JPH0793148B2 - 二次電池 - Google Patents
二次電池Info
- Publication number
- JPH0793148B2 JPH0793148B2 JP58029942A JP2994283A JPH0793148B2 JP H0793148 B2 JPH0793148 B2 JP H0793148B2 JP 58029942 A JP58029942 A JP 58029942A JP 2994283 A JP2994283 A JP 2994283A JP H0793148 B2 JPH0793148 B2 JP H0793148B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- electrode
- battery
- conductive polymer
- secondary battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy 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)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は二次電池に関し、更に詳細には第１の電極とし
て金属電極を用い、第２の電極として炭素繊維上に導電
性高分子化合物を被覆させた電極を用いた、電池の充放
電特性の向上及び電池の電圧保持性の向上を可能にした
二次電池に関する。
て金属電極を用い、第２の電極として炭素繊維上に導電
性高分子化合物を被覆させた電極を用いた、電池の充放
電特性の向上及び電池の電圧保持性の向上を可能にした
二次電池に関する。
近年エネルギー問題が重要視されるに従い新しい型の軽
量で高エネルギー密度の電池の開発が熱望されるように
なつてきている。この要望を満たすための研究として、
ポリアセチレンを電極として用いる報告があり、この方
法によれば電池自体の性能としてはほぼ満足できるもの
であるが、電極であるポリアセチレン自体が不安定であ
るという難点があつた。本発明者らは先にかかる欠点を
解消するものとして、炭素繊維、殊に比表面積の大きい
炭素繊維を電極として用いた電池を開発し、特許出願し
た（特願昭56−134690号）。この発明により、従来公知
のものより軽量で、かつ高エネルギー密度の電池を得る
ことができるが、更に性能のよい電池を得ようとすると
工夫の余地はあり、例えば、二次電池として用いる場合
に充放電特性を向上せしめ、電池の電圧保持性を向上せ
しめると、更に電池の用途を著しく広げることができる
ものと期待することができる。
量で高エネルギー密度の電池の開発が熱望されるように
なつてきている。この要望を満たすための研究として、
ポリアセチレンを電極として用いる報告があり、この方
法によれば電池自体の性能としてはほぼ満足できるもの
であるが、電極であるポリアセチレン自体が不安定であ
るという難点があつた。本発明者らは先にかかる欠点を
解消するものとして、炭素繊維、殊に比表面積の大きい
炭素繊維を電極として用いた電池を開発し、特許出願し
た（特願昭56−134690号）。この発明により、従来公知
のものより軽量で、かつ高エネルギー密度の電池を得る
ことができるが、更に性能のよい電池を得ようとすると
工夫の余地はあり、例えば、二次電池として用いる場合
に充放電特性を向上せしめ、電池の電圧保持性を向上せ
しめると、更に電池の用途を著しく広げることができる
ものと期待することができる。
そこで、本発明者らは、かかる要望を満すべく鋭意研究
を重ねた結果、炭素繊維を導電性高分子で処理した電極
を用いれば充放電特性及び電池の電圧保持特性が良好な
電池を構成しうる電極を得ることができることを見出し
本発明を完成した。
を重ねた結果、炭素繊維を導電性高分子で処理した電極
を用いれば充放電特性及び電池の電圧保持特性が良好な
電池を構成しうる電極を得ることができることを見出し
本発明を完成した。
すなわち、本発明は電解質を溶解した溶液に電極を浸漬
してなる電池において、第１の電極として金属電極を用
い、第２の電極として導電性高分子で被覆した炭素繊維
電極を用いた二次電池を提供するものである。
してなる電池において、第１の電極として金属電極を用
い、第２の電極として導電性高分子で被覆した炭素繊維
