JP2619842B2 - Organic electrolyte battery - Google Patents

Organic electrolyte battery

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JP2619842B2
JP2619842B2 JP3204769A JP20476991A JP2619842B2 JP 2619842 B2 JP2619842 B2 JP 2619842B2 JP 3204769 A JP3204769 A JP 3204769A JP 20476991 A JP20476991 A JP 20476991A JP 2619842 B2 JP2619842 B2 JP 2619842B2
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正敏 小森
信雄 安東
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鐘紡株式会社
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は有機電解質電池に係り、
更に詳しくはポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性
物質と金属酸化物との混合物を正極活物質とし、負極に
上記不溶不融性基体と熱硬化性樹脂を含む成形体にリチ
ウムを担持させたものを用いた有機電解質電池に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic electrolyte battery,
More specifically, a mixture of an insoluble infusible substance having a polyacene skeleton structure and a metal oxide was used as a positive electrode active material, and lithium was supported on a molded body containing the insoluble infusible substrate and a thermosetting resin on a negative electrode. The present invention relates to an organic electrolyte battery using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、導電性高分子、遷移金属酸化物等
を正極とし、負極にリチウムあるいはリチウム合金を用
いた二次電池がエネルギー密度が高いことから、Ni−
Cd電池、鉛電池に代る電池として提案されている。し
かし、これら二次電池は繰り返し充放電を行うと正極、
あるいは負極の劣化による容量低下が大きく実用に問題
が残されている。特に負極の劣化はデントライトと呼ば
れるこけ状のリチウム結晶の生成を伴い、充放電の繰り
返しにより終局的にはデントライトがセパレーターを貫
通し、電池内部でショートを引き起こし、場合によって
は電池が破裂する等、安全面においても問題があった。
近時、グラファイト等の炭素材、ポリアセチレン、ポリ
パラフェニレン等の導電性高分子にリチウムを担持させ
たリチウム電池の研究が進められている。しかしなが
ら、デンドライトの発生は著しく少ないもののリチウム
の出し入れに対して、構造の変化が大きく、サイクル特
性が低下するという問題があった。
2. Description of the Related Art In recent years, a secondary battery using a conductive polymer, a transition metal oxide or the like as a positive electrode and lithium or a lithium alloy as a negative electrode has a high energy density.
It has been proposed as a battery replacing Cd batteries and lead batteries. However, these secondary batteries repeatedly charge and discharge, the positive electrode,
Alternatively, the capacity is greatly reduced due to the deterioration of the negative electrode, and a problem remains in practical use. In particular, the deterioration of the negative electrode involves the formation of moss-like lithium crystals called dentite, and the repetition of charging and discharging eventually causes the dentite to penetrate the separator, causing a short circuit inside the battery, and in some cases, the battery exploding There was also a problem in terms of safety.
In recent years, research on lithium batteries in which lithium is supported on a carbon material such as graphite and a conductive polymer such as polyacetylene and polyparaphenylene has been advanced. However, although the generation of dendrites is extremely small, there is a problem that a change in the structure is large with respect to lithium in / out, and the cycle characteristics are deteriorated.

【0003】一方、本発明者らは先に有機半導体である
ポリアセン系骨格構造を有する不溶不融性基体を正極,
負極両方に適用する二次電池を提案している(特開昭6
0−170163号公報等)。該電池はサイクル特性,
急速充電性等の電池性能に加え、安全性においても優れ
ているものの、電池の容量の向上、あるいは電池電圧の
向上が課題として残されていた。又、本出願人は先に正
極にポリアセン系骨格構造を含有する不溶不融性基体と
金属酸化物の混合物を用い、かつ負極にリチウムあるい
は上記不溶不融性基体を用いる電池が提案されている
(特開昭63−314759号公報)。該電池は高容量
であり、特に急速放電において容量の低下は少ないが、
負極にリチウムを用いた場合上述のデントライトによる
劣化が大きく、又、不溶不融性基体を用いた場合、高電
圧を得ることができない等の問題が残されていた。
On the other hand, the present inventors have previously described an insoluble and infusible substrate having a polyacene-based skeleton structure as an organic semiconductor as a positive electrode,
A secondary battery that can be applied to both negative electrodes has been proposed (Japanese Unexamined Patent Publication No.
0-170163). The battery has cycle characteristics,
Although it is excellent in safety in addition to battery performance such as quick chargeability, improvement of battery capacity or battery voltage has been left as an issue. In addition, the present applicant has previously proposed a battery using a mixture of an insoluble infusible substrate containing a polyacene-based skeleton structure and a metal oxide for the positive electrode, and using lithium or the above insoluble infusible substrate for the negative electrode. (JP-A-63-314759). The battery has a high capacity, and although there is little decrease in capacity especially in rapid discharge,
When lithium is used for the negative electrode, there is a problem that deterioration due to the above-described dendrites is large, and when an insoluble and infusible substrate is used, a high voltage cannot be obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記問題
点に鑑み、鋭意研究を続けた結果本発明を完成したもの
である。本発明の目的は高電圧を有し、長期に亘って充
電、放電が可能な二次電池を提供するにある。本発明の
他の目的は急速充放電性のよい二次電池を提供するにあ
る。本発明のさらに他の目的は安全性に優れた二次電池
を提供するにある。本発明のさらに他の目的は製造が容
易な二次電池を提供するにある。本発明のさらに他の目
的並びに効果は以下の説明から明らかにされよう。
In view of the above problems, the present inventors have made intensive studies and completed the present invention. An object of the present invention is to provide a secondary battery having a high voltage and capable of being charged and discharged for a long time. Another object of the present invention is to provide a secondary battery having good rapid charge / discharge characteristics. Still another object of the present invention is to provide a secondary battery having excellent safety. Still another object of the present invention is to provide a secondary battery which is easy to manufacture. Still other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

