JP2715778B2 - Reversible electrode material - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、可逆性電極材料、それ
を用いた可逆性電極の製造方法、およびその可逆性電極
を用いたリチウム電池に関する。The present invention relates to a reversible electrode material, a method for producing a reversible electrode using the same, and a lithium battery using the reversible electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】1971年に白川らにより導電性のポリ
アセチレンが発見されて以来、この導電性高分子を電極
材料に用いることが盛んに検討されている。導電性高分
子を電極材料に用いると軽量で高エネルギー密度の電池
や、大面積のエレクトロクロミック素子、微小電極を用
いた生物化学センサー等の電気化学素子を製造すること
が期待され得るためである。ポリアセチレンは不安定で
電極としては実用性に乏しいことから他のπ電子共役系
導電性高分子が検討され、ポリアニリン、ポリピロ−
ル、ポリアセン、ポリチオフェンといった比較的安定な
高分子が開発され、これらを正極に用いたリチウム二次
電池が開発されるに及んでいる。これらの高分子電極
は、電極反応に際してカチオンのみならず電解質中のア
ニオンをも取り込むので、電池内の電解質はイオンの移
動媒体として作用するだけでなく電池反応に関与する。
従って、電池容量に見合う量の電解質が電池内に必要と
なり、その結果、電池のエネルギ−密度が小さくなると
いう問題を有している。このような電池のエネルギ−密
度は、20〜50Wh/kg程度であり、ニッケルカドミウ
ム蓄電池、鉛蓄電池等の通常の二次電池に較べ約2分の
1程度である。2. Description of the Related Art Since the discovery of conductive polyacetylene by Shirakawa et al. In 1971, the use of this conductive polymer as an electrode material has been actively studied. When a conductive polymer is used as an electrode material, it can be expected to manufacture a light-weight, high-energy-density battery, a large-area electrochromic device, and an electrochemical device such as a biochemical sensor using microelectrodes. . Since polyacetylene is unstable and impractical as an electrode, other π-electron conjugated conductive polymers have been studied, and polyaniline, polypyro-
Relatively stable polymers such as toluene, polyacene, and polythiophene have been developed, and lithium secondary batteries using these as a positive electrode have been developed. These polymer electrodes take in not only cations but also anions in the electrolyte during the electrode reaction, so that the electrolyte in the battery not only acts as a transfer medium for ions but also participates in the battery reaction.
Therefore, there is a problem that an amount of electrolyte corresponding to the battery capacity is required in the battery, and as a result, the energy density of the battery is reduced. The energy density of such a battery is about 20 to 50 Wh / kg, which is about one half of that of a normal secondary battery such as a nickel cadmium storage battery or a lead storage battery.
【0003】高エネルギ−密度が期待できる電極材料と
して、米国特許第4,833,048号明細書にはジスルフィド
系化合物が開示されている。この化合物は、最も簡単に
はR−S−S−Rと表される(Rは脂肪族あるいは芳香
族の有機基、Sは硫黄である)。S−S結合は電解還元
により開裂し、電解浴中のカチオン(M+)とでR−Sー
・M+ で表される塩を生成する。この塩は、電解酸化に
より元のR−S−S−Rに戻る。上記カチオン(M+)
を供給しかつ捕捉する金属Mとジスルフィド系化合物を
組み合わせた金属−イオウ二次電池が前述の米国特許に
提案されている。この二次電池においては、150Wh/
kg以上と、通常の二次電池に匹敵する、あるいはそれ以
上のエネルギ−密度が期待できる。上記米国特許第4833
048号明細書あるいはJ.Electrochem Soc., Vol.136, p.
2570-2575(1989)にはジスルフィド系化合物電極に触媒
を導入することが述べられている。電極触媒としては有
機金属化合物が開示されているが、その効果については
具体的に示されていない。[0003] US Patent No. 4,833,048 discloses a disulfide compound as an electrode material which can be expected to have a high energy density. This compound is most simply represented as R-S-S-R (R is an aliphatic or aromatic organic group and S is sulfur). The SS bond is cleaved by electrolytic reduction, and the cation (M + ) in the electrolytic bath is combined with the RS—
-Form a salt represented by M + . This salt returns to the original RSSR by electrolytic oxidation. The above cation (M + )
A metal-sulfur secondary battery combining a metal M and a disulfide-based compound for supplying and trapping a metal is proposed in the aforementioned U.S. Patent. In this secondary battery, 150 Wh /
With an energy density of kg or more, an energy density comparable to or higher than that of a normal secondary battery can be expected. U.S. Pat.
No. 048, or J. Electrochem Soc., Vol. 136, p.
2570-2575 (1989) describes introducing a catalyst to a disulfide compound electrode. Although an organometallic compound is disclosed as an electrode catalyst, its effect is not specifically described.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このように高エネルギ
ー密度を達成し得る電極材料としてジスルフィド系化合
物が提案されているが、該ジスルフィド系化合物は、米
国特許第4,833,048号明細書の発明者らがJ.Electroche
m.Soc, Vol.136, No.9, p.2570〜2575(1989)で報告し
ているように、酸化と還元の電位が非常に離れている。
例えば[(C2H5)2NCSS-]2の電解では、酸化電位と還元電
位とが1volt以上も離れている。従って、電極反応論に
依れば電子移動過程は極めて遅い。そのため、室温付近
では実用に見合う大きな電流、例えば1mA/cm2以上の電
流を取り出すことが困難であり、このような化合物を用
いた電極を有する電池は、100−200℃の高温での
使用に限られるという問題があった。A disulfide compound has been proposed as an electrode material capable of achieving a high energy density as described above. The disulfide compound is disclosed in US Pat. No. 4,833,048. J. Electroche
As reported in m. Soc, Vol. 136, No. 9, p. 2570-2575 (1989), the potentials for oxidation and reduction are very far apart.
For example, in the electrolysis of [(C 2 H 5 ) 2 NCSS-] 2 , the oxidation potential and the reduction potential are separated by 1 volt or more. Therefore, the electron transfer process is extremely slow according to the electrode reaction theory. Therefore, it is difficult to extract a large current suitable for practical use near room temperature, for example, a current of 1 mA / cm 2 or more, and a battery having an electrode using such a compound can be used at a high temperature of 100 to 200 ° C. There was a problem of being limited.
【0005】本発明の可逆性電極材料、前記電極材料を
用いた可逆性電極の製造方法および前記可逆性電極を用
いたリチウム電池は、上記従来の問題点を解決するもの
である。The reversible electrode material of the present invention, a method for producing a reversible electrode using the electrode material, and a lithium battery using the reversible electrode solve the above-mentioned conventional problems.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の電極材料は、ジ
スルフィド基を有する化合物および導電性高分子の組合
せ、もしくはジスルフィド基を有する導電性高分子を有
する電極材料であって、前記ジスルフィド基のS−S結
合が、電解還元により開裂し硫黄−金属イオン結合また
は硫黄−プロトン結合を生成し、該硫黄−金属イオン結
合または硫黄−プロトン結合が電解酸化によりS−S結
合を形成する。The electrode material of the present invention is a combination of a compound having a disulfide group and a conductive polymer, or an electrode material having a conductive polymer having a disulfide group, wherein the electrode material comprises a disulfide group. The SS bond is cleaved by electrolytic reduction to generate a sulfur-metal ion bond or a sulfur-proton bond, and the sulfur-metal ion bond or the sulfur-proton bond forms an SS bond by electrolytic oxidation.
【0007】好ましい実施態様では、上記電極材料は、
ジスルフィド基を有する化合物および導電性高分子の組
合せを有し、該ジスルフィド基を有する化合物が分子内
に開裂可能なジスルフィド結合を有する。In a preferred embodiment, the electrode material comprises:
It has a combination of a compound having a disulfide group and a conductive polymer, and the compound having a disulfide group has a cleavable disulfide bond in the molecule.
【0008】好ましい実施態様では、前記ジスルフィド
基を有する導電性高分子は、π電子共役系導電性高分子
にジスルフィド基を導入することにより得られる。[0008] In a preferred embodiment, the conductive polymer having a disulfide group is obtained by introducing a disulfide group into a π-electron conjugated conductive polymer.
【0009】好ましい実施態様では、前記ジスルフィド
基を有する導電性高分子は、π電子共役系導電性高分子
を形成し得、かつジスルフィド基を有するモノマーを電
解重合することにより得られる。In a preferred embodiment, the conductive polymer having a disulfide group is capable of forming a π-electron conjugated conductive polymer and is obtained by electrolytic polymerization of a monomer having a disulfide group.
【0010】本発明の可逆性電極の製造方法は、チオー
ル基を有する化合物を二量体化してジスルフィド基を有
する二量体を得る工程、π電子共役系導電性高分子を形
成し得るモノマーを、該二量体の存在下、電極基板上で
電解重合させる工程、を包含する。The method for producing a reversible electrode according to the present invention comprises a step of dimerizing a compound having a thiol group to obtain a dimer having a disulfide group, and a method of forming a monomer capable of forming a π-electron conjugated conductive polymer. And electrolytically polymerizing on the electrode substrate in the presence of the dimer.
【0011】本発明のリチウム二次電池は、正極、固体
電解質、および負極を有し、正極が、電解酸化によりジ
スルフィド基のS−S結合を形成し得る、硫黄−リチウ
ムイオン結合を有するリチウムチオレート、およびπ電
子共役系導電性高分子を主成分とする組成物、あるい
は、電解酸化によりジスルフィド基のS−S結合を形成
し得る硫黄−リチウムイオン結合を有するπ電子共役系
導電性高分子を主成分とする組成物で構成され、該固体
電解質は、リチウムを含む塩、もしくは該塩を含む高分
子を主成分とする組成物で構成され、そして該負極は、
アルミニウムまたはアルミニウム含有合金と炭素とを主
成分とする組成物により構成される。The lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode, and the positive electrode has a sulfur-lithium ion-bonded lithium thiol bond capable of forming an SS bond of a disulfide group by electrolytic oxidation. Electron conjugated conductive polymer having a rate and a π-electron conjugated conductive polymer as a main component, or a sulfur-lithium ion bond capable of forming an SS bond of a disulfide group by electrolytic oxidation The solid electrolyte is a salt containing lithium, or a composition containing a polymer containing the salt as a main component, and the negative electrode,
It is composed of a composition containing aluminum or an aluminum-containing alloy and carbon as main components.