電極を用いた二次電池を提供するものである。
本発明において、第１の電極として用いられる金属は、
特に限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属
及び周期律表第３族の金属等が好ましく、例えば、リチ
ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、バリウム、ス
トロンチウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム
等を挙げることができ、就中、高い起電力が得られ、電
池の軽量化が可能なリチウムが好ましい。
特に限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属
及び周期律表第３族の金属等が好ましく、例えば、リチ
ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、バリウム、ス
トロンチウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム
等を挙げることができ、就中、高い起電力が得られ、電
池の軽量化が可能なリチウムが好ましい。
本発明に使用される、第２の電極である導電性高分子を
被覆した炭素繊維電極における炭素繊維としては500〜4
000m2/gの比表面積を有するものが好ましい。形状は棒
状、シート状等、特に限定されないが、直径が８〜30μ
ｍの炭素繊維から構成されたシート状のものが好まし
い。シートの構造はフエルト状、紙状、ハニカム状等い
づれであつても良い。本発明にかかる炭素繊維で著しく
効果の高いものは、10〜20Åの直径の無数の細孔を有
し、その比表面積が1000〜4000m2/gとなる炭素繊維（以
下活性炭素繊維という）のシートである。この活性炭素
繊維はフイブリル構造を有し、且つ表面積が極めて大き
いために、電気化学的に大量のドーピングを行うことが
できる。
被覆した炭素繊維電極における炭素繊維としては500〜4
000m2/gの比表面積を有するものが好ましい。形状は棒
状、シート状等、特に限定されないが、直径が８〜30μ
ｍの炭素繊維から構成されたシート状のものが好まし
い。シートの構造はフエルト状、紙状、ハニカム状等い
づれであつても良い。本発明にかかる炭素繊維で著しく
効果の高いものは、10〜20Åの直径の無数の細孔を有
し、その比表面積が1000〜4000m2/gとなる炭素繊維（以
下活性炭素繊維という）のシートである。この活性炭素
繊維はフイブリル構造を有し、且つ表面積が極めて大き
いために、電気化学的に大量のドーピングを行うことが
できる。
また、第２の電極において用いられる導電性高分子とし
ては電気伝導度が1ohm-1cm-1以上で、かつ常温で固体の
有機化合物が好ましい。この導電性高分子は、使用に際
し電解質溶液に溶けてしまわないものを選択する必要が
ある。また、導電性高分子は、高分子化合物がドープさ
れたことにより1ohm-1cm-1以上の電気伝導度を持つに到
つたものであつてもよい。導電性高分子化合物として好
ましいものとしては、例えば、ポリアセチレン、ポリパ
ラフエニレン、ポリピロール、ポリチオフエン等を挙げ
ることができる。
ては電気伝導度が1ohm-1cm-1以上で、かつ常温で固体の
有機化合物が好ましい。この導電性高分子は、使用に際
し電解質溶液に溶けてしまわないものを選択する必要が
ある。また、導電性高分子は、高分子化合物がドープさ
れたことにより1ohm-1cm-1以上の電気伝導度を持つに到
つたものであつてもよい。導電性高分子化合物として好
ましいものとしては、例えば、ポリアセチレン、ポリパ
ラフエニレン、ポリピロール、ポリチオフエン等を挙げ
ることができる。
導電性高分子で炭素繊維を被覆する方法としては、炭素
繊維に導電性高分子を塗布する方法または炭素繊維上で
導電性高分子の前駆体もしくは単量体を重合する方法等
が挙げられる。炭素繊維に導電性高分子を塗布するに
は、溶融又は溶媒に溶解した導電性高分子を炭素繊維に
塗布すればよい。炭素繊維上で導電性高分子の前駆体も
しくは単量体を重合するには、単量体に触媒を加えたも
のを炭素繊維に塗布するか、またはピロール等の単量体
の溶液に炭素繊維を浸漬して炭素繊維電極上で電解重合
すればよい。炭素繊維を被覆する導電性高分子の重量
