JPS59146165A - 電気化学電池 - Google Patents

電気化学電池

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JPS59146165A
JPS59146165A JP58018160A JP1816083A JPS59146165A JP S59146165 A JPS59146165 A JP S59146165A JP 58018160 A JP58018160 A JP 58018160A JP 1816083 A JP1816083 A JP 1816083A JP S59146165 A JPS59146165 A JP S59146165A
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battery
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activated carbon
surface area
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JP58018160A
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Takashi Nogami
隆 野上
Masayoshi Nawa
名和 政良
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Kao Corp
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Kao Corp
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    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
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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】 本願発明は電気化学電池に関する。更に詳しくは、金属
および100〜2500 m2/ gの比表面積を有す
る炭素成形品(以下、活性炭素成形品)を電極に用いた
電池に関する。
近年エネルギー問題が重要視されるに従がい、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
うになった。本発明は特定の構造の炭素材料、殊に活性
炭素成形品を一方の電極に用い、対電極として金属単体
を用いたことにより活性炭素成形品をドーピングする過
程で発生する起電力を電池と1.て使用することを可能
にし、また、外部から電圧を印加して炭素材料をP型に
ドープし、しかる後放電することにより放電過程におい
て発生する起電力を電池として利用することを可能にし
たものである。
同様な研究でホ゛リアセチレンを電極として用いる報告
があり、電池としての性能を発現せしめている例が認め
られるが、ポリアセチレン自体が不安定であること、お
よび、ポリアセチレンの工業的製造方法は未だ見出され
ておらず、実験室的にもポリアセチレンの合成は比較的
むずかしいという難点がある。
そこで本発明者らはかかる欠点のない、即ち工業的に容
易に入手し得て、安定な電極を用い大きな起電力と電圧
の平坦性を有し、電池として軽計なものになしうる電池
を得るべく鋭意努力研究した結果、特定の金属と特定な
構造の炭素成形品を電@に用いることにより、このI−
]的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに到
った。
すなわち本発明は電解質を溶解した有機溶媒の溶液に電
極を浸漬してなり、当該電極へのドーピングおよび/も
しくはアンド−ピング起電力を生ずる電池において、一
方の電極に電解質中の陽イオンと電気化学的に平衡にあ
る金属を用い、他方の電極に100〜2500 m2/
gの比表面積を有する炭素成形品である活性炭素成形品
を用いた電気化学電池を提供するものである。
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(対陰イオントしては過塩素酸イオ
ン、4フツ化ボウ素イオン、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、
is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(対陰イオンは」−
記列挙したもの)、遷移金属、希−[−類元素、貴金属
のハロゲン塩、j尚塩素酸塩、硝酸塩など一般公知の電
解質が用いられる。
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、メチルボルムアミド、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
いる有機溶媒を用いることができる。このようK fU
i用する溶媒を有機溶媒に限定する理由は、水は気体を
