JP2519180B2 - Organic electrolyte battery - Google Patents

Organic electrolyte battery

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JP2519180B2
JP2519180B2 JP62052635A JP5263587A JP2519180B2 JP 2519180 B2 JP2519180 B2 JP 2519180B2 JP 62052635 A JP62052635 A JP 62052635A JP 5263587 A JP5263587 A JP 5263587A JP 2519180 B2 JP2519180 B2 JP 2519180B2
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organic electrolyte
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は電気伝導性有機高分子材料に電子供与性物質
又は電子受容性物質をドーピングしたものを電極活物質
とする有機電解質電池に関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an organic electrolyte battery in which an electroconductive organic polymer material doped with an electron donating substance or an electron accepting substance is used as an electrode active material.

(従来の技術) 近年、電子機器の小型化、薄形化、或は軽量化は目覚
しく、それに伴い電源となる電池の小形化、薄形化、軽
量化の要望が大きい。小型で性能のよい電池として、現
在酸化銀電池が多用されており、又、薄形化された乾電
池や、小型軽量な高性能電池として、リチウム電池が開
発され実用化されている。しかし、これらの電池は1次
電池であるため、充放電を繰り返して長時間使用するこ
とはできない。一方、高性能な2次電池としてニッケル
・カドミウム電池が実用化されているが、小型化、薄形
化、軽量化という点で未だ不満足である。又、大容量の
2次電池として従来より鉛蓄電池が種々の分野で用いら
れているが、この電池の最大の欠点は重いことである。
これは電極として過酸化鉛及び鉛を用いているため宿命
的なものである。近年、電気自動車用電池として電池の
軽量化及び性能改善が試みられたが、実用化するに至ら
なかった。しかし蓄電池として大容量で且つ軽量な2次
電池に対する要望は強いものがある。
(Prior Art) In recent years, miniaturization, thinning, or weight reduction of electronic devices has been remarkable, and accordingly, there has been a great demand for miniaturization, thinning, and weight reduction of a battery serving as a power source. Currently, silver oxide batteries are widely used as small-sized and high-performance batteries, and lithium batteries have been developed and put to practical use as thinned dry batteries and small-sized and lightweight high-performance batteries. However, since these batteries are primary batteries, they cannot be used for a long time by repeating charge and discharge. On the other hand, nickel-cadmium batteries have been put into practical use as high-performance secondary batteries, but they are still unsatisfactory in terms of size reduction, thickness reduction, and weight reduction. Further, a lead storage battery has been conventionally used in various fields as a large-capacity secondary battery, but the biggest drawback of this battery is that it is heavy.
This is fatal because lead peroxide and lead are used as electrodes. In recent years, attempts have been made to reduce the weight and improve the performance of batteries for electric vehicles, but they have not been put to practical use. However, there is a strong demand for a large-capacity and lightweight secondary battery as a storage battery.

以上のように現在実用化されている電池は夫々一長一
短があり、それぞれ用途に応じて使い分けされている
が、電池の薄形化、或は軽量化に対するニーズは大き
い。このようなニーズに応える電池として、近時、有機
半導体である薄膜状ポリアセチレンに電子供与性物質又
は電子受容性物質をドーピングしたものを電極活物質と
して用いる電池が研究され、提案されている。この電池
は2次電池として高性能で且つ薄形化、軽量化の可能性
を有しているが、大きな欠点がある。それは有機半導体
であるポリアセチレンが極めて不安定な物質であり、空
気中の酸素により容易に酸化を受け、又熱により変質す
ることである。従って電池の製造は不活性ガス雰囲気中
で行なわなければならず、又ポリアセチレンを電極に適
した形状に製造する点でも制約を受ける。
As described above, each of the batteries currently put into practical use has advantages and disadvantages, and they are used differently depending on the application, but there is a great need for making the battery thinner or lighter. As a battery that meets such needs, a battery using an organic semiconductor thin film polyacetylene doped with an electron-donating substance or an electron-accepting substance as an electrode active material has recently been studied and proposed. Although this battery has high performance as a secondary battery and can be thinned and reduced in weight, it has a major drawback. That is, polyacetylene, which is an organic semiconductor, is an extremely unstable substance, which is easily oxidized by oxygen in the air and is also deteriorated by heat. Therefore, the battery must be manufactured in an inert gas atmosphere, and there is a limitation in manufacturing polyacetylene into a shape suitable for an electrode.

又、本発明者等は先に有機半導体の一種であるポリア
セン系骨格構造を含有する不溶不融性基体に電子供与性
物質又は電子受容性物質をドーピングしたものを電極活
物質として用いる2次電池を提案している(特開昭60−
170163号)。この電池は高性能であり薄形化、軽量化の
可能性も有しており、電極活物質の酸化安定性も高く、
さらにその成形も容易であるなど将来有望な2次電池で
ある。
Further, the present inventors have previously used a secondary battery in which an insoluble and infusible substrate containing a polyacene-based skeleton which is a kind of organic semiconductor is doped with an electron donating substance or an electron accepting substance as an electrode active material. (Japanese Patent Laid-Open No. 60-
No. 170163). This battery has high performance, has the potential to be thin and lightweight, and has high oxidation stability of the electrode active material.
Furthermore, it is a promising secondary battery because it can be easily molded.

しかし、電極活物質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の成形体は電極として用いるには
熱処理時の寸法安定性に問題があり、正確な寸法の材料
を得ることは難しく、また大きなサイズの成形体を得よ
うとするとき、熱処理時にクラックが発生するという問
題が残されていた。
However, a molded body of an insoluble and infusible substrate containing a polyacene skeleton structure which is an electrode active material has a problem in dimensional stability during heat treatment when used as an electrode, and it is difficult to obtain a material having an accurate dimension, Further, when obtaining a molded product of a large size, there remains a problem that cracks occur during heat treatment.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明者らは既存の電池が有する上述の諸問題に鑑
み、鋭意研究を続けた結果、本発明を完成したものであ
って、その目的とするところは電極として大きなサイズ
のしかも正確な寸法を有したポリアセン系骨格構造を有
する不溶不融性基体を使用した高性能の有機電解質電池
を提供するためにある。他の目的は製造が容易で経済的
なしかも軽量の2次電池を提供するにある。他の目的は
起電圧が高く、充放電の電荷効率及びエネルギー密度の
高い高性能の2次電池を提供するにある。他の目的はフ
ィルム状、板状等任意の形状に成形でき、且つ正確な寸
法を備えたポリアセン系骨格を有する不溶不融性基体を
提供するにある。更に他の目的及び効果は以下の説明か
ら明らかにされよう。
(Problems to be Solved by the Invention) The present inventors have completed the present invention as a result of continuing diligent research in view of the above-mentioned problems of existing batteries, and the purpose thereof is It is intended to provide a high performance organic electrolyte battery using an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure having a large size and accurate dimensions as an electrode. Another object is to provide a secondary battery which is easy to manufacture, economical, and lightweight. Another object is to provide a high-performance secondary battery having a high electromotive voltage, a high charge-discharge charge efficiency and a high energy density. Another object is to provide an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton which can be formed into an arbitrary shape such as a film shape or a plate shape and has accurate dimensions. Still other objects and effects will be apparent from the following description.

(問題点を解決するための手段) 上述目的は、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.
6であり且つ、BET法による比表面積値が600m2/g以上で
あるポリアセン系骨格構造を有した不溶不融性物質の粉
末(A)、フェノール系樹脂(B)及び塩化亜鉛(C)
とから形成された複合成形体を非酸化性雰囲気中にて熱
処理して得られる水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜
0.6であり、且つBET法による比表面積値が600m2/g以上
のポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性基体を正極
及び/又は負極とし、電解により電極にドーピング可能
なイオンを生成し得る化合物の非プロトン性有機溶媒溶
液を電解液としてなる有機電解質電池により達成され
る。
(Means for Solving Problems) The above-mentioned object is to achieve an atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms of 0.05 to 0.
6, powder of an insoluble and infusible substance having a polyacene skeleton structure having a specific surface area of 600 m 2 / g or more by the BET method (A), a phenolic resin (B) and a zinc chloride (C)
The atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms obtained by heat-treating the composite molded article formed from and in a non-oxidizing atmosphere is 0.05 to
A compound that is 0.6 and has a specific surface area value by the BET method of 600 m 2 / g or more as an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure as a positive electrode and / or a negative electrode, and can generate ions that can be doped in the electrode by electrolysis. This is achieved by an organic electrolyte battery using the aprotic organic solvent solution of as an electrolytic solution.

