JP2015170740A - Conductive polymer composite and method of producing the same - Google Patents

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Takeshi Shimomura
威 下村
角谷 透
Toru Sumiya
透 角谷
鈴木 雅雄
Masao Suzuki
雅雄 鈴木
重来 木原
Shigeki Kihara
重来 木原
雅敏 小野
Masatoshi Ono
雅敏 小野
敏郎 横山
Toshiro Yokoyama
敏郎 横山
鈴木 敏重
Toshishige Suzuki
敏重 鈴木
孝之 石坂
Takayuki Ishizaka
孝之 石坂
花岡 隆昌
Takamasa Hanaoka
隆昌 花岡
水上 富士夫
Fujio Mizukami
富士夫 水上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive polymer composite which has high capacity and high conductivity and high durability.SOLUTION: A conductive polymer composite 1 is provided in which a carbon nanofiber 10 is used as a core, and the surface of the carbon nanofiber 10 is covered with polyion complex 20 composed of polyaniline 21 and polyanion 22.

Description

本発明は、導電性高分子複合体およびその製造方法に関する。特に、充放電可能な蓄電デバイスの電極に用いる導電性高分子複合体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a conductive polymer composite and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a conductive polymer composite used for an electrode of a chargeable / dischargeable power storage device and a method for producing the same.

ポリアニリンは、電気化学的な酸化・還元(レドックス)活性を持つ導電性高分子であり、酸化・還元過程が可逆的であるため、電気化学キャパシタなどの充放電可能な蓄電デバイス用の電極素材として注目されている。ポリアニリンからなる電極は、有機電解液への溶出が懸念されることもあり有機電解液中での利用例が少なく、硫酸などの酸性電解液中で用いられることが多い。
ポリアニリンにおいては、還元過程(放電)で電解質アニオンがポリマー鎖から放出され、酸化過程(充電)で電解質アニオンが再びポリマー鎖に導入される。導電性高分子からなる電極を備える蓄電デバイスの充放電容量は、導電性高分子の電解質イオン保持容量に依存する。理想構造におけるエメラルディン型のポリアニリンが一分子中に0.5molの電解質アニオンを保持することができるため、ポリアニリンは、比較的高いエネルギー密度を有する素材とみなされている。また、原料となるアニリンが安価であるため、ポリアニリンは、低価格で入手可能である。
Polyaniline is a conductive polymer with electrochemical oxidation / reduction (redox) activity, and the oxidation / reduction process is reversible. Therefore, it is an electrode material for chargeable / dischargeable power storage devices such as electrochemical capacitors. Attention has been paid. An electrode made of polyaniline may be used in an acidic electrolytic solution such as sulfuric acid because there are few applications in the organic electrolytic solution because of the possibility of elution into the organic electrolytic solution.
In polyaniline, the electrolyte anion is released from the polymer chain in the reduction process (discharge), and the electrolyte anion is again introduced into the polymer chain in the oxidation process (charge). The charge / discharge capacity of an electricity storage device including an electrode made of a conductive polymer depends on the electrolyte ion retention capacity of the conductive polymer. Since the emeraldine type polyaniline in an ideal structure can hold 0.5 mol of electrolyte anion in one molecule, the polyaniline is regarded as a material having a relatively high energy density. Further, since aniline as a raw material is inexpensive, polyaniline is available at a low price.

図3に示すように、ポリアニリンには、酸化還元状態によって4つの構造があり、そのうち濃厚な緑色を呈するエメラルディン塩のみが導電性を持つ。また、ポリアニリンでは、レドックス過程(充放電過程)と並行して窒素原子上におけるプロトン付加とプロトン脱離とが起こる。これに伴い、ポリアニリンの電荷が変わり、電気的中性を保つためにイオン交換が起こる。電気化学的に活性なエメラルディンカチオンの対イオンとなるアニオン物質はドーパントと呼ばれ、ドーパントとしては、硫酸イオン、塩化物イオン、リン酸イオンなどの無機イオン、BF やPF などの錯イオン、各種有機物アニオンなどを用いることができる。
有機高分子であるポリアニリンは、有機電解液に溶解するため、ポリアニリンからなる電極を有機電解液中で用いると、ポリアニリンが電極から溶出してしまう。したがって、ポリアニリンからなる電極を有機電解液中で用いると、長時間の作動によって、活性種(電極活物質であるポリアニリン)が失われてゆき、容量が低下してしまうという問題がある。
As shown in FIG. 3, polyaniline has four structures depending on the oxidation-reduction state, and only the emeraldine salt exhibiting a dark green color has conductivity. Polyaniline undergoes proton addition and proton desorption on nitrogen atoms in parallel with the redox process (charge / discharge process). Along with this, the charge of polyaniline changes, and ion exchange occurs to maintain electrical neutrality. An anionic substance serving as a counter ion of the electrochemically active emeraldine cation is called a dopant, and examples of the dopant include inorganic ions such as sulfate ion, chloride ion and phosphate ion, BF 4 and PF 6 − and the like. Complex ions, various organic anions, and the like can be used.
Since polyaniline, which is an organic polymer, dissolves in an organic electrolytic solution, when an electrode made of polyaniline is used in the organic electrolytic solution, polyaniline is eluted from the electrode. Therefore, when an electrode made of polyaniline is used in an organic electrolytic solution, there is a problem that the active species (polyaniline which is an electrode active material) are lost and the capacity is lowered by a long-time operation.

ところで、蓄電デバイスの電気抵抗を下げることはパワー密度の向上につながるため、蓄電デバイス用の電極素材には高い導電性が求められる。有機高分子は基本的に絶縁体であり、導電性高分子といえども多くの場合、金属や炭素に比べて電気抵抗が大きい。そのため、導電性高分子の導電性を向上させる補助剤として、カーボン材料などの導電助剤を混合することが試みられている。
具体的には、例えば、非極性溶媒中に安定に分散した脱ドープ状態のポリアニリンを、活性炭、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボン材料と混合してなるポリアニリン/炭素複合体が提案されている(特許文献1)。
しかし、機械的な混合によるカーボン材料と導電性高分子との複合化では、ナノレベルでの均一性を確保することが困難である。電気化学的に活性な物質を有効に利用するためには、導電性高分子と導電助剤とを均一に混合することが必要である。そこで、例えば、活性炭を懸濁した溶液中でアニリンを電解重合することによって得たポリアニリン/炭素複合体が提案されている(特許文献2)。
また、機械的な混合では、カーボン材料と導電性高分子との接触は限定的である。そこで、例えば、活性炭などの多孔質カーボン材料の存在下において、アニリンを水溶液中で化学重合させることによってポリアニリン/炭素複合体を得て、これを電極に用いることが提案されている(特許文献3)。
また、例えば、電気化学的キャパシタのための電極で使用するための組成物であって、電気化学的に活性な材料(ポリアニリンなど)および約100m/gより大きな比表面積を有する炭素ナノファイバーを含む組成物が提案されている(特許文献4)。
By the way, since lowering the electrical resistance of the electricity storage device leads to an improvement in power density, the electrode material for the electricity storage device is required to have high conductivity. Organic polymers are basically insulators, and even conductive polymers often have higher electrical resistance than metals and carbon. For this reason, attempts have been made to mix conductive assistants such as carbon materials as auxiliary agents that improve the conductivity of the conductive polymer.
Specifically, for example, a polyaniline / carbon composite obtained by mixing polyaniline in a non-doped state stably dispersed in a nonpolar solvent with a carbon material such as activated carbon, carbon black, carbon nanotube, and fullerene has been proposed. (Patent Document 1).
However, it is difficult to ensure uniformity at the nano level in the composite of the carbon material and the conductive polymer by mechanical mixing. In order to effectively use the electrochemically active substance, it is necessary to uniformly mix the conductive polymer and the conductive assistant. Therefore, for example, a polyaniline / carbon composite obtained by electrolytic polymerization of aniline in a solution in which activated carbon is suspended has been proposed (Patent Document 2).
In mechanical mixing, the contact between the carbon material and the conductive polymer is limited. Thus, for example, it has been proposed to obtain a polyaniline / carbon composite by chemically polymerizing aniline in an aqueous solution in the presence of a porous carbon material such as activated carbon, and use this for an electrode (Patent Document 3). ).
Also, for example, a composition for use in an electrode for an electrochemical capacitor comprising an electrochemically active material (such as polyaniline) and a carbon nanofiber having a specific surface area greater than about 100 m 2 / g. A composition containing it has been proposed (Patent Document 4).

特開2008−160068号公報JP 2008-160068 A 特開平7−201676号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-201676 特開2002−25865号公報JP 2002-25865 A 特表2002−526913号公報Special Table 2002-526913

しかしながら、特許文献1〜4に記載の導電性高分子複合体、具体的には活物質であるポリアニリンと導電助剤であるカーボン材料との複合体では、高い導電性が得られないという問題や、有機電解液中にポリアニリンが溶出してしまうという問題がある。ポリアニリンが溶出してしまうと、導電性高分子複合体が劣化してしまい、ひいては導電性高分子複合体からなる電極の劣化に繋がる。
電極素材としては、高い電極活性と高いパワー密度ならびに有機電解液への溶解の少ない導電性高分子複合体が求められる。ポリアニリンの高い充放電容量機能を十分に発揮させるためには、高い導電性を確保しつつ、同時に、電解液へ溶出しない素材の開発が必須である。
However, the conductive polymer composites described in Patent Documents 1 to 4, specifically, a composite of a polyaniline as an active material and a carbon material as a conductive assistant cannot provide high conductivity. There is a problem that polyaniline is eluted in the organic electrolyte. When the polyaniline is eluted, the conductive polymer composite is deteriorated, which leads to deterioration of the electrode made of the conductive polymer composite.
The electrode material is required to be a conductive polymer composite having high electrode activity, high power density, and low dissolution in an organic electrolyte. In order to fully exhibit the high charge / discharge capacity function of polyaniline, it is essential to develop a material that ensures high conductivity and at the same time does not elute into the electrolyte.