発生させたり腐蝕を生ぜしめ、更に電解質溶液の漏洩事
故が生じたときに、当該電池を使用した機器を著しく損
傷せしめることとなるからである。
また、本発明においては電極の一方に活性炭素成形品が
用いられるが、ここに言う活性炭素成形品は100〜2
500m2/gの比表面積を有する構造の原素成形品で
ある。活性炭素成形品は粒状、粉状の活性炭を公知方法
で、比表面積が100〜2500m2/gとなる如く棒
状、シート状に成形してもよいし、比表面積が100〜
2500 m2/gの炭素繊維であってもよい。
活性炭素成形品のうち好ましいものは直径が、10〜2
0μmの炭素繊維から構成されたシート状のものである
。その構造はフェルト状であっても、紙状であっても、
ハニカム状であってもよい。本発明にかかる活性炭素成
形品で著しく効果の高いものけIOA前後の直径の無数
の細孔を有し、その比表面積が1000〜2000m2
/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ィブリル構造を有し、
且つ表面積が極めて大きいものであるために、電気化学
的手段を用いて不純物をドープする場合大量のドーピン
グが可能である。
本発明において電極として使われる金属とし5− ては何でもよいが、好まl〜いものはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属とアルミニウム等であり、アルカリ金属
、アルカリ土類金属の例としてはリチウム、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、マグネシウムなどを挙げること
ができる。これらの中で高い電圧を得、電池を軽量化す
るためにはリチウムが好んで用いられる。
本発明においては、陽極と陰極を確実に分離しておくた
めに、セパレーターを用いることができる。特に電池を
小型化し、又は薄く成形する場合にはセパレーターを用
いることは短絡防止のため好ましいが、さらに電解質溶
液の保持の目的のためにはセパレーターは多孔質のもの
であることが好ましい。この場合、セパレーターについ
ては用途、形状により機械的強度など材質を適宜選ぶ必
要がある。
本発明に係る電池は活性炭素成形品電極に対する対電極
として金属単体電極を用い、金属イオンを含む電解質溶
液に浸した際、金属がイオ6− ンとし2て溶液に溶は出し、月、つイオンが活性炭素成
形品にドープされる過程で発生する起電力を電池として
利用するものである。
本発明において活性炭素成形品を電極に用いたことによ
る利点は電極として用いられる活性炭素成形品が次の諸
々の電極としてすぐれた性質を具備している点にある。
1 大量生産されており容易に入手可能である。
2 化学的に、極めて安定な物質である。
3 フェルト状、紙状、ノ蔦二カム状等、各種のものが
市販されており、電池を膜用するうえで広い用途に応じ
ることが可能である。
4 極めて大きいドーピングを可能にする。
5 電極材料として必要な高い電気電導性を示す。
G 軽量で取扱性にすぐれている。
7 薄く、フレクシプルな電池製品とすることができる
。
これらの利点のなかでも、特に4’[4の利点において
本発明は重要なものである。−[ユ述した如く、本発明
において使用される活性炭素成形品は100〜2500
 m27 gの比表面積を有するため、電気化学的に大
量のドーピングがijJ能であり、従って高エネルギー
の出力か11■能な2次電池を作る場合有利である。
本発明に係る電池は上述のような利点を有するために、
その利用に供しうる範囲はきわめて広く、通常に使用さ
れる電池に本発明に係る電池によって代替されうるので
ある。その例を挙げると次の如くである。/ことえは軽
量である利点をいかせば、−殻内動車、モーターボート
、モーターボート、ヘリコプタ、ジェット機、プロペラ
機などのエンジン始動用電源、フォークリフト電気機関
車、運搬料、牽引車、ゴルフ力=1・などの電気自動車
、電車、列車、船舶などの移動用電源、あるいけポータ
プルテレビ、ポータプルV T R、ラジオ、カセット
テープレコーダー、時計、電卓、ストロボ、トランシエ
バー、ポケットベル、などのポータプル機器の電源、あ
るいは電子シャッタ、フィルム巻上げ、露出計、ストロ
ボな2ニカメラ用、電気かみそり、マツザージ器、イン
ターホン、補聴器、ライター、電気バリカンなと家庭用
電気機器の電源、コンピューターのメモリーバックアッ
プ用電源、あるいは、一般懐中電灯、探照灯、作業灯、
緊急予備灯、合図灯、集魚灯、浮標灯、航路標識などの
灯具用電源、あるいは防犯防災システム機器、火災報知
器等、警報設備、電話、通信設備等の常用又は非常用の
据置電源、あるいは電動工具、医療機器、携帯無m電話
、各種計測器などの電源等を挙げることができる。また
太陽電池と組み合わせ、太陽エネルギーを有効に利用す
ることができる。本発明の電池はフレクシプルでありど
のような形状にも成型し易く、且つ軽量であって、薄く
することができることからシートにし、又は壁面に貼り
つけ、あるいは布地に縫いこんだりして、洋服、帽子、
あるいはシートや床面、天井面、壁面、外装部等に装9