上記において本発明の不溶不融性物質の粉末とは、BE
T法による比表面積値が600m2/gであり、特開昭58−1366
49号に示したポリアセン系骨格構造を有した半導性ある
いは導電性の有機高分子系物質の粉末であるが、例えば
特開昭60−152554号に示した芳香族系縮合ポリマーの熱
処理物の粉末等が好ましい。特に芳香族系縮合ポリマー
がフェノール系樹脂の熱処理物であるのが好ましい。ま
た、該不溶不融性物質の粉末における水素原子/炭素原
子の原子比は0.05〜0.6の範囲にあることが必要であ
る。該原子比が0.05未満の場合には該粉末を使用して電
極として用いる不溶不融性基体を作成したとき、ドーピ
ングの効果が薄れる傾向がある。また、0.60を越える場
合には該粉末を使って作成した複合成形体を熱処理する
際にクラックが入り易くなる。また該不溶不融性物質か
らなる粉末のBET法による比表面積値が600m2/g未満の場
合、比較的大きなイオン半径を有するドーパントをドー
ピングし難くなる。
In the above, the insoluble infusible substance powder of the present invention is BE
The specific surface area value by the T method is 600 m 2 / g.
It is a powder of a semiconducting or conductive organic polymer material having a polyacene skeleton structure as shown in No. 49, for example, a heat-treated product of an aromatic condensation polymer shown in JP-A-60-152554. Powder and the like are preferable. Particularly, the aromatic condensation polymer is preferably a heat-treated product of a phenolic resin. Further, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms in the powder of the insoluble and infusible substance needs to be in the range of 0.05 to 0.6. If the atomic ratio is less than 0.05, the doping effect tends to be weakened when an insoluble and infusible substrate used as an electrode is prepared by using the powder. On the other hand, if it exceeds 0.60, cracks are likely to occur during heat treatment of a composite molded body produced using the powder. Further, when the specific surface area value of the powder made of the insoluble and infusible substance by the BET method is less than 600 m 2 / g, it becomes difficult to dope the dopant having a relatively large ionic radius.

また本発明においてフェノール系樹脂とはフェノール
性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物とアルデヒド類
との縮合物である。かかる芳香族炭化水素化合物として
は例えばフェノール,クレゾール,キシレノールの如き
いわゆるフェノール類が好適であるが、これらに限られ
ない。例えば下記式で表わされるメチレン−ビス・フェ
ノール類も使用可能でありかかる化合物も本発明に云う
芳香族炭化水素化合物に包含される。
Further, in the present invention, the phenolic resin is a condensate of an aromatic hydrocarbon compound having a phenolic hydroxyl group and an aldehyde. As such an aromatic hydrocarbon compound, so-called phenols such as phenol, cresol and xylenol are preferable, but not limited to these. For example, methylene-bis-phenols represented by the following formula can also be used, and such compounds are also included in the aromatic hydrocarbon compound in the present invention.

同様にヒドロキシ−ビフェニル類、ヒドロキシナフタ
レン類も包含されるものである。これらのうち、実用的
にはフェノール類特にフェノールが好適である。
Similarly, hydroxy-biphenyls and hydroxynaphthalenes are included. Of these, phenols are particularly preferred in practice.

本発明におけるフェノール系樹脂としては、更に又フ
ェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化合物、例
えばキシレン,トルエン等で置換した変性芳香族系ポリ
マー例えばフェノールとキシレンとホルムアルデヒドと
の縮合物である変性芳香族系ポリマーを用いることもで
きる。またアルデヒドとしてはホルムアルデヒドのみな
らずアセトアルデヒド,フルフラールの如きその他のア
ルデヒドも使用することができるが、ホルムアルデヒド
が好適である。フェノール・ホルムアルデヒド縮合物と
してはノボラック型又はレゾール型或はそれらの複合物
のいずれであってもよい。
The phenolic resin in the present invention is a modified aromatic polymer which is substituted with an aromatic hydrocarbon compound having no phenolic hydroxyl group, such as xylene or toluene, for example, a modified product of a condensation product of phenol, xylene and formaldehyde. Aromatic polymers can also be used. As the aldehyde, not only formaldehyde but also other aldehydes such as acetaldehyde and furfural can be used, but formaldehyde is preferred. The phenol-formaldehyde condensate may be a novolac type, a resol type or a complex thereof.

上記した不溶不融性物質の粉末と該フェノール樹脂の
混合比率は重量比で30/70〜80/20であるのが好ましい。
該粉末比率が30%未満では後の熱処理工程で成形体にク
ラック等が発生し易くなり、一方80%を越えると複合成
形体作成時にバインダーとして働くレゾール系樹脂の割
合が低下し、複合成形体の電池用電極材としての機械的
強度が低下する傾向がある。
The mixing ratio of the powder of the insoluble and infusible substance to the phenol resin is preferably 30/70 to 80/20 by weight.
If the powder ratio is less than 30%, cracks and the like are likely to occur in the molded product in the subsequent heat treatment step, while if it exceeds 80%, the proportion of the resole resin that acts as a binder during the preparation of the composite molded product decreases, and the composite molded product The mechanical strength of the battery electrode material as described above tends to decrease.

また上記した不溶不融性基体の粉末及びフェノール系
樹脂と共に用いられる塩化亜鉛は後続する工程にて除去
されるものであるが、電極として用いる不溶不融性基体
に高い比表面積値を持たせるために使用される。該塩化
亜鉛の混合量はフェノール系樹脂に対して0.5〜7倍量
が好適である。少なすぎると電極として用いる不溶不融
性基体の比表面積値が低下し、この基体を電極として用
いたとき電解液中のイオンのドーピングあるいはアンド
ーピングが難しく、また多すぎると複合成形体の機械的
強度が低下する傾向がある。
Further, zinc chloride used together with the powder of the insoluble infusible substrate and the phenolic resin is removed in the subsequent step, but in order to give the insoluble infusible substrate used as the electrode a high specific surface area value. Used for. The amount of zinc chloride mixed is preferably 0.5 to 7 times the amount of the phenolic resin. If the amount is too small, the specific surface area of the insoluble and infusible substrate used as the electrode is lowered, and when this substrate is used as the electrode, it is difficult to dope or undope the ions in the electrolytic solution. Strength tends to decrease.

次に上記した不溶不融性物質の粉末、フェノール系樹
脂及び塩化亜鉛を適当な条件にて混合成形し、硬化する
ことによって複合成形体が得られる。混合方法としては
乾式混合、湿式混合等どの様な方法でもよいが、充分均
一に混合するには適当な溶媒、例えば水、メタノール、
アセトン等を使用してフェノール系樹脂、塩化亜鉛を溶
液状にした後不溶不融性物質の粉末を加え、混合するの
が良い。
Next, the insoluble infusible substance powder, the phenolic resin, and zinc chloride are mixed and molded under appropriate conditions and cured to obtain a composite molded body. The mixing method may be any method such as dry mixing and wet mixing, but an adequate solvent such as water, methanol, or the like can be used for sufficiently uniform mixing.
It is preferable that the phenol resin and zinc chloride are made into a solution using acetone or the like, and then the powder of the insoluble and infusible substance is added and mixed.

成形方法としては一般に樹脂成形品を作る場合と同様
な方法で可能であるが、例えばフィルム状を得たい場合
には上記した3成分混合スラリーをアプリケータによっ
て適当な厚みに成膜すればよい。又、板状体を得る場合
では一般によく知られているように壁枠を作って加圧成
形すればよい。
As a molding method, generally, the same method as in the case of producing a resin molded product can be used, but for example, in order to obtain a film shape, the above-mentioned three-component mixed slurry may be formed into a film with an appropriate thickness by an applicator. When a plate-like body is to be obtained, a wall frame may be formed and press-formed as generally known.

