網目の小さい架橋性ポリマーであって溶媒と親和性の低い芳香族ユニットが含まれていることから、膨潤性が非常に低く溶媒の移動によっても膨潤、収縮の影響をほとんど受けることがない。
【0014】
また、発明は、前記製造方法によって製造されたことを特徴とする薄型リチウム電池である。これによって、充放電サイクル特性の改善された薄型電池とすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【0016】
図1は本発明の実施の形態に係る薄形リチウム電池の断面図である。
【0017】
本発明の薄形リチウム電池の特徴は、図1に示した如く、コバルト酸リチウムを主体とする正極活物質、γ−ブチロラクトンにLiBFを1モル/lとなるように溶解した電解液およびビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化した結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを配合させて重合してなる正極合剤1、難黒鉛系のカーボンを主体とする負極活物質、前記電解液および前記結着剤としてのポリマーの前駆体モノマーを配合させて重合してなる負極合剤2からなり、前記正極合剤1はアルミ箔からなる正極集電板3上にカーボン被膜からなるアンダーコート4を介して形成され、前記負極合剤2は銅箔からなる負極集電板5上に形成され、前記正極合剤1と前記負極合剤2とはポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体で3官能のアクリルエステルを主体とするゲル状の電解質6を介して対向させ、端部を接着剤7で封止したことである。
【0018】
前記ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したものは、オリゴマーが芳香族ユニットとエチレンオキサイドユニットとを有し、かつ分子鎖末端がアリルユニットまたはアクリルユニットであり、その平均分子量はGPC測定にて測定したスチレン換算の数平均分子量で約500であり、重合によって形成される結着剤であるポリマーの電解液による平均膨潤が体積百分率で120%である。
【0019】
また、本発明の薄形リチウム電池の製法の特徴は、コバルト酸リチウムを主体とする正極活物質、γ−ブチロラクトンにLiBFを1モル/lとなるように溶解した電解液およびビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化した結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを配合させて重合してなる正極合剤を正極集電板上にアンダーコートを介して塗布して正極とする工程と、難黒鉛系のカーボンを主体とする負極活物質、前記電解液および前記結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを配合させて重合してなる負極合剤を負極集電板上に塗布して負極とする工程と、前記正極と負極とをゲル状の電解質を介して対向させ、端部を接着剤で封止する工程とからなることである。
【0020】
そして、前記重合は結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを正極合剤中および負極合剤中に配合させ、電子線またはガンマ線などの放射線照射によって行うことにより、触媒が不純物として作用するという危険性を回避することができるとともに重合に要する時間を短縮することができる。
【0021】
また、前記重合は結着剤であるポリマーの前駆体を複数種のモノマーとし、これによって分子構造に架橋性をもたせたり、結着剤であるポリマーの柔軟性をさらに高めることができる。
【0022】
【実施例】
(本発明の薄形リチウム電池)
正極活物質としてコバルト酸リチウムを、負極活物質として難黒鉛系のカーボンを、電解液としてγ−ブチロラクトンにLiBFを1モル/lとなるように溶解したものを、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーとしてビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化した平均分子量500のものをそれぞれ準備し、正極を、正極集電板3である厚みが50μmのアルミ箔上に、アンダーコート4としてのカーボン被膜を塗布して乾燥させ、その上に正極活物質としての10gのコバルト酸リチウム、0.2gのケッチェンブラック、4.8gの前記電解液、1.2gの前記前駆体モノマーを混合した正極合剤1を塗布して電子線を照射し、重合を行って厚みが155μmのものとし、負極を、負極集電板5である厚みが35μmである銅箔上に、負極活物質としての10gのカーボン、4.8gの前記電解液、1.2gの前記前駆体モノマーを混合した負極合剤2を塗布して電子線を照射し、重合を行って厚みが100μmのものとし、電解質6を、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体で3官能のアクリルエステルとを3:7で前記電解液に混合し、前記正極および負極上に塗布して硬化させ、各々厚みが45μmのゲル状のものとした。
【0023】
このようにして作製した正極−電解質と電解質−負極とを張り合わせて端部に接着剤7としてホットメルト接着剤を配置した後、四角形の3辺をヒートシールしてから他の一辺を真空下でシールして10mAhの電池を作製した。
【0024】
こうして得られた結着剤であるポリマーの平衡膨潤は約120%であった。
【0025】
(比較例1の薄形リチウム電池)