【0012】好ましい実施態様では、前記固体電解質
は、前記正極を構成する組成物または前記負極を構成す
る組成物に混合されている。In a preferred embodiment, the solid electrolyte is mixed with a composition constituting the positive electrode or a composition constituting the negative electrode.
【0013】好ましい実施態様では、前記固体電解質
が、ポリアミンにエチレンオキサイドおよびプロピレン
オキサイドでなる群から選択される少なくとも一種を付
加して得られるポリエーテル;イオン交換性の層状結晶
を有する化合物;およびLiXで示されるリチウム塩(こ
こでXは強酸のアニオンである)を有する。In a preferred embodiment, the solid electrolyte is a polyether obtained by adding at least one selected from the group consisting of ethylene oxide and propylene oxide to a polyamine; a compound having an ion-exchange layered crystal; and LiX. Wherein X is an anion of a strong acid.
【0014】[0014]
【作用】以上のように本発明の電極材料を用いることに
より、化学的に活性な金属リチウムあるいはその合金を
電池を組立る時に扱う必要がないので、リチウム二次電
池を安全に組み立てることができる。また、こうして組
み立てたリチウム二次電池においては、放電状態で電池
を保存することによって、電池中に金属リチウムが実質
上存在しないので、電池が破壊されたとき発火すること
がない。さらに、本発明の電池を用いることにより、金
属リチウムあるいはその合金を負極として用いる従来の
電池に較べ、大きな電流を取り出すことができる。As described above, by using the electrode material of the present invention, it is not necessary to handle chemically active metallic lithium or its alloy when assembling the battery, and thus it is possible to assemble the lithium secondary battery safely. . Further, in the lithium secondary battery assembled in this way, by storing the battery in a discharged state, there is substantially no metallic lithium in the battery, so that there is no ignition when the battery is destroyed. Further, by using the battery of the present invention, a larger current can be obtained as compared with a conventional battery using metallic lithium or an alloy thereof as a negative electrode.
【0015】[0015]
【実施例】本発明の電極材料は、(1)ジスルフィド基
を有する化合物および導電性高分子の組合せ、もしくは
(2)ジスルフィド基を有する導電性高分子を含有す
る。The electrode material of the present invention contains (1) a combination of a compound having a disulfide group and a conductive polymer, or (2) a conductive polymer having a disulfide group.
【0016】本発明の上記第1の電極材料に用いられる
ジスルフィド基を有する化合物としては、上記米国特許
第4,833,048号に開示されている一般式(R(S)y)n
で表される化合物がある。この化合物は、還元されると
R(S)yHあるいはR(S)yMで示される還元体とな
り得る。ここでRは脂肪族基または芳香族基、Sは硫
黄、Hはプロトン、Mは金属原子、yは1以上の整数、
そしてnは2以上の整数である。例えば、上記化合物の
還元体としてはC2N2S(SH)2で表される2,5- シ゛メルカフ゜ト-1,
3,4-チアシ゛アソ゛ール、C3H3N3S3で表されるs-トリアシ゛ンー2、4、6ートリ
チオール等がある。The compound having a disulfide group used in the first electrode material of the present invention includes a compound represented by the general formula (R (S) y ) n disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,833,048.
There is a compound represented by When this compound is reduced, it can be a reduced form represented by R (S) y H or R (S) y M. Here, R is an aliphatic group or an aromatic group, S is sulfur, H is a proton, M is a metal atom, y is an integer of 1 or more,
And n is an integer of 2 or more. For example, as a reduced form of the above compound, 2,5-dimercapto-1, represented by C 2 N 2 S (SH) 2
Examples include 3,4-thiadiazole and s-triazine-2,4,6-trithiol represented by C 3 H 3 N 3 S 3 .
【0017】分子内にジスルフィド基を有し、該ジスル
フィド基のS−S結合の開裂が分子内で可逆的に起こり
得る立体配置を有する化合物も好適に用いられ、そのよ
うな化合物としては、1,8-ジスルフィドナフタレン等が
ある。上記ジスルフィド基を有する化合物およびジスル
フィド基を形成し得る基(メルカプト基など)を有する
化合物を、ジスルフィド化合物と総称する。Compounds having a disulfide group in the molecule and having a configuration in which the cleavage of the SS bond of the disulfide group can reversibly occur in the molecule are also preferably used. , 8-disulfide naphthalene and the like. The compound having a disulfide group and the compound having a group capable of forming a disulfide group (such as a mercapto group) are collectively referred to as a disulfide compound.
【0018】導電性高分子としては、π電子共有系導電
性高分子が用いられ、これには、チオフェン、ピロー
ル、アニリン、フラン、ベンゼンなどを重合することに
より得られる重合体がある。具体的にはポリアニリン、
ポリピロ−ル、ポリチオフェン、ポリアセン等がある。
これらのπ電子共有系導電性高分子は、Ag/AgCl電極に
対して0〜±1.0voltで可逆性の高い酸化還元反応を
起こす。これらの高分子は、重合条件により多孔性のフ
ィブリル構造をとることができ、細孔中にジスルフィド
化合物を保持でき、効果的に可逆性電極を作製すること
が可能である。上記導電性高分子にヨウ素などのアニオ
ンをドープしたものが導電性高分子として優れた特性を
示す。As the conductive polymer, a π-electron shared conductive polymer is used, and examples thereof include polymers obtained by polymerizing thiophene, pyrrole, aniline, furan, benzene, and the like. Specifically, polyaniline,
There are polypyrrol, polythiophene, polyacene and the like.
These π-electron sharing conductive polymers cause a highly reversible oxidation-reduction reaction at 0 to ± 1.0 volt with respect to the Ag / AgCl electrode. These polymers can have a porous fibril structure depending on polymerization conditions, can hold a disulfide compound in pores, and can effectively produce a reversible electrode. The conductive polymer doped with an anion such as iodine exhibits excellent properties as a conductive polymer.
【0019】本発明の第1の電極材料においては、上記
ジスルフィド化合物および導電性高分子が組み合わせて
用いられる。これらの組合せは、混合、含浸、共析、重
ね塗り等公知の方法により行うことができる。例えば、
ステンレススチ−ル基材上に導電性高分子のフィブリル
層を電解重合により形成したのち、上記ジスルフィド化
合物の塩をフィブリル層内に含浸することで複合電極を
得ることができる。あるいは、ジスルフィド化合物粒子
を、導電性高分子を溶解した溶媒中に分散したのち溶媒
を除くことで、ジスルフィド化合物粒子の表面に導電性
高分子の層を形成してもよい。さらには、化学重合ある
いは電解重合で得た導電性高分子粉末とジスルフィド化
合物粉末とを混合することもできる。In the first electrode material of the present invention, the above-mentioned disulfide compound and conductive polymer are used in combination. These combinations can be performed by a known method such as mixing, impregnation, eutectoid, and recoating. For example,
After forming a fibril layer of a conductive polymer on a stainless steel substrate by electrolytic polymerization, a composite electrode can be obtained by impregnating the fibril layer with a salt of the disulfide compound. Alternatively, the conductive polymer layer may be formed on the surface of the disulfide compound particles by dispersing the disulfide compound particles in a solvent in which the conductive polymer is dissolved and then removing the solvent. Further, a conductive polymer powder obtained by chemical polymerization or electrolytic polymerization and a disulfide compound powder can be mixed.
【0020】別法として、1,8-ジスルフィドナフタレン
のような分子内にジスルフィド基を有し、該ジスルフィ
ド基のS−S結合の開裂が分子内で可逆的に起こり得る
立体配置を有する化合物の存在下で、π電子共有系導電
性高分子を形成し得るモノマーを重合させることによ
り、本発明の電極材料が得られる。例えば、1,8-ジスル
フィドナフタレンの存在下で、電極基板上に、アニリン
を電解重合させると、ポリアニリン-1,8-ジスルフィド
ナフタレンの複合膜が形成される。あるいは、さらに別
法として、上記S−S結合の開裂が分子内で可逆的に起
こり得る立体配置を有する化合物の代わりに、チオール
基を有する化合物を二量体化したものを用いることもで
きる。例えば、チアゾリンの二量体を得、これを上記1,
8-ジスルフィドナフタレンの代わりに用いることによ
り、ポリアニリン-2-メルカプト-2-チアゾリン二量体複
合膜が形成される。上記いずれの場合においてもフィブ
リル構造を有する膜が形成されるような重合条件におい
て重合を行うことが好ましい。これらの方法において
は、チオール基が保護されている化合物を使用するため
導電性高分子が阻害されることなく調製され得る。得ら
れた複合膜においては、ジスルフィド化合物と導電性高
分子が複合体を形成しているため、例えば、これを可逆
電池の正極として使用したときに、ジスルフィド化合物
が電解質中へもれ出ることがない。Alternatively, a compound such as 1,8-disulfide naphthalene having a disulfide group in the molecule and having a configuration in which the SS bond of the disulfide group can be reversibly generated in the molecule. By polymerizing a monomer capable of forming a π-electron sharing conductive polymer in the presence, the electrode material of the present invention can be obtained. For example, when aniline is electrolytically polymerized on an electrode substrate in the presence of 1,8-disulfide naphthalene, a composite film of polyaniline-1,8-disulfide naphthalene is formed. Alternatively, as a further alternative, a compound obtained by dimerizing a compound having a thiol group can be used instead of the compound having a configuration in which the cleavage of the SS bond can reversibly occur in the molecule. For example, a dimer of thiazoline is obtained,
By using instead of 8-disulfide naphthalene, a polyaniline-2-mercapto-2-thiazoline dimer composite film is formed. In any of the above cases, it is preferable to carry out the polymerization under such polymerization conditions that a film having a fibril structure is formed. In these methods, since a compound in which a thiol group is protected is used, the conductive polymer can be prepared without being hindered. In the obtained composite membrane, since the disulfide compound and the conductive polymer form a composite, for example, when this is used as a positive electrode of a reversible battery, the disulfide compound may leak into the electrolyte. Absent.
