JPH01296572A - 電池 - Google Patents

電池

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JPH01296572A
JPH01296572A JP63124948A JP12494888A JPH01296572A JP H01296572 A JPH01296572 A JP H01296572A JP 63124948 A JP63124948 A JP 63124948A JP 12494888 A JP12494888 A JP 12494888A JP H01296572 A JPH01296572 A JP H01296572A
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JP
Japan
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main active
electrolyte
positive electrode
aluminum
battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP63124948A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuyuki Koura
延幸 小浦
Tomoyuki Akiyama
秋山 智幸
Hajime Sudo
一 須藤
Kenichi Takahashi
健一 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Publication of JPH01296572A publication Critical patent/JPH01296572A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電池、特に充放電か可能な二次電池に関するも
のである。
電池は、電子機器、電気機器の電源として発達してきた
か、近年の機器のポータプル化、携帯化及び電子機器の
発達に伴い、軽薄短小型電池、重(=1加用電池の需要
か急増し、特に二次電池の割合いか増加している。
(従来技術及びその問題点) 従来、実用化にある二次電池はニッケルカドミウム電池
、鉛蓄電池程度のものしかなく、その小型化か検討され
ているが、性能的に実用化には至っていない。
また、携帯用電源として用いる場合、重量、客間的には
満足のできる電池が得られておらず、現在、その要望に
合った二次電池の開発か盛んに行われている。
そのなかでリチウムを負極主活物質とした電池の研究か
進んでいる。しかしなからこの電池は、電解液中への溶
出、充電時のリチウムのデンドライト析出、低濃度支持
塩有機電解質を用いるために出力か小さいなどの問題点
か残されている。
−船釣に用いられている電池の負極活物質としては、」
二記したカドミウム、鉛、リチウムあるいは亜鉛が挙げ
られるか、価格、エネルギー密度、単極電位、取扱い性
の点から、電池の負極材料としてアルミニウムを用いる
ことが考えられている。
これまでにアルミニウムを負極主活物質として用いた電
池として、水溶液系においては注水型アルミニウムー空
気電池あるいは注水型アルミニウムーMnO(又は、A
g2O,AgC1)電池なと、有機溶媒系においてはA
lCl3−メチルセルロースを水に溶かしたもの又はゼ
ラチンとエチレングリコールを水に溶かしたものを使用
した一次電池(正極活物質はいずれもMnO) 、Al
C13−n−へキシルアミンージエチルエーテルを使用
した二次電池(正極は金属酸化物またはPeS 2 )
など、更に非水系においては、電解液としてAlCl 
 NaCl 、AlCl3−NaCI−KCIなどを用
いたAl/ PeS 2型皿次電池などの研究が挙げら
れる。しかしこれらは、特に二次電池においぞ正極活物
質の充放′亀繰返し性能及び充電時の負極へのデンドラ
イト析出などの問題が残されている。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、常温で実用性のある特性を示す二次電池
を得るために鋭意検討を行った結果、軽量、高出力、大
容量でかつ充放電サイクル寿命に優れた二次電池を見出
たし本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、 一般式 AgX3 (ただし、XはCΩ、BrまたはIを示す。)で表され
るアルミニウムハロゲン化物とアルキルイミダゾリウム
ハロゲン化物を混合した常温で液体の溶融塩を電解液と
し、負極主活物質にアルミニウム、正極主活物質に導電