本発明の薄形リチウム電池と同じ正極活物質、負極活物質および電解液を準備し、4フッ化エチレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解して8重量%の溶液としたものを結着剤であるポリマーとして準備し、正極を、正極集電板3である厚みが50μmのアルミ箔上に、アンダーコート4としてのカーボン被膜を塗布して乾燥させ、その上に正極活物質としての10gのコバルト酸リチウム、0.2gのケッチェンブラック、15gの前記結着剤であるポリマー溶液を混合したものを塗布して乾燥させ、プレスして前記電解液を注液して厚みが150μmのものとし、負極を、負極集電板5である厚みが35μmである銅箔上に、10gのカーボン、15gの前記結着剤であるポリマー溶液を混合したものを塗布して乾燥させ、プレスして前記電解液を注液して厚みが100μmのものとし、電解質6を、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体で3官能のアクリルエステルとを3:7で前記電解液に混合し、前記正極および負極上に塗布して硬化させ、各々厚みが45μmのゲル状のものとした。
【0026】
このようにして作製した正極−電解質と電解質−負極とを張り合わせて端部に接着剤7としてホットメルト接着剤を配置した後、四角形の3辺をヒートシールしてから他の一辺を真空下でシールした。
【0027】
こうして得られた結着剤であるポリマーの平衡膨潤は約160%であった。
【0028】
(比較例2の薄形リチウム電池)
本発明の薄形リチウム電池と同じ正極活物質、負極活物質および電解液を準備し、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーとしてポリエチレングリコールをアクリレート化した平均分子量11000のものを準備し、正極を、正極集電板3である厚みが50μmのアルミ箔上に、アンダーコート4としてのカーボン被膜を塗布して乾燥させ、その上に正極活物質としての10gのコバルト酸リチウム、0.2gのケッチェンブラック、4.8gの前記電解液、1.2gの前記前駆体モノマーを混合した正極合剤1を塗布して電子線を照射し、重合を行って厚みが155μmのものとし、負極を、負極集電板5である銅箔上に、負極活物質としての10gのカーボン、4.8gの前記電解液、1.2gの前記前駆体モノマーをを混合した負極合剤を塗布して電子線を照射し、重合を行って厚みが100μmのものとし、電解質6を、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体で3官能のアクリルエステルとを3:7で前記電解液に混合し、前記正極および負極上に塗布して硬化させ、各々厚みが45μmのゲル状のものとした。
【0029】
このようにして作製した正極−電解質と電解質−負極とを張り合わせて端部に接着剤7としてホットメルト接着剤を配置した後、四角形の3辺をヒートシールしてから他の一辺を真空下でシールして10mAhの電池を作製した。
【0030】
こうして得られた結着剤であるポリマーの平衡膨潤は210%であった。
【0031】
次に、上記した本発明電池、比較例1および比較例2の電池について、充電終止電圧を4.2V、放電終止電圧を2.7Vとして10時間率の定電流充放電を行い、放電時間と充放電サイクル数との関係を図2に示す。
【0032】
図2から、比較例1の電池は初期容量で本発明電池の80%、5サイクル目の容量で本発明電池の容量の50%を下回り、10サイクル目の容量で本発明電池の容量の35%になることがわかった。
【0033】
このことは注液時に加圧されない状態であるため電解液によって合剤が膨潤し、電極中の活物質が電子的に孤立するためであると考えられる。また、充放電時にリチウムイオンが電解液の溶媒中に取り込まれて移動することにより、リチウムのドープ、脱ドープにより合剤の膨張、収縮が生じるのに対し、用いた結着剤であるポリマーの4フッ化エチレンをN−メチル−2−ピロリドンに溶解したものは直鎖であるため、合剤の膨張、収縮を抑制することができないためであると考えられる。
【0034】
また、図2から、比較例2の電池は初期容量で本発明電池の20%、3サイクル目以降の容量で本発明電池の容量の10%になることがわかった。
【0035】
このことは初期充電時に負極合剤が膨潤して活物質が電子的に孤立し、用いた結着剤であるポリマーの架橋したポリエチレンオキサイドの膨潤が大きいことに起因するものと考えられる。
【0036】
上記した比較例1,2に対し、本発明電池においては100サイクル経過しても容量の低下は全く見られないことがわかった。
【0037】
このことは結着剤であるポリマーの前駆体モノマーとしてのビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したものは分子網目の小さい架橋性ポリマーであって溶媒と親和性の低い芳香族ユニットが含まれていることから、膨潤性が非常に低く溶媒の移動によっても膨潤、収縮の影響をほとんど受けることがないためと考えられる。
【0038】
【発明の効果】
上記した如く、本発明の薄形リチウム電池は充放電サイクル特性を改善することができ、しかもその製法は結着剤ポリマーである前駆体モノマーを電解液に溶解させてから電極中で重合させていることから、作製時に電極の不要溶媒を除去したり、電極をプレスしたり、電池に注液するといった工程を省略することができるので、電池作製に要する工数を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄形リチウム電池の断面図である。
【図2】本発明電池、比較例1および比較例2の薄形リチウム電池を定電流放電した時の放電時間と充放電サイクル数との関係を示す図である。
1 正極合剤
2 負極合剤
3 正極集電板
4 アンダーコート
5 負極集電板
6 電解質
7 接着剤
