JPH03233861A - 有機電解質電池 - Google Patents
有機電解質電池Info
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Abstract
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Description
て、ポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性基体を熱
可塑性樹脂バインダーを用いて成形する際、もしくは成
形後融点以上で加熱処理した該成形体にリチウムを担持
させたものを用いる有I!電解質に関する。
正極とした電池が提案されている。これらの電池の負極
としてリチウムを用いた場合には、高い電圧を有し、容
量及びエネルギー密度が大きいエネルギー源用二次電池
が得られる。しかしながらこのような負極にリチウムを
用いた電池の実用化に際しては、デンドライト発生に伴
う充放電サイクル寿命の低下という問題があった。デン
ドライトは充電の際にリチウム負極表面に発生する樹枝
状あるいはこけ状のリチウム結晶である。該デンドライ
トは充放電の繰返しに伴い戒長し遂には両極が短絡しサ
イクル寿命がつきてしまう、従って該デンドライトの発
生を抑制することが該電池の実用化に際しては重要とな
る。
パラフェニレン等の導電性高分子にリチウムを担持させ
たリチウム電池の研究が進められている。しかしながら
、デンドライトの発生は著しく少ないもののリチウムの
出し入れに対して、構造の変化が大きく、サイクル特性
が低下するという問題があった。
例えばポリ四フフ化エチレンバインダーポリエチレン、
ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂バインダー等と混練、
加圧成形したものが、生産性2寸法安定性の観点から、
好ましく用いられる。
で成形した成形体にリチウムを担持させた場合、電極の
ゆるみが著しく、電池特性、特に急速放電特性、サイク
ル特性に問題が残されていた。
発明を完成したものである0本発明の目的は長期に亘っ
て充電、放電が可能な二次電池を提供するにある。
するにある。
するにある。
を非プロトン性有機溶媒に熔解した溶液を含む電解液を
備えた有機電解1を電池において、負極活物質をリチウ
ムとし、負極として炭素、水素および酸素から威る芳香
族系縮合ポリマーの熱処理物であって、該芳香族系縮合
ポリマーは(a)フェノール性水酸基を有する芳香族炭
化水素化合物とアルデヒドの縮合物、(b) フェノ
ール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物、フェノー
ル性水酸基を有さない芳香族炭化水素化合物およびアル
デヒドの縮合物及び(c) フラン樹脂から選ばれ、そ
して該熱処理物の水素原子/炭素原子の原子比が0.5
0−0.05であるポリアセン系骨格構造を含有する不
溶不融性基体を熱可塑性樹脂バインダーを用いて成形す
る際、もしくは底形後膣熱可塑性樹脂の融点以上で加熱
処理した不溶不融性基体成形体にリチウムをモル百分率
で3%以上担持させたものを用いることを特徴とする有
機電解質電池によって達成される。
融性基体(以下、PASと記す)は本願の出願人の出願
にかかる特開昭59−3806号公報に記載されている
芳香族系縮合ポリマーを特定の条件で熱処理することに
より得られる。
するPASは本願の出願人の出願にかかる特開昭60−
170163号公報に記載されている方法により得られ
る。
用いる芳香族系縮合ポリマーとしては、(a) フェ
ノール・ホルムアルデヒド樹脂の如キ、フェノール性水
酸基を有する芳香族系炭化水素化合物とアルデヒド類の
縮合物、(b) キシレン変性フェノール、ホルムアル
デヒド樹脂(フェノールの一部をキシレンで置換したも
の)の如き、フェノール性水酸基を有する芳香族系炭化
水素化合物、フェノール性水酸基を有さない芳香族系炭
化水素化合物およびアルデヒドの縮合物及び(c) フ
ラン樹脂が好適なものとして挙げられる。
も含む)中で、400℃〜1000℃の温度、好ましく
は600℃〜800℃の適当な温度まで徐々に加熱し水
素原子/炭素原子の原子比(以下H/Cと記す)が0.