【0021】本発明の第2の電極材料においては、ジス
ルフィド結合を有する導電性高分子が用いられる。この
ようなジスルフィド結合を有する導電性高分子は、例え
ば、(1)π電子共有系導電性高分子にジスルフィド基
を導入すること;あるいは、(2)π電子共有系導電性
高分子を形成し得、かつジスルフィド基を有するモノマ
ーを電解重合すること;により得られる。上記第1の方
法におけるπ電子共有系導電性高分子としては、上記第
1の電極材料に用いられる導電性高分子あるいはその誘
導体が利用され得る。例えば、ハロゲン化ピロールを電
解重合させて電極基板上にポリハロゲン化ピロールの薄
膜を形成する。このときに、上記第1の電極材料の場合
と同様に、フィブリル構造を有する薄膜を形成させる条
件下において重合を行うのが好ましい。次いで、ハロゲ
ン基をチオ尿素などによりメルカプト基に変換する。次
に、メルカプト基を有する化合物をこれに反応させるこ
とによりジスルフィド基が形成される。メルカプト基を
有する化合物としては、上記第1の電極材料に用いられ
るジスルフィド化合物(還元型であってSH基を有する
もの)、例えば、2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾ
ールが好適に用いられる。このようにして形成されたジ
スルフィド結合を有する薄膜状の導電性高分子は、可逆
性の電極として利用され得る。上記第2の方法における
π電子共有系導電性高分子を形成し得るモノマーとして
は、上記第1の電極材料に用いられる導電性高分子を形
成し得るモノマー(チオフェン、ピロールなど)にジス
ルフィド基が導入されたモノマーが利用され得る。この
モノマーを重合することによりジスルフィド結合を有す
る導電性高分子が得られる。例えば、メルカプト基を有
するチオフェンに、2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジア
ゾールのような、上記第1の電極材料に用いられるジメ
ルカプト化合物(還元型であり、SH基を有する)を反
応させることにより、ジスルフィド基を有するチオフェ
ン誘導体が得られる。これを電極基板上で電解重合させ
ることによりジスルフィド基を有する導電性高分子の膜
が形成される。フィブリル構造を有する膜を形成するよ
うな条件で重合を行うことが好ましい。このようにして
形成された導電性高分子膜は可逆性電極として作用す
る。In the second electrode material of the present invention, a conductive polymer having a disulfide bond is used. Such a conductive polymer having a disulfide bond includes, for example, (1) introducing a disulfide group into a π-electron shared conductive polymer; or (2) forming a π-electron shared conductive polymer. And subjecting the monomer having a disulfide group to electrolytic polymerization. As the π-electron sharing conductive polymer in the first method, the conductive polymer used for the first electrode material or a derivative thereof can be used. For example, a thin film of a polyhalogenated pyrrole is formed on an electrode substrate by electrolytic polymerization of a halogenated pyrrole. At this time, as in the case of the first electrode material, it is preferable to carry out the polymerization under conditions for forming a thin film having a fibril structure. Next, the halogen group is converted to a mercapto group with thiourea or the like. Next, a compound having a mercapto group is reacted with the compound to form a disulfide group. As the compound having a mercapto group, a disulfide compound (reduced type having an SH group) used for the first electrode material, for example, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole is preferably used. Used. The thus formed conductive polymer in the form of a thin film having a disulfide bond can be used as a reversible electrode. As the monomer capable of forming the π-electron sharing conductive polymer in the second method, a monomer (thiophene, pyrrole, etc.) capable of forming the conductive polymer used for the first electrode material may have a disulfide group. Introduced monomers may be utilized. By polymerizing this monomer, a conductive polymer having a disulfide bond can be obtained. For example, a thiophene having a mercapto group is reacted with a dimercapto compound (reduced and having an SH group) used for the first electrode material such as 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole. By doing so, a thiophene derivative having a disulfide group is obtained. This is electrolytically polymerized on an electrode substrate to form a conductive polymer film having a disulfide group. It is preferable to carry out the polymerization under conditions that form a film having a fibril structure. The conductive polymer film thus formed functions as a reversible electrode.
【0022】本発明の電極材料を用いた電極に金属イオ
ンもしくはプロトンが共存するときに電解還元を行う
と、電極材料が有するジスルフィド基のS−S結合が開
裂し、硫黄−金属イオン結合または硫黄−プロトン結合
が形成される。これを再び電解酸化するともとのS−S
結合にもどる。上記金属イオンとしては、アルカリ金属
イオンおよびアルカリ土類金属イオンが挙げられる。本
発明の電極材料でなる電極を正極としアルカリ金属イオ
ンとしてリチウムイオンを用いる場合に、リチウムイオ
ンを供給および捕捉するための電極として金属リチウム
あるいはリチウム−アルミニウム等のリチウム合金で構
成される電極を負極として用い、かつリチウムイオンを
伝導する電解質を用いると、電圧が3〜4voltの電池が
得られうる。プロトンと、プロトンを供給および捕捉す
るための電極としてLaNi5等の金属水素化物で構成され
る電極を負極として用い、かつプロトンを伝導する電解
質とを用いると、電圧が1〜2voltの電池が得られう
る。When electrolytic reduction is performed when metal ions or protons coexist on the electrode using the electrode material of the present invention, the SS bond of the disulfide group of the electrode material is cleaved, and the sulfur-metal ion bond or sulfur A proton bond is formed. When this is electrolytically oxidized again, the original SS
Return to join. Examples of the metal ion include an alkali metal ion and an alkaline earth metal ion. When the electrode made of the electrode material of the present invention is used as a positive electrode and lithium ions are used as alkali metal ions, an electrode composed of lithium metal or a lithium alloy such as lithium-aluminum is used as an electrode for supplying and capturing lithium ions. And an electrolyte that conducts lithium ions, a battery having a voltage of 3 to 4 volts can be obtained. When a proton and an electrode composed of a metal hydride such as LaNi 5 are used as a negative electrode as an electrode for supplying and capturing the proton, and an electrolyte that conducts the proton is used, a battery having a voltage of 1 to 2 volts is obtained. Can be
【0023】本発明の電極材料のジスルフィド化合物と
π電子共有系導電性高分子との組合せにおいて、π電子
共有系導電性高分子はジスルフィド化合物の電解酸化・
還元に際して電極触媒として作用する。ジスルフィド基
を有するπ電子共有系導電性高分子の場合にも、該ジス
ルフィド基の電解酸化・還元に際して、π電子共有系の
構造が電極触媒として作用する。従来のジスルフィド化
合物のみの場合においては酸化反応と還元反応の電位差
は1volt以上であるが、π電子共有系導電性高分子とジ
スルフィド化合物とを組合せ、あるいはジスルフィド基
を有する導電性高分子の場合には、酸化反応と還元反応
の電位差は0.1voltあるいはそれ以下である。π電子共
役系導電性高分子と組み合わされた、あるいは、このよ
うな高分子に取り込まれたジスルフィド化合物は、電極
反応が促進するため、室温でも大電流を取り出すことが
可能である。本発明の電気材料の電解酸化を行うと、先
ずπ電子共役系導電性高分子(ジスルフィド基を有する
導電性高分子においては、共役系高分子部分)が酸化を
受け、該高分子の酸化体が還元体のジスルフィド化合物
(ジスルフィド基を有する導電性高分子においては、S
HもしくはS−金属イオン結合の部分)を酸化し元の還
元体に戻り、ジスルフィド化合物の酸化体が生成する
(ジスルフィド基が形成される)。電解還元を行うと、
該導電性高分子が先ず還元を受け、生じた還元体がジス
ルフィド化合物(酸化体)を還元し酸化体に戻り、該ジ
スルフィド化合物は還元体となる。電極触媒をジスルフ
ィド化合物電極に導入することは、前述の米国特許第48
33048号明細書あるいはJ.Electrochem Soc., Vol.136,
p.2570-2575(1989)に述べられている。しかし、電極触
媒としては有機金属化合物が開示されているのみであ
り、電極触媒の効果については具体的に示されていな
い。このように、π電子共役系導電性高分子もしくは共
役系高分子部分は、酸化還元反応における電子の移動を
促進する働きを有するため、酸化還元反応における触媒
として作用し、反応の活性化エネルギーを低減させる働
きを有する。同時に電極と電解質との有効反応面積を増
大させる作用を有する。In the combination of the electrode material of the present invention with the disulfide compound and the π-electron shared conductive polymer, the π-electron shared conductive polymer is formed by electrolytic oxidation of the disulfide compound.
It acts as an electrode catalyst during reduction. Even in the case of a π-electron shared conductive polymer having a disulfide group, the π-electron shared structure acts as an electrode catalyst during the electrolytic oxidation and reduction of the disulfide group. In the case of the conventional disulfide compound alone, the potential difference between the oxidation reaction and the reduction reaction is 1 volt or more, but in the case of a combination of a π-electron sharing conductive polymer and a disulfide compound, or a conductive polymer having a disulfide group. Is that the potential difference between the oxidation reaction and the reduction reaction is 0.1 volt or less. A disulfide compound combined with or incorporated in a π-electron conjugated conductive polymer can take out a large current even at room temperature because the electrode reaction is accelerated. When the electric material of the present invention is subjected to electrolytic oxidation, first, a π-electron conjugated conductive polymer (a conjugated polymer portion in a conductive polymer having a disulfide group) is oxidized, and an oxidized form of the polymer is obtained. Is a reduced disulfide compound (in a conductive polymer having a disulfide group, S
The H or S-metal ion bond portion is oxidized and returned to the original reduced form, and an oxidized form of a disulfide compound is formed (a disulfide group is formed). When performing electrolytic reduction,
The conductive polymer is first reduced, and the resulting reduced form reduces the disulfide compound (oxidized form) and returns to the oxidized form, and the disulfide compound becomes a reduced form. The introduction of an electrocatalyst into a disulfide compound electrode is described in the aforementioned US Pat.
