JPS62157678A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPS62157678A
JPS62157678A JP60293475A JP29347585A JPS62157678A JP S62157678 A JPS62157678 A JP S62157678A JP 60293475 A JP60293475 A JP 60293475A JP 29347585 A JP29347585 A JP 29347585A JP S62157678 A JPS62157678 A JP S62157678A
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JP
Japan
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battery
electrode
polyaniline
positive electrode
negative electrode
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Pending
Application number
JP60293475A
Other languages
English (en)
Inventor
Riichi Shishikura
利一 獅々倉
Hidenori Nakamura
英則 中村
Hiroshi Konuma
博 小沼
Toshiyuki Sakai
酒井 敏幸
Masataka Takeuchi
正隆 武内
Masao Kobayashi
小林 征男
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.)
Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62157678A publication Critical patent/JPS62157678A/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
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • 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

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  • 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)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (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、エネルギー密度が高く、自己放電が小さく、
サイクル寿命が長く、かつ充・放電効率(クーロン効率
)の良好な非水二次電池に関するものである。
〔従来の技術〕
現在、汎用されている二次電池には鉛蓄電池、Ni/C
d%池等がある。これらの二次電池は単セルの電池電圧
がせいぜい2.0V程度であシ、一般には水浴液系電池
である。近年、電池電圧を高くとチー1− L−04?
−−檜仙L「イ T署ルる緬f田りた二次電池化の研究
が盛んに行なわれている。
Lltl−電極に用いた場合には、水とLiとの高い反
応性のため、電解液としては非水系を用いることが必要
である。
この場合、正極活物質として優れた性能を有するものと
して最近注目されだしたものに導電性高分子の一種であ
るポリアニリンがある。ポリアニリンは単位重量当りの
電気容量密度が非常に優れており、正極としての充放電
の可逆性も極めて優秀な性能を有している。また負極に
L1金属を用いて電池全構成した場合は、高いエネルギ
ー密度を発揮することができると考えられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、負他活#物質にLl金属を用いた場合、その電
極反応電位が非常に低い念め、正極ポリアニリンと組み
合せて可逆的に電池反応を継続しうる電解液がない。ま
た、光電時にL1極側にデンドライトが生じ、充放電効
率の低下及び正・負極の短絡等の問題がある。デンドラ
イトを防止する方法としては、負極のLLを他の金属、
例えばAt等と合金化させることによシ、L4+の電析
電位を高くしてデンドライトを防止する方法があるが、