50〜0.05 、好ましくは0.35〜0.10の熱
処理物とするとPASが得られる。600m”/g以上
のBET法による比表面積を有するPASの場合、前記
した芳香族系縮合ポリマーに塩化亜鉛、リン酸ナトリウ
ム等の無機塩を混合する。混入する量は、無機塩のIl
類及び目的とする電極の形状、性能によって異なるが、
重量比で■0/1〜1/7が好ましい。
の混合物はポリマーの組成、無機塩の種類等によって異
なるが通常50〜180℃の温度で、2〜90分間加熱
することにより硬化、かくして得られた硬化体を、次い
で非酸化性雰囲気中で350〜800℃の温度、好まし
くは400℃〜750℃の温度まで加熱し、得られた熱
処理体を水あるいは希塩酸等で十分洗浄することによっ
て、熱処理体中に含まれている無機塩を除去する。
5好ましくは0.35〜0. I Oの600m”/g
以上の比表面積を有するPASが得られる。
てメインビークの位置が2θで24°以下に生じ、且つ
2θで41°〜46℃の間にブロードなピークを示すも
のが好適である。
求められる下記式で表わされる吸光度比(D)、 D = D teem−tvae / D rsha−
Iham式中、D、。1,4゜は赤外吸収スペクトルに
おける2、900〜2940カイザーの範囲の最大吸収
ピークから求められる吸光度、DI56゜〜、1゜は赤
外吸収スペクトルにおける1560−1640カイザー
の範囲の最大吸収ピークから求められる吸光度である、
が0.5以下、特に0.3以下のものが好適である。
59−3806号公報実施例1に記載されている。) PASは芳香族系多環構造が適度に発達し、かつ、平面
ポリアセン系骨格構造の平均距離が比較的大きいことが
示唆され、リチウムを安定に担持することができる。
に従い、リチウムを担持したとき、あるいはリチウムを
出し入れしたとき(充放電時)に基体構造に変化を生じ
易くなり、サイクル特性が劣化する。
安定に担持させることができず、この櫟なPASにリチ
ウムを担持させた負極を用いて製造した電池は自己放電
が大きくなる。
体、短1.ll維状等の形状に製造又は適当な形状で製
造し、粉体、短繊維状等の形り:°二加工されたPAS
を熱可塑性樹脂バンイダーで成形J・・つ該熱可塑性樹
脂の融点以上で加熱処理した成形棒にリチウムを担持さ
せたものである。
後で述べる電解液に不溶であり、電池の使用温度範囲、
具体的には一30℃〜80℃で軟化あるいは脆化しない
ものが好ましく、実用的には上記性質に加えて100〜
300℃で溶解するもの、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン等を用いると一層好適な結果が
得られる。
対して重量で5%〜50%、好ましくは10〜30%で
あるが、適量はPASの形状、バインダーの種類、担持
させるリチウム量により決定される。
与える為に重要な工程である。上記熱可塑性樹脂は一般
にバインダーとして用いる場合、該熱可塑性樹脂粉末、
繊維等を活物質に対し重量で数%〜数十%混合した後加
圧成形、あるいは短時間の加熱加圧成形する方法が知ら
れている。従来の方法では強度を得る為には大量の熱可
塑性樹脂バインダーを必要とし、当然のことながら電極
内の活物質量が減少し、容量等の電池特性の低下をまね
く、特に上記方法で作成したPAS戒形体にリチウムを
担持させる場合、電極のゆるみが大きく、板状あるいは
フィルム状のPASをリチウム担持体として用いる場合
に比べ電池の内部抵抗が増大し、急速放電が困難となり
、さらには十分なサイクル特性が得られない。
以上で行なわれなければならない、すなわち融点以上で
加熱処理を行なうことにより、熱可塑性樹脂の一部ある
いは全部が溶融し、より均質に、かつ混合時の樹脂粉体
、あるいは繊維等の形状がくずれ、より多くの面積でP
ASと接着する為強度が高く、リチウムを担持させた時
の電極のゆるみの少ないPAS成形体が得られる。
バインダーの混合物の加圧成形と同時に行なう方法と加
圧成形後、電気炉等で加熱処理する方法があり、いずれ
の場合においても、熱可塑性樹脂が溶融するまで行う必
要がある。温度1時間については、樹脂の種類、量1加
熱方法により異なるが異なるが前述した溶融状態になる
様決定することが肝要である。
体にリチウムを担持せしめればよい。
法、イオン注入性等公知の方法から適宜選択して行えば
よい0例えば電解法でリチウムを担持する場合は、リチ
ウムイオンを含む電解液中に、PAS戒形鉢形体用電極
として浸漬し、同一電解液中の対極との間で、電流を流
すか、又は電圧を印加する。
法によっても担持されることができる。
AS成形体を晒す、また液相法を用いる場合は例えばリ
チウムイオンを含む錯体と不溶不融性基体とを反応せし
める。この反応に用いる錯体としては、例えばアルカリ
金属のナフタレン錯体、アルコキシドなどが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。
モル百分率(PASの炭素原子1個に対するリチウムの
数の百分率)で表わして3%以上、好ましくは10%以
上である。リチウムの量はPASの比表面積によっても