は、炭素繊維に対し１〜200重量％、好ましくは10〜100
重量％である。
繊維に導電性高分子を塗布する方法または炭素繊維上で
導電性高分子の前駆体もしくは単量体を重合する方法等
が挙げられる。炭素繊維に導電性高分子を塗布するに
は、溶融又は溶媒に溶解した導電性高分子を炭素繊維に
塗布すればよい。炭素繊維上で導電性高分子の前駆体も
しくは単量体を重合するには、単量体に触媒を加えたも
のを炭素繊維に塗布するか、またはピロール等の単量体
の溶液に炭素繊維を浸漬して炭素繊維電極上で電解重合
すればよい。炭素繊維を被覆する導電性高分子の重量
は、炭素繊維に対し１〜200重量％、好ましくは10〜100
重量％である。
本発明において用いられる電解質としてはテトラアルキ
ルアンモニウム塩（対陰イオンとしては過塩素酸イオ
ン、４フツ化ホウ素イオン、６フツ化リンイオン、６フ
ツ化タリウムイオン、６フツ化ヒ素イオン、６フツ化ア
ンチモンイオン、チオシアンイオン、ハロゲンイオン、
硝酸イオン、硫酸イオン、４酸化レニウムイオン等）、
アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩（いずれも対陰イ
オンは上記列挙したものに同じ）、遷移金属、希土類元
素、貴金属のハロゲン塩、過塩素酸塩、硝酸塩など一般
公知の電解質が挙げられる。
ルアンモニウム塩（対陰イオンとしては過塩素酸イオ
ン、４フツ化ホウ素イオン、６フツ化リンイオン、６フ
ツ化タリウムイオン、６フツ化ヒ素イオン、６フツ化ア
ンチモンイオン、チオシアンイオン、ハロゲンイオン、
硝酸イオン、硫酸イオン、４酸化レニウムイオン等）、
アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩（いずれも対陰イ
オンは上記列挙したものに同じ）、遷移金属、希土類元
素、貴金属のハロゲン塩、過塩素酸塩、硝酸塩など一般
公知の電解質が挙げられる。
また、本発明において用いられる溶媒としては、ジメチ
ルスルホキシド、アセトニトリル、プロピレンカーボネ
ート、４−ブチロラクトン、ホルムアミド、ジメチルホ
ルムアミド、メチルホルムアミド、テトラヒドロフラ
ン、1,2−ジメトキシエタン等、一般に電池に用いられ
ている有機溶媒を挙げることができる。
ルスルホキシド、アセトニトリル、プロピレンカーボネ
ート、４−ブチロラクトン、ホルムアミド、ジメチルホ
ルムアミド、メチルホルムアミド、テトラヒドロフラ
ン、1,2−ジメトキシエタン等、一般に電池に用いられ
ている有機溶媒を挙げることができる。
以下、一実施例を示す図面とともに本発明を説明する。
第１図において、１は導電性高分子を被覆した炭素繊維
からなる陽極である。２はセパレーターでガラスフアイ
バーからなるもので、炭素繊維陽極１と金属陰極３の間
に介在せしめてある。４は集電板で白金からなるもの
で、炭素繊維陽極１と金属陰極３のセパレーター２とは
反対側にそれぞれ貼着せしめてある。５は白金よりなる
リード線である。
からなる陽極である。２はセパレーターでガラスフアイ
バーからなるもので、炭素繊維陽極１と金属陰極３の間
に介在せしめてある。４は集電板で白金からなるもの
で、炭素繊維陽極１と金属陰極３のセパレーター２とは
反対側にそれぞれ貼着せしめてある。５は白金よりなる
リード線である。
次に、炭素繊維をその約50重量％相当の電解重合ポリピ
ロールで被覆したものを陽極、リチウム金属を陰極、そ
して４フツ化ホウ素リチウムの１モルプロピレンカーボ
ネート溶液を電解液に用い、図１と同様の二次電池（本
発明品）及び本発明品の陽極の変りに炭素繊維をそのま
ま陽極とした二次電池（従来品）について、充電サイク
ル寿命及び起電力の電圧安定性を調べた結果を示す。
ロールで被覆したものを陽極、リチウム金属を陰極、そ
して４フツ化ホウ素リチウムの１モルプロピレンカーボ
ネート溶液を電解液に用い、図１と同様の二次電池（本
発明品）及び本発明品の陽極の変りに炭素繊維をそのま
ま陽極とした二次電池（従来品）について、充電サイク
ル寿命及び起電力の電圧安定性を調べた結果を示す。
（１） 充放電サイクル寿命 0.5mA/cm2の定電流で充放電（充電終止電圧4.0V:放電終
止電圧3.3V）を繰り返し行い、充放電のサイクル数と充
放電効率との関係を調べた。この結果を第２図に示す。
なお充放電効率は次式により求めた。