そこで、本発明の課題は、高い容量と高い導電性を有し、耐久性の高い導電性高分子複合体を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a conductive polymer composite having high capacity and high conductivity and high durability.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、導電性高分子複合体において、
カーボンナノ繊維を芯として、その表面を、ポリアニリンとポリアニオンとからなるポリイオンコンプレックスが被覆してなることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is a conductive polymer composite,
The carbon nanofiber is used as a core, and the surface is coated with a polyion complex composed of polyaniline and polyanion.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の導電性高分子複合体において、
前記カーボンナノ繊維が、カーボン層が単層のシングルウオールカーボンナノチューブ、カーボン層が多層のマルチウオールカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、繊維状活性炭、或いはこれらの混合物であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the conductive polymer composite according to claim 1,
The carbon nanofiber is characterized in that the carbon layer is a single-walled single-walled carbon nanotube, the carbon layer is a multi-walled multiwalled carbon nanotube, carbon nanofiber, fibrous activated carbon, or a mixture thereof.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の導電性高分子複合体において、
前記ポリアニリンが、アニリンとスルホン化アニリンとの共重合体であることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the conductive polymer composite according to claim 1 or 2,
The polyaniline is a copolymer of aniline and sulfonated aniline.

請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の導電性高分子複合体において、
前記ポリアニリンが、エメラルディン型のポリアニリンであり、
前記ポリアニオンが、複数のブレンステッド酸基を有するポリマーであることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the conductive polymer composite according to any one of claims 1 to 3,
The polyaniline is an emeraldine type polyaniline,
The polyanion is a polymer having a plurality of Bronsted acid groups.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れか一項に記載の導電性高分子複合体の製造方法であって、
前記カーボンナノ繊維を含む水溶液中でアニリンを化学重合することによって、当該カーボンナノ繊維の表面に前記ポリアニリンを析出させるポリアニリン析出工程と、
前記析出したポリアニリンを還元するポリアニリン還元工程と、
前記還元したポリアニリンに、対イオンとして前記ポリアニオンを反応させて、前記ポリイオンコンプレックスを形成するポリイオンコンプレックス形成工程と、を有することを特徴とする。
Invention of Claim 5 is a manufacturing method of the conductive polymer composite as described in any one of Claim 1 to 4, Comprising:
A polyaniline precipitation step of depositing the polyaniline on the surface of the carbon nanofibers by chemically polymerizing aniline in an aqueous solution containing the carbon nanofibers;
A polyaniline reduction step of reducing the precipitated polyaniline;
A polyion complex forming step of reacting the reduced polyaniline with the polyanion as a counter ion to form the polyion complex.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の導電性高分子複合体の製造方法において、
前記ポリアニリン析出工程で用いる前記カーボンナノ繊維を含む水溶液中には、界面活性剤が添加されていることを特徴とする。
Invention of Claim 6 in the manufacturing method of the conductive polymer composite of Claim 5,
A surfactant is added to the aqueous solution containing the carbon nanofibers used in the polyaniline precipitation step.

本発明によれば、高い容量と高い導電性を有し、耐久性の高い導電性高分子複合体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a conductive polymer composite having high capacity, high conductivity, and high durability.

本発明の実施形態にかかる導電性高分子複合体の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the conductive polymer composite concerning embodiment of this invention. アニオンとスルホン化アニオンの共重合体について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the copolymer of an anion and a sulfonated anion. ポリアニリンがとる4つの構造について説明するための図である。It is a figure for demonstrating four structures which polyaniline takes. (a)はポリアニリンのTEM画像であり、(b)はMWCNTのTEM画像である。(A) is a TEM image of polyaniline, and (b) is a TEM image of MWCNT. 実施例1の試料(PAN/15%MWCNT/PSS複合体)のTEM画像である。2 is a TEM image of the sample of Example 1 (PAN / 15% MWCNT / PSS composite). 実施例1の試料(PAN/15%MWCNT/PSS複合体)のFTIRスペクトルである。2 is an FTIR spectrum of the sample of Example 1 (PAN / 15% MWCNT / PSS composite). 実施例2の試料(PAN/15%MWCNT/PVS複合体)のFTIRスペクトルである。It is an FTIR spectrum of the sample of Example 2 (PAN / 15% MWCNT / PVS composite). 実施例2の試料(PAN/15%MWCNT/PVS複合体)の示差熱分析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the differential thermal analysis of the sample (PAN / 15% MWCNT / PVS composite) of Example 2. 実施例5の試料(PAN/30%MWCNT/PSS複合体)のTEM画像である。6 is a TEM image of the sample of Example 5 (PAN / 30% MWCNT / PSS composite). 比較例1の試料(P(AN+S−AN)/20%AB/PSS複合体)のTEM画像である。4 is a TEM image of a sample of Comparative Example 1 (P (AN + S-AN) / 20% AB / PSS composite). 充放電試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a charging / discharging test. 溶出試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a dissolution test. 溶出試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a dissolution test.

以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の実施形態および図示例に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described below are provided with various technically preferable limitations for carrying out the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔導電性高分子複合体〕
まず、本発明にかかる導電性高分子複合体の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる導電性高分子複合体1の一例を示す模式図である。
導電性高分子複合体1は、電気化学キャパシタなどの充放電可能な蓄電デバイスの電極に用いることが可能な複合体であって、図1に示すように、カーボンナノ繊維10を芯として、その表面にポリイオンコンプレックス20が略均一に被覆してなる複合体である。ポリイオンコンプレックス20は、導電性高分子であるポリアニリン21(エメラルディン型のポリアニリン)と、対イオンであるポリアニオン22と、からなる。
導電性高分子複合体1は、例えば、導電助剤であるカーボンナノ繊維10の周りに、電極活物質であるポリアニリン21を析出させ、そのポリアニリン21に対イオンとしてドーパントの役割も兼ねるポリアニオン22を絡ませることによって形成することができる。
[Conductive polymer composite]
First, an embodiment of the conductive polymer composite according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a conductive polymer composite 1 according to an embodiment of the present invention.
The conductive polymer composite 1 is a composite that can be used for an electrode of a chargeable / dischargeable power storage device such as an electrochemical capacitor, and as shown in FIG. It is a complex formed by coating the surface with the polyion complex 20 substantially uniformly. The polyion complex 20 includes a polyaniline 21 (emeraldine type polyaniline) that is a conductive polymer and a polyanion 22 that is a counter ion.
For example, the conductive polymer composite 1 deposits a polyaniline 21 as an electrode active material around the carbon nanofiber 10 as a conductive auxiliary agent, and forms a polyanion 22 that also serves as a dopant as a counter ion on the polyaniline 21. It can be formed by entanglement.

カーボンナノ繊維10としては、アスペクト比が高い長鎖のカーボン繊維であれば特に制限されるものではなく、例えば、網目構造を持つカーボン層が単層のシングルウオールカーボンナノチューブ(SWCNT)、網目構造を持つカーボン層が多層のマルチウオールカーボンナノチューブ(MWCNT)、カーボンナノファイバー、繊維状活性炭、カーボンブラック、或いはこれらの混合物が用いられる。いずれも導電性に優れている。MWCNTとしては、不活性気体雰囲気下でKOH粉末とともに焼成するKOH処理などの活性化処理を施したものが好ましく用いられる。MWCNTに活性化処理を施すことによって、多層壁が剥離されたり壁に貫通孔が形成されたりするため、表面積が増大するとともに電解液が浸入しやすくなる。また、カーボンナノ繊維10と、アセチレンブラックやカーボンブラックを混合して用いることも好ましい。   The carbon nanofiber 10 is not particularly limited as long as it is a long-chain carbon fiber having a high aspect ratio. For example, a carbon layer having a network structure has a single-walled single-wall carbon nanotube (SWCNT) and a network structure. Multiwall carbon nanotubes (MWCNT), carbon nanofibers, fibrous activated carbon, carbon black, or a mixture of these are used. Both are excellent in conductivity. As the MWCNT, those subjected to an activation treatment such as a KOH treatment for baking together with KOH powder in an inert gas atmosphere are preferably used. By subjecting the MWCNT to an activation treatment, the multilayer wall is peeled off or through-holes are formed in the wall, so that the surface area increases and the electrolyte solution easily enters. Moreover, it is also preferable to mix and use the carbon nanofiber 10 and acetylene black or carbon black.

ポリアニリン21としては、アニリンとスルホン化アニリン(2−スルホン化アニリンおよび/または3−スルホン化アニリン)との共重合体(図2参照)を好ましく用いることができる。共重合体を合成する際のアニリンに対するスルホン化アニリンの混合モル比率は、0.5%から50%の範囲が好ましく、1%から25%の範囲がより好ましい。
無論、ポリアニリン21は、アニリンまたはアニリン誘導体(スルホン化アニリンを含む)の単重合体であってもよいし、アニリンとスルホン化アニリン以外のアニリン誘導体との共重合体であってもよいし、アニリン誘導体(スルホン化アニリンを含む)の共重合体であってもよい。
As the polyaniline 21, a copolymer of aniline and sulfonated aniline (2-sulfonated aniline and / or 3-sulfonated aniline) (see FIG. 2) can be preferably used. The mixing molar ratio of the sulfonated aniline to the aniline when synthesizing the copolymer is preferably in the range of 0.5% to 50%, and more preferably in the range of 1% to 25%.
Of course, the polyaniline 21 may be a homopolymer of aniline or an aniline derivative (including a sulfonated aniline), a copolymer of aniline and an aniline derivative other than the sulfonated aniline, or an aniline. A copolymer of a derivative (including sulfonated aniline) may be used.

導電性高分子複合体1におけるポリアニリン21に対するカーボンナノ繊維10の重量比率は、1%から90%の範囲で選ぶことができるが、高い導電性と高い静電容量とを最適に両立するためには、5%から50%の範囲が適している。5%より低いとカーボンナノ繊維10が導電性高分子複合体1全体に広がりにくいため十分な導電性が確保できない場合があり、50%より高いとポリアニリン21の相対存在比が小さくなるため十分な静電容量が確保できない場合がある。   The weight ratio of the carbon nanofibers 10 to the polyaniline 21 in the conductive polymer composite 1 can be selected in the range of 1% to 90%. In order to optimally achieve both high conductivity and high capacitance. A range of 5% to 50% is suitable. If it is lower than 5%, the carbon nanofibers 10 are difficult to spread throughout the conductive polymer composite 1, and thus sufficient conductivity may not be ensured. If it is higher than 50%, the relative abundance ratio of the polyaniline 21 is reduced, which is sufficient. There are cases where the capacitance cannot be secured.