異なり、リチウムを担持せしめたPAS戒形鉢形体位が
Li/Li”に対して1.0〜Ovになる様にリチウム
を担持させるのが望ましい、リチウムの量が少ない場合
、本発明の電池の容量が低下し、多い場合には過剰のリ
チウムがPAS威形体形体表面出し、好ましくない。
ウム量が多くなることから、従来の方法では電極がゆる
みやすく本発明の効果が顕著に表れる。すなわち600
m’/g以上のBET法による比表面積を持つPASは
基体中でのLjの拡散速度が速いことから電池の内部抵
抗を小さくできることがil!!されていたものの、酸
形法に問題があり、実用できなかったわけであるが、本
発明の方法を用いることにより、高性能の二次電池が得
られる。
ン性有機溶媒が用いられる。非プロトン性有Ilt@媒
としては、例えばエチレンカーボネイト、プロピレンカ
ーボネイト、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ア
セトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン
、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン又はこれら
非プロトン性有機溶媒の二種以上の混合液のいずれを使
用しても良い。
、リチウムイオンを生威しうる電解質のいずれでも良い
、このような電解質は、例えばLit LiC10
,、LiAsFa、LiBFi 、又はLiHFアであ
る。
れ、電解液とするのであるが、電解液中の前FJI 1
it解質の濃度は電解液による内部抵抗を小さくするた
め少なくとも0.1モル/1以上とするのが望ましく、
通常0.2〜1.5モル/1とするのがより好ましい。
る電気化学的にドーピング及びアンドーピングできる導
電性高分子体、金属酸化物、金属硫化物、活性炭などを
用いることができる。
性高分子としては、ポリアセチレン、ポリチオフェン、
ポリアニリン及び芳香族系縮合ポリマーの熱処理物であ
るポリアセン系有機半導体等がある。を極材として用い
る場合、安定性、及び底型性が実用上極めて重要であり
、この観点から、ポリアセン系有機半導体及びアニリン
類の重合物が好ましい。
イオンをインターカレーション又はデインターカレーシ
ラン(本発明においてはドーピング又はアンド−ピング
と呼ぶ)により可逆的に出入れできる、例えはバナジウ
ム、クロム、マンガン、モリブデン、ビスマスのごとき
遷移金属の酸化物である。
Mn01. MoO3゜CuzVxOq等を一種以
上用いる。これら遷移金属酸化物のfill造は、結晶
質状態であっても、あるいは加熱処理等により非晶質状
態としたものでもよい。
Ti5t、 Mo5t、 Mo5sが挙げられる。これ
らの金r/1kfi化物の構造は、結晶質状態であって
も非晶質状態であっても良い。
導体である(特開昭60−170163号公報)、該半
導体は特に安定性に優れており、該半導体を正極に用い
ることに4.0■の電圧を有する高電圧の電池を作成す
ることも可能であり、また繰り返し充放電による劣化も
ほとんどなく、サイクル特性に優れる電池が作成可能と
なる。
ング剤及び電解液に対し耐蝕性の導電物質、例えば炭素
、0近、ニンケル、ステンレス等を用いることが出来る
。
図は本発明に係る!池の基本構成図である。第1図にお
いて、(1)は正極であり、(2〉 は負極である。
(3)、 (3’)は集電体であり、各電極及び外部
端子(7)、 (7’)に電圧降下を生じないように接
続されている。(4)は電解液であり、ドーピングされ
うるイオンを生威しうる前述の化合物が非プロトン性有
機溶媒に溶解されている。!解凍は通常液状であるが漏
液を防止するためゲル状又は固体状にして用いることも
できる。(5)は正負両極の接触を阻止する事及び電解
液を保持する事を目的として配置されたセパレーターで
ある。
パレータは電解液或はドーピング剤やアルカリ金属等の
電極活物質に対し耐久性のある連通気孔を有する電子伝
導性のない多孔体であり、通常ガラス繊維、ポリエチレ
ン或はポリプロピレン等からなる布、不織布或は多孔体
が用いられる。
い方が好ましいが、電解液の保持量、流通性、強度等を
勘案して決定される。正負極及びセパレータは電池ケー
ス(6)内に実用上問題が生じないように固定される。
により適宜決められる。
有した不溶不融性基体を熱可塑性樹脂バインダーを用い
て底形する際、もしくは底形後膣熱可塑性樹脂の融点以
上で加熱処理した成形棒にリチウムを担持させたものを
負極に用いることにより、急速放電特性、長期サイクル
特性に優れた二次電池である。
、窒素雰囲気下650℃(PASI−1)、800℃(
PASI−2)まで10℃/時間の昇温速度にて熱処理
し、ディスクミルで粉砕することによりPAS粉末を得
た。
量比で10:25:4の割合で混合した水溶液をフィル
ムアプリケーターでガラス板上にjj!膜した0次にr
Ii、膜した水溶液上にガラス板を被せ水分が蒸発しな
い様にした後、約100℃の温度で1時間加熱して硬化
させた。
れ窒素気流下で1007時間の速度で昇温しで550℃