硬化方法としては例えばフェノール系樹脂としてレゾ
ールを用いる場合では成形時あるいは成形後に50〜200
℃の温度で熱硬化するのが簡便である。特に壁枠等を使
用してプレス成形する方法では成形と同時に加熱して硬
化することが出来る。又、フェノール系樹脂としてノボ
ラックを使用する場合には適当な硬化剤例えばヘキサメ
チレンテトラミンの如きそれ自体がホルムアルデヒドの
発生剤であると同時に有機塩基発生剤である硬化剤をあ
らかじめ混合しておき、成形後加熱硬化すればよい。
As a curing method, for example, in the case of using a resole as a phenolic resin, it may be 50 to 200 during or after molding.
It is convenient to heat cure at a temperature of ° C. In particular, in the method of press molding using a wall frame or the like, curing can be performed by heating simultaneously with molding. Further, when novolac is used as the phenolic resin, a suitable curing agent such as hexamethylenetetramine is itself a formaldehyde generator and at the same time an organic base generator is mixed in advance and molded. It may be post-heat cured.

この様にして得られた複合成形体は不溶不融性物質の
粉末、フェノール系樹脂及び塩化亜鉛から成っており、
板状,円筒状等の任意の形状を有し、また小さなサイズ
から大きなサイズまで容易に製造することが可能であ
る。
The composite molded body thus obtained is composed of insoluble infusible substance powder, phenolic resin and zinc chloride,
It has an arbitrary shape such as a plate or a cylinder, and can be easily manufactured from a small size to a large size.

次にこれら複合成形体は非酸化性雰囲気中で熱処理し
て水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.6、好ましく
は0.15〜0.6のポリアセン系骨格構造を有した不溶不融
性基体を製造する。この際熱処理温度は通常400〜800℃
であり、熱処理の好ましい昇温条件は複合成形体の組成
比硬化条件あるいはその形状によって多少異なるが、一
般には室温から300℃程度の温度までは比較的大きな昇
温速度とすることが可能であり、例えば100℃/時間の
速度とすることも可能である。300℃以上の温度となる
と、フェノール系樹脂の熱分解が開始し、水蒸気、水
素、メタン、一酸化炭素等のガスが発生し始めるため、
充分遅い速度で昇温せしめるのが有利である。
Next, these composite compacts are heat-treated in a non-oxidizing atmosphere to produce an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure with an atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms of 0.05 to 0.6, preferably 0.15 to 0.6. . At this time, the heat treatment temperature is usually 400 to 800 ° C.
The preferable temperature rising conditions of the heat treatment are somewhat different depending on the composition ratio hardening conditions of the composite molded body or its shape, but generally, it is possible to set a relatively large temperature rising rate from room temperature to about 300 ° C. It is also possible to use a speed of 100 ° C./hour, for example. When the temperature reaches 300 ° C or higher, thermal decomposition of the phenolic resin starts, and gases such as steam, hydrogen, methane, and carbon monoxide start to be generated.
It is advantageous to raise the temperature at a sufficiently slow rate.

このようにして得られたポリアセン系骨格構造を有し
た基体は50〜100℃の温水にて洗浄し、基体中に残存し
ている塩化亜鉛を除去し、乾燥する。
The substrate having a polyacene-based skeleton structure thus obtained is washed with warm water at 50 to 100 ° C. to remove zinc chloride remaining in the substrate and dried.

このようにしてポリアセン系骨格構造を有する不溶不
融性基体からなる電極用の不溶不融性基体を得るのであ
るが、該基体は2つの部分からなるものである。即ち複
合成形体製造時に用いた不溶不融性物質の粉末から来る
島部分とフェノール系樹脂の熱分解から生じた海部分で
ある。これら2つの部分、共にポリアセン系骨格構造を
有した不溶不融性物質から成るのであるが、これら2つ
の部分での水素原子/炭素原子の原子比は異なっていて
も良いが、電極として用いる該基体の均一性という面か
らすると同じ値であるのが望ましい。本発明の電極用の
不溶不融性基体の水素原子/炭素原子の原子比とはこれ
ら2つの部分から構成されるマトリックスの原子比を表
わすものであるが、その値は0.05〜0.6の範囲であるの
が好ましく、0.15〜0.6であるのが特に好ましい。該原
子比が0.6を越える場合には基体を後に示す方法によっ
て2次電池の電極として用いたとき、充放電の電荷効率
が不充分であり、又、水素原子/炭素原子の原子比が0.
05未満の場合にも充放電の電荷効率が不充分である。
In this way, an insoluble and infusible substrate for an electrode, which is composed of an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure, is obtained, and the substrate is composed of two parts. That is, an island portion coming from the powder of the insoluble and infusible substance used in the production of the composite molded body and a sea portion resulting from the thermal decomposition of the phenol resin. These two parts are both composed of an insoluble and infusible substance having a polyacene-based skeleton structure. Although the atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom in these two parts may be different, From the viewpoint of uniformity of the substrate, the same value is desirable. The hydrogen atom / carbon atom atomic ratio of the insoluble and infusible substrate for an electrode of the present invention represents the atomic ratio of the matrix composed of these two parts, and the value is in the range of 0.05 to 0.6. It is preferably 0.15 to 0.6, particularly preferably 0.15 to 0.6. When the atomic ratio exceeds 0.6, the charge efficiency of charge and discharge is insufficient when the substrate is used as an electrode of a secondary battery by the method described later, and the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms is 0.
Even if it is less than 05, the charge / discharge charge efficiency is insufficient.

即ち、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.6の不
溶不融性基体を2次電池の電極として用いた場合、好ま
しい電池特性を示す。
That is, when an insoluble infusible substrate having an atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms of 0.05 to 0.6 is used as an electrode of a secondary battery, preferable battery characteristics are exhibited.

又、このポリアセン系骨格構造を含有する不溶不融性
基体のBET法による比表面積値は、塩化亜鉛を使用して
製造しているため極めて大きな値となるが、600m2/g以
上であることが好ましい。600m2/g未満の場合には例え
ば基体を電極とした2次電池の充電時における充電電圧
を高くする必要が生じるためエネルギー効率が低下し、
又、電解液の劣化をさそう。又、本発明の電極として用
いる不溶不融性基体からなる成形体は板状,円筒状等任
意の形状とすることが可能であるが、複合成形体を作成
する際に、不溶不融性物質からなる粉末を用いているた
め熱処理時の成形体の寸法安定性が良く、また、クラッ
ク等が生じないため、正確な寸法を有した大きなサイズ
の電極用の不溶不融性基体の成形体を得ることが可能で
ある。
Further, the specific surface area value of the insoluble infusible substrate containing this polyacene skeleton structure by the BET method is extremely large because it is manufactured using zinc chloride, but it should be 600 m 2 / g or more. Is preferred. If it is less than 600 m 2 / g, for example, it becomes necessary to increase the charging voltage when charging the secondary battery using the substrate as an electrode, and the energy efficiency decreases,
Also, it is unlikely to deteriorate the electrolyte. Further, the molded body composed of the insoluble and infusible substrate used as the electrode of the present invention can be formed into any shape such as a plate shape and a cylindrical shape. Since the powder consisting of is used, the dimensional stability of the molded body during heat treatment is good, and since cracks etc. do not occur, a molded body of an insoluble and infusible substrate for a large size electrode with accurate dimensions can be obtained. It is possible to obtain.

また、該ポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性基
体はBET法による比表面積値が600m2/g以上と非常に大き
な値を示すため、酸素等のガスが侵入し、劣化し易いと
考えられるが、現実には空気中に長時間放置しても物性
等に変化はなく、例えば空気中に1000時間放置しても電
気伝導度に変化がなく、酸化安定性に優れているもので
ある。
Further, since the insoluble infusible substrate having the polyacene skeleton structure has a very large specific surface area value of 600 m 2 / g or more by the BET method, it is considered that a gas such as oxygen penetrates and easily deteriorates. However, in reality, even if left in the air for a long time, the physical properties and the like do not change. For example, even if left in the air for 1000 hours, the electrical conductivity does not change, and the oxidation stability is excellent.

