[发明专利]非水系聚合物电池

说明书

近年来，随着电子设备的发展，期待着出现新的高性能电池。现在，作为电子设备的电源，对于一次电池，主要使用二氧化锰·锌电池，而对于二次电池，主要使用镍·镉电池、镍·锌电池、镍·氧化物电池等的镍系电池及铅电池。

这些电池的电解液，使用着氢氧化钾等的碱水溶液和硫酸等的水溶液。水的理论分解电压是1.23V。若作成该值以上的电池系时，由于容易引起水的分解，难于稳定地贮存电能，所以电动势实用值最高不过2V左右，因此，作为3V以上的高电压系电池的电解液，要使用非水系电解液。作为其代表的电池，有在负极上使用锂的，所谓锂电池。

作为锂一次电池，有二氧化锰·锂电池、氟化碳·锂电池、作为锂二次电池，有二氧化锰·锂电池、氧化钒·锂电池。

对于在负极上使用金属锂的二次电池，存在由于金属锂的枝晶析出，易发生短路、寿命短的缺点，另外，由于金属锂的反应性高，所以难于确保安全性。因此，考虑代替金属锂而使用石墨和碳，在正极上使用钴酸锂和镍酸锂的所谓锂离子电池，作为高能密度电池而使用，但最近，随着用途的扩大，进而需要高性能且安全性高的电池。

锂电池及锂离子电池(以后归纳记作锂系电池)，在充放电反应中，与电极反应有关的锂离子量的大部分，不是溶解于电解液的锂离子，而是从电极的活性物质放出的锂离子在电解液中移动到达对极，所以其锂离子的移动距离长。而且，对于水溶液系电池中的质子及氢氧根离子的迁移率接近1，锂系电池中的电解液中的锂离子在室温下的迁移率通常为0.5以下，电解质中的离子移动速度，受离子浓度扩散而支配，另外，有机电解液与水溶液比较，粘性高，所以离子的扩散速度慢。因此，对于锂系电池，与水溶液系的电池比较，存在高功率下的充放电性能差的问题。

在上述锂系电池中，作为隔离层，使用聚乙烯或聚丙烯等微孔膜。对于微孔性聚合物膜的制作方法，主要使用湿式法和拉伸法。湿式法是通过将聚合物溶解在液体中，扩展成片状，而后将其浸渍在液槽中，除去溶解了聚合物的液体，除去液体的部分形成孔的，无方向性的微孔性聚合物膜的制造方法(U.K.Patent ApplicationGB No.2,026,381A)、其具有圆形或椭圆形孔的微孔膜隔离层，适用于密闭型镍镉电池(U.S.Pat.No.5,069,990)。拉伸法是通过将聚合物膜进行拉伸，在膜上开具有方向性孔的微孔膜的制造方法(U.S.Pat.Nos.3,953,566；3,962,153；4,096,227；4,110,392；4,187,390；4,194,041；3,201,364；4,100,238；4,197,148；3,679,540；3,870,593)，广泛适用于二次电池。另外，除此以外，也有将盐和淀粉等微粒子加入到聚合物中，作成片状，然后，使微粒子溶解于液体并除去的微孔性聚合物膜的制作方法(U.S.Pat.Nos.3,214,501；3,640,829)。另外，还有在高温下，将聚合物溶解在液体中，通过冷却，固化聚合物后，除去液体的微孔性聚合物膜的制作法(U.S.Pat.Nos.4,247,498；4,539,256)。另外，通过由于热溶解微孔性聚合物膜，利用堵塞孔的关闭效果，使在隔离层上具有电池的安全装置(U.S.Pat.Nos.4,650,730；4,731,304；4,973,532，J.Electrochem.Soc.140(1993)L51)。通过此装置，即使电池发热成为危险状态时，也可使正极和负极向绝缘，可更好地抑制正负极的反应。

锂系电池与在电解质中使用水溶液的铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池等不同，由于在电解质中使用可燃性有机电解液，所以在其安全性上存在问题。因此，试图代替有机电解液，使用缺少化学反应性的固体聚合物电解质，可进一步提高电池的安全性(Electrochimica Acta 40(1995)2117)。另外，从电池形状的柔软性、制造工序的简易化、削减制造成本的目的上也试图使用固体聚合物电解质。

作为离子传导性聚合物，大多研究聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等的聚醚和碱金属盐的配合物。但是，要使聚醚保持充分的机械强度且高离子导电性是困难的，而且由于导电率受温度的影响大，在室温下得不到充分的导电率，所以试图使用在侧链上具有聚醚的梳型高分子、聚醚类和其它单体的共聚物、在侧链上具有聚醚的聚硅氧烷、或多膦嗪、聚醚的交联物。