止電圧3.3V）を繰り返し行い、充放電のサイクル数と充
放電効率との関係を調べた。この結果を第２図に示す。
なお充放電効率は次式により求めた。
ただし、式中、放電時間は充電終止電圧から放電終止電
圧に、また充電時間は放電終止電圧から充電終止電圧に
到るまでの所要時間である。
圧に、また充電時間は放電終止電圧から充電終止電圧に
到るまでの所要時間である。
第２図から、導電性高分子を被覆した炭素繊維陽極を使
用した本発明品は、炭素繊維をそのまま陽極とした従来
品に比べ充放電サイクル寿命が延びていることがわか
る。
用した本発明品は、炭素繊維をそのまま陽極とした従来
品に比べ充放電サイクル寿命が延びていることがわか
る。
（２） 電圧安定性 1.0mA/cm2の定電流で3.8Vになるまで充電を行つた後、
開回路電圧の時間変化を調べた。この結果を第３図に示
す。
開回路電圧の時間変化を調べた。この結果を第３図に示
す。
第３図から、本発明品は従来品に比べ電圧安定性に優れ
ていることがわかる。
ていることがわかる。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の二次電池の構成例の断面図を示す。 第２図は、本発明の二次電池と、従来の二次電池につい
て、充放電サイクル数と充放電効率の関係を示す。 第３図は、本発明の二次電池と、従来の二次電池につい
て、電池電圧の経時変化を示す。 １……導電性高分子を被覆した炭素繊維電極 ２……セパレーター ３……金属電極 ４……集電板 ５……リード線
て、充放電サイクル数と充放電効率の関係を示す。 第３図は、本発明の二次電池と、従来の二次電池につい
て、電池電圧の経時変化を示す。 １……導電性高分子を被覆した炭素繊維電極 ２……セパレーター ３……金属電極 ４……集電板 ５……リード線
Claims (2)
- 【請求項１】電解質を溶解した溶液に電極を浸漬してな
る電池において、第１の電極として金属電極を用い、第
２の電極として導電性高分子で被覆した炭素繊維電極を
用いたことを特徴とする二次電池。 - 【請求項２】炭素繊維電極が500〜4000m2/gの比表面積
を有する活性炭素繊維である特許請求の範囲第１項記載
の二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029942A JPH0793148B2 (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029942A JPH0793148B2 (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59157974A JPS59157974A (ja) | 1984-09-07 |
| JPH0793148B2 true JPH0793148B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12290036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58029942A Expired - Lifetime JPH0793148B2 (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793148B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0630260B2 (ja) * | 1985-03-25 | 1994-04-20 | 鐘紡株式会社 | 有機電解質電池 |
| JPS6289749A (ja) * | 1985-10-15 | 1987-04-24 | Mitsubishi Petrochem Co Ltd | 電極材料 |
| JP4639410B2 (ja) * | 1999-11-05 | 2011-02-23 | ソニー株式会社 | 負極及び非水電解質電池 |
-
1983
- 1983-02-24 JP JP58029942A patent/JPH0793148B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59157974A (ja) | 1984-09-07 |
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