本発明の有機電解質電池は水素原子/炭素原子の原子
比が0.05〜0.6好ましくは0.15〜0.6で且つBET法による
比表面積値が600m2/g以上のポリアセン系骨格構造を含
有する不溶不融性基体からなる成形体を正極及び/又は
負極とし、電解により該電極にドーピングされうるイオ
ンを生成しうる化合物を非プロトン性有機溶媒に溶解し
た溶液を電解液とする有機2次電池である。
The organic electrolyte battery of the present invention has a hydrogen atom / carbon atom atomic ratio of 0.05 to 0.6, preferably 0.15 to 0.6, and a BET specific surface area value of 600 m 2 / g or more containing insoluble infusible structure containing polyacene skeleton structure. It is an organic secondary battery in which a molded body made of a substrate is used as a positive electrode and / or a negative electrode, and a solution in which a compound capable of generating ions that can be doped into the electrode by electrolysis is dissolved in an aprotic organic solvent is used as an electrolytic solution.

電極にドーピングされうるイオンを生成しうる化合物
としては、例えばアルカリ金属又はテトラアルキルアン
モニウムのハロゲン化物過塩素酸塩、6フッ化リン酸
塩、6フッ化ヒ酸塩、4フッ化ホウ素酸塩等が挙げられ
る。具体的にはLiI、NaI、NH4I、LiClO4、LiAsF6、LiBF
4、KPF6、NaPF6、(n−C4H94NClO4、(C2H54NCl
O4、(C2H54NBF4、(n−C4H94NBF4、(n−C4H9
4NAsF6、(n−C4H94NPF6あるいはLiHF2等が挙げられ
る。
Examples of the compound capable of generating ions that can be doped into the electrode include alkali metal or tetraalkylammonium halide perchlorate, hexafluorophosphate, hexafluoroarsenate, tetrafluoroborate, etc. Is mentioned. Specifically, LiI, NaI, NH 4 I, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF
4 , KPF 6 , NaPF 6 , (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NCl
O 4 , (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NBF 4 , (n-C 4 H 9 )
4 NAsF 6 , (n-C 4 H 9 ) 4 NPF 6 or LiHF 2, etc. may be mentioned.

前記化合物を溶解する溶媒としては非プロトン性有機
溶媒が用いられる。例えばエチレンカーボネート、プロ
ピレンカボーネート、r−ブチルラクトン、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、塩化メチレンあるいはスルホラン又はこれら
の混合物が挙げられる。これらのうちから電解質として
用いられる前記化合物の溶解性、電池性能等を考慮して
選択される。
An aprotic organic solvent is used as a solvent for dissolving the compound. For example, ethylene carbonate, propylene cabonate, r-butyl lactone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methylene chloride or sulfolane or a mixture thereof can be used. Among them, the material is selected in consideration of the solubility of the compound used as the electrolyte, battery performance, and the like.

電解液中の前記化合物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/以上とするの
が望ましく、通常0.2〜1.5モル/とするのがより好ま
しい。
The concentration of the compound in the electrolytic solution is preferably at least 0.1 mol / more in order to reduce the internal resistance due to the electrolytic solution, and is usually more preferably 0.2 to 1.5 mol /.

本発明の電池の電池作用は電極として用いる不溶不融
性基体へのドーピング剤の電気化学的ドーピングと電気
化学的アンドーピングを利用するものである。即ちエネ
ルギーが不溶不融性基体へのドーピング剤の電気化学的
ドーピングにより蓄えられるか、或は外部に放出される
電気化学的アンドーピングにより、電気エネルギーとし
て外部に取出されるか或は内部に蓄えられる。
The battery function of the battery of the present invention utilizes the electrochemical doping and the electrochemical undoping of the doping agent to the insoluble and infusible substrate used as the electrode. That is, the energy is stored by the electrochemical doping of the doping agent into the insoluble and infusible substrate, or it is extracted as the electrical energy or stored internally by the electrochemical undoping released to the outside. To be

本発明に係る電池は2つのタイプに分けられる。第1
のタイプは正極及び負極の両極に不溶不融性基体を用い
る電池であり、第2のタイプは正極に不溶不融性基体を
用い負極にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を用いる
電池である。アルカリ金属およびアルカリ土類金属とし
ては、例えばセシウム、ルビジウム、カリウム、ナトリ
ウム、リチウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウ
ムがあげられる。これらのうちリチウムが最も好まし
い。これらの金属は単独で、あるいは合金として用いる
こともできる。
The batteries according to the present invention are divided into two types. First
The second type is a battery in which an insoluble and infusible substrate is used for both the positive electrode and the negative electrode, and the second type is a battery in which an insoluble and infusible substrate is used for the positive electrode and an alkali metal or an alkaline earth metal is used for the negative electrode. Examples of the alkali metal and alkaline earth metal include cesium, rubidium, potassium, sodium, lithium, barium, strontium, and calcium. Of these, lithium is most preferred. These metals can be used alone or as an alloy.

電池内に配置される不溶不融性基体からなる電極の形
状、大きさは目的とする電池の種類により任意に選ぶこ
とができるが、電池反応は電極表面上の電気化学的反応
であるため、電極は可能な限り表面積を大きくすること
が有利である。又、該基体より電池外部に電流を取り出
すための集電体としては不溶不融性基体、あるいはドー
ピング剤でドーピングされた不溶不融性基体を用いるこ
ともできるが、ドーピング剤及び電解液に対し耐食性の
ある他の導電性物質、例えば炭素、白金、ニッケル、ス
テンレス等を用いることもできる。
The shape and size of the electrode made of an insoluble and infusible substrate placed in the battery can be arbitrarily selected according to the type of the target battery, but since the battery reaction is an electrochemical reaction on the electrode surface, Advantageously, the electrodes have as large a surface area as possible. An insoluble and infusible substrate or an insoluble and infusible substrate doped with a doping agent may be used as a current collector for extracting a current from the substrate to the outside of the battery. Other conductive materials having corrosion resistance, such as carbon, platinum, nickel and stainless steel, can also be used.

次に図により本発明の実施態様を説明する。第1図は
本発明に係る電池の基本構成図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic configuration diagram of a battery according to the present invention.

まず、本発明に係る電池の第1のタイプ、即ち正極及
び負極の両極に不溶不融性基体を用いる電池について説
明する。第1図において、(1)は正極であり、フィル
ム状あるいは板状等である不溶不融性基体であり、
(2)は負極であり、同様にフィルム状あるいは板状等
である不溶不融性基体である。これらにいずれもドーピ
ング剤でドーピングされていても、されていなくてもよ
い。電池を組み立てた後、外部電源より電圧を印加して
ドーピング剤をドーピングする。例えば両極ともに未ド
ーピングの不溶不融性基体を用いた場合、電池の組み立
て後の該電池の起電圧は0Vであり、外部電源により電圧
を印加して、両極にドーピング剤をドーピングすること
により該電池は起電力を有するようになる。(3)
(3′)は各電極から外部に電流を取り出したり、電気
化学的ドーピング、即ち充電するために電流を供給する
ための集電体であり、前述した方法により、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、非プロトン性有
機溶媒に正負両極にドーピングされうるイオンを生成し
うる前述の化合物が溶解されている。電解液は通常液状
にあるが、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
ること及び電解液を保持することを目的として配置され
たセパレータである。該セ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
る連続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。セパレータの
厚さは電池の内部抵抗を小さくするため薄い方が好まし
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。正負両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。電池の形
状、大きさ等は目的とする電池の形状、性能により適宜
決められる。例えば薄形電池を製造するには電極はフィ
ルム状が適し、大容量電池を製造するにはフィルム状或
は板状等の電極を多数板正負両極を交互に積層すること
により達成できる。
First, a first type of battery according to the present invention, that is, a battery using an insoluble and infusible substrate for both the positive electrode and the negative electrode will be described. In FIG. 1, (1) is a positive electrode, which is a film-like or plate-like insoluble and infusible substrate,
(2) is a negative electrode, which is also an insoluble and infusible substrate having a film shape or a plate shape. All of these may or may not be doped with a doping agent. After assembling the battery, a voltage is applied from an external power source to dope the doping agent. For example, when an undoped insoluble and infusible substrate is used for both electrodes, the electromotive voltage of the battery after assembly of the battery is 0 V, and a voltage is applied by an external power source to dope the electrode with a doping agent. The battery will have an electromotive force. (3)
(3 ') is a current collector for supplying an electric current from each electrode to the outside or supplying an electric current for electrochemical doping, that is, charging, and each electrode and the external terminal (7) are formed by the method described above. It is connected to (7 ') without causing a voltage drop. (4) is an electrolytic solution in which the aforesaid compound capable of generating ions capable of being doped into both positive and negative electrodes is dissolved in an aprotic organic solvent. The electrolytic solution is usually in a liquid state, but it can be used in a gel or solid state in order to prevent liquid leakage. (5) is a separator arranged for the purpose of preventing contact between the positive and negative electrodes and holding the electrolytic solution. The separator is a porous body having continuous pores that is durable to an electrolytic solution or an electrode active material such as a doping agent or an alkali metal and has no electron conductivity, and is usually a cloth made of glass fiber, polyethylene or polypropylene, A non-woven fabric or a porous body is used. The thickness of the separator is preferably thin in order to reduce the internal resistance of the battery, but is determined in consideration of the amount of retained electrolyte, flowability, strength, and the like. The positive and negative electrodes and the separator are fixed in the battery case (6) so as not to cause practical problems. The shape and size of the battery are appropriately determined depending on the shape and performance of the target battery. For example, a film-like electrode is suitable for manufacturing a thin battery, and a large-capacity battery can be achieved by laminating a large number of film-like or plate-like electrodes alternately with both positive and negative electrodes.