No. 33048 or J. Electrochem Soc., Vol. 136,
p.2570-2575 (1989). However, only an organometallic compound is disclosed as an electrode catalyst, and the effect of the electrode catalyst is not specifically shown. As described above, since the π-electron conjugated conductive polymer or the conjugated polymer portion has a function of promoting electron transfer in the oxidation-reduction reaction, it acts as a catalyst in the oxidation-reduction reaction and reduces the activation energy of the reaction. Has the function of reducing. At the same time, it has the effect of increasing the effective reaction area between the electrode and the electrolyte.
【0024】本発明のリチウム電池は、上記本発明の電
極材料で構成される電極を正極とし、アルミニウムまた
はアルミニウム含有合金と炭素とを主成分とする組成物
で構成される電極を負極とし、そして、リチウムを含む
塩、もしくはその塩を含む高分子で構成される固形電解
質を有する。In the lithium battery of the present invention, an electrode composed of the above-mentioned electrode material of the present invention is used as a positive electrode, an electrode composed of a composition containing aluminum or an aluminum-containing alloy and carbon as main components is used as a negative electrode, , A solid electrolyte composed of a salt containing lithium or a polymer containing the salt.
【0025】上記正極の材料としては、ジスルフィド基
を有する化合物の還元体のリチウム塩および導電性高分
子の組み合わせ;もしくは、ジスルフィド基のS−S結
合が開裂してチオール基となり、これがリチウム塩とな
っている基を有する導電性高分子が用いられる。例え
ば、ジスルフィド基を有する化合物の還元体のリチウム
塩としては、C2N2S(SLi)2で示される2,5−
ジメルカプト−1,3,4−リチウムチオレート、(C
2H4)2C(S)(SLi)で示されるジエチルジチオ
カーバメートなどが挙げられる。上記導電性高分子は、
これらの化合物に由来する基を有する。このような電極
材料においては、電解酸化によりリチウムイオンが遊離
してS−S結合が生成し、逆に還元により再びもとのS
−Liにもどる。As the material of the positive electrode, a combination of a lithium salt of a reduced form of a compound having a disulfide group and a conductive polymer; or an SS bond of the disulfide group is cleaved to form a thiol group, which is converted to a thiol group A conductive polymer having a group having a structure is used. For example, as a lithium salt of a reduced form of a compound having a disulfide group, there is a compound represented by C 2 N 2 S (SLi) 2 represented by 2,5-
Dimercapto-1,3,4-lithium thiolate, (C
And diethyl dithiocarbamate represented by 2 H 4 ) 2 C (S) (SLi). The conductive polymer,
It has a group derived from these compounds. In such an electrode material, lithium ions are liberated by electrolytic oxidation to form an SS bond, and conversely, the original S
-Return to Li.
【0026】上記負極に含有される炭素材料としては、
天然黒鉛、人造黒鉛、無定形炭素、繊維状炭素、粉末状
炭素、石油ピッチ系炭素、石炭コークス系炭素がある。
これら炭素材料は、直径あるいは繊維径が0.01〜1
0ミクロン、繊維長が数μmから数mmまでの粒子あるい
は繊維が好ましい。As the carbon material contained in the negative electrode,
There are natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, fibrous carbon, powdered carbon, petroleum pitch-based carbon, and coal-coke-based carbon.
These carbon materials have a diameter or fiber diameter of 0.01 to 1
Particles or fibers having a diameter of 0 micron and a fiber length of several μm to several mm are preferred.
【0027】負極に含有されるアルミニウムあるいはそ
の合金としては、Al,Al-Fe,Al-Si,Al-Zn,Al-Li,Al-Zn-S
i等がある。これら金属アルミニウムあるいはその合金
は、超急冷により得られたフレーク状のもの、空気中あ
るいは窒素等の不活性ガス中で、機械的な粉砕により得
られた球状あるいは無定形の粉末等が好ましい。粒子の
大きさは、直径1μm〜100μmが好ましい。炭素材
料とアルミニウムあるいはアルミニウム合金との混合割
合は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金1重量部
に対し炭素材料が0.01〜5重量部、好ましくは0.
05〜0.5重量部である。炭素材料が0.01重量部
以下であるとアルミニウムあるいはアルミニウム合金粉
末(フレークを含む)との均一分散が困難になる。この
ため、炭素材料(粉末など)が凝集しアルミニウムある
いはアルミニウム合金粒子間の電導が不良になり、電極
として有効に働かなくなる。逆に、5重量部を越えると
アルミニウムあるいはアルミニウム合金粉末粒子が炭素
材料で厚く覆われてしまう。従って、電解質との接触が
断たれ、電位が不安定になったり分極が大きくなったり
する。The aluminum or alloy thereof contained in the negative electrode includes Al, Al-Fe, Al-Si, Al-Zn, Al-Li, Al-Zn-S
i and others. The metallic aluminum or its alloy is preferably in the form of flakes obtained by ultra-quenching, or spherical or amorphous powder obtained by mechanical pulverization in air or an inert gas such as nitrogen. The particle size is preferably 1 μm to 100 μm in diameter. The mixing ratio of the carbon material to aluminum or aluminum alloy is 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight, per 1 part by weight of aluminum or aluminum alloy.
0.5 to 0.5 parts by weight. When the amount of the carbon material is 0.01 part by weight or less, it is difficult to uniformly disperse the aluminum or aluminum alloy powder (including flakes). For this reason, the carbon material (powder or the like) is aggregated, and the electrical conductivity between the aluminum or aluminum alloy particles becomes poor, and the electrode does not work effectively. Conversely, if it exceeds 5 parts by weight, the aluminum or aluminum alloy powder particles will be thickly covered with the carbon material. Therefore, the contact with the electrolyte is cut off, and the potential becomes unstable or the polarization becomes large.
【0028】本発明のリチウム二次電池の電解質は、リ
チウム伝導性の固形電解質(−20〜60℃にあって固
体あるいは固形状である)であり、この固形電解質はリ
チウムを含む塩、もしくは該塩を含む高分子で構成され
る。リチウムを含む塩としては、LiI,Li3N-LiI-B2O3、L
iI・H2O、Li-β-Al2O3などがある。これらを含む高分子
電解質としては、該リチウム塩を溶解させたポリエチレ
ンオキサイドがあり、さらに、LiClO4を溶解したプロピ
レンカーボネートを含有するポリアクリロニトリル膜よ
りなる固形電解質膜なども利用され得る。後述のよう
に、正極および負極の少なくとも一方に電解質を混合す
る場合には、ポリアミンにエチレンオキサイドおよびブ
チレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルと、
層状結晶を有するイオン交換性の化合物と、リチウム塩
とからなる固形電解質組成物が好適に用いられる。上記
ポリエーテルは、ポリアミンに、アルカリ触媒下、10
0−180℃、1〜10気圧でエチレンオキサイドおよ
びブチレンオキサイドを付加反応することにより得るこ
とができる。上記ポリエーテルの構成成分であるポリア
ミンとしては、ポリエチレンイミン、ポリアルキレンポ
リアミンあるいはそれらの誘導体を用いることができ
る。ポリアルキレンポリアミンとしては、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンテ
トラミン、ジプロピレントリアミン等を挙げることがで
きる。エチレンオキサイドとブチレンオキサイドの付加
モル数はポリアミンの活性水素1個当り2〜150モル
である。付加するエチレンオキサイド(EO)とブチレンオ
キサイド(BO)とのモル比は、80/20〜10/90
(=EO/BO)である。このようにして得られるポリエー
テルの平均分子量は1000〜500万である。このポ
リエーテルは、固形電極組成物中に、0.5から20重
量%の割合で含有されることが好ましい。イオン交換性
の層状結晶構造を有する化合物としては、モンモリロナ
イト、ヘクトライト、サポナイト、スメクタイト等のけ
い酸塩を含む粘土鉱物、りん酸ジルコニウム、りん酸チ
タニウム等のりん酸エステル、バナジン酸、アンチモン
酸、タングステン酸;あるいは、それらを第4級アンモ
ニウム塩等の有機カチオンあるいはエチレンオキサイ
ド、ブチレンオキサイド等の有機の極性化合物で変性し
たものが挙げられる。この固形電解質組成物において
は、構成成分の一つであるポリエーテルが界面活性作用
を有する。従って、正極または負極の少なくとも一方に
この組成物を混合したときに、該ポリエーテルの働きに
より、該組成物が均一に分散し、分極が小さくなる。The electrolyte of the lithium secondary battery of the present invention is a lithium-conductive solid electrolyte (solid or solid at −20 to 60 ° C.), and the solid electrolyte is a salt containing lithium or a lithium-containing salt. It is composed of a polymer containing salt. As a salt containing lithium, LiI, Li 3 N-LiI-B 2 O 3 , L
iI.H 2 O, Li-β-Al 2 O 3 and the like. Examples of the polymer electrolyte containing these include polyethylene oxide in which the lithium salt is dissolved, and a solid electrolyte membrane made of a polyacrylonitrile film containing propylene carbonate in which LiClO 4 is dissolved. As described below, when mixing the electrolyte in at least one of the positive electrode and the negative electrode, a polyether obtained by adding ethylene oxide and butylene oxide to the polyamine,
A solid electrolyte composition comprising an ion-exchange compound having a layered crystal and a lithium salt is preferably used. The polyether is added to a polyamine in the presence of an alkali catalyst in the form of 10
It can be obtained by subjecting ethylene oxide and butylene oxide to addition reaction at 0 to 180 ° C. and 1 to 10 atm. As the polyamine which is a constituent component of the polyether, polyethyleneimine, polyalkylenepolyamine, or a derivative thereof can be used. Examples of the polyalkylene polyamine include diethylene triamine, triethylene tetramine, hexamethylene tetramine, dipropylene triamine and the like. The number of moles of ethylene oxide and butylene oxide added is 2 to 150 moles per active hydrogen of the polyamine. The molar ratio of ethylene oxide (EO) and butylene oxide (BO) to be added is 80/20 to 10/90.