【0005】[0005]

【問題点を解決するための手段】本発明の上記の目的は
正極,負極並びに電解液としてリチウム塩の非プロトン
性有機溶媒溶液を備えた有機電解質電池であって、 (1)正極が(a)芳香族系縮合ポリマーの熱処理物で
あり、水素原子/炭素原子の原子比が0.5〜0.05
であるポリアセン系骨格構造を含有し、かつBET法に
よる比表面積値が600m2 /g以上である不溶不融性
基体と(b)金属酸化物との混合物を含み (2)負極が少なくとも芳香族系縮合ポリマーの熱処理
物であり、水素原子/炭素原子の原子比が0.5〜0.
05であるポリアセン系骨格構造を含有した不溶不融性
基体と熱硬化性樹脂を含む成形体にリチウムをモル百分
率で3%以上担持せしめたことを特徴とする有機電解質
電池によって達成される。
The object of the present invention is to provide an organic electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a solution of a lithium salt in an aprotic organic solvent as an electrolytic solution, wherein (1) the positive electrode comprises (a) A) a heat-treated aromatic condensation polymer having an atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom of 0.5 to 0.05;
And (b) a mixture of a metal oxide and an insoluble and infusible substrate having a specific surface area value of at least 600 m 2 / g by a BET method. It is a heat-treated product of a system condensation polymer having an atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom of 0.5 to 0.5.
The present invention is attained by an organic electrolyte battery characterized in that 3% or more by mole of lithium is supported on a molded body containing a thermosetting resin and an insoluble and infusible substrate containing a polyacene-based skeleton structure of No. 05 in a molar percentage.

【0006】本発明におけるポリアセン系骨格構造を含
有する不溶不融性基体(以下、PASと記す)は本願の
出願人の出願にかかる特開昭59−3806号公報に記
載されている芳香族系縮合ポリマーを特定の条件で熱処
理することにより得られる。また600m2 /g以上の
BET法による比表面積を有するPASは本願の出願人
の出願にかかる特開昭60−170163号公報に記載
されている方法により得られる。具体的には高い比表面
積を必要としない場合、すなわち本発明においては負極
に用いる場合は例えば次の様にして得ることもできる。
本発明に用いる芳香族系縮合ポリマーとしては、
The insoluble and infusible substrate having a polyacene skeleton structure (hereinafter referred to as PAS) according to the present invention is an aromatic base described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-3806 filed by the present applicant. It is obtained by subjecting the condensation polymer to heat treatment under specific conditions. PAS having a specific surface area of 600 m 2 / g or more according to the BET method can be obtained by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-170163 filed by the present applicant. Specifically, when a high specific surface area is not required, that is, when the present invention is used for a negative electrode, it can be obtained as follows, for example.
As the aromatic condensation polymer used in the present invention,

【0007】(a)フェノール・ホルムアルデヒド樹脂
の如き、フェノール性水酸基を有する芳香族系炭化水素
化合物とアルデヒド類の縮合物、(b)キシレン変性フ
ェノール、ホルムアルデヒド樹脂(フェノールの一部を
キシレンで置換したもの)の如き、フェノール性水酸基
を有する芳香族系炭化水素化合物、フェノール性水酸基
を有さない芳香族炭化水素化合物およびアルデヒドの縮
合物及び(c)フラン樹脂が好適なものとして挙げられ
る。該芳香族系縮合ポリマーを、非酸化性雰囲気(真空
状態も含む)中で、400℃〜1000℃の温度、好ま
しくは600℃〜800℃の適当な温度まで徐々に加熱
し水素原子/炭素原子の原子比(以下H/Cと記す)が
0.50〜0.05、好ましくは0.35〜0.10の
熱処理物とするとPASが得られる。
(A) a condensate of an aromatic hydrocarbon compound having a phenolic hydroxyl group such as a phenol-formaldehyde resin and an aldehyde, (b) a xylene-modified phenol, a formaldehyde resin (a part of phenol is substituted by xylene ), Aromatic hydrocarbon compounds having no phenolic hydroxyl group, aromatic hydrocarbon compounds having no phenolic hydroxyl group, condensates of aldehydes, and (c) furan resins. The aromatic condensation polymer is gradually heated to a suitable temperature of 400 ° C. to 1000 ° C., preferably 600 ° C. to 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere (including a vacuum state) to obtain hydrogen atoms / carbon atoms. When the heat-treated product has an atomic ratio (hereinafter, referred to as H / C) of 0.50 to 0.05, preferably 0.35 to 0.10.