次に本発明に係る電池の第2のタイプ、即ち正極にポ
リアセン系骨格構造を有する不溶不融性基体を用い、負
極にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を用いる場合に
ついて説明する。第1図を借りて説明するとこの第2タ
イプの電池では、負極(2)がアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属となっている点が第1のタイプの電池と異な
るだけで、他の(1)(3)〜(7)は第1のタイプの
電池の場合と同じ意味を持っている。
Next, the second type of battery according to the present invention, that is, the case where an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure is used for the positive electrode and an alkali metal or an alkaline earth metal is used for the negative electrode will be described. Explaining with reference to FIG. 1, the second type battery is different from the first type battery only in that the negative electrode (2) is an alkali metal or an alkaline earth metal. (3) to (7) have the same meaning as in the case of the first type battery.

この第2のタイプの電池の場合、ドーピング機構、即
ち電池の動作機構は更に2つの機構に分けられる。第1
の機構では不溶不融性基体に電子受容性ドーピング剤が
ドーピングされるのが充電に相当し、アンドーピングさ
れるのが放電に対応する電池である。例えば電極として
未ドーピング不溶不融性基体及びリチウムを電解液とし
てLiClO41モル/プロピレンカーボネート溶液を用い
た場合電池組み立て後の起電力は2.5〜3.0Vである。次
に外部電源により電圧を印加してClO4 -イオンを不溶不
融性基体にドーピングすると、起電力は3.5〜4.5Vとな
る。第2の機構では多孔性不溶不融性基体に電子供与性
ドーピング剤をドーピングするのが放電に相当し、アン
ドーピングするのが充電に対応する電池である。例えば
上記した電池構成では電池組み立て後の起電圧は2.5〜
3.0Vであり、外部に電流を放出することにより、不溶不
融性基体にリチウムイオンをドーピングすると、起電力
は1.0〜2.5Vとなるが、外部電源により電圧を印加し、
リチウムイオンをアンドーピングすると再び起電力は2.
5〜3.0Vとなる。
In the case of this second type of cell, the doping mechanism, ie the operating mechanism of the cell, is further divided into two mechanisms. First
In the mechanism of (2), the insoluble and infusible substrate is doped with the electron-accepting doping agent for charging, and the undoped one is for discharging. For example, when an undoped insoluble infusible substrate is used as an electrode and LiClO 4 1 mol / propylene carbonate solution is used as an electrolytic solution of lithium, the electromotive force after battery assembly is 2.5 to 3.0V. Next, a voltage is applied by an external power source to dope the insoluble and infusible substrate with ClO 4 ions, and the electromotive force becomes 3.5 to 4.5V. In the second mechanism, doping the porous insoluble and infusible substrate with the electron-donating doping agent corresponds to discharging, and undoping corresponds to charging. For example, in the above battery configuration, the electromotive force after battery assembly is 2.5-
It is 3.0 V, and by discharging an electric current to the outside, when the insoluble and infusible substrate is doped with lithium ions, the electromotive force becomes 1.0 to 2.5 V, but a voltage is applied by an external power source,
When undoped with lithium ions, the electromotive force is 2.
It will be 5 to 3.0V.

ドーピング又はアンドーピングは一定電流下でも一定
電圧下でも、また、電流及び電圧の変化する条件下のい
ずれで行ってもよいが、不溶不融性基体にドーピングさ
れるドーピング剤の量は該基体の炭素原子1個に対する
ドーピングされるイオン数の百分率で0.5〜20%が好ま
しい。
Doping or undoping may be performed under a constant current or a constant voltage, or under conditions of changing current and voltage. However, the amount of the doping agent doped in the insoluble and infusible substrate is The percentage of the number of doped ions per carbon atom is preferably 0.5 to 20%.

不溶不融性基体を電極として用いる本発明の電池は充
放電を繰り返し動作することのできる2次電池であり、
その起電圧は該電池の構成によって異なるが、第1のタ
イプでは1.0〜3.5V、第2のタイプで第1機構を利用す
る場合には3.5〜4.5Vであり、又第2のタイプで第2機
構を利用する場合には2.5〜3.0Vである。又、本発明の
電池は特に重量当りのエネルギー密度が大きく、適量の
ドーピングを行なえば不溶不融性基体の重量を基準とし
て、約500WH/kgの値を有している。又、パワー密度につ
いては電池の構成により差はあるが、鉛蓄電池より、は
るかに大きなパワー密度を有している。更に本発明にお
ける上記不溶不融性基体を電極として使用すると、内部
抵抗の小さく、繰り返し充放電の可能な、長期にわたっ
て電池性能の低下しない2次電池を製造することができ
る。
The battery of the present invention using an insoluble and infusible substrate as an electrode is a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged.
The electromotive voltage varies depending on the structure of the battery, but is 1.0 to 3.5 V in the first type, 3.5 to 4.5 V in the case of using the first mechanism in the second type, and the second type in the first type. When using two mechanisms, it is 2.5-3.0V. Further, the battery of the present invention has a particularly large energy density per weight, and has a value of about 500 WH / kg based on the weight of the insoluble and infusible substrate when an appropriate amount of doping is performed. Further, although the power density varies depending on the structure of the battery, it has a much higher power density than the lead storage battery. Further, when the insoluble and infusible substrate in the present invention is used as an electrode, a secondary battery having a small internal resistance, capable of being repeatedly charged and discharged, and having no deterioration in battery performance for a long period of time can be manufactured.

本発明によって製造される2次電池は、従来公知の有
機半導体に比較して耐酸化性、耐熱性、成形性、及び熱
処理時の寸法安定性に優れたポリアセン系骨格構造を含
有する不溶不融性基体を電極とし、該電極に電子供与性
又は電子受容性物質をドーピングしたものを電極活物質
とし、電解により、該電極にドーピングされうるイオン
を生成しうる化合物を非プロトン性有機溶媒に溶解した
溶液を電解液とする電池であり、任意の形状に加工する
ことが可能で、且つ極めて高容量、高出力で長寿命の新
規な高性能の2次電池である。以下実施例により本発明
を具体的に説明する。
The secondary battery manufactured according to the present invention contains a polyacene-based skeleton structure which is excellent in oxidation resistance, heat resistance, moldability, and dimensional stability during heat treatment, as compared with conventionally known organic semiconductors. The organic substrate is used as an electrode, the electrode is doped with an electron-donating or electron-accepting substance is used as an electrode active material, and a compound capable of generating ions that can be doped into the electrode by electrolysis is dissolved in an aprotic organic solvent. It is a battery that uses the above solution as an electrolytic solution, and is a novel high-performance secondary battery that can be processed into any shape and has extremely high capacity, high output, and long life. The present invention will be specifically described below with reference to examples.