(= EO / BO). The polyether thus obtained has an average molecular weight of 1,000 to 5,000,000. The polyether is preferably contained in the solid electrode composition at a ratio of 0.5 to 20% by weight. Examples of the compound having an ion-exchangeable layered crystal structure include montmorillonite, hectorite, saponite, clay minerals including silicates such as smectite, zirconium phosphate, phosphates such as titanium phosphate, vanadic acid, antimonic acid, Tungstic acid; or those modified with an organic cation such as a quaternary ammonium salt or an organic polar compound such as ethylene oxide or butylene oxide. In this solid electrolyte composition, polyether, which is one of the constituent components, has a surfactant activity. Therefore, when the composition is mixed with at least one of the positive electrode and the negative electrode, the polyether acts to uniformly disperse the composition and reduce the polarization.
【0029】本発明のリチウム二次電池は、通常、次の
方法で調製され得る。例えばまず、上記正極、負極およ
び電解質の成分をそれぞれ混合して、それぞれフィルム
状に成形する。これを正極フィルム、電解質フィルムお
よび負極フィルムの順に積層して圧着すると素電池が得
られる。この積層体の素電池の正極と負極とに必要に応
じて銅箔やリード線を取りつけ、ケースに入れることに
より本発明のリチウム二次電池が得られる。上記電解質
の成分を正極および負極のうちの少なくとも一方の成分
と混合して電池を調製することが推奨される。The lithium secondary battery of the present invention can be usually prepared by the following method. For example, first, the components of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte are respectively mixed and formed into a film. This is laminated in the order of a positive electrode film, an electrolyte film, and a negative electrode film and pressed to obtain a unit cell. The lithium secondary battery of the present invention can be obtained by attaching a copper foil or a lead wire to the positive electrode and the negative electrode of the unit cell of the laminate as required, and putting them in a case. It is recommended that the battery be prepared by mixing the components of the electrolyte with at least one of the positive electrode and the negative electrode.
【0030】本発明のリチウム二次電池を充電すると正
極のS−Li結合からLiが遊離し、S−S結合が形成
される。負極の表面または負極の内部(負極の成分と電
解質の成分とを混合した場合)には、金属リチウムが均
一に析出する。電解質からリチウムが直接析出するの
で、酸素などの不純物で混入することがない。従って、
繰り返し充放電を行っても電流の集中が起こりにくく、
電池の内部短絡が有効に防止される。充電(電解)で生
成した金属リチウムと電解質とは、極めて電気的に良好
に接続されるので、放電に際し分極を小さくすることが
でき、大きな電流を取り出すことが可能となる。上記の
ように電解質を正極および/または負極に混合した場合
は、特に有効な結果が得られる。このとき、電解質とし
てリチウム塩、ポリエーテルおよび層状結晶を有する化
合物を使用するのが特に有利である。When the lithium secondary battery of the present invention is charged, Li is released from the S-Li bond of the positive electrode, and an SS bond is formed. Metal lithium is uniformly deposited on the surface of the negative electrode or inside the negative electrode (when the components of the negative electrode and the components of the electrolyte are mixed). Since lithium is directly precipitated from the electrolyte, it is not mixed with impurities such as oxygen. Therefore,
Concentration of current is unlikely to occur even after repeated charging and discharging,
The internal short circuit of the battery is effectively prevented. Since the lithium metal and the electrolyte generated by charging (electrolysis) are extremely well connected electrically, the polarization can be reduced during discharging and a large current can be taken out. Particularly effective results are obtained when the electrolyte is mixed with the positive electrode and / or the negative electrode as described above. At this time, it is particularly advantageous to use a lithium salt, a polyether and a compound having a layered crystal as the electrolyte.
【0031】ところで、従来のリチウム二次電池(3〜
4ボルトの高電圧と100Wh/Kg以上の高エネルギー密度と
を有する)としては、負極に金属リチウムあるいはリチ
ウム合金を用い、正極に、リチウムイオンを可逆的に出
し入れできる二硫化チタン、二硫化モリブデン、酸化バ
ナジウム、酸化コバルト等の無機物を用いた電池が提案
されている。電解質としては、プロピレンカーボネー
ト、ジメトキシエタン等の非プロトン性有機溶媒に過塩
素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶
解した液体電解質が専ら用いられている。この液体電解
質のイオン伝導度はニッケルカドミウム二次電池あるい
は鉛蓄電池に用いられている水溶液電解質に較べ2桁か
ら3桁のレベルで小さいため、これら電池に匹敵する大
きい電流を得るためには、電極面積を大きくかつセパレ
ータを薄くする必要がある。このため、正極は、通常、
粉末状の正極活性成分(上記二硫化チタンなど)と、導
電材とバインダーとを混合して得られる組成物をシート
状に加工して調製される。シート状に加工する他に、正
極の電極面積は粉末の粒径を小さくしたり、多孔質の粉
末を用いることでも大きくすることができる。しかしな
がら柔らかくて粉末加工が難しい金属リチウムあるいは
リチウム合金を用いて、大きな面積の負極を得るには薄
く箔状に加工する他はない。前記薄いシート状に加工さ
れた正極と、負極をポリプロピレン不織布等のセパレー
タを介して重ね、渦巻状に巻いて電池容器に入れ、電解
液を注いで上記リチウム電池が得られる。金属リチウム
を用いるため作業はすべて乾燥した不活性ガス中で行な
う必要がある。Incidentally, conventional lithium secondary batteries (3 to 3)
It has a high voltage of 4 volts and a high energy density of 100 Wh / Kg or more). Metallic lithium or a lithium alloy is used for the negative electrode, and titanium disulfide and molybdenum disulfide that can reversibly insert and remove lithium ions are used for the positive electrode. A battery using an inorganic substance such as vanadium oxide or cobalt oxide has been proposed. As the electrolyte, a liquid electrolyte in which a lithium salt such as lithium perchlorate or lithium borofluoride is dissolved in an aprotic organic solvent such as propylene carbonate or dimethoxyethane is exclusively used. The ionic conductivity of this liquid electrolyte is two to three orders of magnitude lower than that of aqueous electrolytes used in nickel cadmium secondary batteries or lead-acid batteries. It is necessary to increase the area and make the separator thinner. For this reason, the positive electrode is usually
It is prepared by processing a composition obtained by mixing a powdery positive electrode active component (such as the above titanium disulfide), a conductive material and a binder into a sheet. Besides processing into a sheet, the electrode area of the positive electrode can also be increased by reducing the particle size of the powder or by using a porous powder. However, the only way to obtain a negative electrode having a large area using a soft metallic material such as lithium metal or a lithium alloy which is difficult to process powder is to process it into a thin foil. The positive electrode processed into a thin sheet and the negative electrode are overlapped via a separator such as a polypropylene nonwoven fabric, spirally wound into a battery container, and an electrolyte is poured to obtain the lithium battery. Since metal lithium is used, all operations must be performed in a dry inert gas.
【0032】リチウム二次電池を組み立てる上で大切な
ことは、電解質と接触する電極は全表面にわたって均一
かつ均質にすることである。正極は、正極活性成分、導
電材料およびバインダーを含む組成物で通常構成され、
化学的に安定な正極活物質を選び、かつ均一に混合さえ
すれば比較的均質なものが得られる。しかしながら負極
は、厚さが数μmから数10μmの金属リチウムあるい
はリチウム合金箔を多段の圧延工程を経て、均一かつ均
質に加工することは困難であるし、また電池組立工程に
おいて局部的に引っ張りを受け、均一に組み立てること
が困難である。従って、電池充放電に際しては負極面内
においてリチウムの溶解析出反応が不均一に進行し、充
放電サイクルを繰り返すに従い不均一さが大きくなり、
ついには局部的に電流が集中し、樹枝状にリチウム析出
が起こり、セパレータを突き破り正極とつながり内部短
絡を引き起こす。内部短絡すると大電流が流れ、電池が
発熱し、有機溶剤の蒸気圧が上がり電池が破裂し、金属
リチウムが大気に晒され水と反応し、水素を発生し、発
火に至る。きわめて危険である。It is important to assemble a lithium secondary battery that the electrodes in contact with the electrolyte be uniform and uniform over the entire surface. The positive electrode is usually composed of a positive electrode active component, a composition including a conductive material and a binder,
If a chemically stable cathode active material is selected and evenly mixed, a relatively homogeneous material can be obtained. However, for the negative electrode, it is difficult to uniformly and homogeneously process a metal lithium or lithium alloy foil having a thickness of several μm to several tens of μm through a multi-stage rolling process. And difficult to assemble uniformly. Therefore, when charging and discharging the battery, the dissolution and deposition reaction of lithium proceeds unevenly in the negative electrode surface, and the unevenness increases as the charge and discharge cycle is repeated.
Eventually, the current is locally concentrated, and lithium precipitates in a dendritic manner, breaks through the separator and connects to the positive electrode, causing an internal short circuit. When an internal short circuit occurs, a large current flows, the battery generates heat, the vapor pressure of the organic solvent increases, the battery ruptures, lithium metal is exposed to the atmosphere, reacts with water, generates hydrogen, and causes ignition. Extremely dangerous.