ポリアニオン22としては、陰電荷の大きなポリアニオンが好ましく用いることができる。
陰電荷の大きなポリアニオンとしては、複数のブレンステッド酸基を有するポリマーが挙げられる。具体的には、プロトン酸(ブレンステッド酸)であるポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアニリンスルホン酸などのスルホン化したポリマー、ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸、ポリマレイン酸などのカルボン酸ポリマー、リン酸ポリマーのポリリン酸、モリブデン、タングステン、バナジウムなどの多核のヘテロポリ酸などが挙げられる。これらのうち、導電性向上の観点から、導電性のポリアニオンであるポリアニリンスルホン酸がより望ましい。
As the polyanion 22, a polyanion having a large negative charge can be preferably used.
The polyanion having a large negative charge includes a polymer having a plurality of Bronsted acid groups. Specifically, sulfonated polymers such as polystyrene sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid and polyaniline sulfonic acid which are proton acids (Bronsted acids), carboxylic acid polymers such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid and polymaleic acid, phosphorus Examples include acid polymers such as polyphosphoric acid, polynuclear heteropolyacids such as molybdenum, tungsten, and vanadium. Of these, polyaniline sulfonic acid, which is a conductive polyanion, is more desirable from the viewpoint of improving conductivity.

電気化学的に活性なポリアニリンは、図3に示す4つの構造のうちのエメラルディン型カチオンとアニオンとのイオン対からなる塩(エメラルディン塩)の構造をとる。
エメラルディン塩では、充放電時の酸化還元によるポリアニリンの価数変化に対して、電気的中性を保つためにBF などのアニオンが出入りする。
これに対し、本実施形態の導電性高分子複合体1のように、分子内にマイナス電荷を多数有するポリアニオン22が、ポリアニリン21(エメラルディン型のポリアニリン)とポリイオンコンプレックス20を形成している場合には、ポリアニリン21とポリアニオン22との静電結合が強固であり、また、ポリアニオン22の分子サイズが大きいため、アニオン(ポリアニオン22)の移動は容易ではない。したがって、サイズの小さいカチオン(Liなど)の移動によって電荷の補償を行うのが妥当である。
The electrochemically active polyaniline has a structure of a salt (emeraldine salt) composed of an ion pair of an emeraldine cation and an anion out of the four structures shown in FIG.
In the emeraldine salt, anions such as BF 4 come in and out in order to maintain electrical neutrality against the valence change of polyaniline due to oxidation / reduction during charge and discharge.
On the other hand, when the polyanion 22 having many negative charges in the molecule forms the polyion complex 20 with the polyaniline 21 (emeraldine type polyaniline) as in the conductive polymer composite 1 of the present embodiment. In addition, since the electrostatic bond between the polyaniline 21 and the polyanion 22 is strong, and the molecular size of the polyanion 22 is large, the movement of the anion (polyanion 22) is not easy. Therefore, it is appropriate to perform charge compensation by the movement of small cations (such as Li + ).

ポリアニリン21は、カーボンナノ繊維10に保持されることで溶出しにくくなる。さらに、ポリアニリン21は、ポリアニオン22とポリイオンコンプレックス20を形成することで有機溶媒(有機電解液)に難溶性となり、しかもポリアニオン22と多数のイオン結合点を有するため解離によるアニオンの脱離が起こりにくくなる。したがって、本実施形態の導電性高分子複合体1は劣化しにくいため、本実施形態の導電性高分子複合体1を電極に用いることで、電極の長寿命化に繋がる。   The polyaniline 21 is not easily eluted by being held by the carbon nanofibers 10. Furthermore, the polyaniline 21 becomes insoluble in an organic solvent (organic electrolyte solution) by forming the polyanion 22 and the polyion complex 20, and since the polyaniline 21 has many ionic bond points with the polyanion 22, it is difficult for the anion to be detached due to dissociation. Become. Therefore, since the conductive polymer composite 1 of the present embodiment is not easily deteriorated, the use of the conductive polymer composite 1 of the present embodiment for an electrode leads to a long life of the electrode.

このように、本実施形態の導電性高分子複合体1は、カーボンナノ繊維10の表面に、ポリアニリン21が析出しているので、ポリアニリン21の高いキャパシタ容量とカーボンナノ繊維10自体の高い導電性を兼備すると同時に長鎖のカーボンナノ繊維10が形成する3次元ネットワーク内への電解液、電解質の速やかな移動が起こる。かつポリアニリン21の対イオンとしてポリアニオン22を用いてポリイオンコンプレックス20を形成させることで、ポリアニリン21が難溶性となり、溶出によるロスが抑制され電極の長寿命化が達成できる。ポリイオンコンプレックス20が強固な静電結合からなることと、ポリアニオン22の分子サイズが大きいために移動は容易ではなく、サイズの小さいカチオン(Liなど)の移動により電荷の補償を行うので電極反応において電子伝達が速やかである。これらの効果により、蓄電デバイス用の電極素材として、本実施形態の導電性高分子複合体1を用いることで、高い容量と、パワー密度を有する高耐久性の蓄電デバイスを得ることができる。 Thus, since the conductive polymer composite 1 of this embodiment has the polyaniline 21 deposited on the surface of the carbon nanofiber 10, the high capacitor capacity of the polyaniline 21 and the high conductivity of the carbon nanofiber 10 itself. At the same time, the electrolyte solution and the electrolyte quickly move into the three-dimensional network formed by the long-chain carbon nanofibers 10. In addition, by forming the polyion complex 20 using the polyanion 22 as the counter ion of the polyaniline 21, the polyaniline 21 becomes hardly soluble, loss due to elution is suppressed, and the life of the electrode can be extended. Since the polyion complex 20 is composed of a strong electrostatic bond and the molecular size of the polyanion 22 is large, movement is not easy, and charge compensation is performed by movement of small cations (such as Li + ). Electronic transmission is quick. Due to these effects, a highly durable electricity storage device having a high capacity and power density can be obtained by using the conductive polymer composite 1 of this embodiment as an electrode material for the electricity storage device.

〔導電性高分子複合体の製造方法〕
本実施形態の導電性高分子複合体1の製造方法は、(1)アニリンとカーボンナノ繊維10とを分散する工程と、(2)カーボンナノ繊維10をポリアニリン21で被覆する工程(ポリアニリン析出工程)と、(3)ポリアニリン21に脱ドープ処理を施す工程(ポリアニリン還元工程)と、(4)ポリアニリン21とポリアニオン22とのポリイオンコンプレックス20を形成する工程(ポリイオンコンプレックス形成工程)と、を少なくとも有する。
[Method for producing conductive polymer composite]
The manufacturing method of the conductive polymer composite 1 of this embodiment includes (1) a step of dispersing aniline and carbon nanofibers 10 and (2) a step of coating carbon nanofibers 10 with polyaniline 21 (polyaniline precipitation step). ), (3) a step of dedoping the polyaniline 21 (polyaniline reduction step), and (4) a step of forming the polyion complex 20 of the polyaniline 21 and the polyanion 22 (polyion complex formation step). .

電極活物質であるポリアニリン21と導電助剤であるカーボンナノ繊維10とは、単なる混合ではなく、カーボンナノ繊維10自身が有するナノサイズのネットワークに均一にポリアニリン21を分散担持させることで、系全体に亘って高い導電性を与えることができる。
カーボンナノ繊維10のナノサイズネットワークにポリアニリン21を均一に分散担持させる方法としては、例えばカーボンナノ繊維10を溶媒中に高分散させ、この分散液中においてアニリンを酸化重合する方法が最適である。アニリンとカーボンナノ繊維10の分散液とを混合すれば、ファンデルワールス力に代表される両者の芳香環のπ−π相互作用による親和力によってアニリンがカーボンナノ繊維10表面に吸着され、これを起点に重合が進む。ポリアニリン21もその共役系の構造から、カーボンナノ繊維10表面の芳香環とのπ−π相互作用が起こる。カーボンナノ繊維10の表面にポリアニリン21を分布した複合体の形成は電気的な導通部分がポリアニリン21全体に分布させることで高い導電性が確保できる。
The polyaniline 21 that is an electrode active material and the carbon nanofibers 10 that are conductive assistants are not simply mixed, but the polyaniline 21 is uniformly dispersed and supported on the nano-sized network of the carbon nanofibers 10 itself, thereby making the entire system It is possible to provide high conductivity over the range.
As a method for uniformly dispersing and supporting the polyaniline 21 on the nano-sized network of the carbon nanofibers 10, for example, a method in which the carbon nanofibers 10 are highly dispersed in a solvent and aniline is oxidatively polymerized in this dispersion is optimal. When aniline and the dispersion liquid of carbon nanofiber 10 are mixed, aniline is adsorbed on the surface of carbon nanofiber 10 by the affinity due to the π-π interaction of both aromatic rings represented by van der Waals force. Polymerization proceeds. The polyaniline 21 also has a π-π interaction with the aromatic ring on the surface of the carbon nanofiber 10 due to its conjugated structure. Formation of the composite in which the polyaniline 21 is distributed on the surface of the carbon nanofiber 10 can ensure high conductivity by distributing the electrically conductive portion over the entire polyaniline 21.

また、疎水的なカーボンナノ繊維10を水溶液に分散させる際には、界面活性剤を加えることによって、良好な分散状態を得ることができる。ここで用いる界面活性剤としては、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム塩などの長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩、アルキルベンゼンスルホン酸などのアニオン型界面活性剤、トリトンXなどの中性界面活性剤のいずれも用いることができる。さらに超音波の照射が分散には有効である。   In addition, when the hydrophobic carbon nanofibers 10 are dispersed in the aqueous solution, a good dispersion state can be obtained by adding a surfactant. As the surfactant used here, any of quaternary ammonium salts having a long-chain alkyl group such as hexadecyltrimethylammonium salt, anionic surfactants such as alkylbenzenesulfonic acid, and neutral surfactants such as Triton X can be used. Can be used. Furthermore, ultrasonic irradiation is effective for dispersion.

カーボンナノ繊維10分散下でのアニリンの重合は、簡便さや大量合成が可能といった観点から、水溶液中で行う化学試薬による酸化重合が最も適している。アニリンの重合法として電解重合が知られているが、電極面積が限定されるため、大量合成が難しく化学重合に比べて工業的生産には向かない。カーボンナノ繊維10分散下でのアニリンの重合は、アニリンの酸化重合が発熱反応であることから、冷温化で行うことが望ましく、5℃以下の温度下で行うことが最も望ましい。反応媒体としては、例えば、水、或いは、水−メタノール、水−エタノール、水−プロパノールなどの水と相溶性があるアルコールの水溶液が用いられる。この際、反応媒体のpHとしては、pH3以下が好ましく、pH1以下がより好ましい。反応媒体のpHを調整する際に用いる酸としては、塩酸、硫酸、過塩素酸、臭素酸、パラトルエンスルフォン酸などの強酸を用いることができるが、アニリンの重合度を高くするためには塩酸が最も適している。   The polymerization of aniline under the dispersion of carbon nanofibers 10 is most suitably oxidative polymerization with a chemical reagent performed in an aqueous solution from the viewpoint of simplicity and mass synthesis. Electropolymerization is known as a method for polymerizing aniline, but since the electrode area is limited, large-scale synthesis is difficult and it is not suitable for industrial production compared to chemical polymerization. The polymerization of aniline under the dispersion of carbon nanofibers 10 is preferably performed at a low temperature, and most preferably at a temperature of 5 ° C. or less, because the oxidative polymerization of aniline is an exothermic reaction. As the reaction medium, for example, water or an aqueous solution of alcohol having compatibility with water such as water-methanol, water-ethanol, water-propanol and the like is used. At this time, the pH of the reaction medium is preferably 3 or less, more preferably 1 or less. As the acid used for adjusting the pH of the reaction medium, strong acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid, bromic acid, and paratoluenesulfonic acid can be used. In order to increase the polymerization degree of aniline, hydrochloric acid is used. Is the most suitable.