実施例1 i) レゾール型フェノール樹脂(約60%濃度の水溶
液)/水/塩化亜鉛を重量比で25/10/50の割合で混合し
た溶液を100℃の温度で60分間硬化反応を進め、得られ
た硬化物を粉砕し、シリコニット電気炉に入れ、窒素雰
囲気中で500℃まで約40℃/時間の昇温速度にて熱処理
した。該熱処理物を再度粉砕し、100℃の0.1規定塩酸水
溶液及び温水で5時間洗浄し、その後70℃の温度で3時
間減圧乾燥して不溶不融性物質の粉末を得た。該粉末を
ケイ光X線分析にて測定したところ、Znは0.01重量%
(対粉末)以下であり、又、Clは0.5重量%以下であ
り、塩化亜鉛は基体中にほとんど残存していないことが
判明した。又、該粉末をX線回折により分析したとこ
ろ、2θで20〜22゜の所にメインピークが存在し、又、
41〜46゜の範囲に小さなピークが認められ、該粉末がポ
リアセン系骨格構造を有していることが確認された。さ
らにBET法による比表面積測定の結果、該粉末の比表面
積値は1000m2/gであることが判った。又、元素分析の結
果該粉末の水素原子/炭素原子比は0.25であった。
Example 1 i) Resol type phenolic resin (about 60% concentration aqueous solution) / water / zinc chloride were mixed at a weight ratio of 25/10/50 to proceed a curing reaction at a temperature of 100 ° C. for 60 minutes, The obtained cured product was pulverized, placed in a siliconit electric furnace, and heat-treated in a nitrogen atmosphere up to 500 ° C. at a heating rate of about 40 ° C./hour. The heat-treated product was pulverized again, washed with a 0.1N hydrochloric acid aqueous solution at 100 ° C. and warm water for 5 hours, and then dried under reduced pressure at a temperature of 70 ° C. for 3 hours to obtain a powder of an insoluble and infusible substance. When the powder was measured by fluorescent X-ray analysis, Zn was 0.01% by weight.
It was found to be less than (against powder), Cl was 0.5% by weight or less, and zinc chloride hardly remained in the substrate. When the powder was analyzed by X-ray diffraction, there was a main peak at 20 to 22 ° at 2θ, and
A small peak was observed in the range of 41 to 46 °, which confirmed that the powder had a polyacene skeleton structure. Further, as a result of measuring the specific surface area by the BET method, it was found that the specific surface area value of the powder was 1000 m 2 / g. As a result of elemental analysis, the hydrogen atom / carbon atom ratio of the powder was 0.25.

ii) レゾール型フェノール樹脂(約60%濃度の水溶
液)/水/塩化亜鉛を重量比で25/10/50の割合で混合し
た溶液に上記i)にて得られた比表面積値が1000m2/gで
ある不溶不融性物質の粉末を該溶液中のフェノール樹脂
の固型分との比が60/40の割合となるように混合し、次
に50×50×2mmの型枠に流し込み、100℃の温度で60分間
硬化反応を進め、約50×50×2mmの大きさの複合成形体
(本発明品)を得た。
ii) Resol type phenolic resin (about 60% concentration aqueous solution) / water / zinc chloride mixed at a weight ratio of 25/10/50 to a solution having a specific surface area value of 1000 m 2 / The powder of the insoluble and infusible substance which is g is mixed so that the ratio with the solid component of the phenol resin in the solution is 60/40, and then poured into a mold of 50 × 50 × 2 mm, The curing reaction was allowed to proceed for 60 minutes at a temperature of 100 ° C. to obtain a composite molded body (product of the present invention) having a size of about 50 × 50 × 2 mm.

iii) ii)に示したレゾール型フェノール樹脂/水/
塩化亜鉛混合液をそのまま50×50×2mmの型枠に流し込
み、ii)と同様の方法にて約45×45×1.8mmの大きさの
成形体(比較品)を得た。
iii) Resol type phenolic resin shown in ii) / water /
The zinc chloride mixed solution was poured as it was into a mold of 50 × 50 × 2 mm, and a compact (comparative product) having a size of about 45 × 45 × 1.8 mm was obtained by the same method as ii).

iv) ii),iii)で得た成形体をシリコニット電気炉に
入れ、窒素雰囲気中で500℃まで約40℃/時間の昇温速
度にて熱処理した。本発明品の熱処理物では寸法もほと
んど変化なく、均一なものが得られたが、一方不溶不融
性物質の粉末を使用せずに作成した成形体では寸方の収
縮、及びひび割れ等がみられた。
iv) The molded body obtained in ii) and iii) was put into a siliconit electric furnace and heat-treated in a nitrogen atmosphere up to 500 ° C. at a heating rate of about 40 ° C./hour. In the heat-treated product of the present invention, the dimensions were almost unchanged, and a uniform product was obtained.On the other hand, in the molded product prepared without using the powder of the insoluble and infusible substance, dimensional shrinkage, cracks, etc. were observed. Was given.

v) 次に本発明の複合成形体熱処理物を100℃の0.1規
定塩酸水溶液、及び、温水にて約5時間洗浄し、基体中
に残存している塩化亜鉛を除去した。洗浄後70℃の温度
で3時間減圧乾燥して不溶不融性の板状基体を得た。該
板状基体をケイ光X線分析にかけたところ、Znは0.01重
量%(対基体)以下であり、又、Clは0.5重量%以下で
あり、塩化亜鉛は基体中にほとんど残存していないこと
が判明した。又、該基体をX線回折したところ2θで20
〜22゜の所にメインピークが存在し、又、41〜46゜の範
囲に小さなピークが認められ、該基体がポリアセン系骨
格構造を有していることが確認された。次に該基体の元
素分析、電気伝導度、及びBET法による比表面積値の測
定を行なってが、その結果水素原子/炭素原子原子比は
0.25、電気伝導度は10-5(Ω・cm)-1、BET法による比
表面積値は1100m2/gであった。
v) Next, the heat-treated composite molded article of the present invention was washed with a 0.1 N hydrochloric acid aqueous solution at 100 ° C. and warm water for about 5 hours to remove zinc chloride remaining in the substrate. After washing, it was dried under reduced pressure at a temperature of 70 ° C. for 3 hours to obtain an insoluble and infusible plate-shaped substrate. When the plate-shaped substrate was subjected to X-ray fluorescence analysis, Zn was 0.01% by weight (relative to the substrate) or less, Cl was 0.5% by weight or less, and zinc chloride hardly remained in the substrate. There was found. The X-ray diffraction of the substrate was 20 at 2θ.
There was a main peak at -22 ° and a small peak at 41-46 °, confirming that the substrate had a polyacene skeleton structure. Next, the elemental analysis of the substrate, the electrical conductivity, and the measurement of the specific surface area value by the BET method were carried out. As a result, the hydrogen atom / carbon atom atomic ratio was
The electric conductivity was 0.25, the electric conductivity was 10 -5 (Ω · cm) -1 , and the specific surface area value by the BET method was 1100 m 2 / g.

vi) 次に充分に脱水したプロピレンカーボネートにLi
AsF6を溶解させて約1.0モル/の溶液とし、リチウム
金属を負極とし、不溶不融性基体の板状体を正極とした
電池を第1図に示した様に組み立てた。集電体としては
白金メッシュを用いセパレータとしてはガラス繊維から
なるフェルトを用いた。本実施例は本発明における第2
タイプの第1機構を利用する電池である。即ち電子受容
性ドーピング剤であるAsF6 -イオンを不溶不融性基体に
ドーピングするのが充電に相当し、アンドーピングする
のが放電に相当する。又、ドーピング量は基体中の炭素
原子1個当りのドーピングされるイオンの数で表わすこ
ととしたが、本発明ではドーピングされるイオンの数は
ドーピング時に回路に流れた電流値により求めたもので
ある。上記した構成の電池の組み終った直後の電圧は2.
9Vであった。
vi) Next, add fully dehydrated propylene carbonate to Li
A battery was assembled as shown in FIG. 1 in which AsF 6 was dissolved to form a solution of about 1.0 mol / mol, lithium metal was used as a negative electrode, and a plate-shaped body of an insoluble and infusible substrate was used as a positive electrode. A platinum mesh was used as the current collector and a felt made of glass fiber was used as the separator. This embodiment is the second embodiment of the present invention.
It is a battery utilizing the first mechanism of the type. That is, doping the insoluble and infusible substrate with AsF 6 ions that are electron accepting doping agents corresponds to charging, and undoping corresponds to discharging. Further, the doping amount is represented by the number of doped ions per carbon atom in the substrate, but in the present invention, the number of doped ions is obtained by the current value flowing in the circuit at the time of doping. is there. The voltage immediately after assembly of the battery with the above configuration is 2.
It was 9V.