【0008】本発明において正極あるいは負極に用いる
600m2 /g以上のBET法による比表面積を有する
PASの場合、前記した芳香族系縮合ポリマーに塩化亜
鉛、リン酸ナトリウム等の無機塩を混合する。混入する
量は、無機塩の種類及び目的とする電極の形状、性能に
よって異なるが、重量比で10/1〜1/7が好まし
い。このようにして得られた無機塩と芳香族系縮合ポリ
マーの混合物はポリマーの組成、無機塩の種類等によっ
て異なるが通常50〜180℃の温度で、2〜90分間
加熱することにより硬化、かくして得られた硬化体を、
次いで非酸化性雰囲気中で350〜800℃の温度、好
ましくは400℃〜750℃の温度まで加熱し、得られ
た熱処理体を水あるいは希塩酸等で十分洗浄することに
よって、熱処理体中に含まれている無機塩を除去する。
その後、これを乾燥すると、H/C=0.50〜0.0
5好ましくは0.35〜0.10の600m2 /g以上
の比表面積を有するPASが得られる。本発明に用いる
PASはX線回折(Cukα線)においてメインピーク
の位置が2θで24°以下に生じ、且つ2θで41°〜
46°の間にブロードなピークを示すものが好適であ
る。本発明におけるPASは成形しやすい様、粉体,短
繊維状等の形状に製造又は適当な形状で製造し、粉体,
短繊維状等の形状に加工されたPASを用いるのがよ
い。
In the case of a PAS having a specific surface area of 600 m 2 / g or more according to the BET method used for a positive electrode or a negative electrode in the present invention, an inorganic salt such as zinc chloride or sodium phosphate is mixed with the above-mentioned aromatic condensation polymer. The mixing amount varies depending on the type of the inorganic salt and the shape and performance of the target electrode, but is preferably from 10/1 to 1/7 by weight. The mixture of the inorganic salt and the aromatic condensation polymer thus obtained varies depending on the composition of the polymer, the kind of the inorganic salt and the like, but is usually cured at a temperature of 50 to 180 ° C. by heating for 2 to 90 minutes, thus. The obtained cured product is
Then, the mixture is heated to a temperature of 350 to 800 ° C., preferably 400 to 750 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, and the obtained heat-treated body is sufficiently washed with water or dilute hydrochloric acid to contain the heat-treated body. To remove inorganic salts.
Then, when this is dried, H / C = 0.50 to 0.0
A PAS having a specific surface area of at least 600 m < 2 > / g, preferably from 0.35 to 0.10, is obtained. In the PAS used in the present invention, the position of a main peak in X-ray diffraction (Cukα ray) occurs at 24 ° or less at 2θ and 41 ° to 2 ° at 2θ.
Those showing a broad peak between 46 ° are preferred. The PAS in the present invention is manufactured into a powder or short fiber shape or in an appropriate shape so that it can be easily molded.
It is preferable to use PAS processed into a short fiber shape or the like.

【0009】本発明の正極に用いるPASは上記のPA
Sの内H/C=0.5〜0.05かつBET法による比
表面積値が600m2 /g以上のものを用いる。H/C
比が0.5を越える場合は本発明の電池の充放電の電荷
効率が悪くなり、H/C比が0.05未満の場合、電池
の容量が低下するので好ましくない。又、BET法によ
る比表面積が600m2 /g未満の場合、例えばClO
4 ,BF4 等の比較的イオン半径の大きなイオンを円滑
にドーピングすることが困難になり、充電電圧を高くす
る必要があるので好ましくない。本発明の正極に用いる
金属酸化物としてはリチウムイオンのインターカレーシ
ョン、又はデインターカレーション可能なものであり、
中でも遷移金属酸化物が好ましい。さらに好ましくは、
バナジウム、クロム、マンガンの酸化物であり、就中V
2 5 ,V6 13に代表されるバナジウム酸化物が好適
である。本発明における正極はPASと金属酸化物を粉
末等の状態で混合することで得られるものである。具体
的には粉体等混合しやすい形態にあるPASと金属酸化
物を混合しバインダー、必要に応じて導電材を加え、十
分に混合、場合によって混練後、成形する。ここで、P
ASと金属酸化物の混合は電池の使用用途、PAS,金
属酸化物の種類にもよるがPAS/金属酸化物の重量比
が95/5〜15/85であることが好ましい。95/
5を越える場合、金属酸化物の効果が小さく、一方15
/85未満の場合、電池の急速充放電性が失われる。
The PAS used for the positive electrode of the present invention is the above-mentioned PAS.
Of S, those having H / C = 0.5 to 0.05 and specific surface area value of 600 m 2 / g or more by BET method are used. H / C
When the ratio exceeds 0.5, the charge efficiency of charge and discharge of the battery of the present invention is deteriorated, and when the H / C ratio is less than 0.05, the capacity of the battery is undesirably reduced. When the specific surface area by the BET method is less than 600 m 2 / g, for example, ClO
4 , BF 4 and the like having a relatively large ion radius are difficult to dope smoothly, and it is necessary to increase the charging voltage, which is not preferable. As the metal oxide used for the positive electrode of the present invention, lithium ion intercalation, or those capable of deintercalation,
Among them, transition metal oxides are preferred. More preferably,
Vanadium, chromium and manganese oxides, especially V
Vanadium oxides typified by 2 O 5 and V 6 O 13 are preferred. The positive electrode in the present invention is obtained by mixing PAS and a metal oxide in the form of a powder or the like. Specifically, PAS and a metal oxide in a form that is easy to mix such as powder are mixed with a binder, and a conductive material is added as necessary, and the mixture is sufficiently mixed, and if necessary, kneaded and then molded. Where P
The mixture of AS and metal oxide depends on the use of the battery and the type of PAS and metal oxide, but the weight ratio of PAS / metal oxide is preferably 95/5 to 15/85. 95 /
If it exceeds 5, the effect of the metal oxide is small, while 15
If the ratio is less than / 85, the battery loses rapid charge / discharge properties.