(PAS2−1>、750’C(PAS2−2)まで熱
処理を行った。
燥することにより高比表面積のPASフィルムを得た。
りPAS粉体を得た。
量比でIO:25:4の割合で混合した水溶液をフィル
ムアプリケーターでガラス板上に成膜した1次に成膜し
た水溶液上にガラスを被せ水分が蒸発しない様にした後
、約100℃の塩度1時間加熱して硬化させた。
れ窒素気流下で40℃/時間の速度で昇温して、soo
’cまで熱処理を行った0次に該熱処理物を希塩酸で洗
った後、水洗し、その後乾燥することによって不溶不融
性基体を得た。
部、アセチレンブラック15部、四フフ化エチレン粉末
10部を充分に混練後、ローラーを用いて約500μの
フィルムに底形した。
00部に対して、ポリプロピレン粉末20部(重量あた
り)を混合し、200kg/cm”の圧力で加圧成形し
た後、窒素雰囲気下250℃で2時間加熱処理し、50
0μのPAS戒形体を得た。該成形体を作用極とし、リ
チウム金属を対極及び参照極とし、十分に脱水したブロ
ビレンカーホネートにLiCI Oaを溶解させた1モ
ル/1の溶液を電解液とし、電気化学セルを組んだ、リ
チウムに対し、0.2 Vの電圧を12時間印加するこ
とにより、不溶不融性基体にリチウムを担持させた。
リチウムの数の百分率で表わす、PASI−1底形体に
は35%、PASl−2底形体には31%のリチウムが
担持された(それぞれ負極組l、拠2)。
対してポリレチレン粉末25部(重量あたり)を混合し
、200kg/cm”の圧力で加圧成形した後、窒素雰
囲気下200℃で2時間加熱処理し、500μのPAS
成形体を得た。
0%)を圧着し、1 m o l / l (,1C1
0aプロピレンカーボネート溶液中に48時間放置した
ところ、Li金属箔は完全になくなり、すべてのIjが
PAS7i!形体に担持させることができた。
は0.34 V (V SLi/Li” ) 0)電位
を持つ負極とした(それぞれ負極Na3.Na4)。
1図のように電池を組んだ。
してはガラス繊維からなるフェルトを用いた。また電解
液としては1モル/ j! LiCj!0゜プロピレン
カーボネート溶液を用い電池を組んだ。
し、充電を行ない、次いで1 m A / c m”の
電流密度で2.0■まで放電し、初期容量を求めた。更
にこの充放電サイクルを重ね、初期容量の80%となる
回数を測定した。
cm”の電流密度で2.0■になるまで放電し、1mA
/Cm!放電時の容量と比較した。
m 1時の容量)で示した。
まとめて示す。
例と同様にして負極を作成して(負極Nal’〜4′と
する)、サイクル特性、急速放電特性を調べた。結果を
第3表に示す。
り)のポリ四フフ化エチレン(P T F E)パウダ
ーを混合、混練した後、500μにフィルムにロール底
形した。
その電位は0.41 Vであった。実施例と同様の方法
で電池を組みサイクル特性、急速放電特性を測定した。
0.38であった。
正極、(2)負極、(3) 、 (3’)は集電体、(
4)は電解液、(5)はセパレーター、(6) !池ケ
ース(7) 、 (7’)は外部端子を表わす。 第 図 手続補正書(自発) 平成3年4月I5日 1、事件の表示 平底2年特許願第29889号 2、発明の名称 有機電解質電池 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都墨田区墨田五丁目17番4号〒534 大阪市部島区友渕町1丁目5番90号 鐘紡株式会社 特許部 電話(06)921−1251 5、補正の対象 明細書「特許請求の範囲」及び「発明の詳細な説明」の
欄 6、補正の内容 (1) 明細書「特許請求の範囲」の欄の記載を添付
の別紙(「訂正された特許請求の範囲」)の通り補正致
しまず。 (2)明細書「発明の詳細な説明jの欄の記載を下記の
通り補正致します。 記 ■ 明細書「発明の詳細な説明」の欄第3頁第20行目
にr上記不溶不融性基体jとあるを「ポリアセン系骨格
構造を含有する不溶不融性基体jに補正致します。 ■ 同第4頁第18行目に「負極活物質をリチウムとし
1とあるを削除致します。 7、添付書類の目録 (1)別紙(「訂正された特許請求の範囲」)1通以上 別紙(「訂正された特許請求の範1fflj)(1)正
極、負極、並びにリチウム塩を非プロトン性有機溶媒に
溶解した溶液を含む電解液を備えた有機電解1Xt池に
おいて、負極として炭素、水素および酸素から成る芳香
族系縮合ポリマーの熱処理物であって、該芳香族系縮合
ポリマーは(a)フェノール性水酸基を有する芳香族炭
化水素化合物とアルデヒドの縮合物、(b)フェノール
性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物、フェノール性
水M基を有さない芳香族炭化水素化合物およびアルデヒ
ドの縮合物及び(c)フラン樹脂から選ばれ、モして該
熱処理物の水素原子/炭素原子の原子比が0.50〜0
.05であるポリアセン系骨格構造を含有する不溶不融
性基体を熱可塑性樹脂バインダーを用いて成形する際、
もしくは底形後膣熱可塑性樹脂の融点以上で加熱処理し
た不溶不融性基体成形体にリチウムをモル百分率で3%