【0033】これに対して、本発明のリチウム二次電池
は、金属リチウムあるいはリチウム合金を用いることな
く調製することが可能であるため繁雑な操作を必要とせ
ず、かつ安全である。電池を保存する際に、放電状態で
保存すれば、放電状態においては電池中には実質的に金
属リチウムが存在しないので、電池が破壊されたとして
も発火することはない。電池を充電したときには、上記
のように、金属リチウムが均一に析出するため、繰り返
し充放電を行っても内部短絡が極めて起こりにくく、安
全である。負極の材料として粉末状、繊維状あるいは多
孔質のアルミニウムまたはその合金を用いると、電極面
積が大きくなるため、従来のように薄いシートあるいは
フィルム状に加工する必要がない。On the other hand, the lithium secondary battery of the present invention can be prepared without using metallic lithium or a lithium alloy, and therefore does not require complicated operations and is safe. If the battery is stored in a discharged state when the battery is stored, there is substantially no metallic lithium in the battery in the discharged state, so that even if the battery is destroyed, it does not ignite. When the battery is charged, the metallic lithium is uniformly deposited as described above, so that even if the battery is repeatedly charged and discharged, an internal short circuit hardly occurs and the battery is safe. When powdered, fibrous, or porous aluminum or an alloy thereof is used as the material of the negative electrode, the area of the electrode is increased, so that it is not necessary to process it into a thin sheet or film as in the related art.
【0034】(実施例1)1M(M=mol/dm3)のアニリンお
よび5MのNa2SO4を硫酸水溶液中に溶解し、pH=1.0の硫酸
酸性水溶液を得た。この水溶液中において飽和カロメル
参照電極の電極に対し1.2〜1.5voltの定電位で電解を
し、フィブリル構造を有する厚さ約20μmのポリアニ
リン膜を黒鉛電極上に形成した。このようにして得たポ
リアニリン薄膜を有する黒鉛電極を80℃で一昼夜真空
乾燥した後、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールを、5mM、L
iClO4を1M溶解したジメチルホルムアミド中で、Ag/Ag
Cl参照電極の電位に対し+0.8voltの定電位で電解し、複
合電極を調製した。Example 1 1M (M = mol / dm 3 ) aniline and 5M Na 2 SO 4 were dissolved in a sulfuric acid aqueous solution to obtain a sulfuric acid acidic aqueous solution having a pH of 1.0. In this aqueous solution, the electrode of the saturated calomel reference electrode was electrolyzed at a constant potential of 1.2 to 1.5 volt to form a polyaniline film having a fibril structure and a thickness of about 20 μm on the graphite electrode. The graphite electrode having the polyaniline thin film thus obtained was vacuum-dried at 80 ° C. all day and night, and 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol was added to 5 mM L
Ag / Ag in dimethylformamide with 1M iClO 4 dissolved
Electrolysis was performed at a constant potential of +0.8 volt with respect to the potential of the Cl reference electrode to prepare a composite electrode.
【0035】LiClO4を1M溶解したジメチルホルムアミ
ド中で、Ag/AgCl参照電極の電位に対し-0.7〜+0.2volt
の間で電位を50mV/secの速度で直線的に増減させること
により、この電極を室温で電解した。この結果、図1の
曲線Aに示される電流電圧特性が得られた。次に、比較
例として、ポリアニリン薄膜を有しない黒鉛電極を用い
て同様に電解した。その結果、第1図の曲線Bに示され
る電流電圧特性が得られた。さらに、ポリアニリン薄膜
のみを有する黒鉛電極を用いて同様な電解を行った。そ
の結果、図1の曲線Cに示される電流電圧特性が得られ
た。In dimethylformamide in which 1M LiClO 4 is dissolved, the potential of the Ag / AgCl reference electrode is -0.7 to +0.2 volt.
The electrode was electrolyzed at room temperature by linearly increasing and decreasing the potential at a rate of 50 mV / sec. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve A in FIG. 1 was obtained. Next, as a comparative example, electrolysis was similarly performed using a graphite electrode having no polyaniline thin film. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve B in FIG. 1 was obtained. Further, similar electrolysis was performed using a graphite electrode having only a polyaniline thin film. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve C in FIG. 1 was obtained.
【0036】曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電
流ピーク値が、ポリアニリンのみを有する黒鉛電極の電
流ピーク値、および2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの電
流ピーク値のそれぞれよりも大きい。このことにより、
ポリアニリンとジスルフィド化合物を用いた本発明の電
極を用いると大電流が取り出せることがわかる。さら
に、曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電流ピーク
位置がポリアニリンのみを有する黒鉛電極の電流ピーク
位置と2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの電流ピーク位置
との間に存在する。2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸
化還元に対応する電流ピ−クのうち、特に還元反応に対
応する電流ピ−ク位置が-0.2volt付近で得られた(ポリ
アニリン薄膜を有しない黒鉛電極(曲線C)において電
流ピ−ク位置は-0.6volt付近で得られた)。つまり、π
電子共役系導電性高分子であるポリアニリンが存在する
ことにより、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化還元
が促進されていることがわかる。上記のようにポリアニ
リン薄膜を有しない黒鉛電極で得られた電流電圧特性曲
線Bにおいては、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化
還元に対応する、酸化ピ−クと還元ピ−クとの電位差が
0.6volt近い。このように、ポリアニリン薄膜を有しな
い黒鉛電極においては、酸化還元が準可逆で、反応の速
度は遅い。例えばこの電極を電池の正極に用いると、充
電と放電の電圧差が0.6volt以上と大きいため、大電流
で充放電を行うと効率が大きく低下する電池が得られ
る。In the curve A, the current peak value corresponding to the oxidation-reduction is calculated from the current peak value of the graphite electrode having only polyaniline and the current peak value of the 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol, respectively. Is also big. This allows
It can be seen that a large current can be obtained by using the electrode of the present invention using polyaniline and a disulfide compound. Further, in the curve A, the current peak position corresponding to the oxidation-reduction exists between the current peak position of the graphite electrode having only polyaniline and the current peak position of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol. . Among the current peaks corresponding to the oxidation-reduction of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiathiazole, a current peak corresponding to the reduction reaction was obtained particularly at around -0.2 volt (the polyaniline thin film was The current peak position was obtained at around -0.6 volt in the graphite electrode without the electrode (curve C). That is, π
It can be seen that the presence of polyaniline, which is an electron conjugated conductive polymer, promotes the redox of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole. As described above, in the current-voltage characteristic curve B obtained with the graphite electrode having no polyaniline thin film, the oxidation peak and the reduction peak corresponding to the oxidation-reduction of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol are shown. -Potential difference from
Near 0.6volt. As described above, in the graphite electrode having no polyaniline thin film, the oxidation-reduction is quasi-reversible, and the reaction speed is slow. For example, when this electrode is used as the positive electrode of a battery, the voltage difference between charging and discharging is as large as 0.6 volt or more, so that charging and discharging with a large current greatly reduces the efficiency of the battery.
【0037】(実施例2)ホウフッ化第二銅を酸化剤と
して用いることにより酸性水溶液中でアニリンを化学重
合した。その結果、平均粒径が0.3μmで、フィブリル
構造をもった、多孔性のポリアニリン粉末が得られた。
このポリアニリン粉末1重量部と、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4
-チアシ゛アソ゛ール粉末1重量部と、カ−ボンブラック0.1重
量部とを、低密度ポリエチレン(商標名:エクセレンV
L−200、密度=0.9、住友化学工業製)が溶解され
たトルエン中で混合した。次に、この混合物を200メッ
シュのステンレススチールネット上に塗布し、これを乾
燥することにより厚さ約100μmのシ−ト状の複合電極
を造った。Example 2 Aniline was chemically polymerized in an acidic aqueous solution by using cupric borofluoride as an oxidizing agent. As a result, a porous polyaniline powder having an average particle diameter of 0.3 μm and having a fibril structure was obtained.
1 part by weight of this polyaniline powder and 2,5-dimercapto-1,3,4
-1 part by weight of thiazazole powder and 0.1 part by weight of carbon black were mixed with low-density polyethylene (trade name: Exelen V).
L-200, density = 0.9, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was mixed in the dissolved toluene. Next, the mixture was applied on a 200-mesh stainless steel net and dried to obtain a sheet-like composite electrode having a thickness of about 100 μm.
【0038】正極としてこの複合電極を用い、固形電解
質膜として、LiClO4を1M溶解したプロピレンカ−ボネ−
トを含有する厚さ約70μmのポリアクリロニトリル膜を
用い、負極として金属リチウムを用いることにより、大
きさが28x28mmの固形の電池Aを構成した。The composite electrode was used as a positive electrode, and a propylene carbonate in which 1M LiClO 4 was dissolved was used as a solid electrolyte membrane.
A solid battery A having a size of 28 × 28 mm was formed by using a polyacrylonitrile film having a thickness of about 70 μm and containing lithium metal as a negative electrode.
【0039】この電池を、室温で、3.6ボルトの一定
電圧で17時間充電した後、1μA,10μA,100μ
A,500μAおよび,1mAの電流で各々3秒間放電し
た。各々の電池電圧を記録することにより電流電圧特性
を評価した。その結果は図2の曲線(a)に示す。比較
例として、同様の方法を用いて、ポリアニリン粉末を含
まない厚さ約100μmのシ−ト状電極を作製した。この
電極を用いることにより電池Bを構成した。この電池の
電流電圧特性を図2の曲線(b)に示す。電池Aは電池
Bに較べると分極が小さく、電池Aを用いると大きな電
流が得られる。The battery was charged at room temperature with a constant voltage of 3.6 volts for 17 hours, and then charged at 1 μA, 10 μA, 100 μA.
A, 500 μA and 1 mA were discharged for 3 seconds each. The current-voltage characteristics were evaluated by recording each battery voltage. The result is shown in curve (a) of FIG. As a comparative example, a sheet-like electrode having a thickness of about 100 μm and containing no polyaniline powder was prepared using the same method. Battery B was configured by using this electrode. The current-voltage characteristics of this battery are shown in curve (b) of FIG. Battery A has a smaller polarization than battery B, and a larger current can be obtained by using battery A.
【0040】これら実施例において、ジスルフィド系化
合物とπ電子共役系導電性高分子とを複合化した電極を
用いることにより、従来のジスルフィド系化合物を用い
たときに困難であった、大電流での電解が可能である。
そして、この複合電極を正極に用い、金属リチウムを負
極に用いることにより、大電流で充放電が期待できる、
高エネルギ−密度を有する、二次電池を構成することが
できる。In these examples, by using an electrode in which a disulfide compound and a π-electron conjugated conductive polymer were combined, it was difficult to use a large current at the time of using a conventional disulfide compound. Electrolysis is possible.