アニリンの酸化重合に用いる酸化剤としては、過硫酸アンモニウム((NH)、過酸化水素、硫酸第2鉄、塩化第2鉄、重クロム酸などを用いることができるが、硫酸第2鉄や塩化第2鉄は生成する沈殿物の後処理が問題であり、過酸化水素は反応収率が低いことが問題であり、重クロム酸はクロムの毒性の問題があるため、水溶性で沈殿などを生じず、毒性など環境への影響の少ない過硫酸アンモニウムが最も適している。アニリンに対する過硫酸アンモニウムのモル比は、0.2倍量から2.0倍量の範囲が適しているが、高収率と高いアニリン重合度を得るといった観点から0.5倍量から1.5倍量の範囲が最も適している。 As an oxidizing agent used for oxidative polymerization of aniline, ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), hydrogen peroxide, ferric sulfate, ferric chloride, dichromic acid, and the like can be used. Ferric sulfate and ferric chloride have a problem in the post-treatment of the resulting precipitate, hydrogen peroxide has a low reaction yield, and dichromic acid has a problem of chromium toxicity. Most suitable is ammonium persulfate, which is water-soluble, does not cause precipitation, and has little environmental impact such as toxicity. The molar ratio of ammonium persulfate to aniline is suitably in the range of 0.2-fold to 2.0-fold, but 0.5-fold to 1.5-fold from the viewpoint of obtaining a high yield and a high degree of aniline polymerization. The double range is most suitable.

カーボンナノ繊維10の周りに析出したポリアニリン21と、ポリアニオン22と、のポリイオンコンプレックス20の形成は、脱ドープ処理したカーボンナノ繊維/ポリアニリン複合体を水溶液に分散し、この中にプロトン酸(ブレンステッド酸)の水溶液を加え、撹拌(或いは、振とう)により混合することで達成される。ポリアニリン21部分にプロトンが付加し、その対イオンとしてポリアニオン22が導入される。ポリイオンコンプレックス20を形成させる際、カーボンナノ繊維10の周りに析出したポリアニリン21は、還元剤で脱ドープ処理した形態が最適である。ポリアニオン22の添加量は、カーボンナノ繊維10の周りに析出したポリアニリン21に対し、モル比で1倍以上が好ましく、1.5倍から2倍の範囲がより好ましい。また、撹拌時間(或いは、振とう時間)は5時間以上が望ましい。   Formation of the polyion complex 20 of the polyaniline 21 and the polyanion 22 deposited around the carbon nanofiber 10 is performed by dispersing the dedope-treated carbon nanofiber / polyaniline complex in an aqueous solution, and proton acid (Bronsted) in the aqueous solution. This is achieved by adding an aqueous solution of acid) and mixing by stirring (or shaking). A proton is added to the polyaniline 21 portion, and a polyanion 22 is introduced as a counter ion. When the polyion complex 20 is formed, the polyaniline 21 deposited around the carbon nanofibers 10 is optimally dedoped with a reducing agent. The addition amount of the polyanion 22 is preferably 1 or more in terms of molar ratio with respect to the polyaniline 21 deposited around the carbon nanofibers 10, and more preferably in the range of 1.5 to 2 times. The stirring time (or shaking time) is preferably 5 hours or more.

このように、本実施形態の導電性高分子複合体1の製造方法は、カーボンナノ繊維10と界面活性剤の共存下において水溶液中でアニリンを酸化重合するという簡便な操作により、3次元ネットワーク状に広がったカーボンナノ繊維10の表面にポリアニリン21が析出した複合体を簡便に高収率で製造できる。また、脱ドープ体に、任意のポリアニオン22を添加することで、種々のポリイオンコンプレックス20を形成できるため、導電性高分子複合体1として種々の複合体を得ることができる。   As described above, the method for producing the conductive polymer composite 1 of the present embodiment has a three-dimensional network-like structure by a simple operation of oxidative polymerization of aniline in an aqueous solution in the presence of carbon nanofibers 10 and a surfactant. A composite in which the polyaniline 21 is deposited on the surface of the carbon nanofiber 10 spreading in a simple manner can be produced in a high yield. Moreover, since various polyion complexes 20 can be formed by adding an arbitrary polyanion 22 to the dedope, various complexes can be obtained as the conductive polymer complex 1.

以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1によれば、カーボンナノ繊維10を芯として、その表面を、ポリアニリン21とポリアニオン22とからなるポリイオンコンプレックス20が被覆してなる。   According to the conductive polymer composite 1 of the present embodiment described above, the carbon nanofiber 10 is used as a core, and the surface thereof is covered with the polyion complex 20 including the polyaniline 21 and the polyanion 22.

したがって、ポリアニリン21がポリアニオン22とポリイオンコンプレックス20を形成した状態でカーボンナノ繊維10に保持されているため、ポリアニリン21の溶出が防止された耐久性の高い導電性高分子複合体を提供することができる。
すなわち、本実施形態の導電性高分子複合体1によれば、1)電極活物質のポリアニリン21に対し、有機電解液への溶出を防ぐことで長期の充放電サイクルでの容量の低下を防止し、同時に2)高導電性材料であるカーボンナノ繊維10との有効な複合化によって、高いパワー密度を確保する、3)カーボンナノ繊維10へのポリアニリン21の直接結合によって、カーボンネットワークへの電解質の速やかな物質移動と電子伝達を実現し、有効な比表面積の増大により高いエネルギー密度が実現するといった3つの要件を満たすことができる。
また、ポリイオンコンプレックス20がカーボンナノ繊維10に保持されているため、機械的な安定性を確保することができる。
Therefore, since the polyaniline 21 is held by the carbon nanofiber 10 in a state where the polyanion 22 and the polyion complex 20 are formed, it is possible to provide a highly durable conductive polymer composite in which the elution of the polyaniline 21 is prevented. it can.
In other words, according to the conductive polymer composite 1 of the present embodiment, 1) the electrode active material polyaniline 21 is prevented from being eluted into the organic electrolyte solution, thereby preventing a decrease in capacity in a long charge / discharge cycle. At the same time, 2) ensure high power density by effective compounding with carbon nanofibers 10 which are highly conductive materials, and 3) electrolyte to carbon network by direct bonding of polyaniline 21 to carbon nanofibers 10. Thus, it is possible to satisfy the three requirements of realizing a high energy density by increasing the effective specific surface area.
Further, since the polyion complex 20 is held by the carbon nanofibers 10, mechanical stability can be ensured.

また、以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1によれば、カーボンナノ繊維10が、カーボン層が単層のシングルウオールカーボンナノチューブ、カーボン層が多層のマルチウオールカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、繊維状活性炭、或いはこれらの混合物であるように構成することも可能である。   In addition, according to the conductive polymer composite 1 of the present embodiment described above, the carbon nanofiber 10 includes a single-wall carbon nanotube with a single-layer carbon layer, a multi-wall carbon nanotube with a multi-layer carbon layer, and a carbon nanofiber. It is also possible to configure such that it is a fibrous activated carbon or a mixture thereof.

このように構成することによって、より導電性の高い導電性高分子複合体1を提供することが可能となる。   By comprising in this way, it becomes possible to provide the electroconductive polymer composite 1 with higher electroconductivity.

また、以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1によれば、ポリアニリン21が、アニリンとスルホン化アニリンとの共重合体であるように構成することも可能である。   Moreover, according to the conductive polymer composite 1 of this embodiment described above, the polyaniline 21 can also be configured to be a copolymer of aniline and sulfonated aniline.

このように構成することによって、より性能の高い導電性高分子複合体1を提供することが可能となる。   By comprising in this way, it becomes possible to provide the conductive polymer composite 1 with higher performance.

また、以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1によれば、ポリアニリン21が、エメラルディン型のポリアニリンであり、ポリアニオン22が、複数のブレンステッド酸基を有するポリマーであるように構成することも可能である。   Further, according to the conductive polymer composite 1 of the present embodiment described above, the polyaniline 21 is an emeraldine type polyaniline, and the polyanion 22 is a polymer having a plurality of Bronsted acid groups. It is also possible to do.

このように構成することによって、より効果的にポリアニリン21の溶出を防止することが可能となる。
すなわち、エメラルディン型のポリアニリンに対し、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレンスルホン酸、ポリリン酸など、分子中に多数の陰イオンサイトを有するポリアニオン22を対イオンとすることができるため、多数のイオン結合の形成とポリアニリン鎖間の架橋により、有機電解液に難溶のポリイオンコンプレックス20を形成し、活物質(ポリアニリン21)の電解液への溶出をより効果的に防止することが可能となる。
By comprising in this way, it becomes possible to prevent the elution of the polyaniline 21 more effectively.
That is, since polyanion 22 having a large number of anion sites in the molecule, such as polystyrene sulfonic acid, polyethylene sulfonic acid, and polyphosphoric acid, can be used as a counter ion for emeraldine type polyaniline, formation of a large number of ionic bonds. By cross-linking between the polyaniline chains, a polyion complex 20 hardly soluble in the organic electrolyte can be formed, and the elution of the active material (polyaniline 21) into the electrolyte can be more effectively prevented.

以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1の製造方法によれば、カーボンナノ繊維10を含む水溶液中でアニリンを化学重合することによって、当該カーボンナノ繊維10の表面にポリアニリン21を析出させるポリアニリン析出工程と、析出したポリアニリン21を還元するポリアニリン還元工程と、還元したポリアニリン21に、対イオンとしてポリアニオン22を反応させて、ポリイオンコンプレックス20を形成するポリイオンコンプレックス形成工程と、を有する。   According to the manufacturing method of the conductive polymer composite 1 of this embodiment described above, polyaniline 21 is deposited on the surface of the carbon nanofiber 10 by chemically polymerizing aniline in an aqueous solution containing the carbon nanofiber 10. A polyaniline precipitation step, a polyaniline reduction step of reducing the precipitated polyaniline 21, and a polyion complex formation step of forming a polyion complex 20 by reacting the reduced polyaniline 21 with a polyanion 22 as a counter ion.