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin lithium battery and a method for producing the same, and more particularly, to an improvement of a positive electrode mixture and a negative electrode mixture of a thin lithium battery and a thin lithium battery using the improved positive electrode mixture and the negative electrode mixture. The present invention relates to a new method for manufacturing a lithium battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, portable devices such as mobile phones, PHSs, and small personal computers have been significantly reduced in size and weight with the development of electronics technology, and the batteries used as power sources for these devices have also become smaller and thinner. Is required.
[0003]
Lithium batteries have attracted attention as batteries that can be expected for such applications, and in addition to lithium primary batteries that have already been put into practical use, lithium ion secondary batteries that can be expected to have higher capacity and higher cycle life characteristics in addition to the practical use of lithium secondary batteries Research on batteries is ongoing.
[0004]
All of the above-mentioned various lithium batteries are mainly cylindrical, and thin types of lithium primary batteries use a solid electrolyte for the lithium primary batteries, and some of them are manufactured by diversion of printing technology. This is a technology that has not yet been achieved in secondary batteries.
[0005]
This means that, in the case of a cylindrical shape, the electrode consisting of the positive electrode, the electrolyte and the negative electrode is inserted into the cylinder and then injected, so that it is possible to easily suppress electronic isolation of the active material by swelling by pressing the electrode. Due to which high cycle life characteristics can be achieved.
[0006]
On the other hand, in the case of the thin type, the positive electrode in which the positive electrode mixture is applied on the positive electrode current collector and the negative electrode in which the negative electrode mixture is applied on the negative electrode current collector are opposed to each other via the electrolyte. It is difficult to pressurize, and instead of pressurizing, the electron conductivity and ionic conductivity of the active material are improved by preparing a binder to be compounded in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture, and high cycle. Attempting to achieve life characteristics.