By using this composite electrode as a positive electrode and using metallic lithium as a negative electrode, charging and discharging with a large current can be expected.
A secondary battery having a high energy density can be formed.
【0041】本実施例においては、複合電極を用いた電
池のみを示した。しかし、本発明の複合電極を対極に用
いることにより、発色・退色速度が速いエレクトロクロ
ミック素子、応答速度が早いグルコースセンサー等の生
物化学センサー、さらに、書き込み・読み出し速度が速
い電気化学アナログメモリーを構成することもできる。In this embodiment, only the battery using the composite electrode is shown. However, by using the composite electrode of the present invention as a counter electrode, a biochemical sensor such as an electrochromic device having a fast coloring / fading speed, a glucose sensor having a fast response speed, and an electrochemical analog memory having a fast writing / reading speed are constituted. You can also.
【0042】(実施例3)2−ピロールカルボン酸11
g(0.1mol)を200mlのアセトニトルに溶解し0℃
に冷却した後、この溶液に16g(0.1mol)の臭素を
滴下した。この溶液を60分撹拌した後、20%炭酸ナ
トリウム水溶液を加えて中和した。この溶液にエーテル
を加え、水層をエーテルで抽出した。抽出されたエーテ
ル溶液を乾燥後、エーテルを除去した。その結果、3、
4、および5位置のうちに臭素が2置換された2−ピロ
ールカルボン酸と1置換された2−ピロールカルボン酸
との混合物が得られた。この混合物6gをキシレン20
0mlとエタノールアミン10mlとの混合溶液に溶解し2
時間加熱還流した。次いで30%酢酸水溶液で洗浄し、
有機層を分離して乾燥した。この溶液からキシレンを除
去し、2置換ブロモピロールと1置換ブロモピロールの
混合物3gを得た。この混合物をキシレンに再溶解し、
シリカゲルのカラムを用いることにより分別し、3−ブ
ロモピロールを1g得た。Example 3 2-pyrrolecarboxylic acid 11
g (0.1 mol) in 200 ml of acetonitrile
After cooling, bromine (16 g, 0.1 mol) was added dropwise to the solution. After stirring this solution for 60 minutes, it was neutralized by adding a 20% aqueous sodium carbonate solution. Ether was added to this solution, and the aqueous layer was extracted with ether. After the extracted ether solution was dried, the ether was removed. As a result, 3,
A mixture of 2-pyrrolecarboxylic acid with 2-substituted bromine and 2-substituted 2-pyrrolecarboxylic acid with 1-substitution was obtained in the 4- and 5-positions. 6 g of this mixture is xylene 20
Dissolved in a mixed solution of 0 ml and 10 ml of ethanolamine.
Heated to reflux for an hour. Then washed with 30% acetic acid aqueous solution,
The organic layer was separated and dried. Xylene was removed from this solution to obtain 3 g of a mixture of 2-substituted bromopyrrole and 1-substituted bromopyrrole. Redissolve this mixture in xylene,
Separation was performed using a silica gel column to obtain 1 g of 3-bromopyrrole.
【0043】このようにして得られた3−ブロモピロー
ルを硫酸水溶液に溶解し、3−ブロモピロールが1mol/
lおよび5mol/lの濃度のpH1.0の硫酸酸性水溶液をそれ
ぞれ得た。この水溶液中において、飽和カロメル参照電
極の電位に対し1.2〜1.5Vの定電位で電解することによ
り、フィブリル構造を有する厚さ約20μmのポリ3−
ブロモピロール膜を黒鉛電極上に形成した。このように
して得たポリ3−ブロモピロール薄膜を有する黒鉛電極
を80℃で一昼夜真空乾燥させた。このポリブロモピロ
ール1g(0.01mol)に対してチオ尿素0.8g(0.01mol)を反応
させてメルカプト基を導入し、さらに塩素の存在下で2,
5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール1.2g(0.01mol)を
反応させて、次式で示すジスルフィドが導入されたポリ
ピロールでなる電極を得た。The thus obtained 3-bromopyrrole was dissolved in an aqueous sulfuric acid solution, and the amount of 3-bromopyrrole was 1 mol / mol.
1 and 5 mol / l of a sulfuric acid acidic aqueous solution having a pH of 1.0 were obtained, respectively. In this aqueous solution, by electrolyzing at a constant potential of 1.2 to 1.5 V with respect to the potential of the saturated calomel reference electrode, a poly-3-
A bromopyrrole film was formed on the graphite electrode. The thus obtained graphite electrode having a poly-3-bromopyrrole thin film was vacuum-dried at 80 ° C. overnight. 1 g (0.01 mol) of this polybromopyrrole was reacted with 0.8 g (0.01 mol) of thiourea to introduce a mercapto group, and further, in the presence of chlorine,
By reacting 1.2 g (0.01 mol) of 5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, an electrode composed of polypyrrole into which disulfide represented by the following formula was introduced was obtained.
【0044】[0044]
【化1】 Embedded image
【0045】LiClO4を1mol/l溶解したジメチルホルム
アミド中でAg/AgCl参照電極の電位に対し-0.7〜+0.2Vの
間で電位を50mV/secの速度で直線的に増減させることに
より、この電極を室温で電解した。その結果、図3の曲
線Aに示される電流電圧特性を得た。The potential was linearly increased and decreased at a rate of 50 mV / sec between -0.7 and +0.2 V with respect to the potential of the Ag / AgCl reference electrode in dimethylformamide in which 1 mol / l of LiClO 4 was dissolved. The electrodes were electrolyzed at room temperature. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve A in FIG. 3 was obtained.
【0046】比較例として、2,5-シ゛メルカフ゜トー1、3、4ーチアシ゛ア
ソ゛ールを0.05mol/l、LiClO4を0.5mol/l溶解したジメチル
ホルムアミド中において黒鉛電極を用い、Ag/AgCl参照
電極の電位に対し+0.8Vの定電位で電解した。このポリ
ピロールを有さない電極を同様に電解することによっ
て、図3の曲線Bに示す電流電圧特性を得た。さらに、
ポリピロール薄膜のみを有する黒鉛電極を作製し、これ
を用いて同様な電解を行うことにより、図3の曲線Cに
示す電流電圧特性を得た。曲線Aにおいては、酸化還元
に対応する電流ピーク値が、ポリピロールのみを有する
黒鉛電極の電流ピーク値、および2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チ
アシ゛アソ゛ールの電流ピーク値のそれぞれよりも大きい。この
ことにより、ポリピロールとジスルフィド化合物を用い
た本発明の電極を用いると大電流を取り出せることがわ
かる。また、曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電
流ピーク値が、ポリピロールのみを有する黒鉛電極の電
流ピーク位置と2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの電流ピ
ーク位置との間に存在する。2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛ア
ソ゛ールの酸化還元に対応する電流ピークのうち特に還元反
応に対応する電流ピーク位置が-0.2V付近である(ポリ
ピロールのみを有する黒鉛電極を用いたときには-0.6V
である)。つまり、2,5-ジカルカプト-1,3,4-4チアジア
ゾールが組み込まれたπ電子共役系導電性高分子である
ポリピロールを用いることにより前記2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,
3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化還元が促進されていることがわか
る。As a comparative example, the potential of the Ag / AgCl reference electrode was measured using a graphite electrode in dimethylformamide in which 2,5-dimercapto 1,3,4-thiathiazole was dissolved at 0.05 mol / l and LiClO 4 was dissolved at 0.5 mol / l. Was electrolyzed at a constant potential of + 0.8V. The electrode having no polypyrrole was similarly electrolyzed to obtain a current-voltage characteristic shown by a curve B in FIG. further,
A graphite electrode having only a polypyrrole thin film was prepared, and the same electrolysis was performed using the same, whereby a current-voltage characteristic shown by a curve C in FIG. 3 was obtained. In the curve A, the current peak value corresponding to the oxidation-reduction is larger than the current peak value of the graphite electrode having only polypyrrole and the current peak value of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole. This indicates that a large current can be obtained by using the electrode of the present invention using polypyrrole and a disulfide compound. In the curve A, the current peak value corresponding to the oxidation-reduction exists between the current peak position of the graphite electrode having only polypyrrole and the current peak position of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol. I do. Among the current peaks corresponding to the oxidation-reduction of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, the current peak position corresponding to the reduction reaction is particularly around -0.2 V (when a graphite electrode having only polypyrrole is used. -0.6V
Is). That is, by using polypyrrole which is a π-electron conjugated conductive polymer in which 2,5-dicarcapto-1,3,4-4 thiadiazole is incorporated, the 2,5-dimercapto-1,
It can be seen that the redox of 3,4-thiadiazole is promoted.
【0047】ポリピロール薄膜を有しない黒鉛電極で得
られた電流電圧特性曲線Bにおいては、2,5-シ゛メルカフ゜ト-
1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化還元に対応する、酸化ピークと
還元ピークとの電位差が0.6V近くである。このような電
極では酸化還元が準可逆性で反応の速度が遅い。例え
ば、この電極を電池の正極に用いると、充電と放電の電
圧差が0.6V以上に大きいため、大電流で充放電を行うと
充放電効率の悪い電池が得られる。In the current-voltage characteristic curve B obtained from the graphite electrode having no polypyrrole thin film, 2,5-dimercapto-
The potential difference between the oxidation peak and the reduction peak, which corresponds to the redox of 1,3,4-thiadiazole, is near 0.6 V. In such an electrode, the oxidation-reduction is quasi-reversible and the reaction speed is slow. For example, when this electrode is used as the positive electrode of a battery, the voltage difference between charging and discharging is as large as 0.6 V or more, so that charging and discharging with a large current results in a battery with poor charge / discharge efficiency.