したがって、簡便な方法で、耐久性の高い導電性高分子複合体を製造することができる。   Therefore, a highly durable conductive polymer composite can be produced by a simple method.

また、以上説明した本実施形態の導電性高分子複合体1の製造方法によれば、ポリアニリン析出工程で用いるカーボンナノ繊維10を含む水溶液中には、界面活性剤が添加されているように構成することも可能である。   Moreover, according to the manufacturing method of the conductive polymer composite 1 of this embodiment described above, the surfactant is added to the aqueous solution containing the carbon nanofibers 10 used in the polyaniline precipitation step. It is also possible to do.

このように構成することによって、カーボンナノ繊維10の表面に略均一にポリアニリン21を析出させることが可能となる。
すなわち、カーボンナノ繊維10の長鎖のネットワークをポリアニリン21のすみずみにまで配線することにより高い導電性を保証し、ネットワークへの速やかな物質移動を達成するためには、導電性材料であるカーボンナノ繊維10との複合化において、カーボンナノ繊維10の表面に均一にポリアニリン21を析出させることが必要であるが、カーボンナノ繊維10を含む水溶液中に界面活性剤を加えることで、カーボンナノ繊維10の分散状態が良好になるため、カーボンナノ繊維10の表面に略均一にポリアニリン21を析出させることが可能となる。
By comprising in this way, it becomes possible to deposit the polyaniline 21 on the surface of the carbon nanofiber 10 substantially uniformly.
That is, in order to ensure high conductivity by wiring a long-chain network of carbon nanofibers 10 to every corner of polyaniline 21, and to achieve rapid mass transfer to the network, carbon that is a conductive material is used. In complexing with the nanofibers 10, it is necessary to deposit the polyaniline 21 uniformly on the surface of the carbon nanofibers 10, but by adding a surfactant to the aqueous solution containing the carbon nanofibers 10, the carbon nanofibers are added. Since the dispersion state of 10 becomes good, it becomes possible to deposit the polyaniline 21 substantially uniformly on the surface of the carbon nanofiber 10.

以下に、具体的な実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.

〔実施例1〕PAN/15%MWCNT/PSS複合体
アニリン塩酸塩(2.6g)を1MHCl(100ml)に溶解させ、この中に未処理(酸洗浄でCo除去のみ)のMWCNT(300mg)を加え、30分超音波照射した。
次いで、界面活性剤(1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを加え、更に30分超音波照射した。ここでは、界面活性剤として、CTAB(臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム)を用いた。
次いで、氷冷し、撹拌しながら過硫酸アンモニウム(NH(4.2g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを徐々に加え、冷蔵庫中で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、泡が収まるまで十分に水洗いし、さらにメタノールで洗浄した後、50℃で乾燥させて、粉体を得た。
[Example 1] PAN / 15% MWCNT / PSS complex Aniline hydrochloride (2.6 g) was dissolved in 1 M HCl (100 ml), and MWCNT (300 mg) of untreated (only acid removal was used to remove Co) was added thereto. In addition, ultrasonic irradiation was performed for 30 minutes.
Then, a surfactant (1 g) dissolved in 1M HCl (20 ml) was added, and the mixture was further subjected to ultrasonic irradiation for 30 minutes. Here, CTAB (hexadecyltrimethylammonium bromide) was used as the surfactant.
Next, the mixture was ice-cooled, and ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (4.2 g) dissolved in 1M HCl (20 ml) was gradually added with stirring, followed by stirring overnight in a refrigerator.
Next, the mixture was filtered, thoroughly washed with water until bubbles disappeared, further washed with methanol, and then dried at 50 ° C. to obtain a powder.

この粉体に、メタノール(90ml)とヒドラジン(10ml)とを加え、60℃で1時間撹拌した。
次いで、フィルターでろ過し、洗浄し、50℃で乾燥させることによって、PAN/15%MWCNT脱ドープ体を得た。PAN/15%MWCNT脱ドープ体の収量は1.6gであった。
Methanol (90 ml) and hydrazine (10 ml) were added to this powder and stirred at 60 ° C. for 1 hour.
Subsequently, it filtered with a filter, wash | cleaned, and dried at 50 degreeC, and the PAN / 15% MWMW dedoped body was obtained. The yield of PAN / 15% MWCNT dedope was 1.6 g.

次いで、PAN/15%MWCNT脱ドープ体(800mg)に、水(20ml)と1MHCl(10ml)とポリスチレンスルホン酸ナトリウム(500mg)とを加え、室温で5時間撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、導電性高分子複合体1であるPAN/15%MWCNT/PSS複合体を得た。PAN/15%MWCNT/PSS複合体の収量は930mgであった。
Next, water (20 ml), 1M HCl (10 ml) and sodium polystyrene sulfonate (500 mg) were added to the PAN / 15% MWCNT dedope (800 mg), and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours.
Subsequently, it filtered, wash | cleaned with water and methanol, and was made to dry at 50 degreeC, and the PAN / 15% MWMW / PSS composite which is the conductive polymer composite 1 was obtained. The yield of PAN / 15% MWCNT / PSS complex was 930 mg.

ここで、導電性高分子複合体1の構成成分であるポリアニリン21のTEM画像を図4(a)に、導電性高分子複合体1の構成成分であるMWCNT(カーボンナノ繊維10)のTEM画像を図4(b)に示す。
また、得られたPAN/15%MWCNT/PSS複合体のTEM画像を図5に示す。図5の画像から、カーボンナノ繊維10であるMWCNTの表面が、ポリイオンコンプレックス20で略均一に被覆されていることが分かる。
また、PAN/15%MWCNT/PSS複合体のFTIRスペクトルを図6に示す。このFTIRスペクトルから、1330cm−1付近にPSS(ポリスチレンスルホン酸ナトリウム)のスルホン酸基に起因する強い吸収が観測されることが分かる。これにより、PSSとの複合化が示された。
Here, a TEM image of polyaniline 21 that is a constituent component of the conductive polymer composite 1 is shown in FIG. 4A, and a TEM image of MWCNT (carbon nanofiber 10) that is a constituent component of the conductive polymer composite 1 is shown in FIG. Is shown in FIG.
Further, a TEM image of the obtained PAN / 15% MWCNT / PSS composite is shown in FIG. From the image of FIG. 5, it can be seen that the surface of the MWCNT, which is the carbon nanofiber 10, is substantially uniformly coated with the polyion complex 20.
FIG. 6 shows the FTIR spectrum of the PAN / 15% MWCNT / PSS composite. From this FTIR spectrum, it can be seen that strong absorption due to the sulfonic acid group of PSS (sodium polystyrene sulfonate) is observed in the vicinity of 1330 cm −1 . This showed complexation with PSS.

〔実施例2〕PAN/15%MWCNT/PVS複合体
実施例1で合成したPAN/15%MWCNT脱ドープ体(800mg)に、水(20ml)と1MHCl(10ml)と25%ポリビニルスルホン酸ナトリウム水溶液(2g)とを加え、室温で5時間撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、導電性高分子複合体1であるPAN/15%MWCNT/PVS複合体を得た。PAN/15%MWCNT/PVS複合体の収量は930mgであった。
[Example 2] PAN / 15% MWCNT / PVS composite The PAN / 15% MWCNT dedope (800 mg) synthesized in Example 1 was mixed with water (20 ml), 1 M HCl (10 ml), and a 25% sodium polyvinyl sulfonate aqueous solution. (2 g) was added and stirred at room temperature for 5 hours.
Subsequently, it filtered, wash | cleaned with water and methanol, and was dried at 50 degreeC, and the PAN / 15% MWMW / PVS composite which is the conductive polymer composite 1 was obtained. The yield of PAN / 15% MWCNT / PVS composite was 930 mg.

得られたPAN/15%MWCNT/PVS複合体のFTIRスペクトルを図7に示す。このFTIRスペクトルから、1330cm−1付近にPVS(ポリビニルスルホン酸ナトリウム)のスルホン酸基に起因する強く幅広い吸収が観測されることが分かる。これにより、PVSとの複合化が示された。
また、PAN/15%MWCNT/PVS複合体の示差熱分析の結果を図8に示す。この示差熱分析の結果から、300℃までの昇温による重量現象はほとんどないことが分かる。
The FTIR spectrum of the obtained PAN / 15% MWCNT / PVS composite is shown in FIG. From this FTIR spectrum, it can be seen that strong and broad absorption due to the sulfonic acid group of PVS (sodium polyvinyl sulfonate) is observed in the vicinity of 1330 cm −1 . Thereby, the composite with PVS was shown.
The results of differential thermal analysis of the PAN / 15% MWCNT / PVS composite are shown in FIG. From the results of this differential thermal analysis, it can be seen that there is almost no weight phenomenon due to the temperature rise up to 300 ° C.

〔実施例3a〕PAN/15%MWCNT(KOH)/PSS複合体
MWCNTをKOH粉末と混合し、窒素雰囲気下800℃で1時間加熱して、MWCNTにKOH処理を施した。このKOH処理したMWCNTを用い、実施例1と同様の手順で導電性高分子複合体1であるPAN/15%MWCNT(KOH)/PSS複合体を得た。
[Example 3a] PAN / 15% MWCNT (KOH) / PSS composite MWCNT was mixed with KOH powder and heated at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to subject the MWCNT to KOH treatment. Using this KOH-treated MWCNT, a PAN / 15% MWCNT (KOH) / PSS composite as a conductive polymer composite 1 was obtained in the same procedure as in Example 1.

〔実施例3b〕PAN/15%MWCNT(アミノ化)/PSS複合体
MWCNTをオクチルアミンと反応させて、MWCNTにアミノ化処理を施した。このアミノ化処理したMWCNTを用い、実施例1と同様の手順でPAN/15%MWCNT(アミノ化)/PSS複合体を得た。
[Example 3b] PAN / 15% MWCNT (aminated) / PSS complex MWCNT was reacted with octylamine to subject the MWCNT to amination. Using this aminated MWCNT, a PAN / 15% MWCNT (aminated) / PSS composite was obtained in the same procedure as in Example 1.