【0010】導電剤の種類は特に限定されず、金属ニッ
ケル等の金属粉末でもよいが、例えば活性炭、カーボン
ブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素系のもの
が特に好ましい。混合比は不溶不融性物質の電気伝導
度、該複合物の複合比等によって異なるが、複合物総重
量に対して40〜2%加えるのが適当である。バインダ
ーの種類は後で述べる本発明における電解液に不溶のも
のであれば特に限定されないが、例えばSBR等のゴム
系バインダー、ポリ四フッ化エチレン等のフッ素系樹
脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂が
好ましく、その混合比は複合物総重量に対し20%以下
とするのが好ましい。本発明の負極に用いられるPAS
は上記した方法で得られるH/C=0.5〜0.05で
あるものを用いる。PASは芳香族系多環構造が適度に
発達し、かつ、平面ポリアセン系骨格構造の平均距離が
比較的大きいことが示唆され、リチウムを安定に担持す
ることができる。
The type of the conductive agent is not particularly limited, and a metal powder such as nickel metal may be used. However, a carbon-based material such as activated carbon, carbon black, acetylene black, and graphite is particularly preferable. The mixing ratio varies depending on the electric conductivity of the insoluble and infusible substance, the composite ratio of the composite, and the like, but it is appropriate to add 40 to 2% to the total weight of the composite. The type of the binder is not particularly limited as long as it is insoluble in the electrolytic solution in the present invention described later. For example, a rubber-based binder such as SBR, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, a thermoplastic resin such as polypropylene and polyethylene Resins are preferred, and the mixing ratio is preferably 20% or less based on the total weight of the composite. PAS used for the negative electrode of the present invention
Used is H / C = 0.5 to 0.05 obtained by the above method. PAS suggests that the aromatic polycyclic structure is moderately developed and that the average distance of the planar polyacene skeleton structure is relatively large, so that PAS can stably support lithium.

【0011】H/Cが0.05未満の場合リチウムを担
持したとき、あるいはリチウムを出し入れしたとき(充
放電時)に基体構造に変化を生じ易くなり、サイクル特
性が低下する。H/Cが0.5を越える場合、リチウム
を安定に担持させることができず、この様なPASにリ
チウムを担持させた負極を用いて製造した電池は自己放
電が大きくなる。本発明においてリチウムを担持させる
PASと熱硬化性樹脂を少なくとも含む成形体は大きく
分けて次の2つの方法で製造することができる。第1の
方法は粉末状,短繊維状等の混合しやすい形態のPAS
と熱硬化性樹脂の初期縮合物とを、必要ならばメタノー
ル,トルエン,水等の溶媒を加えて混練後、50℃〜2
00℃の加熱下硬化と同時に加圧成形する方法であり、
第2の方法は先に上記形態にあるPASを、例えばポリ
四フッ化エチレン,ポリエチレン,ポリプロピレン等の
電池用電極に一般的に用いられるバインダーと混合ある
いは必要に応じて混練,成形し、続いて該成形体に熱硬
化性樹脂の初期縮合物溶液を含浸後、加熱等により乾
燥、硬化を行う方法である。
When the H / C is less than 0.05, the structure of the substrate tends to be changed when lithium is carried or when lithium is taken in and out (during charging and discharging), and the cycle characteristics are deteriorated. When H / C exceeds 0.5, lithium cannot be stably supported, and a battery manufactured using such a negative electrode in which lithium is supported on PAS has a large self-discharge. In the present invention, a molded article containing at least a PAS supporting lithium and a thermosetting resin can be roughly divided into the following two methods. The first method is to use PAS in a form that can be easily mixed, such as powder or short fiber.
And the initial condensate of the thermosetting resin are kneaded by adding a solvent such as methanol, toluene or water, if necessary.
It is a method of pressure molding simultaneously with curing under heating at 00 ° C,
In the second method, the PAS in the above-described form is mixed with a binder generally used for battery electrodes such as polytetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene, or kneaded and molded as necessary, and then, This is a method of impregnating the molded article with a solution of an initial condensate of a thermosetting resin, followed by drying and curing by heating or the like.