[0007]
Conventionally, fluorine-containing polymers such as ethylene tetrafluoride and hexafluoroethylene have been used as the above-mentioned binder, and these are dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone or the like together with the positive electrode active material or the negative electrode active material and mixed. Then, a positive electrode mixture or a negative electrode mixture is formed, the positive electrode mixture is applied to a positive electrode current collector plate, and the negative electrode mixture is applied to a negative electrode current collector plate, and then dried and pressed to produce an electrode.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional thin lithium battery, it is necessary to completely remove N-methyl-2-pyrrolidone, in which ethylene tetrafluoride or hexafluoroethylene as a binder is dissolved together with the positive electrode active material or the negative electrode active material, by drying. However, if it remains, there is a problem that the cycle life characteristic is deteriorated.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention relates to a method for manufacturing a thin lithium battery in which a positive electrode mixture and a negative electrode mixture are opposed via an electrolyte ,
A step of mixing a positive electrode active material, an electrolytic solution, and a polymer precursor monomer as a binder, and performing polymerization to obtain a positive electrode mixture;
A step of mixing a negative electrode active material, an electrolytic solution, and a polymer precursor monomer as a binder, and performing polymerization to obtain a negative electrode mixture;
Has,
The method for producing a thin lithium battery, wherein the monomer has an aromatic unit and an oxyalkylene unit and the molecular chain terminal is an oligomer of an allyl unit or an acrylic unit , and the solvent is removed by having the oxyalkylene unit. The solubility in an unnecessary electrolyte solution can be improved, and the swelling property of the electrolyte solution can be suppressed by suppressing the flexibility of the molecular chain by having the aromatic unit. By using an acrylic unit, polymerization of the oligomer having the aromatic unit and the oxyalkylene unit can be easily performed.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that in the above-mentioned production method , the oligomer is a polymer having a molecular weight of 10,000 or less, whereby the solubility in an electrolytic solution which does not require removal of the solvent can be further improved.
[0011]
Further, the present invention is characterized in that in the above-mentioned production method , the swelling of the polymer as the binder by the electrolytic solution is 120% or less by volume percentage, whereby the solvent accompanying the charge and discharge is reduced. Swelling due to migration of molecules can be minimized, and deterioration of cycle life characteristics can be prevented.
[0012]
Further, the present invention is characterized in that, in the production method , the polymerization is performed by irradiation with radiation , and since a catalyst is not used, it is possible to avoid a risk that the catalyst acts as an impurity, The time required for polymerization can be reduced.
[0013]
Further, the present invention is the manufacturing method, the precursor monomer of the a binder polymer is characterized in that is obtained by acrylate of ethylene oxide adduct of bisphenol A, a binder The acrylated bisphenol A ethylene oxide adduct as a precursor monomer of the polymer is a crosslinkable polymer having a small molecular network and contains an aromatic unit having low affinity for a solvent. It has very low properties and is hardly affected by swelling and shrinking even when the solvent moves.
[0014]
Further, the present invention is a thin lithium battery manufactured by the manufacturing method. Thus, a thin battery with improved charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments.
[0016]
FIG. 1 is a sectional view of a thin lithium battery according to an embodiment of the present invention.
[0017]
As shown in FIG. 1, the thin lithium battery of the present invention is characterized in that a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate, an electrolytic solution obtained by dissolving LiBF in γ-butyrolactone at 1 mol / l, and bisphenol A Positive electrode mixture 1 prepared by mixing and polymerizing a polymer precursor monomer as a binder obtained by acrylated ethylene oxide adduct of the above, an anode active material mainly composed of non-graphitic carbon, the electrolytic solution and The negative electrode mixture 2 is formed by mixing and polymerizing a polymer precursor monomer as a binder, and the positive electrode mixture 1 is obtained by forming an undercoat 4 made of a carbon film on a positive electrode current collector 3 made of aluminum foil. The negative electrode mixture 2 is formed on a negative electrode current collector plate 5 made of copper foil, and the positive electrode mixture 1 and the negative electrode mixture 2 are made of polyethylene oxide and polypropylene. Are opposed to each other via the gel electrolyte 6 made mainly of 3 acrylic ester functionality in the copolymer of alkylene oxide, is that sealing the ends with an adhesive 7.