〔実施例4a〕PAN/15%MWCNT(KOH)/PVS複合体
MWCNTをKOH粉末と混合し、窒素雰囲気下800℃で1時間加熱して、MWCNTにKOH処理を施した。このKOH処理したMWCNTを用い、実施例2と同様の手順で導電性高分子複合体1であるPAN/15%MWCNT(KOH)/PVS複合体を得た。
[Example 4a] PAN / 15% MWCNT (KOH) / PVS composite MWCNT was mixed with KOH powder and heated at 800 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to subject the MWCNT to KOH treatment. Using this KOH-treated MWCNT, a PAN / 15% MWCNT (KOH) / PVS composite as a conductive polymer composite 1 was obtained in the same procedure as in Example 2.

〔実施例4b〕PAN/15%MWCNT(アミノ化)/PVS複合体
MWCNTをオクチルアミンと反応させて、MWCNTにアミノ化処理を施した。このアミノ化処理したMWCNTを用い、実施例2と同様の手順でPAN/15%MWCNT(アミノ化)/PVS複合体を得た。
[Example 4b] PAN / 15% MWCNT (aminated) / PVS complex MWCNT was reacted with octylamine to subject the MWCNT to amination. Using this aminated MWCNT, a PAN / 15% MWCNT (aminated) / PVS composite was obtained in the same procedure as in Example 2.

〔実施例5〕PAN/30%MWCNT/PSS複合体
アニリン塩酸塩(1.3g)を2MHCl(50ml)に溶解させ、この中に未処理(酸洗浄でCo除去のみ)のMWCNT(300mg)を加え、30分超音波照射した。
次いで、界面活性剤であるCTAB(1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを加え、更に30分超音波照射した。
次いで、氷冷し、撹拌しながら過硫酸アンモニウム(NH(2.1g)を2MHCl(20ml)に溶解したものを徐々に加え、冷蔵庫中で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、水洗いし、メタノールで洗浄した後、50℃で乾燥させて、粉体を得た。
[Example 5] PAN / 30% MWCNT / PSS complex Aniline hydrochloride (1.3 g) was dissolved in 2 M HCl (50 ml), and MWCNT (300 mg only) untreated (only acid-washed to remove Co) was added thereto. In addition, ultrasonic irradiation was performed for 30 minutes.
Next, a solution obtained by dissolving CTAB (1 g) as a surfactant in 1 M HCl (20 ml) was added, and ultrasonic irradiation was further performed for 30 minutes.
Next, the mixture was ice-cooled, and ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (2.1 g) dissolved in 2M HCl (20 ml) was gradually added with stirring, followed by stirring overnight in a refrigerator.
Next, the mixture was filtered, washed with water, washed with methanol, and dried at 50 ° C. to obtain a powder.

この粉体に、メタノール(40ml)とヒドラジン(10ml)とを加え、60℃で2時間分撹拌した。
次いで、フィルターでろ過し、洗浄し、50℃で乾燥させることによって、PAN/30%MWCNT脱ドープ体を得た。PAN/30%MWCNT脱ドープ体の収量は840mgであった。
Methanol (40 ml) and hydrazine (10 ml) were added to this powder and stirred at 60 ° C. for 2 hours.
Subsequently, it filtered with a filter, wash | cleaned, and dried at 50 degreeC, and the PAN / 30% MWMW dedope was obtained. The yield of the PAN / 30% MWCNT dedope was 840 mg.

次いで、PAN/30%MWCNT脱ドープ体(840mg)に、水(20ml)と1MHCl(10ml)とポリスチレンスルホン酸ナトリウム(500mg)とを加え、室温で5時間撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、導電性高分子複合体1であるPAN/30%MWCNT/PSS複合体を得た。PAN/30%MWCNT/PSS複合体の収量は900mgであった。
また、得られたPAN/30%MWCNT/PSS複合体のTEM画像を図9に示す。図9の画像から、カーボンナノ繊維10であるMWCNTの表面が、ポリイオンコンプレックス20で略均一に被覆されていることが分かる。
Next, water (20 ml), 1M HCl (10 ml) and sodium polystyrene sulfonate (500 mg) were added to the PAN / 30% MWCNT dedope (840 mg), and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours.
Subsequently, it filtered, wash | cleaned with water and methanol, and was made to dry at 50 degreeC, and the PAN / 30% MWCNT / PSS composite which is the conductive polymer composite 1 was obtained. The yield of PAN / 30% MWCNT / PSS composite was 900 mg.
In addition, a TEM image of the obtained PAN / 30% MWCNT / PSS composite is shown in FIG. From the image in FIG. 9, it can be seen that the surface of the MWCNT, which is the carbon nanofiber 10, is substantially uniformly coated with the polyion complex 20.

〔実施例6〕PAN/10%SWCNT/PSS複合体
アニリン塩酸塩(1.3g)を1MHCl(100ml)に溶解させ、この中に未処理(酸洗浄でCo除去のみ)のSWCNT(100mg)を加え、30分超音波照射した。
次いで、界面活性剤であるCTAB(1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを加え、更に30分超音波照射した。
次いで、氷冷し、撹拌しながら過硫酸アンモニウム(NH(2.1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを徐々に加え、冷蔵庫内で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、泡が収まるまで十分に水洗いし、さらにメタノールで洗浄した後、50℃で乾燥させて、粉体を得た。
[Example 6] PAN / 10% SWCNT / PSS complex Aniline hydrochloride (1.3 g) was dissolved in 1 M HCl (100 ml), and untreated (only acid removal was used to remove Co) SWCNT (100 mg). In addition, ultrasonic irradiation was performed for 30 minutes.
Next, a solution obtained by dissolving CTAB (1 g) as a surfactant in 1 M HCl (20 ml) was added, and ultrasonic irradiation was further performed for 30 minutes.
Next, the mixture was ice-cooled, and ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (2.1 g) dissolved in 1M HCl (20 ml) was gradually added with stirring, followed by stirring overnight in a refrigerator.
Next, the mixture was filtered, thoroughly washed with water until bubbles disappeared, further washed with methanol, and then dried at 50 ° C. to obtain a powder.

この粉体に、メタノール(90ml)とヒドラジン(10ml)とを加え、60℃で1時間撹拌した。
次いで、フィルターでろ過し、洗浄し、50℃で乾燥させることによって、PAN/10%SWCNT脱ドープ体を得た。PAN/10%SWCNT脱ドープ体の収量は780mgであった。
Methanol (90 ml) and hydrazine (10 ml) were added to this powder and stirred at 60 ° C. for 1 hour.
Subsequently, it filtered with a filter, wash | cleaned, and dried at 50 degreeC, and the PAN / 10% SWCNT dedope was obtained. The yield of the PAN / 10% SWCNT dedope was 780 mg.

次いで、PAN/10%SWCNT脱ドープ体(780mg)に、水(20ml)と1MHCl(20ml)とポリスチレンスルホン酸ナトリウム(500mg)とを加え、室温で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、導電性高分子複合体1であるポリアニリン/10%SWCNT/PSS複合体を得た。ポリアニリン/10%SWCNT/PSS複合体の収量は930mgであった。
Next, water (20 ml), 1M HCl (20 ml) and sodium polystyrene sulfonate (500 mg) were added to the PAN / 10% SWCNT dedope (780 mg), and the mixture was stirred overnight at room temperature.
Subsequently, it filtered, wash | cleaned with water and methanol, and was made to dry at 50 degreeC, and the polyaniline / 10% SWCNT / PSS composite_body | complex which is the conductive polymer composite_body | complex 1 was obtained. The yield of polyaniline / 10% SWCNT / PSS composite was 930 mg.

〔実施例7〕P(AN+S−AN)/20%MWCNT/PSS複合体
1MHCl(40ml)とエタノール(40ml)との混合液に、未処理(酸洗浄でCo除去のみ)のMWCNT(300mg)を加え撹拌し、30分超音波照射した。
次いで、アニリン塩酸塩(2.3g)と2−スルホン化アニリン(350mg)とを塩酸(100ml)に溶解したものを加えた。
次いで、界面活性剤であるCTAB(1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを加え、更に30分超音波照射した。
次いで、氷冷し、攪拌しながら過硫酸アンモニウム(NH(4g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを徐々に加え、氷冷下で6時間撹拌した。
次いで、ろ過し、水洗いし、さらにメタノールで洗浄した後、50℃で乾燥させて、粉体を得た。
[Example 7] P (AN + S-AN) / 20% MWCNT / PSS complex To a mixed solution of 1M HCl (40 ml) and ethanol (40 ml), MWCNT (300 mg) of untreated (only acid removal was used to remove Co) was added. The mixture was stirred and subjected to ultrasonic irradiation for 30 minutes.
Then, aniline hydrochloride (2.3 g) and 2-sulfonated aniline (350 mg) dissolved in hydrochloric acid (100 ml) were added.
Next, a solution obtained by dissolving CTAB (1 g) as a surfactant in 1 M HCl (20 ml) was added, and ultrasonic irradiation was further performed for 30 minutes.
Next, the mixture was ice-cooled, and ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (4 g) dissolved in 1M HCl (20 ml) was gradually added with stirring, followed by stirring for 6 hours under ice-cooling.
Next, the mixture was filtered, washed with water, further washed with methanol, and dried at 50 ° C. to obtain a powder.

この粉体に、メタノール(40ml)とヒドラジン(10ml)とを加え、60℃で4時間撹拌した。
次いで、フィルターでろ過し、メタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、P(AN+S−AN)/20%MWCNT脱ドープ体を得た。P(AN+S−AN)/20%MWCNT脱ドープ体の収量は1.5gであった。
Methanol (40 ml) and hydrazine (10 ml) were added to this powder and stirred at 60 ° C. for 4 hours.
Subsequently, the P (AN + S-AN) / 20% MWCNT dedope was obtained by filtering with a filter, wash | cleaning with methanol, and making it dry at 50 degreeC. The yield of P (AN + S-AN) / 20% MWCNT dedope was 1.5 g.

次いで、P(AN+S−AN)/20%MWCNT脱ドープ体(1.5g)に、水(20ml)と1MHCl(20ml)とポリスチレンスルホン酸ナトリウム(500mg)とを加え、室温で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、導電性高分子複合体1であるP(AN+S−AN)/20%MWCNT/PSS複合体を得た。P(AN+S−AN)/20%MWCNT/PSS複合体の収量は1.75gであった。
Next, water (20 ml), 1M HCl (20 ml) and sodium polystyrene sulfonate (500 mg) were added to P (AN + S-AN) / 20% MWCNT dedope (1.5 g), and the mixture was stirred overnight at room temperature.
Subsequently, it filtered, wash | cleaned with water and methanol, and dried at 50 degreeC, and obtained P (AN + S-AN) / 20% MWCNT / PSS composite_body | complex which is the conductive polymer composite_body | complex 1. The yield of P (AN + S-AN) / 20% MWCNT / PSS composite was 1.75 g.