【0012】本発明における熱硬化性樹脂としてはPA
S粉体等を強固に接着し電極のゆるみを抑止し得るも
の、例えばフェノール樹脂,メラミン樹脂フラン樹脂等
が挙げられる。かくして得られた成形体は場合により、
不活性雰囲気中(真空を含む)熱処理して用いることも
できる。例えば熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用
いた場合、リチウムと反応し易い水酸基,カルボニル基
等が大量に存在し、リチウムを担持させる時に余分なリ
チウムを必要とする為、加熱処理によりあらかじめこれ
らの官能基を減少させておくことが有利である。加熱温
度は150℃以上、好ましくは250℃から500℃で
あり、高温になるにつれ、電極強度が低下し本発明本来
の効果が得にくくなる。
The thermosetting resin in the present invention is PA
Materials that can firmly adhere S powder and the like to prevent the electrode from loosening, such as phenol resin and melamine resin furan resin. The molded body thus obtained may be optionally
Heat treatment in an inert atmosphere (including vacuum) can also be used. For example, when a phenolic resin is used as a thermosetting resin, a large amount of hydroxyl groups, carbonyl groups, and the like that easily react with lithium are present, and extra lithium is required when lithium is supported. It is advantageous to keep the groups reduced. The heating temperature is 150 ° C. or higher, preferably from 250 ° C. to 500 ° C., and as the temperature increases, the electrode strength decreases, and it becomes difficult to obtain the original effects of the present invention.

【0013】上記成形体中の熱硬化性樹脂の割合はPA
Sの形状,PASの比表面積,他種のバインダー量,担
持させるリチウム量等により決定されるが、好ましくは
電極中を占める割合が重量比で1%以上70%以下、さ
らに好ましくは5%以上50%以下である。1%未満の
場合、電極のゆるみを抑止する効果が小さく、70%を
越えると当然のことながらPAS量が少なくなり、十分
なリチウムを担持することができず、電池容量が低下す
る。本発明の有機電解質に適用される負極は、上述の方
法で得られるPASと熱硬化性樹脂とを含有する成形体
又は該成形体の熱処理物にリチウムを担持せしめたもの
である。リチウムの担持方法としては、電解法、気相
法、液相法、イオン注入法等公知の方法から適宜選択し
て行えばよい。例えば電解法でリチウムを担持する場合
は、リチウムイオンを含む電解液中に、PAS成形体を
作用電極として浸漬し、同一電解液中の対極との間で、
電流を流すか、又は電圧を印加する。また上記成形体に
適量のリチウム箔を直接接触させる方法によっても担持
されることができる。気相法を用いる場合には、例えば
リチウムの蒸気に、PAS成形体を晒す。また液相法を
用いる場合は例えばリチウムイオンを含む錯体と不溶不
融性基体とを反応せしめる。この反応に用いる錯体とし
ては、例えばアルカリ金属のナフタレン錯体、アルコキ
シドなどが挙げられるが、これらに限定されるものでは
ない。
The ratio of the thermosetting resin in the above-mentioned molded product is PA
It is determined by the shape of S, the specific surface area of PAS, the amount of other kinds of binders, the amount of lithium to be supported, and the like. Preferably, the proportion occupying in the electrode is 1% or more and 70% or less by weight, more preferably 5% or more. 50% or less. If it is less than 1%, the effect of suppressing the loosening of the electrode is small, and if it is more than 70%, the amount of PAS is naturally reduced, so that sufficient lithium cannot be carried, and the battery capacity decreases. The negative electrode applied to the organic electrolyte of the present invention is obtained by supporting lithium on a molded article containing PAS and a thermosetting resin obtained by the above-described method or a heat-treated product of the molded article. The method for supporting lithium may be appropriately selected from known methods such as an electrolytic method, a gas phase method, a liquid phase method, and an ion implantation method. For example, when lithium is supported by the electrolytic method, the PAS molded body is immersed in an electrolyte containing lithium ions as a working electrode, and between the counter electrode in the same electrolyte,
Apply current or apply voltage. Further, it can also be supported by a method in which an appropriate amount of lithium foil is brought into direct contact with the above-mentioned molded body. When the gas phase method is used, the PAS compact is exposed to, for example, lithium vapor. When the liquid phase method is used, for example, a complex containing lithium ions is reacted with an insoluble and infusible substrate. Examples of the complex used in this reaction include, but are not limited to, an alkali metal naphthalene complex and an alkoxide.