電解液との副反応を防止するには不充分である。その次
め、電解液中に副反応防止用インヒビター、例えばヘキ
サメチレンホスホルアミドやポリエチレンオキサイド等
を微量添加して負極と電解液界面にイオン導電性の保護
皮膜を形成させ、電解液との副反応を防止する試みもあ
るが、保獲皮農で完全に覆うことが難しく、またインヒ
ビター自身の安定性等の問題も新たに生じ、実用上問題
がある。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、ひい
ては、エネルギー密度が高く、自己放電が小さく、サイ
クル寿命が長く、かつ充・放電効率(クーロン効率)の
良好な非水二次電池を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、前記従来技術の問題点を解決すべく鋭意
検討した結果、負極活物質としては、アルカリ金属イオ
ンをダストイオンとして多く収電でき、公知の非水電解
液中で安定的に可逆反応が行える電極反応電位を有する
α型三酸化第二鉄(α−F6□03)を用い、正極には
、正極としての電極性能が優れたボリア= IJンまた
はその誘導体を用いて電池を構成することによって上記
目的が達成されることを見出し次。
本発明の非水溶媒系二次電池は、負極がα型三酸化第二
鉄からなシ、正極がポリアニリンまたはその誘導体から
なることをl!!f徴とする。
本発明で使用するポリアニリンまたはその誘導体とは下
記の一般式(1)で示される七ツマ−の重合体を指す。
(式中、R1,R2,R,およびR4は異っていても同
一でもよく、水t、原子、炭素数が1〜10のアルキル
基ま之は炭素数が1〜1oのアルコキシ基である。)上
記一般式〇)で表わされる化合物の代表例としては、ア
ニリン、オルトまたはメタトルイジン、キシリジン、オ
ルトまたはメタアニシジン。
2.5−−/メトキシアニリン、2.5−ジェトキシア
ニリン、3,5−ジメトキシアニリン#2,6−シメト
キシアニリン等が挙げられる。これらのうち、エネルギ
ー密度の良好な二次電池を得る点からアニリンが最も好
ましい。
本発明の電池の電解液としては、アルカリ金属塩を電解
質として用い、溶媒には正極及び負極と反応しにくい安
定な有機溶媒を用いる必要がある。
アルカリ金属塩の具体例としては、LiC4O4tLi
BF 、LiPF6*LiAsF6.LiBPh4.L
iBBu4tLiBPh3Bu、LtBEt3Bu等の
リチウム塩や上記Liの代わりにNaやKを用いたナト
リウム塩、カリウム塩を用いることができる。
また、適当な有機溶媒としては・プロピレンカーテネ−
)やエチレンカーブネート等のカーボネート類、トリメ
チルホスフェートやトリエチルホスフェート等のリン酸
エステル類、テトラヒドロフラン、1.2−ジメトキシ
エタン等のエーテル類、スルホラジ、3−メチルースル
ホラン等のスルホラン類、γ−ブチロラクトンやδ−ブ
チロラクトン等のラクトン類があるが、一般的にはプロ
ピレンカーゴネートまたはプロピレンカーゴネートとエ
ーテルとの混合溶媒が用いられる。
正極破りアニリンまたはその誘導体は、電気化学的重合
法および化学的重合法のいずれによって製造しても良い
・例見ば、電気化学的重合法の一例としては、日本化学
会誌A11.1801頁(1984年)が知られておシ
、また化学的重合法の一例としては、エイ・ジー・グリ
ーン及びエイ・イー・ウッドヘッド、ジャーナル・オプ
・デ・ケミカル・ソサイアティ、、第2388頁。
1910年(A、GmGraen and A*E*W
oodhead。
J、Chem、Soc、、2388(1910))が知
られている。
合成されたポリアニリン捷を之はその誘導体を正極とし
て使用可能な形態にするには、一般にはポリアニリン粉
末に導電剤としてカーデンブラック当を混ぜ、さらに結
着剤としてテトラフルオロエチレン等を混ぜて集電体に
塗布または加圧成型する。電気化学的に合成したポリア
ニリンまたはその誘導体を正極に用いるには、集電体を
基板として前記一般式(I)で表わされる化合物を集電
体上で酸化重台させて、そのまま電極として用いても差
支えない。また、ポリアニリンまたはその誘導体の電気
容1密度を向上させるために、合成されたポリアニリン
またはその誘導体をアルカリ処理またはヒドラジン等で
還元処理してから用いることもできる。
負極に用いるα型三豪化第二鉄電極は、市販品グレード
のα型三酸化第二鉄に導電助材及び高比表面積化剤とし
て高比表面、債を有するカーゲンブラックを数チル数1