〔比較例1〕P(AN+S−AN)/20%AB/PSS複合体
1MHCl(40ml)とエタノール(40ml)との混合液に、アセチレンブラック(300mg)を加え撹拌し、30分超音波照射した。
次いで、アニリン塩酸塩(2.3g)と2−スルホン化アニリン(0.35g)とを塩酸(100ml)に溶解したものを加えた。
次いで、界面活性剤であるCTAB(1g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを加え、更に30分超音波照射した。
次いで、氷冷し、攪拌しながら過硫酸アンモニウム(NH(4g)を1MHCl(20ml)に溶解したものを徐々に加え、氷冷下で6時間撹拌後した。
次いで、ろ過し、水洗いし、さらにメタノールで洗浄した後、50℃で乾燥させて、粉体を得た。
[Comparative Example 1] P (AN + S-AN) / 20% AB / PSS complex To a mixed solution of 1M HCl (40 ml) and ethanol (40 ml), acetylene black (300 mg) was added and stirred, followed by ultrasonic irradiation for 30 minutes. .
Then, aniline hydrochloride (2.3 g) and 2-sulfonated aniline (0.35 g) dissolved in hydrochloric acid (100 ml) were added.
Next, a solution obtained by dissolving CTAB (1 g) as a surfactant in 1 M HCl (20 ml) was added, and ultrasonic irradiation was further performed for 30 minutes.
Next, the mixture was ice-cooled, and ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (4 g) dissolved in 1M HCl (20 ml) was gradually added with stirring, followed by stirring for 6 hours under ice-cooling.
Next, the mixture was filtered, washed with water, further washed with methanol, and dried at 50 ° C. to obtain a powder.

この粉体に、メタノール(40ml)とヒドラジン(10ml)とを加え、60℃で6時間撹拌した。
次いで、フィルターでろ過し、メタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、P(AN+S−AN)/20%AB脱ドープ体を得た。P(AN+S−AN)/20%AB脱ドープ体の収量は1.6gであった。
Methanol (40 ml) and hydrazine (10 ml) were added to this powder and stirred at 60 ° C. for 6 hours.
Then, it filtered with a filter, wash | cleaned with methanol, and dried at 50 degreeC, and obtained the P (AN + S-AN) / 20% AB dedope. The yield of P (AN + S-AN) / 20% AB dedope was 1.6 g.

次いで、P(AN+S−AN)/20%AB脱ドープ体(1.0g)に、水(20ml)と1MHCl(20ml)とポリスチレンスルホン酸ナトリウム(500mg)とを加え、室温で一夜撹拌した。
次いで、ろ過し、水およびメタノールで洗浄し、50℃で乾燥させることによって、P(AN+S−AN)/20%AB/PSS複合体を得た。P(AN+S−AN)/20%AB/PSS複合体の収量は1.2gであった。
得られたP(AN+S−AN)/20%AB/PSS複合体のTEM画像を図10に示す。
Next, water (20 ml), 1M HCl (20 ml) and sodium polystyrene sulfonate (500 mg) were added to P (AN + S-AN) / 20% AB dedope (1.0 g), and the mixture was stirred overnight at room temperature.
It was then filtered, washed with water and methanol, and dried at 50 ° C. to obtain a P (AN + S-AN) / 20% AB / PSS complex. The yield of P (AN + S-AN) / 20% AB / PSS complex was 1.2 g.
A TEM image of the obtained P (AN + S-AN) / 20% AB / PSS composite is shown in FIG.

〔比較例2〕YP50
活性炭(YP50、クラレケミカル製)を用意した。
[Comparative Example 2] YP50
Activated carbon (YP50, made by Kuraray Chemical) was prepared.

〔充放電試験〕
実施例1,2,3a,4a,3b,4b,5,6,7の試料(すなわち、導電性高分子複合体1)、比較例1,2の試料を正極活物質として用い、負極としてリチウム金属またはリチウムドープしたカーボン材料からなる電極を用いて、リチウムイオンキャパシタを構成し、充放電試験を行った。
(Charge / discharge test)
The samples of Examples 1, 2, 3a, 4a, 3b, 4b, 5, 6 and 7 (that is, the conductive polymer composite 1) and the samples of Comparative Examples 1 and 2 were used as the positive electrode active material, and lithium was used as the negative electrode. A lithium ion capacitor was constructed using an electrode made of a metal or a lithium-doped carbon material, and a charge / discharge test was performed.

まず、正極を作製した。
正極活物質:導電助剤:粘結剤:バインダー樹脂=16:2:1:1の割合で混合した。具体的には、正極活物質(240mg)と、導電助剤であるアセチレンブラック(30mg)と、粘結剤であるCMC(カルボキシメチルセルロース)の2%水溶液(1500μL)と、バインダー樹脂であるSBR(スチレンブタジエンゴム)のディスパージョン(7.5μL。固形分48%)とを混合し、乳鉢にて混練して、正極活物質スラリーを得た。
次いで、ドクターブレードによって正極活物質スラリーをアルミ集電極上へ300μmの厚さで塗布し、自然乾燥させた後、120℃で20分乾燥させ、10MPaの圧力を加えて成型した。
次いで、直径15mmの円形状に打ち抜いて正電極板とし、この正電極板を80℃で24時間、減圧乾燥させて水分を十分に飛ばすことによって、正極を得た。
First, a positive electrode was produced.
Positive electrode active material: conductive auxiliary agent: binder: binder resin = 16: 2: 1: 1. Specifically, a positive electrode active material (240 mg), acetylene black (30 mg) as a conductive additive, a 2% aqueous solution (1500 μL) of CMC (carboxymethyl cellulose) as a binder, and SBR (binder resin) A dispersion of styrene butadiene rubber (7.5 μL, solid content 48%) was mixed and kneaded in a mortar to obtain a positive electrode active material slurry.
Next, the positive electrode active material slurry was applied to the aluminum collector electrode with a thickness of 300 μm by a doctor blade, naturally dried, then dried at 120 ° C. for 20 minutes, and molded by applying a pressure of 10 MPa.
Next, a positive electrode plate was punched into a circular shape having a diameter of 15 mm, and this positive electrode plate was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 24 hours to sufficiently remove moisture, thereby obtaining a positive electrode.

次に、負極を作製した。
黒鉛シートを直径15mmの円形状に打ち抜き、80℃で24時間、減圧乾燥させて水分を十分に飛ばした。
次いで、直径15mmの円形状に打ち抜いたLi箔の上にセパレータ(円形状のポリオレフィン系フィルム(直径:20mm))を載置し、そのセパレータに電解液(LiPF(電解質)をEC+EMC溶液(溶媒)に溶解させたもの(電解質濃度:1mol/L))を滴下し、電解液を含浸したセパレータの上に黒鉛シートを載置してセルを構成した。
次いで、Li箔(正極)と黒鉛シート(負極)との間を0.1Ω程度の抵抗で短絡して、黒鉛シートにリチウムイオンをプレドープすることによって負極を得た。そして、セルを分解して、プレドープ済みの黒鉛シート(負極)を取り出した。
なお、負極としては、リチウムイオンをプレドープした黒鉛シートではなく、金属リチウム電極等を用いることもできる。
Next, a negative electrode was produced.
The graphite sheet was punched into a circular shape having a diameter of 15 mm and dried under reduced pressure at 80 ° C. for 24 hours to sufficiently remove moisture.
Next, a separator (circular polyolefin film (diameter: 20 mm)) was placed on a Li foil punched into a circular shape with a diameter of 15 mm, and an electrolytic solution (LiPF 6 (electrolyte) was added to the separator with an EC + EMC solution (solvent). ) (Electrolyte concentration: 1 mol / L)) was dropped, and a graphite sheet was placed on the separator impregnated with the electrolytic solution to constitute a cell.
Next, the Li foil (positive electrode) and the graphite sheet (negative electrode) were short-circuited with a resistance of about 0.1Ω, and the graphite sheet was pre-doped with lithium ions to obtain a negative electrode. And the cell was decomposed | disassembled and the pre-doped graphite sheet (negative electrode) was taken out.
In addition, as a negative electrode, a metal lithium electrode etc. can also be used instead of the graphite sheet which pre-doped lithium ion.

次に、組み上げ作業を行って、リチウムイオンキャパシタを作製した。なお、組み上げ作業は全てアルゴン雰囲気中(具体的には、アルゴンガスで満たされたグローブボックス内)で行った。評価用セルとして二極式フラットセルを用い、円形状のポリオレフィン系フィルム(直径:20mm)をセパレータとして、LiPF(電解質)をEC+EMC溶液(溶媒)に溶解させたもの(電解質濃度:1mol/L)を電解液として用いた。
上記取り出した負極と、上記作製した正極との間に、電解液を含浸したセパレータを挟むことによって、リチウムイオンキャパシタを構成した。
Next, assembly work was performed to produce a lithium ion capacitor. All assembly operations were performed in an argon atmosphere (specifically, in a glove box filled with argon gas). A bipolar flat cell is used as an evaluation cell, and LiPF 6 (electrolyte) is dissolved in an EC + EMC solution (solvent) using a circular polyolefin film (diameter: 20 mm) as a separator (electrolyte concentration: 1 mol / L). ) Was used as the electrolyte.
A lithium ion capacitor was configured by sandwiching a separator impregnated with an electrolyte between the extracted negative electrode and the prepared positive electrode.

次に、充放電試験を行って各キャパシタの特性を評価した。
実施例1,2,3a,4a,3b,4b,5,6,7の試料および比較例1,2の試料のそれぞれを正極活物質として用いた各キャパシタについて、定電流法(1mA/cm)で充放電試験を行った。当該充放電試験の結果(セル容量、内部抵抗)および当該結果から求めた静電容量を図11に示す。また、当該充放電試験中に正極から溶出物があるかを目視で確認した結果も図11に示す。
Next, a charge / discharge test was performed to evaluate the characteristics of each capacitor.
For each capacitor using each of the samples of Examples 1, 2, 3a, 4a, 3b, 4b, 5, 6, and 7 and the samples of Comparative Examples 1 and 2 as the positive electrode active material, the constant current method (1 mA / cm 2 The charge / discharge test was conducted. FIG. 11 shows the results of the charge / discharge test (cell capacity, internal resistance) and the capacitance determined from the results. Moreover, the result of having confirmed visually whether there exists an elution from a positive electrode during the said charging / discharging test is also shown in FIG.