次にこの電池に外部より電圧を印加して1時間当りの
ドーピング量が1%となるように一定電圧でAsF5 -イオ
ンを不溶不融性基体に3.5時間ドーピングした。ドーピ
ング終了時の開路電圧は4.0Vであった。次に1時間当り
のアンドーピング量が1%となるように一定電流を回路
に流し、AsF6 -イオンのアンドーピングを行ない、開路
電圧が電池組み立て直後の電圧になるまで続けた。この
テストにおけるドーピング量に対するアンドーピング量
を電荷効率したが、この場合電荷効率は80%であった。
Next, a voltage was externally applied to this battery, and the insoluble and infusible substrate was doped with AsF 5 ions at a constant voltage for 3.5 hours so that the doping amount per hour was 1%. The open circuit voltage at the end of doping was 4.0V. Next, a constant current was passed through the circuit so that the amount of undoping per hour was 1%, the undoping of AsF 6 ions was performed, and this was continued until the open circuit voltage reached the voltage immediately after the battery was assembled. The charge efficiency was undoped versus undoped in this test, where the charge efficiency was 80%.

この様に不溶不融性基体を用いて組まれた2次電池の
充放電特性が優れていることは明らかである。
It is clear that the secondary battery assembled using the insoluble and infusible substrate in this manner has excellent charge / discharge characteristics.

比較例1 i) フェノール系繊維よりなる平織クロス(日本カイ
ノール社製、商品名カイノール、目付200g/m2)をシリ
コニット炉に入れ、窒素雰囲気中で500℃まで約40℃/
時間の昇温速度にて熱処理し、得られた熱処理物を粉砕
して不溶不融性物質の粉末を得た。該粉末をX線回折に
より分析したところ、2θで20〜22゜の所にメインピー
クが存在し、又、41〜46゜の範囲に小さなピークが認め
られ、該粉末がポリアセン系骨格構造を有していること
が確認された。次に該粉末のBET法による比表面積値、
及び、元素分析による水素原子/炭素原子の原子比を測
定した。その結果BET法による比表面積値は400m2/g、水
素原子/炭素原子の原子比は0.42であった。
Comparative Example 1 i) A plain weave cloth made of phenolic fiber (manufactured by Nippon Kynol Co., Ltd., trade name Kynol, basis weight 200 g / m 2 ) was placed in a silicon knit furnace and heated up to 500 ° C. at about 40 ° C./in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment was performed at a heating rate of time, and the obtained heat-treated product was pulverized to obtain an insoluble and infusible substance powder. When the powder was analyzed by X-ray diffraction, there was a main peak at 20 to 22 ° at 2θ and a small peak in the range of 41 to 46 °, and the powder had a polyacene skeleton structure. It was confirmed that Next, the specific surface area value of the powder by the BET method,
Also, the atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms was measured by elemental analysis. As a result, the specific surface area value by the BET method was 400 m 2 / g, and the atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom was 0.42.

ii) i)で得られた比表面積値が400m2/gである不溶
不融性物質の粉末を用い、実施例1のii),iv)及び
v)と同様の操作にて不溶不融性の板状基体(比較品)
を得た。該基体の元素分析、電気伝導度、及びBET法に
よる比表面積値の測定を行なった。その結果水素原子/
炭素原子の原子比は0.3、電気伝導度は10-2(Ω・cm)
-1、BET法による比表面積値は560m2/gであった。
ii) Using the powder of the insoluble infusible substance having a specific surface area value of 400 m 2 / g obtained in i), and performing the same operation as in ii), iv) and v) of Example 1 Plate-shaped substrate (comparative product)
I got The elemental analysis of the substrate, the electrical conductivity, and the specific surface area value by the BET method were measured. As a result, hydrogen atom /
The atomic ratio of carbon atoms is 0.3 and the electrical conductivity is 10 -2 (Ω · cm)
-1 , The specific surface area value by the BET method was 560 m 2 / g.

iii) 次に実施例1のvi)と同様にして該不溶不融性
の板状基体(比較品)のドーピングを行なったが、回路
にはほとんど電流が流れなかった。
iii) Next, the insoluble and infusible plate-shaped substrate (comparative product) was doped in the same manner as in vi) of Example 1, but almost no current flowed in the circuit.

実施例2 i) レゾール型フェノール樹脂(約60%濃度の水溶
液)/水/塩化亜鉛を重量比で25/12/60の割合で混合し
た溶液に実施例1のi)にて得られた比表面積値が1000
m2/gである不溶不融性物質の粉末を該溶液中のフェノー
ル樹脂の固型分との比が60/40の割合となるように混合
し、次に50×50×2mmの大きさの型枠に流し込み、100℃
の温度で60分間硬化反応を進め、約50×50×2mmの大き
さの複合成形体を得た。
Example 2 i) Ratio obtained in i) of Example 1 to a solution in which a resole type phenolic resin (about 60% concentration aqueous solution) / water / zinc chloride was mixed at a weight ratio of 25/12/60. Surface area value is 1000
The powder of the insoluble infusible substance which is m 2 / g is mixed so that the ratio with the solid content of the phenol resin in the solution is 60/40, and then the size of 50 × 50 × 2 mm. Pour into the mold of 100 ℃
The curing reaction was allowed to proceed for 60 minutes at the above temperature to obtain a composite molded body having a size of about 50 × 50 × 2 mm.

ii) 次に該複合成形体を第1表に示した所定温度まで
40℃/時間の昇温速度にて熱処理し、実施例1のv)と
同様の方法にて洗浄、乾燥して不溶不融性の板状基体を
得た。いずれの条件の場合にもクラックなどを生じず、
正確な寸法を有している基体が得られた。該基体の元素
分析、電気伝導度、及びBET法による比表面積値の測定
を行なったが、これらの値はまとめて第1表に示す。ま
た、該板状基体に電解質としてリチウムテトラフルオロ
ボレートを用いて実施例1のvi)と同様にして電池を組
み立て充放電特性を調べた。結果をまとめて第1表に示
す。
ii) Next, heat the composite molded body up to the predetermined temperature shown in Table 1.
It was heat-treated at a temperature rising rate of 40 ° C./hour, washed and dried in the same manner as in v) of Example 1 to obtain an insoluble and infusible plate-shaped substrate. In any case, cracks etc. do not occur,
A substrate having the exact dimensions was obtained. The elemental analysis of the substrate, the electrical conductivity, and the specific surface area value by the BET method were measured, and these values are shown in Table 1 together. Further, a battery was assembled using lithium tetrafluoroborate as an electrolyte in the plate-like substrate in the same manner as in vi) of Example 1, and the charge / discharge characteristics were examined. The results are summarized in Table 1.

いずれの場合にも電極として不溶不融性基体を用いる
と安定でしかも高性能の2次電池が得られた。
In any case, when an insoluble and infusible substrate was used as the electrode, a stable and high-performance secondary battery was obtained.