− 着が可能であり、電池の利用が行い易くなり、特に太陽
電池と組み合わせて利用することが容易になるのである
。
以下に実施例をもって本発明をさらに具体的に説明する
。
実施例1 活性炭素繊維とリチウム金属を電極として用い、溶媒は
テトラヒドロフラン、電解質を0.3M過塩素酸リチウ
ムにした時、VOQ−3,I V −。
Isc (初期)−3,7mAを得た。又、この系を短
絡させたときのJscの経時変化は次の表のよおりであ
った。
この結果を図に示すと第1図のようになり、明らかにこ
の電池が電圧の平坦性を有していることを示している。
10− 実施例2 東洋紡績製活性炭素繊維(KFペーパー、■・175)
、18m×1otcl(約7.)2枚をワニグチクリッ
プではさみ、0.3Mの過塩素酸リチウムのプロピ1/
ンカーボネート溶液に室温で浸す。
電極を外部電源に接続し定電流] mAを1時間流し、
過塩素酸イオンをドープ[7た活性炭素繊維を作成する
。これを電極として用い、対電極をリチウム金属にして
、溶媒はプロピレンカーボネート、電解質を0.3M過
塩素酸リチウムにした時、Voc−3,2V、  Is
c −3,45mA  を得た。
実施例3 電極tC活性炭素繊維とアルミニウム板を用い、これを
1.3 M過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート
溶液に浸したところvoc −0,6V。
l5c−0,3mA を得/こ。
実施例4 次に2次電池について実施した例を示す。
第1の電極としてリチウムを、第2の電極として活性炭
素繊維(比表面積2500m2/g。
クロス状、33.4om2)を用い、+、oMif&塩
素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液を・用tハ
セルを構成した。このセルについては、セパレータとし
てグラスファイバーフィルター、リード線として白金線
を用い、これらを第2図に示すように構成し、テフロン
製ホルダーに丁り保持した後、ガラス容器に人ね密封し
な。尚、リチウムの切り出し及びこれらの操作はアルゴ
ンドライボックス内で行った。
このセルを外部′電源により、活性炭素繊維を■極に、
リチウムをO稜に接続し充電を行っltc。
外部電源を取り去り、両極の間に負荷を接続したところ
、負荷を働かすことができた。
この時の起電力は4.2vと高く、理論エネルギーの密
度は325 wh/′Kgと鉛蓄電池をト回るものであ
る。
第3図に4mAの電流で充電、放電を行ったときの電圧
の変化チャートを示I−た。はじめの50分を充電[2
、後の50分を放電したときのチャートである。
第4図に、第3図に示した充放電の充放電効率と充放電
のサイクル数との関係を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1における測定値をグラフにしたもので
ある。 第2図は実施例4のセルの断面図である。図中、4は端
子、2はセパレーター、1は陰極、3は陽極である。 第3図は充放電の電圧の経時変化のチャートである。 第4図は充放電サイクル数と充放電効率との関係を示す
グラフである。 特許出願人:花王石鹸株式会社 代理人:望月孜部 13− 図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 時間(分) 第2図 第3図 □5回目 −−−−50回目 手続補正書(方式) %式% 2発明の名称 電気化学電池 3補正をする者 事件との関係 特許出願人 (091)花王石鹸株式会社 4代理人 郵便番号 131 東京都墨田区文花2丁目1番3号 昭和58年 5月31日 (発送日) 6補正の対象 明細書および図面 7補正の内容 明細書および図面の浄書 (内容に変更なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 電解質を溶解した溶液に電極を浸漬してなり、当
    該電極へのドーピングもしくはアンド−ピングにより起
    電力を生ずる電池において、一方の電極に金属を用い、
    他方の電極に100〜2 s o o m2/ gの比
    表面積を有する炭素成形品を用いたことを特徴とする電
    気化学電池。 2 金属がアルカリ金属である特許請求の範囲第1項記
    載の電気化学電池。
JP58018160A 1983-02-08 1983-02-08 電気化学電池 Pending JPS59146165A (ja)

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JP58018160A JPS59146165A (ja) 1983-02-08 1983-02-08 電気化学電池
US06/541,024 US4510216A (en) 1983-02-08 1983-10-12 Electrochemical battery including a product of activated carbon fiber as an electrode

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