[0018]
In the acrylated bisphenol A ethylene oxide adduct, the oligomer has an aromatic unit and an ethylene oxide unit, and the molecular chain end is an allyl unit or an acrylic unit, and the average molecular weight is measured by GPC. The measured number average molecular weight in terms of styrene is about 500, and the average swelling of the polymer, which is a binder formed by polymerization, with the electrolytic solution is 120% by volume percentage.
[0019]
The method of manufacturing the thin lithium battery of the present invention is characterized by a positive electrode active material mainly composed of lithium cobaltate, an electrolytic solution obtained by dissolving LiBF in γ-butyrolactone at 1 mol / l, and ethylene oxide of bisphenol A. A step of applying a positive electrode mixture obtained by mixing and polymerizing a precursor monomer of a polymer as a binder obtained by acrylate-forming the adduct to the positive electrode current collector plate via an undercoat to form a positive electrode; A negative electrode active material mainly composed of carbon, a negative electrode mixture obtained by mixing and polymerizing a precursor monomer of the polymer as the electrolyte and the binder is coated on a negative electrode current collector plate to form a negative electrode. And a step of causing the positive electrode and the negative electrode to face each other via a gel electrolyte, and sealing the ends with an adhesive.
[0020]
The polymerization is carried out by mixing a polymer precursor monomer as a binder in the positive electrode mixture and the negative electrode mixture and irradiating them with radiation such as an electron beam or a gamma ray, so that the catalyst may act as an impurity. Properties can be avoided and the time required for polymerization can be shortened.
[0021]
Further, in the polymerization, a precursor of the polymer as the binder is made into a plurality of kinds of monomers, whereby the molecular structure can be crosslinked, and the flexibility of the polymer as the binder can be further increased.
[0022]
【Example】
(Thin lithium battery of the present invention)
Lithium cobaltate as a positive electrode active material, non-graphite-based carbon as a negative electrode active material, and LiBF dissolved at 1 mol / l in γ-butyrolactone as an electrolytic solution were used as precursors of a polymer as a binder. As the base monomer, an acrylated bisphenol A ethylene oxide adduct was prepared, and the average positive molecular weight was 500. A positive electrode was formed on a 50 μm-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector plate 3 by a carbon coating as an undercoat 4. And dried, and a positive electrode mixture obtained by mixing 10 g of lithium cobaltate as a positive electrode active material, 0.2 g of Ketjen black, 4.8 g of the electrolyte solution, and 1.2 g of the precursor monomer is mixed thereon. The agent 1 was applied, irradiated with an electron beam, and polymerized to have a thickness of 155 μm. m, a negative electrode mixture 2 obtained by mixing 10 g of carbon as a negative electrode active material, 4.8 g of the electrolyte solution, and 1.2 g of the precursor monomer, and irradiating an electron beam, Polymerization is performed to a thickness of 100 μm, and the electrolyte 6 is mixed with the electrolytic solution in a ratio of 3: 7 to a trifunctional acrylic ester of a copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide, and applied on the positive electrode and the negative electrode. And cured to form gels each having a thickness of 45 μm.
[0023]
After bonding the positive electrode-electrolyte and the electrolyte-negative electrode thus prepared and placing a hot-melt adhesive as an adhesive 7 on the end, heat-sealing three sides of the square and then applying vacuum to the other side A 10 mAh battery was manufactured by sealing.
[0024]
The equilibrium swelling of the binder polymer thus obtained was about 120%.