性高分子を用いることを特徴とする電池である。次に本
発明を詳細に述べる。
本発明の電池における負極は主活物質としてアルミニウ
ムを用いるものであり、その材質としては、例えばアル
ミニウムあるいはアルミニウムとSn、 Pbs Mg
、 Znなと他の金属との合金などが挙げられるが、負
極主活物質の利用効率、再現性などの点からアルミニウ
ム単体を用いることが好ましい。
また、その形状は特に限定はされず、板状、薄膜状、多
孔質体などどのような形状でもよい。
一方、正極主活物質となる導電性高分子としては、電解
重合、化学重合などの方法で得られるポリアニリン、ポ
リアセン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチ
レン、ポリファラフェニレン、ポリカルバゾール等が挙
げられる。これらはいずれもアルミニウムを負極主活物
質とし、上記アルミニウムハロゲン化物とトリアルキル
イミダゾリウムハロゲン化物を混合した常温で液体の溶
融塩を電解液とする電池の正極活物質として利用するこ
とが可能である。このうち安定性、容量、重量の点ある
いは合成上の容易さの点など電池の正極祠の面から考え
てポリアニリンを用いることが好ましく、電解重合法に
より得られたポリアニリンを用いれば再現性よく本発明
の電池を製作できるので更に好ましい。
また、これら導電性高分子は、集電体上に膜状に電解あ
るいは化学的に重合したものをそのままあるいは粉末を
加圧成型、又はフッ素樹脂等のバインダーを添加し集電
体上に成型して用い正極とすることができる。更に粉末
から正極を得る場合の粉末は、導電性高分子のみでも、
グラファイト等の導電性粉末と混合したものでも用いる
ことができる。合成したままの導電性高分子には、オリ
ゴマーなど重合度の小さい中間体が存在し、電池性能に
バラツキをもたらす原因となるためアセトン、テトラヒ
ドロフランなどの有機溶媒で溶解するものは除き、更に
熱湯中で熱処理などの操作を行うことが好ましい。
以上のように得られた正極は、そのまま使用することも
可能であるが、導電性高分子はそのドーパントにより電
気化学的特性が変化することもあるので、この場合は予
め電解液中でエージングするなどの前処理を施せばよい
電解液に使用するアルミニウムハロゲン化物は水分、酸
素と反応してしまい、電池製作後に内圧」1昇し、液漏
れ、電池破壊などの原因になるおそれがあるので、その
取扱いは乾燥無酸素雰囲気中で行い、精製して用いるこ
とか好ましい。また、アルキルイミダゾリウムハロゲン
化物はモノアルキル、ンアルキルあるいはトリアルキル
のものなと特に限定はしないか、アルキル基の炭素数が
1〜12のものを用いることにより電解液の導電性が向
」ニし、融点、粘性か下かり、アルミニウムへのfK電
着性良好となるので好ましく、更にノ10ゲンとしては
、C,Q、Br、Iか用いられる。この物質は、吸湿性
かあるので、真空乾燥あるいは再結晶、蒸留なとの前処
理を施した後にアルミニウムハロケン化物と混合するこ
とか望ましい。
更に、電解液の粘度を下げ、電極全体に浸透させるため
電解液にトルエン、ベンセンなどの有機溶媒あるいは塩
化リチウム、塩化カリウムなどの塩化物を添加しても何
ら差し支えない。
(作用) 本発明の電池の負極主活物質として用いるアルミニウム
は、Liなどを用いた電池と比較してコストは飛躍的に
下かり、取扱いが容易なものである。
アルミニウムは、亜鉛、鉛、カドミウムなどと比較する
と、エネルギー密度が高く、電位においても−1,(i
8Vと他の材料(Zn(−0,75V)、Pb(−0,
225V)、Cd(−0,475V))に比べかなり卑
になっており、正極である導電性高分子との組合わせで
高電圧の電池か得られる。
また、正極主活物質として用いられる導電性高分子は、
電解重合、プラズマ重合、スクリーン印刷法などの方法
で薄膜化、粉末成型でバルクの形状と様々な成型が容易
に行うことができるので、様々な形状の電池を得ること
ができる。更に、酸化還元反応、ドープ、脱ドープ反応
は通道で、そのサイクル寿命は長く、電位も貴であり、
単位重量当りのエネルギー密度も大きく、負極主活物質
として用いるアルミニウム及び電解液として用いる常温
溶融塩との組み合わせにより充放電サイクル寿命の長い
大容量、高出力の二次電池が得られる。
電解液として用いる常温溶融塩は導電率が非常に良好で
、液中のイオン濃度も高く、この電解液と本発明におけ
る正極、負極主活物質を組み合わせた二次電池は取り出
し電流値あるいは容量の大きいものとなる。また、アル
ミニウムハロゲン化物とアルキルイミダゾリウムハロゲ
ン化物の混合物中でアルミニウムは非常に電着性よく析