【0014】上記方法によってPASに担持せしめるリ
チウムの量はモル百分率(PASの炭素原子1個に対す
るリチウムの数の百分率)で表わして3%以上、好まし
くは10%以上である。リチウムの量はPASの比表面
積によっても異なり、リチウムを担持せしめたPAS成
形体の電位がLi/Li+ に対して1.0〜0Vになる
様にリチウムを担持させるのが好ましい。リチウムの量
が少ない場合、本発明の電池の電圧が低下し、多い場合
には過剰のリチウムがPAS成形体表面に析出し、好ま
しくない。そして上記PAS粉体等を熱硬化性樹脂を用
いず従来知られている方法で成形したPAS成形体にリ
チウムを担持させる場合、電極のゆるみが大きく、十分
なサイクル特性が得られないうえ、電池の内部抵抗が増
大し、急速放電が困難となり、さらには十分なサイクル
特性が得られなかった。
The amount of lithium supported on the PAS by the above-mentioned method is 3% or more, preferably 10% or more, expressed as a molar percentage (percentage of the number of lithium to one carbon atom of the PAS). The amount of lithium varies depending on the specific surface area of the PAS, and it is preferable to support lithium so that the potential of the PAS compact supporting lithium is 1.0 to 0 V with respect to Li / Li + . When the amount of lithium is small, the voltage of the battery of the present invention decreases, and when the amount is large, excessive lithium precipitates on the surface of the PAS molded body, which is not preferable. When lithium is supported on a PAS compact obtained by molding the PAS powder or the like by a conventionally known method without using a thermosetting resin, the electrode has a large slack and sufficient cycle characteristics cannot be obtained. , The internal resistance increased, rapid discharge became difficult, and sufficient cycle characteristics could not be obtained.

【0015】特に高い比較例表面積のPASを用いる場
合、担持するリチウム量が多くなることから従来の方法
では電極がゆるみやすく、本発明の効果が顕徴に表れ
る。すなわち600m2 /g以上のBET法による比表
面積を持つPASは基体中でのLiの拡散速度が速いこ
とから電池内部抵抗を小さくできることが確認されてい
たものの、成形法に問題があり、実用できなかったわけ
であるが、本発明の方法を用いることにより、高性能電
池が得られる。
In particular, when a PAS having a comparatively high surface area is used, the amount of lithium carried is large, so that the electrode is easily loosened by the conventional method, and the effect of the present invention is apparent. In other words, it has been confirmed that PAS having a specific surface area of 600 m 2 / g or more by the BET method can reduce the internal resistance of the battery due to the high diffusion rate of Li in the substrate, but there is a problem in the molding method and it cannot be used in practice. However, by using the method of the present invention, a high-performance battery can be obtained.

【0016】本発明に用いる電解液を構成する溶媒とし
ては非プロトン性有機溶媒が用いられる。非プロトン性
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネイト、プロ
ピレンカーボネイト、γ−ブチロラクトン、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、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン又
はこれら非プロトン性有機溶媒の二種以上の混合液のい
ずれを使用してもよい。
As a solvent constituting the electrolytic solution used in the present invention, an aprotic organic solvent is used. Examples of the aprotic organic solvent include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolan, methylene chloride, sulfolane, or a mixture of these aprotic organic solvents. Any mixture of more than one species may be used.

【0017】また、上記の混合又は単一の溶媒に溶解さ
せる電解質は、リチウムイオンを生成しうる電解質のい
ずれでも良い。このような電解質としては、例えばLi
I、LiClO4 、LiAsF6 、LiBF4、又はL
iHF2 等が挙げられる。上記の電解質及び溶媒は十分
に脱水された状態で混合され、電解液とするのである
が、電解液中の前期電解質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/l以上とす
るのが好ましく、通常0.2〜1.5モル/lとするの
が更に好ましい。電池外部に電流を取り出すための集電
体としてはドーピング剤及び電解液に対し耐蝕性の導電
性物質、例えば炭素、白金、ニッケル、ステンレス等を
用いることが出来る。
The electrolyte mixed or dissolved in a single solvent may be any electrolyte capable of generating lithium ions. As such an electrolyte, for example, Li
I, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , or L
iHF 2 and the like. The above electrolyte and solvent are mixed in a sufficiently dehydrated state to form an electrolyte. The concentration of the electrolyte in the electrolyte is at least 0.1 mol / l or more in order to reduce the internal resistance due to the electrolyte. And more preferably 0.2 to 1.5 mol / l. As a current collector for extracting a current to the outside of the battery, a conductive material having corrosion resistance to a doping agent and an electrolytic solution, for example, carbon, platinum, nickel, stainless steel, or the like can be used.

【0018】次に図面により本発明の実施態様の一例を
説明する。図1は本発明に係る電池の基本構成説明図で
ある。図1において、(1)は正極であり、(2)は負
極である。(3),(3′)は集電体であり、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、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非プロトン
性有機溶媒に溶解されている。電解液は通常液状である
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事及び
電解液を保持する事を目的として配置されたセパレータ
ーである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of a battery according to the present invention. In FIG. 1, (1) is a positive electrode, and (2) is a negative electrode. (3) and (3 ') are current collectors, which are connected to each electrode and the external terminals (7) and (7') so as not to cause a voltage drop. (4) is an electrolytic solution in which the above-mentioned compound capable of generating ions that can be doped is dissolved in an aprotic organic solvent. The electrolyte is usually liquid, but may be used in a gel or solid state 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.