図11に示すように、実施例の試料を正極活物質として用いたキャパシタは、比較例2の試料を正極活物質として用いたキャパシタ(すなわち、標準リチウムイオンキャパシタ)よりも高性能である(すなわち、容量が高く内部抵抗が低い)ことが分かる。中でも、実施例7の試料、すなわちポリアニリン21がアニリンとスルホン化アニリンとの共重合体である導電性高分子複合体1を正極活物質として用いたキャパシタが、とりわけ高性能であることが分かる。
また、図11に示すように、比較例1の試料を正極活物質として用いたキャパシタは、比較例2の試料を正極活物質として用いたキャパシタよりも性能が悪い(すなわち、容量が低く内部抵抗が高い)ことが分かる。比較例1の試料は、カーボンナノ繊維10にかえてアセチレンブラックを用いた導電性高分子複合体である。
以上のことから、ポリアニリン21とカーボンナノ繊維10の組み合わせが、ポリアニリン21とアセチレンブラックの組み合わせよりも好ましいことが分かった。
また、ポリアニリン21が、ポリアニオン22とポリイオンコンプレックス20を形成した状態であっても、十分な性能を示すことが分かった。
As shown in FIG. 11, the capacitor using the sample of the example as the positive electrode active material has higher performance than the capacitor using the sample of the comparative example 2 as the positive electrode active material (that is, a standard lithium ion capacitor). It can be seen that the capacitance is high and the internal resistance is low. Among them, the sample using Example 7, that is, the capacitor using the conductive polymer composite 1 in which the polyaniline 21 is a copolymer of aniline and sulfonated aniline as a positive electrode active material is found to have particularly high performance.
Further, as shown in FIG. 11, the capacitor using the sample of Comparative Example 1 as the positive electrode active material performs worse than the capacitor using the sample of Comparative Example 2 as the positive electrode active material (that is, the capacity is low and the internal resistance is low). Is high). The sample of Comparative Example 1 is a conductive polymer composite using acetylene black instead of the carbon nanofibers 10.
From the above, it was found that the combination of polyaniline 21 and carbon nanofiber 10 is more preferable than the combination of polyaniline 21 and acetylene black.
Further, it was found that the polyaniline 21 exhibits sufficient performance even when the polyanion 22 and the polyion complex 20 are formed.

〔溶出試験1〕
実施例1の複合体(すなわち、PAN/15%MWCNT/PSS複合体)と、実施例1の複合体を作製する途中で得た脱ドープ体(すなわち、PAN/15%MWCNT脱ドープ体)と、脱ドープ処理を施したポリアニリンと、をそれぞれ160mgずつビーカーに取り、これに、0.1Mのテトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレート(TEA・[BF4])を溶解したプロピレンカーボネート(20ml)を加えた。
次いで、一夜撹拌した後、ろ紙にてろ過し、ろ液の可視吸収スペクトル測定した。その結果を図12に示す。
[Elution test 1]
The composite of Example 1 (ie, PAN / 15% MWCNT / PSS composite) and the dedope obtained during the production of the composite of Example 1 (ie, PAN / 15% MWCNT dedope) In addition, 160 mg each of the dedope-treated polyaniline was taken in a beaker, and propylene carbonate (20 ml) in which 0.1 M tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA · [BF 4 ]) was dissolved was added thereto. .
Subsequently, after stirring overnight, it filtered with the filter paper and the visible absorption spectrum of the filtrate was measured. The result is shown in FIG.

図12に示すように、PAN/15%MWCNT脱ドープ体のろ液と、脱ドープ処理を施したポリアニリンのろ液は、600nmおよび320nmにピークを持つ吸収が認められた。
これに対し、PAN/15%MWCNT/PSS複合体のろ液は、吸収ピークが観測されなかった。
また、吸収ピークの大きさは、脱ドープ処理を施したポリアニリン>PAN/15%MWCNT脱ドープ体>PAN/15%MWCNT/PSS複合体の順に小さくなることが分かった。
これにより、ポリアニリン21単体よりも、カーボンナノ繊維10の表面に析出させたポリアニリン21の方が溶出しにくいことが分かった。これは、ポリアニリン21がカーボンナノ繊維10に保持されているためと考えられる。
As shown in FIG. 12, absorption having peaks at 600 nm and 320 nm was observed in the filtrate of the PAN / 15% MWCNT dedope and the filtrate of polyaniline subjected to the dedope treatment.
On the other hand, no absorption peak was observed in the PAN / 15% MWCNT / PSS composite filtrate.
Further, it was found that the size of the absorption peak decreases in the order of polyaniline subjected to dedoping treatment> PAN / 15% MWCNT dedope> PAN / 15% MWCNT / PSS composite.
Thereby, it turned out that the polyaniline 21 deposited on the surface of the carbon nanofiber 10 is less likely to elute than the polyaniline 21 alone. This is considered because the polyaniline 21 is held by the carbon nanofibers 10.

さらに、カーボンナノ繊維10の表面に析出させたポリアニリン21は、ポリアニオン22とポリイオンコンプレックス20を形成することで、ほとんど溶出しなくなることが分かった。これは、ポリアニリン21がポリアニオン22とポリイオンコンプレックス20を形成した状態でカーボンナノ繊維10に保持されているためと考えられる。   Furthermore, it has been found that the polyaniline 21 deposited on the surface of the carbon nanofiber 10 hardly elutes by forming the polyanion 22 and the polyion complex 20. This is presumably because the polyaniline 21 is held by the carbon nanofibers 10 in a state where the polyanion 22 and the polyion complex 20 are formed.

〔溶出試験2〕
実施例7の複合体(すなわち、P(AN+S−AN)/20%MWCNT/PSS複合体)と、実施例7の複合体を作製する途中で得た脱ドープ体(すなわち、P(AN+S−AN)/20%MWCNT脱ドープ体)と、をそれぞれ160mgずつビーカーにとり、これに、0.1MのTEA・[BF4]を溶解したプロピレンカーボネート(20ml)を加えた。
次いで、一夜撹拌した後、ろ紙にてろ過し、ろ液の可視吸収スペクトルを測定した。その結果を図13に示す。
[Elution test 2]
The composite of Example 7 (ie, P (AN + S-AN) / 20% MWCNT / PSS composite) and the dedope obtained during the preparation of the composite of Example 7 (ie, P (AN + S-AN) ) / 20% MWCNT dedope) in a beaker, and propylene carbonate (20 ml) in which 0.1 M TEA · [BF 4 ] was dissolved was added thereto.
Subsequently, after stirring overnight, it filtered with the filter paper and the visible absorption spectrum of the filtrate was measured. The result is shown in FIG.

図13に示すように、P(AN+S−AN)/20%MWCNT脱ドープ体のろ液は、600nmおよび320nmに吸収ピークを示した。
これに対し、P(AN+S−AN)/20%MWCNT/PSS複合体のろ液は、吸収ピークを観測されなかった。
これにより、P(AN+S−AN)/20%MWCNTは、PSSとポリイオンコンプレックスを形成することで、ほとんど溶出しないことが分かった。
As shown in FIG. 13, the filtrate of P (AN + S-AN) / 20% MWCNT dedope showed absorption peaks at 600 nm and 320 nm.
In contrast, no absorption peak was observed in the filtrate of P (AN + S-AN) / 20% MWCNT / PSS composite.
Thereby, it turned out that P (AN + S-AN) / 20% MWCNT hardly elutes by forming a polyion complex with PSS.

10 カーボンナノ繊維
20 ポリイオンコンプレックス
21 ポリアニリン
22 ポリアニオン
10 carbon nanofiber 20 polyion complex 21 polyaniline 22 polyanion

Claims (6)

カーボンナノ繊維を芯として、その表面を、ポリアニリンとポリアニオンとからなるポリイオンコンプレックスが被覆してなることを特徴とする導電性高分子複合体。   A conductive polymer composite comprising a carbon nanofiber as a core and a surface coated with a polyion complex composed of polyaniline and polyanion. 前記カーボンナノ繊維が、カーボン層が単層のシングルウオールカーボンナノチューブ、カーボン層が多層のマルチウオールカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、繊維状活性炭、或いはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載の導電性高分子複合体。   2. The carbon nanofiber according to claim 1, wherein the carbon layer is a single-walled carbon nanotube having a single carbon layer, a multi-walled carbon nanotube having a carbon layer, a carbon nanofiber, a fibrous activated carbon, or a mixture thereof. The conductive polymer composite described. 前記ポリアニリンが、アニリンとスルホン化アニリンとの共重合体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の導電性高分子複合体。   The conductive polymer composite according to claim 1 or 2, wherein the polyaniline is a copolymer of aniline and sulfonated aniline. 前記ポリアニリンが、エメラルディン型のポリアニリンであり、
前記ポリアニオンが、複数のブレンステッド酸基を有するポリマーであることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の導電性高分子複合体。
The polyaniline is an emeraldine type polyaniline,
The conductive polymer composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyanion is a polymer having a plurality of Bronsted acid groups.
請求項1から4の何れか一項に記載の導電性高分子複合体の製造方法であって、
前記カーボンナノ繊維を含む水溶液中でアニリンを化学重合することによって、当該カーボンナノ繊維の表面に前記ポリアニリンを析出させるポリアニリン析出工程と、
前記析出したポリアニリンを還元するポリアニリン還元工程と、
前記還元したポリアニリンに、対イオンとして前記ポリアニオンを反応させて、前記ポリイオンコンプレックスを形成するポリイオンコンプレックス形成工程と、を有することを特徴とする導電性高分子複合体の製造方法。
A method for producing a conductive polymer composite according to any one of claims 1 to 4,
A polyaniline precipitation step of depositing the polyaniline on the surface of the carbon nanofibers by chemically polymerizing aniline in an aqueous solution containing the carbon nanofibers;
A polyaniline reduction step of reducing the precipitated polyaniline;
A polyion complex forming step of reacting the reduced polyaniline with the polyanion as a counter ion to form the polyion complex, and a method for producing a conductive polymer composite.
前記ポリアニリン析出工程で用いる前記カーボンナノ繊維を含む水溶液中には、界面活性剤が添加されていることを特徴とする請求項5に記載の導電性高分子複合体の製造方法。   The method for producing a conductive polymer composite according to claim 5, wherein a surfactant is added to the aqueous solution containing the carbon nanofibers used in the polyaniline precipitation step.
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