実施例3 i) レゾール型フェノール樹脂(約60%濃度の水溶
液)/水/塩化亜鉛を重量比で25/10/50の割合で混合し
た溶液に実施例1のi)にて得られた比表面積値が1000
m2/gである不溶不融性物質の粉末を該溶液中のフェノー
ル樹脂の固型分との比が第2表に示した割合となるよう
にして混合し、次に50×50×2mmの型枠に流し込み、100
℃の温度で60分間硬化反応を進め、約50×50×2mmの大
きさの複合成形体を得た。該複合成形体を実施例1 iv)
及びv)に示した方法にて熱処理、洗浄、乾燥し、不溶
不融性の板状基体を得た。いずれの場合もクラックなど
を生じず、正確な寸法を有していた。
Example 3 i) The ratio obtained in i) of Example 1 to a solution in which a resole type phenol resin (aqueous solution having a concentration of about 60%) / water / zinc chloride was mixed at a weight ratio of 25/10/50. Surface area value is 1000
The powder of the insoluble and infusible substance of m 2 / g was mixed in such a ratio that the ratio with the solid content of the phenol resin in the solution was the ratio shown in Table 2, and then 50 × 50 × 2 mm. Pour into the formwork of 100,
The curing reaction was allowed to proceed for 60 minutes at a temperature of ° C to obtain a composite molded body having a size of about 50 x 50 x 2 mm. The composite molded body was prepared as in Example 1 iv).
And a heat treatment, washing and drying by the method shown in v) to obtain an insoluble and infusible plate-shaped substrate. In each case, cracks and the like did not occur, and the size was accurate.

ii) 該板状基体の元素分析、電気伝導度、及びBET法
による比表面積値の測定を行なったが、これらの値はま
とめて第2表に示す。次に該板状基体に電解質にリチウ
ムテトラフルオロボレートを用いて実施例1 vi)と同様
にして電池を組み立て、充放電特性を調べた。結果を第
2表に示す。
ii) Elemental analysis of the plate-like substrate, electric conductivity, and measurement of specific surface area by BET method were carried out, and these values are collectively shown in Table 2. Next, a battery was assembled in the same manner as in Example 1 vi) using lithium tetrafluoroborate as an electrolyte for the plate-shaped substrate, and the charge / discharge characteristics were examined. The results are shown in Table 2.

実施例4 本実施例は本発明における第1のタイプの電池、即ち
正極及び負極に不溶不融性基体を用いる2次電池に関す
る。正極及び負極に実施例3で用いたNo.1の不溶不融性
基体の板状体を用い、電解液としてLiClO4をプロピレン
カーボネートに溶解させた1モル/の溶液を使用して
電池を構成し、充放電テストを行なった。
Example 4 This example relates to a first type of battery according to the present invention, that is, a secondary battery using an insoluble and infusible substrate for the positive electrode and the negative electrode. A battery was constructed by using the plate-like body of the insoluble and infusible substrate of No. 1 used in Example 3 for the positive electrode and the negative electrode, and using 1 mol / solution of LiClO 4 dissolved in propylene carbonate as an electrolytic solution. Then, a charge / discharge test was performed.

電池を組んだ直後の開路電圧は0Vであった。次に外部
電源より電圧を印加して正極にClO4 -イオンに負極にLi+
イオンをドーピングすることによって充電した。充電速
度は1時間当りのドーピング量が1%となる様にし、約
2時間行なった。この時の開路電圧は2.5Vであった。次
に充電時とほぼ同じ速度でClO4 -イオン及びLi+イオンの
アンドーピングを行なうことにより放電を開路電圧が0V
になるまで行なった。電荷効率は約80%であった。
The open circuit voltage immediately after the battery was assembled was 0V. Next, a voltage is applied from an external power source to generate ClO 4 ions for the positive electrode and Li + for the negative electrode.
It was charged by doping with ions. The charging rate was such that the doping amount per hour was 1%, and the charging was performed for about 2 hours. The open circuit voltage at this time was 2.5V. Next, undoping of ClO 4 ions and Li + ions is performed at almost the same rate as during charging, and discharge is performed at an open circuit voltage of 0 V.
It was done until. The charge efficiency was about 80%.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る電池の基本構成を示すものであ
り、(1)は正極、(2)は負極、(3)は集電体、
(4)は電解液、(5)はセパレータ、(6)は電池ケ
ース、(7)は外部端子をあらわす。
FIG. 1 shows a basic configuration of a battery according to the present invention, where (1) is a positive electrode, (2) is a negative electrode, (3) is a current collector,
(4) is an electrolytic solution, (5) is a separator, (6) is a battery case, and (7) is an external terminal.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.6
であり且つ、BET法による比表面積値が600m2/g以上であ
るポリアセン系骨格構造を有した不溶不融性物質の粉末
(A)、フェノール系樹脂(B)及び塩化亜鉛(C)と
から形成された複合成形体を非酸化性雰囲気中にて熱処
理して得られる水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.
6であり、且つBET法による比表面積値が600m2/g以上の
ポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性基体を正極及
び/又は負極とし、電解により電極にドーピング可能な
イオンを生成し得る化合物の非プロトン性有機溶媒溶液
を電解液としてなる有機電解質電池。
1. The atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms is 0.05 to 0.6.
And a powder (A) of an insoluble and infusible substance having a polyacene skeleton structure having a specific surface area value of 600 m 2 / g or more by the BET method, a phenolic resin (B), and zinc chloride (C) The atomic ratio of hydrogen atoms / carbon atoms obtained by heat-treating the formed composite compact in a non-oxidizing atmosphere is 0.05 to 0.
6 and a compound having a specific surface area by BET method of 600 m 2 / g or more is an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure as a positive electrode and / or a negative electrode, and can generate ions that can be doped in the electrode by electrolysis An organic electrolyte battery using the aprotic organic solvent solution of 1. as an electrolytic solution.
【請求項2】不溶不融性物質がフェノール系樹脂を熱処
理したものである特許請求の範囲第1項に記載の有機電
解質電池。
2. The organic electrolyte battery according to claim 1, wherein the insoluble and infusible substance is a heat-treated phenolic resin.
【請求項3】フェノール系樹脂がフェノールホルムアル
デヒド樹脂である特許請求の範囲第1項又は第2項に記
載の有機電解質電池。
3. The organic electrolyte battery according to claim 1 or 2, wherein the phenolic resin is phenol formaldehyde resin.
【請求項4】複合成形体が30〜70重量部の不溶不融性物
質の粉末と70〜20重量部のフェノール系樹脂により形成
されたものである特許請求の範囲第1項乃至第3項の何
れに記載の有機電解質電池。
4. A composite molded article formed by 30 to 70 parts by weight of an insoluble and infusible substance powder and 70 to 20 parts by weight of a phenolic resin. The organic electrolyte battery according to any one of 1.
【請求項5】不溶不融性基体が水素原子/炭素原子の原
子比が0.15〜0.60の範囲のものである特許請求の範囲第
1項乃至第4項の何れかに記載の有機電解質電池。
5. The organic electrolyte battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the insoluble and infusible substrate has a hydrogen atom / carbon atom atomic ratio in the range of 0.15 to 0.60.
【請求項6】正極がポリアセン系骨格構造を有する不溶
不融性基体、負極がアルカリ金属又はアルカリ金属の合
金である特許請求の範囲第1項乃至第5項の何れかに記
載の有機電解質電池。
6. The organic electrolyte battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode is an insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure, and the negative electrode is an alkali metal or an alloy of an alkali metal. .
【請求項7】正極及び負極がポリアセン系骨格構造を有
する不溶不融性基体である特許請求の範囲第1項乃至第
5項の何れかに記載の有機電解質電池。
7. The organic electrolyte battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the positive electrode and the negative electrode are insoluble and infusible substrates having a polyacene skeleton structure.
【請求項8】ドーピング可能なイオンを生成し得る化合
物が、LiClO4,LiAsF6,LiBF4,(n−C4H94NClO4,(n
−C3H74NClO4又はLiHF2である特許請求の範囲第1項
乃至第6項の何れかに記載の有機電解質電池。
8. A compound capable of producing a dopable ion is LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n.
-C 3 H 7) 4 organic electrolyte cell according to any one of NClO 4 or LiHF 2 a is Claims paragraphs 1 through 6 wherein.
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