【0019】該セパレーターは、電解液或は電極活物質
に対し、該セパレーター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通気孔
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。電極の形状、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。
The separator is a porous material having a non-electron conductive material having continuous air holes that are durable with respect to an electrolytic solution or an electrode active material such as a doping agent or an alkali metal. Usually, a cloth, a nonwoven fabric or a porous body made of glass fiber, polyethylene or polypropylene 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 that there is no practical problem. The shape, size, and the like of the electrode are appropriately determined depending on the shape and performance of the intended battery.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の有機電解質電池は正極にPAS
金属酸化物の混合物を用い、かつ負極にリチウムを担持
させた熱硬化性樹脂でPASを接着したものを電極に用
いることにより、容量が高く高電圧であり、かつ長期サ
イクル特性に優れた二次電池である。以下実施例を挙げ
て本発明を具体的に説明する。
The organic electrolyte battery of the present invention has a PAS
By using a mixture of metal oxides and a PAS bonded with a thermosetting resin carrying lithium on the negative electrode, a secondary battery with high capacity, high voltage and excellent long-term cycle characteristics is used. Battery. Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(1)PASの製造法 水溶性レゾール(約60%濃度)、塩化亜鉛及び水を重
量比で10:25:4の割合で混合した水溶液をフィル
ムアプリケーターでガラス板上に成膜した。次に成膜し
た水溶液上にガラス板を被せ水分が蒸発しない様にした
後、約100℃の温度1時間加熱して硬化させた。該フ
ェノール樹脂フィルムをシリコニット電気炉中に入れ窒
素雰囲気下で10℃/時間の速度で昇温し、650℃
(PAS1)500℃(PAS2)まで熱処理した。次
に該熱処理物を希塩酸で洗った後、水洗し、その後乾燥
することにより、高比表面積のPASフィルムを得た。
このPASフィルムをディスクミルで粉砕することによ
りPAS粉体を得た。PAS1,PAS2のH/C比は
それぞれ0.17,0.22でありBET法による比表
面積値は1850m2 /g,2100m2 /gであっ
た。
(1) Method for producing PAS An aqueous solution in which a water-soluble resol (about 60% concentration), zinc chloride and water were mixed at a weight ratio of 10: 25: 4 was formed into a film on a glass plate using a film applicator. Next, a glass plate was placed on the formed aqueous solution to prevent moisture from evaporating, and then heated at a temperature of about 100 ° C. for 1 hour to be cured. The phenol resin film was placed in a siliconite electric furnace and heated at a rate of 10 ° C./hour in a nitrogen atmosphere at 650 ° C.
(PAS1) Heat treatment was performed to 500 ° C. (PAS2). Next, the heat-treated product was washed with dilute hydrochloric acid, washed with water, and then dried to obtain a PAS film having a high specific surface area.
This PAS film was pulverized with a disk mill to obtain a PAS powder. The H / C ratio of PAS1 and PAS2 was 0.17 and 0.22, respectively, and the specific surface area values by the BET method were 1850 m 2 / g and 2100 m 2 / g.

【0022】次にPAS2粉末70部、V2 5 粉末3
0部、ポリ四フッ化エチレン粉末10部、アセチレンブ
ラック20部を十分に乳ばちで混合した後、ローラーに
より約500μmのフィルムとし正極とした。PAS1
粉末100部、ポリ四フッ化エチレン粉末10部を十分
に混合した後、ローラーにより約500μmのフィルム
とした。続いてレゾール型フェノール樹脂初期縮合物メ
タノール溶液(約20%濃度)に該フィルムを浸漬し、
フェノール樹脂を含浸した後、100℃にて4時間乾
燥、硬化した。含浸前のフィルムに対する含浸後のフィ
ルム重量は1.24であった。該含浸成形体に200μ
のLi箔(リチウム担持量約55%)を圧着し、1mo
l/l LiClO4 −プロピレンカーボネート溶液中
に48時間放置したところ、Li金属箔は完全になくな
りすべてのLiがPAS成形体に担持させることができ
た。このLi担持PASを負極とした。
Next, PAS2 powder 70 parts, V 2 O 5 powder 3
0 parts, 10 parts of polytetrafluoroethylene powder, and 20 parts of acetylene black were sufficiently mixed with milk stick, and then formed into a film of about 500 μm with a roller to obtain a positive electrode. PAS1
After sufficiently mixing 100 parts of the powder and 10 parts of the polytetrafluoroethylene powder, a film of about 500 μm was formed with a roller. Subsequently, the film is immersed in a methanol solution (about 20% concentration) of a resol type phenol resin precondensate,
After impregnating with the phenol resin, it was dried and cured at 100 ° C. for 4 hours. The weight of the film before impregnation relative to the film before impregnation was 1.24. 200 μm
Of Li foil (lithium carrying amount about 55%)
When left in a 1 / l LiClO 4 -propylene carbonate solution for 48 hours, the Li metal foil completely disappeared, and all the Li could be supported on the PAS compact. This Li-supported PAS was used as a negative electrode.