[0025]
(Thin lithium battery of Comparative Example 1)
The same positive electrode active material, negative electrode active material and electrolytic solution as those of the thin lithium battery of the present invention were prepared, and ethylene tetrafluoride was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to form an 8% by weight solution, which was then bound. A positive electrode is prepared as a polymer, and a positive electrode is coated with a carbon coating as an undercoat 4 on an aluminum foil having a thickness of 50 μm as a positive electrode current collector 3 and dried. Of lithium cobaltate, 0.2 g of Ketjen black, and 15 g of the binder polymer solution, dried, pressed and injected with the electrolyte to have a thickness of 150 μm. The negative electrode was coated with a mixture of 10 g of carbon and 15 g of the polymer solution as the binder on a copper foil having a thickness of 35 μm as the negative electrode current collector plate 5, dried, and pressed. Previous An electrolyte was injected to a thickness of 100 μm, and the electrolyte 6 was mixed with the electrolyte at a ratio of 3: 7 of a trifunctional acrylic ester of a copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide to the positive electrode and the negative electrode. It was applied on top and cured to form a gel having a thickness of 45 μm.
[0026]
After bonding the positive electrode-electrolyte and the electrolyte-negative electrode thus prepared and placing a hot-melt adhesive as an adhesive 7 on the end, heat-sealing three sides of the square and then applying vacuum to the other side Sealed.
[0027]
The equilibrium swelling of the binder polymer thus obtained was about 160%.
[0028]
(Thin lithium battery of Comparative Example 2)
The same positive electrode active material, negative electrode active material and electrolyte solution as those of the thin lithium battery of the present invention were prepared, and a polymer having an average molecular weight of 11,000 in which acrylate of polyethylene glycol was prepared as a precursor monomer of a polymer as a binder was prepared. Is coated on a 50 μm-thick aluminum foil serving as the positive electrode current collector plate 3 with a carbon coating as an undercoat 4 and dried, and then 10 g of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material and 0.2 g of Ketjen black, 4.8 g of the electrolyte solution, and 1.2 g of the precursor monomer mixed with the positive electrode mixture 1 were applied, irradiated with an electron beam, polymerized to a thickness of 155 μm, and the negative electrode was formed. A negative electrode mixture obtained by mixing 10 g of carbon as a negative electrode active material, 4.8 g of the electrolytic solution, and 1.2 g of the precursor monomer on a copper foil as the negative electrode current collector plate 5 Is applied, irradiated with an electron beam, and polymerized to have a thickness of 100 μm. The electrolyte 6 is prepared by mixing a trifunctional acrylic ester of a copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide with the electrolyte at a ratio of 3: 7. The mixture was mixed, applied on the positive electrode and the negative electrode, and cured to form a gel having a thickness of 45 μm.
[0029]
After bonding the positive electrode-electrolyte and the electrolyte-negative electrode thus prepared and placing a hot-melt adhesive as an adhesive 7 on the end, heat-sealing three sides of the square and then applying vacuum to the other side A 10 mAh battery was manufactured by sealing.
[0030]
The equilibrium swelling of the binder polymer thus obtained was 210%.
[0031]
Next, with respect to the battery of the present invention and the batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a 10-hour constant-current charge / discharge was performed at a charge end voltage of 4.2 V and a discharge end voltage of 2.7 V. FIG. 2 shows the relationship with the number of charge / discharge cycles.
[0032]
From FIG. 2, the battery of Comparative Example 1 has an initial capacity of 80% of the battery of the present invention at the 5th cycle, which is lower than 50% of the capacity of the battery of the present invention, and the capacity of the battery of the present invention at the 10th cycle is 35%. %.
[0033]
It is considered that this is because the mixture is not pressurized at the time of injection and the mixture swells due to the electrolytic solution, and the active material in the electrode is electronically isolated. In addition, when lithium ions are taken into the solvent of the electrolyte during charge and discharge and move, the mixture is expanded and contracted by doping and undoping of lithium, whereas the polymer used as the binder is used. This is probably because ethylene tetrafluoride dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone is linear, and cannot prevent the mixture from expanding and contracting.
[0034]
From FIG. 2, it was found that the battery of Comparative Example 2 had an initial capacity of 20% of the battery of the present invention and 10% of the capacity of the battery of the present invention after the third cycle.