・0%混ぜ、さらに結着剤としてポリエチレンやポリプ
ロピレン等を数チル数10%混ぜて、成型して作製する
ことができる。
また、集電材の表面”にα型三酸化第二鉄を塗布するか
、鉄電極を化学的または電気化学的に表面処理するか、
または、加熱処理してα型三酸化第二鉄電極を作製する
こともできる。
しかしながら、正極および負極の製造方法は、上記方法
に限定されるものではなく、いかなる製造方法を用いて
も差支えない。
〔発明の効果〕
本発明の電池は、一般的に電池に用いられる有機溶媒中
で安定した充放電を行うことができ、既存のNi/Cd
電池や鉛蓄電池に比べてエネルギー密度が高く、かつ自
己放電率が極めて低く、高性能の電池特性を示す。
〔実施例〕
以下、実施例について本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1 〔ポリアニリンの製造〕 アニリン濃度が0.2モル/ノのlN−HBF4の水溶
液10oCC中において、白金極(15g+φ、直径0
.5wφのリード線付き)の面上で一定電流密度1、0
 mA7’cm2にて電解重合を行なりた。この場合、
対極には上記と同径の白金板を用い、参照極にAI!、
’へg、ct極を用いた。
電解重合電気量が20クーロンに達したときに重合を停
止させたところ、白金板の両面に総重量が9.6■の深
緑色のフィブリルが絡み合った形のフィルム状ポリアニ
リンが得られた。平均重合電位はAg/AgCL参照極
に対し0.74Vであった。
次いで、このポリアニリンを白金板ごと、28重量%濃
度のアンモニア水中に約一時間浸漬した。
アンモニア水に浸漬中、約1分間の超音波を与えたO 次いで、白金板ごとポリアユ1.1ンを蒸留水で約1時
間洗浄したところ、洗浄水の−は7.2であったO 次いで、上記処理したポリアニリンを白金基板から剥が
し、それを100℃で15時間減圧乾燥を行なったO 〔正極の作製〕 上記処理を施したポリアニリン粉末に、導電助剤として
比表面積が1000m A1以上のファーネスブラック
(商品名ブラック・ぐ−ル)を10重量%と結着剤とし
てテフロンノ9ウダーf:10重量%混ぜ、よく混合し
た後、直径10瓢φに切シ抜いた白金金網上に上記混合
物10.0M9’を加圧成型し、直径10mφの電極を
作製した。
〔負極の作製〕
市販品の酸化第二鉄を650℃で1時間熱処理したもの
にファーネスプラ、りを10重量%と結着剤としてポリ
エチレンを10重量%とを加え、良く混合した後、直径
10肩φに切シ抜いたニッケル金網上に上記混合物8.
0■を加圧成型し、直径10論φの電極を作成した。こ
の電極を第1図に示す実験セルを用い、アルゴン雰囲気
下で間にガラス製七ノ臂レータ−を挾んで、対極に10
1m1Iφに切り抜いたLi金属を用い、電解液として
1モル/Z濃度になるようLiBF4t一体積比が1:
1のプロピレンカーボネートと1,2−ソメトキシエタ
ンの混合溶媒に溶かしたものを用いて、電池を構成した
この系で、酸化鉄側にLi+が還元される方向に0.2
5mA/−の電流密度で電流を流し、電気量が12クー
ロンになったとき通電を停止した。
〔電池実験〕
第1図に示す構造を有する実験セルを用いて、上記方法
で作製したポリアニリン正極及びLiと反応させた酸化
第二鉄負極を網が露出している側を集電体側にして、間
に1モル/l濃度のLiBF4を溶かしたプロピレンカ
ーボネートと1.2−ジメトキシエタン電解液を含んだ
1.Om厚のガラス製多孔質七ノ2レータ−を挾んで、
さらに電解液を電極及びセパレーターの窒孔内に完全に
入るように加えて電池を構成した。
この電池を3.0−ψ−2の一定電流密度で、′電気量
が5.3クーロンになるまで充電したところ、充電後の
開放電圧は2.6vを示した。次いで、3.0mA/6
w?の一定電流密度で、電池電圧が1.OVに低下する
まで放電を行ない、再び、5,3クーロンの電気量を光
電し、1.0’/まで放電する充放電の繰シ返し試験を
行なった。
また、充放電の繰シ返し回数20日間の充電終了後、電
池系を開回路にして30日間の自己放電試験を行なった
。その結果、この電池は初期数サイクルは充放電効率が
90チ以下であったが、その後はほぼ100%を維持し
、再び充放電効率が低下し、50%になるまでの繰り返
し寿命は565回を記録した。この電池の30日間にお
ける自己放電率は12%で、側柵重量当りのエネルギー
密度は171 wh/logであった。なお、繰返し回
数10回目の放′成カーブは第2図(−)の様になった
比較例1 負極に実施例で用い念酸化第二鉄の代わシに直径10+