【0023】上記正,負極を用い図1のような電池を組
み立てた。集電体としてはステンレス金網を用い、セパ
レーターとしてはガラス繊維からなるフェルトを用い
た。また電解液としては1モル/l LiClO4 −プ
ロピレンカーボネート溶液を用いた。電池の起電圧は
2.9Vであった。上記電池に外部電源より4.0Vの
電圧を約1時間印加し、充電を行ない、次いで1mA/
cm2 の電流密度で2.0Vまで放電し、初期容量を求
めた。更にこの充放電サイクルを重ね100回まで測定
した。初期容量を100とした時、100回目の容量は
92であった。
A battery as shown in FIG. 1 was assembled using the above positive and negative electrodes. A stainless steel wire mesh was used as a current collector, and a felt made of glass fiber was used as a separator. In addition, a 1 mol / l LiClO 4 -propylene carbonate solution was used as an electrolytic solution. The electromotive voltage of the battery was 2.9V. A voltage of 4.0 V was applied to the above battery from an external power source for about 1 hour, charging was performed, and then 1 mA /
The battery was discharged to 2.0 V at a current density of cm 2 to determine the initial capacity. Further, this charge / discharge cycle was repeated and measured up to 100 times. When the initial capacity was 100, the capacity at the 100th time was 92.

【0024】[0024]

【比較例1】実施例において負極に用いるPASにフェ
ノール樹脂を含浸せず、以下同様の方法で電池を組んだ
ところ、電池の起電圧は2.6Vであった。同様の方法
でサイクル特性を測定した。初期容量を100とした時
100回目の容量は61であった。
Comparative Example 1 A battery was assembled in the same manner as described below without impregnating the PAS used for the negative electrode with the phenol resin, and the electromotive voltage of the battery was 2.6 V. The cycle characteristics were measured in the same manner. When the initial capacity was 100, the capacity at the 100th time was 61.

【0025】[0025]

【比較例2】実施例において負極にLi箔をはりつけな
いで(Liを担持させず)、以下同様にして電池を組ん
だ。電池の起電圧は0.3Vであった。サイクル特性を
同様の方法で4V−2V,2V−0V間で測定した。初
期容量を100とした時の100回目の容量は、4V−
2V間の場合52、2V−0V間の場合88であった。
Li箔をはりつけない為に電池の安定作動電圧は低かっ
た。
COMPARATIVE EXAMPLE 2 A battery was assembled in the same manner as in the example, except that no Li foil was attached to the negative electrode (without carrying Li). The electromotive voltage of the battery was 0.3V. The cycle characteristics were measured between 4V-2V and 2V-0V by the same method. When the initial capacity is set to 100, the 100th capacity is 4V-
The value was 52 for 2V and 88 for 2V-0V.
The stable operating voltage of the battery was low because no Li foil was attached.

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

図1は本発明に係る電池の基本構成図であり、(1)は
正極、(2)負極、(3),(3′)は集電体、(4)
は電解液、(5)はセパレーター、(6)電池ケース、
(7),(7′)は外部端子を表わす。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a battery according to the present invention, wherein (1) is a positive electrode, (2) a negative electrode, (3) and (3 ') are current collectors, and (4).
Is an electrolytic solution, (5) is a separator, (6) a battery case,
(7) and (7 ') represent external terminals.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−233862(JP,A) 特開 平4−34870(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-233862 (JP, A) JP-A-4-34870 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 正極,負極並びに電解液としてリチウム
塩の非プロトン性有機溶媒溶液を備えた有機電解質電池
であって、 (1)正極が(a)芳香族系縮合ポリマーの熱処理物で
あり、水素原子/炭素原子の原子比が0.5〜0.05
であるポリアセン系骨格構造を含有し、かつBET法に
よる比表面積値が600m2 /g以上である不溶不融性
基体と(b)金属酸化物との混合物を含み (2)負極が少なくとも芳香族系縮合ポリマーの熱処理
物であり、水素原子/炭素原子の原子比が0.5〜0.
05であるポリアセン系骨格構造を含有した不溶不融性
基体と熱硬化性樹脂を含む成形体にリチウムをモル百分
率で3%以上担持せしめたことを特徴とする有機電解質
電池。
1. An organic electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode and a solution of a lithium salt in an aprotic organic solvent as an electrolyte, wherein (1) the positive electrode is (a) a heat-treated aromatic condensation polymer; Hydrogen atom / carbon atom ratio is 0.5 to 0.05
And (b) a mixture of a metal oxide and an insoluble and infusible substrate having a specific surface area value of at least 600 m 2 / g by a BET method. It is a heat-treated product of a system condensation polymer having an atomic ratio of hydrogen atom / carbon atom of 0.5 to 0.5.
An organic electrolyte battery comprising a molded body containing a thermosetting resin and an insoluble infusible substrate containing a polyacene-based skeleton structure of No. 05 and supporting lithium by 3% or more by mole percentage.
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