出し、更に、電解液は非水系であるためアルミニウムの
不働態化を防くことかできる。また、電解液中でのアル
キルイミダゾリウムカチオンは、電気化気化学的に安定
であるため、電池の長寿命化に寄与し、還元電位か卑で
あるため導電性高分子へのドーパントかハロゲンイオン
となり、電池の高容量、高出力化に寄与する。
(発明の効果) 以」二連へた様に本発明の電池は、負極主活物質のアル
ミニウム、正極主活物質のポリアニリンをはじめとする
導電性高分子そしてアルミニウムハロゲン化物とアルキ
ルイミダゾリウムハロゲン化物の混合物である常温溶融
塩の電解液の組合わせたものであり、この組み合わせに
より、常温で作動可能な低コストで軽量、自己放電も少
なく高電圧、充放電サイクル寿命の長い大容量、高出力
の二次電池か得られる。
(実施例) 本発明を更に詳細に説明するため以下に実施例をあげる
が本発明はこれに限られるものではない。
実施例 1 イ)電解液 塩化アルミニウムをドライボックス中で微粉砕後80°
C110時間で真空乾燥し、その塩化アルミニウム(6
6,7モル%)を1.2.3−)リブチルイミダゾリウ
ムクロライド(TBIC) (33,3モル%)と混合
し、ワイヤーを浸漬して100°0148時間処理した
ものを精製電解液として用いた。
口)負極 負極には、99.99%AI棒を用いて約30cJの表
面積にした。
ハ)正極 アニリンの塩酸水溶液中でグラファイト上に定電位′電
解重合てポリアニリン粉末を得る。それを金属製の型に
集電体とともに詰込み、圧着(2t/cJ)して円柱−
1−(約3 cm径)に成型した。
以ヒのように作製したものをそれぞれンリグラスで絶縁
し、パイレックス製のセルに入れて電池を組立て、25
°C1!、 m 八/ cJて放’[−15分休止−充
電−15分休止−放電の繰返し作動実験を行ったところ
、10ザイクルロの放電容量は10mAl1であった。
また、1.7■の放電開始電圧か得られた。
なお、以下に示す実施例をも含めて、全て20サイクル
で作動実験を打切ったか、いずれも20サイクルI」で
もlOサイクルロとほぼ同様の放電容量か11)られた
実施例 2 正極活物質であるポリアニリン粉末をアニリンの硫酸水
溶液を用いて得、得られた粉末をモリブデンメンシコの
集電体に所定温のせ、ガラス布等で覆いその上をニッケ
ルメツシュで覆い固定したものを用い、電解液にモノメ
チルイミダゾリウムブロマイドと臭化アルミニウムをに
1で混合したものを用いた以外は実施例 1と同様の方
法で電池を得た。得られた電池の充放電の作動実験を2
5°C15mA/cJで行った。その結果、10サイク
ルロの放電容量は3[imAIIであった。
実施例 3 負極、電解液、ポリアニリン粉末は、実施例1と同様の
ものを使用し、正極成型はポリアニリン粉末を一度テト
ラヒドロフラン(TIIP)に溶き、ペースト状にし集
電体」二でTHEを蒸発さぜ、ポリアニリンを膜状にし
た。電池組立ては実施例 1と同様に行った。
得られた電池の25°C1200μA/atで作動さぜ
たときの10サイクル目の放電容量は40 m A h
 、充放電効率も約100%と良好であった。
実施例 4 正極祠としては、電解重合によりグラファイト電極」−
に析出させたポリアニリン粉末を沸騰水中で5時間加熱
させ、更に乾燥後、多量のT HPに入れ充分に撹拌の
後、沈澱物をろ過し再乾燥させて用いた。正極の成型は
実施例 2と同様に行ない、負極は1mm厚のアルミニ
ウム板とし、電解液は実施例 2と同様のものを用い電
池を得た。
得られた電池の25°Cl2OkΩの定抵抗放電、2 
m A / cJての充電で作動させたときの10サイ
クルロの放′漱容瓜はG Om A IIてあった。
比較例 負極にリチウム、正極にポリアニリン、電解液に過塩素
酸リチウムとプロピレンカーボネートを用いた従来のL
l型二次電池を得、その容量、取り出し電流値を141
11定し、更に、実施例 4において行った作動条件と
同じ条件にて充放電サイクルの耐久試験を行った。表−
1に、L1型二次電池と実施例 4て得られた本発明の
二次電池との、容量、取り出し電流値および耐久試験の
結果を比較して示す。
表−1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 AlX (ただし、XはCl、BrまたはIを示す。)で表され
    るアルミニウムハロゲン化物とアルキルイミダゾリウム
    ハロゲン化物を混合した常温で液体の溶融塩を電解液と
    し、負極主活物質にアルムニウム、正極主活物質に導電
    性高分子を用いることを特徴とする電池。
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