wφに切シ抜いたリチウム金N8.Ovを用いた以外は
、正極、電解液とも全〈実施例と同様のものを用いて第
1図に示す構造を有する実験セルを構成した。この電池
を充電方向から5.3クーロンになるまで充電したとこ
ろ、開回路電圧は3.6vを示したが、以下、放電・充
電の繰シ返し試験を行なったところ、17サイクル目に
充放電効率が50%に低下してしまい、良い電池性能は
得られなかった。なお、繰返し回数1o回目の放電カー
ブは第2図6)のようになった。
実施例2 〔正極ポリアニリンの作製〕 アニリン濃度が0.22モル/!の1規定塩酸水溶液1
00ccをマグネットスターラーで攪拌しながら、これ
に酸化剤として0.25モル/l相当の(NH4)2S
20a e添加し、アニリンを化学重合させた・得られ
たポリアニリンは粉体状でありた。
このポリアニリンを蒸留水で洗浄後、28重債チのアン
モニア水で洗浄処理し、さらに蒸留水で数回洗浄した後
、100℃で減圧乾燥を15時間行なった。
次いで、上記処理を施したポリアニリンのうち、7、0
■を取り出し、さらに結潰剤テフロンノ臂ウダー〇、5
〜と導電助剤として7アーネスブラツク0.5■を配合
して、総量8.0■の粉体を良く混合した。この混合物
を実施例1と同様に直径10+mの白金金網上に加圧成
型し、電極を作製した。
〔負極の作製〕
実施例1と同様に処理した酸化第二鉄10■にカーボン
ブラック2m9とポリアニリン正極1,5■を加え、良
く混合した後、直径10mφに成型して電極を作製し、
第1図に示すセルを用いて実施例1と同様にあらかじめ
酸化第二鉄とLiを反応させておい念ものを負極に用い
た。
〔電池実験〕
実施例1と同様に第1図に示す実験セルを用い、電解液
には1.5モル/1IIk度のしIC104を溶かした
プロピレンカーゴネート液を用いて電池を作成した。
この電池を充電方向からポリアニリンの繰り返し単位当
り55モル%(分子量91として計算)になるまでの電
気量を5. OtydV’cmの一定電流密度で充電し
た。この゛電池の充電後の開放電圧は2.7Vであった
次いで、5.0 mA7cm2の電密で電池電圧が1.
Ovになるまで放電した。次いで、5. OrFIA/
cvr2の電流密度で電池電圧が4.21VKなるまで
充電し、4.2■に電圧が達成したら4,2vの定電圧
充電に切シ換え、定電流での充電開始から充電時間が1
時間経過するまで充電を続けた。次いで、5.0 mA
7’cm2の電流密度で電池電圧が1.Ovになるまで
放電し、次いで、4.2vまでの定電流及び4.2vで
の定電圧充電を1時間行なう充放電の繰り返し試験を行
密度が半減するまでの繰り返し寿命は963回を記録し
た。
実施例3 〔正極の作製〕 実施例1で正極に用い之ボリア= IJンの代わりにオ
ルトトルイジンを電気化学的に酸化重合したアニリン誘
導体を正極に用いた以外は重合物の後処理及び結着剤、
導電助材の混合比等は実施例1と全く同様にして正極を
作製した。
〔電池実験〕
負極、電解液、実験セル等は実施例1と全く同様なもの
を用い、実施例1と全く同様の方法で、電池の性能を調
べた。
その結果、充放電効率が50%になるまでの繰返し寿命
は485回であり、この電池の30日間における自己放
電率は15%で、両極重景当pのエネルギー密度は14
7w−hAであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の二次電池の構成の一例を示す断面図で
ある。第2図は放電時間(分)と放電電圧(V)との関
係を示すグラフである(図中、カーブ(、)は本発明の
電池、カーブ(b)は比較例の電池の特性を示す。)。 第1図中の参照数字は以下のとおシである。 1:負極用リード線、2:パイトン製0リング、3:負
極用集電体、4:負極、5:多孔質隔膜、6:正極、7
:正極用集電体、8:正極用リード線、9:テフロン製
容器。 −痕

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 負極がα型三酸化第二鉄からなり、正極がポリアニリン
    またはその誘導体からなることを特徴とする非水溶媒系
    二次電池
JP60293475A 1985-12-28 1985-12-28 二次電池 Pending JPS62157678A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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