[0035]
This is considered to be due to the fact that the negative electrode mixture swells at the time of the initial charge, the active material is isolated electronically, and the swelling of the crosslinked polyethylene oxide of the polymer used as the binder is large.
[0036]
Compared with Comparative Examples 1 and 2 described above, it was found that the capacity of the battery of the present invention did not decrease at all even after 100 cycles.
[0037]
This implies that the acrylated bisphenol A ethylene oxide adduct as a precursor monomer of the polymer as the binder is a crosslinkable polymer having a small molecular network and contains aromatic units having low affinity for the solvent. Therefore, it is considered that the swelling property is very low and the swelling and shrinkage are hardly affected by the movement of the solvent.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the thin lithium battery of the present invention can improve the charge / discharge cycle characteristics, and its production method is to dissolve a precursor monomer, which is a binder polymer, in an electrolytic solution and then polymerize it in an electrode. Therefore, steps such as removing unnecessary solvent of the electrode, pressing the electrode, and pouring the battery into the battery can be omitted at the time of fabrication, so that the man-hour required for fabricating the battery can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a thin lithium battery of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the discharge time and the number of charge / discharge cycles when the battery of the present invention, the thin lithium batteries of Comparative Examples 1 and 2, were discharged at a constant current.
REFERENCE SIGNS LIST 1 positive electrode mixture 2 negative electrode mixture 3 positive electrode current collector 4 undercoat 5 negative electrode current collector 6 electrolyte 7 adhesive

Claims (6)

正極合剤と負極合剤とを電解質を介して対向させた薄型リチウム電池の製造方法において、
正極活物質と、電解液と、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを混合し、重合を行って正極合剤を得る工程と、
負極活物質と、電解液と、結着剤であるポリマーの前駆体モノマーを混合し、重合を行って負極合剤を得る工程と、
を有し、
前記モノマーは、芳香族ユニットとオキシアルキレンユニットとを有し分子鎖末端がアリルユニットまたはアクリルユニットのオリゴマーである、薄型リチウム電池の製造方法。
In a method for manufacturing a thin lithium battery in which a positive electrode mixture and a negative electrode mixture are opposed via an electrolyte ,
A step of mixing a positive electrode active material, an electrolytic solution, and a polymer precursor monomer as a binder, and performing polymerization to obtain a positive electrode mixture;
A step of mixing a negative electrode active material, an electrolytic solution, and a polymer precursor monomer as a binder, and performing polymerization to obtain a negative electrode mixture;
Has,
The method for producing a thin lithium battery, wherein the monomer has an aromatic unit and an oxyalkylene unit, and the terminal of the molecular chain is an oligomer of an allyl unit or an acrylic unit.
前記オリゴマーが分子量10000以下のポリマーである請求項1記載の薄型リチウム電池の製造方法。 The method according to claim 1 , wherein the oligomer is a polymer having a molecular weight of 10,000 or less . 前記結着剤であるポリマーの電解液による膨潤が体積百分率で120%以下となるようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の薄型リチウム電池の製造方法。 3. The method for manufacturing a thin lithium battery according to claim 1, wherein the swelling of the polymer as the binder by the electrolytic solution is 120% or less by volume percentage . 前記重合は放射線照射によって行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄形リチウム電池の製造方法 The method for producing a thin lithium battery according to claim 1, wherein the polymerization is performed by irradiation with radiation. 前記結着剤であるポリマーの前駆体モノマーは、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したものである請求項1〜4のいずれかに記載の薄形リチウム電池の製造方法 The method for producing a thin lithium battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer precursor monomer as the binder is obtained by acrylate-forming an ethylene oxide adduct of bisphenol A. 請求項1〜5のいずれかに記載の薄形リチウム電池の製造方法によって製造された薄型リチウム電池。A thin lithium battery manufactured by the method for manufacturing a thin lithium battery according to claim 1.
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