以上担持させたものを用いることを特徴とする有機電解
質電池。
Claims (1)
- (1)正極、負極、並びにリチウム塩を非プロトン性有
機溶媒に溶解した溶液を含む電解液を備えた有機電解質
電池において、負極活物質をリチウムとし、負極として
炭素、水素および酸素から成る芳香族系縮合ポリマーの
熱処理物であって、該芳香族系縮合ポリマーは(a)フ
ェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物とアル
デヒドの縮合物、(b)フェノール性水酸基を有する芳
香族炭化水素化合物、フェノール性水酸基を有さない芳
香族炭化水素化合物およびアルデヒドの縮合物及び(c
)フラン樹脂から選ばれ、そして該熱処理物の水素原子
/炭素原子の原子比が0.50〜0.05であるポリア
セン系骨格構造を含有する不溶不融性基体を熱可塑性樹
脂バインダーを用いて成形する際、もしくは成形後該熱
可塑性樹脂の融点以上で加熱処理した不溶不融性基体成
形体にリチウムをモル百分率で3%以上担持させたもの
を用いることを特徴とする有機電解質電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2029889A JP2574731B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 有機電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2029889A JP2574731B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 有機電解質電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03233861A true JPH03233861A (ja) | 1991-10-17 |
| JP2574731B2 JP2574731B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=12288537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2029889A Expired - Fee Related JP2574731B2 (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 有機電解質電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2574731B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0601832A1 (en) * | 1992-12-07 | 1994-06-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Alkaline ion-absorbing/desorbing carbon material, electrode material for secondary battery using the carbon material and lithium battery using the electrode material |
-
1990
- 1990-02-08 JP JP2029889A patent/JP2574731B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0601832A1 (en) * | 1992-12-07 | 1994-06-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Alkaline ion-absorbing/desorbing carbon material, electrode material for secondary battery using the carbon material and lithium battery using the electrode material |
| US5725968A (en) * | 1992-12-07 | 1998-03-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Alkaline ion-absorbing/desorbing carbon material electrode material for secondary battery using the carbon material and lithium secondary battery using the electron material |
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| JP2574731B2 (ja) | 1997-01-22 |
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