【0048】本実施例においては、導電性高分子を形成
し得るモノマーとしてピロールを用いた場合を説明し
た。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、
他のモノマー、例えばアニリンなどを用いても同様の効
果が得られることはいうまでもない。In this embodiment, the case where pyrrole is used as a monomer capable of forming a conductive polymer has been described. However, the present invention is not limited to this,
It is needless to say that the same effect can be obtained by using another monomer such as aniline.
【0049】以上の実施例の説明から明らかなように本
実施例においては、導電性高分子にジスルフィド化合物
を導入することにより電極が得られる。この電極を用い
ることにより、従来のジスルフィド系化合物のみで構成
された電極を用いたとき困難である、大電流での電解が
可能となる。そして、この電極を正極に用い、金属リチ
ウムを負極に用いることにより大電流での充放電が可能
な、高いエネルギー密度を有する二次電池を構成するこ
とができる。As is clear from the above description of the embodiment, in this embodiment, an electrode can be obtained by introducing a disulfide compound into a conductive polymer. By using this electrode, it is possible to perform electrolysis with a large current, which is difficult when an electrode composed of only a conventional disulfide compound is used. By using this electrode as a positive electrode and using lithium metal as a negative electrode, a secondary battery having high energy density, which can be charged and discharged with a large current, can be formed.
【0050】本発明の電極を対極に用いることにより、
電池の他に、発色・退色速度が速いエレクトロクロミッ
ク素子、応答速度が速いグルコースセンサーなどの生物
化学センサー、書き込み・読み出し速度が速い電気化学
的アナログメモリーなどが得られる。By using the electrode of the present invention as a counter electrode,
In addition to the battery, an electrochromic device having a high coloring / fading speed, a biochemical sensor such as a glucose sensor having a fast response speed, an electrochemical analog memory having a fast writing / reading speed, and the like can be obtained.
【0051】(実施例4) (1)1,8-ジスルフィドナフタレンの合成 1-アミノナフタレン-8-スルフォン酸60g(0.27
mol)を乳鉢で水と練り合わせペースト状にした。この
ペーストをフラスコに移し、水200mlと硫酸20mlを
加えた。これに、30g(0.43mol)の硝酸ナトリウ
ムを100mlの水に溶かした溶液をかき混ぜながら、約
30分かけて加えた。得られた溶液の温度を−10〜−
15℃に保ち約1時間半重合反応を行った。生成したジ
アゾニウム塩を濾過し、反応液を冷水100mlで洗浄し
た。次いで、この塩に二硫化ナトリウム溶液200mlを
加えた。この溶液を室温で3時間放置した。これに塩酸
を滴下してpHを7.5に調節し、析出した硫黄を除去し
た。このようにして、8,8’-ジチオジ-1-ナフタレ
ン硫酸ナトリウム塩を45g得た。この塩を冷水中に入
れ、つぎに30g(0.14mol)の五塩化燐をゆっくり
加え反応させた。この反応溶液を室温に戻し、30分間
放置した。ベンゼンを用いて反応物が脱色するまで洗浄
し、濾過して得た濾液を濃縮し、固形物を得た。これを
メタノールを用いて再結晶した。このようにしてナフト
[1,8-c,d]-1,2-ジチオール1,1ジオキサ
イド16gを得た。この化合物16gを亜鉛粉末を加えた
塩酸溶液中で1時間反応させ、1,8-ジスルフィドナフ
タレン10gを得た。 (2)1,8-ジスルフィドナフタレンとポリアニリン
の複合電極作成 0.5MのNa2SO4(pH1に調整されている)、ア
ニリン0.1Mの溶液に、(1)項で得られた1,8-ジ
スルフィドナフタレンを10mmol/lになるように加え
た。この溶液を飽和カロメル参照電極の電位に対し1.
2Vの定電位で電解することにより、フィブリル構造を
有する厚さ約20μmのポリアニリン−1,8-ジスル
フィドナフタレン複合膜を黒鉛電極上に形成した。 (3)サイクリックボルタンメトリ LiClO4を1M溶解したジメチルホルムアミド中にお
いて、Ag/AgCl参照電極の電位に対し−0.7〜
+0.2Vの間で電位を50mV/secの速度で直線的に増
減させ、室温で(2)項で得た電極を電解した。その結
果、図4の曲線Aに示される電流電圧特性を得た。比較
例として、1,8-ジスルフィドナフタレンを10mol/l
およびLiClO4を0.5mol/l溶解したジメチルホル
ムアミド中において、Ag/AgCl参照電極の電位に
対し−0.7〜+0.2Vの間で電位を50mV/secの速
度で直線的に増減させ、黒鉛電極を電解した。その結
果、図4の曲線Bに示される電流電圧特性を得た。さら
に、ポリアニリン重合膜のみを有する黒鉛電極について
も同様な電解を行い図4の曲線Cに示される電流電圧特
性を得た。Example 4 (1) Synthesis of 1,8-disulfide naphthalene 60 g of 1-aminonaphthalene-8-sulfonic acid (0.27 g)
mol) was mixed with water in a mortar to form a paste. This paste was transferred to a flask, and 200 ml of water and 20 ml of sulfuric acid were added. To this, a solution of 30 g (0.43 mol) of sodium nitrate dissolved in 100 ml of water was added over about 30 minutes while stirring. The temperature of the obtained solution is -10-
The polymerization reaction was carried out for about one and a half hours while maintaining the temperature at 15 ° C. The diazonium salt formed was filtered and the reaction solution was washed with 100 ml of cold water. Then, 200 ml of sodium disulfide solution was added to the salt. The solution was left at room temperature for 3 hours. Hydrochloric acid was added dropwise thereto to adjust the pH to 7.5, and the precipitated sulfur was removed. Thus, 45 g of 8,8'-dithiodi-1-naphthalene sulfate sodium salt was obtained. This salt was put in cold water, and then 30 g (0.14 mol) of phosphorus pentachloride was slowly added to react. The reaction solution was returned to room temperature and left for 30 minutes. The reaction was washed with benzene until the reaction was decolorized, and the filtrate obtained by filtration was concentrated to obtain a solid. This was recrystallized using methanol. Thus, 16 g of naphtho [1,8-c, d] -1,2-dithiol 1,1 dioxide was obtained. 16 g of this compound was reacted for 1 hour in a hydrochloric acid solution containing zinc powder to obtain 10 g of 1,8-disulfide naphthalene. (2) Preparation of composite electrode of 1,8-disulfide naphthalene and polyaniline A solution of 0.5 M Na 2 SO 4 (adjusted to pH 1) and aniline 0.1 M was added to the solution of 1,1 obtained in (1). 8-Disulfide naphthalene was added to 10 mmol / l. This solution was applied to the saturated calomel reference electrode at a potential of 1.
By electrolysis at a constant potential of 2 V, a polyaniline-1,8-disulfide naphthalene composite film having a fibril structure and a thickness of about 20 μm was formed on the graphite electrode. (3) the cyclic voltammetry LiClO 4 in dimethylformamide was dissolved 1M, -0.7~ to the potential of the Ag / AgCl reference electrode
The potential was linearly increased and decreased at a rate of 50 mV / sec between +0.2 V, and the electrode obtained in (2) was electrolyzed at room temperature. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve A in FIG. 4 was obtained. As a comparative example, 1,8-disulfide naphthalene was added at 10 mol / l.
And LiClO 4 in dimethylformamide in which 0.5 mol / l is dissolved, the potential is linearly increased or decreased at a rate of 50 mV / sec between −0.7 to +0.2 V with respect to the potential of the Ag / AgCl reference electrode, The graphite electrode was electrolyzed. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve B in FIG. 4 was obtained. Further, the same electrolysis was performed on a graphite electrode having only a polyaniline polymer film, and a current-voltage characteristic shown by a curve C in FIG. 4 was obtained.
【0052】曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電
流ピーク値が、ポリアニリン重合膜のみを有する黒鉛電
極の電流ピーク値、および1,8-ジスルフィドナフタ
レンの電流ピークのそれぞれよりも大きい。このことに
より、ポリアニリン重合膜とジスルフィド化合物を用い
た本発明の電極を用いると大電流が取り出せることがわ
かる。さらに、曲線Aにおいては、酸化還元に対応する
電流ピーク位置が、ポリアニリン重合膜のみを有する黒
鉛電極の電流ピーク位置と1,8-ジスルフィドナフタ
レンの電流ピーク位置との間に存在する。1,8-ジス
ルフィドナフタレンの酸化還元に対応する電流ピークの
うち、とくに還元反応に対応する電流ピーク位置は−
0.2V付近である(ポリアニリンを有しない1,8-ジ
スルフィドナフタレン電極(曲線B)においては−0.
6Vである)。イオン電子混合伝導体高分子であるチオ
フェン誘導体重合物が存在することにより1,8-ジス
ルフィドナフタレンの酸化還元が促進されていることが
わかる。In the curve A, the current peak value corresponding to the redox is larger than the current peak value of the graphite electrode having only the polyaniline polymer film and the current peak value of 1,8-disulfide naphthalene. This indicates that a large current can be obtained by using the electrode of the present invention using the polyaniline polymer film and the disulfide compound. Further, in the curve A, the current peak position corresponding to the redox exists between the current peak position of the graphite electrode having only the polyaniline polymer film and the current peak position of 1,8-disulfide naphthalene. Of the current peaks corresponding to the oxidation-reduction of 1,8-disulfide naphthalene, the position of the current peak particularly corresponding to the reduction reaction is −
Around 0.2 V (-0.1 in the 1,8-disulfide naphthalene electrode without polyaniline (curve B)).
6V). It can be seen that the redox of 1,8-disulfide naphthalene is promoted by the presence of the thiophene derivative polymer, which is an ion-electron mixed conductor polymer.
【0053】上記のように、ポリアニリンを有しない黒
鉛電極で得られた電流特性(曲線B)においては、1,
8−ジスルフィドナフタレンの酸化還元に対応する酸化
ピークと還元ピークとの電位差が0.6V近い。このよ
うな電極においては、酸化還元が準可逆で反応の速度が
遅い。例えば、この電極を電池の正極に用いると、充電
と放電の電圧差が0.6V以上と大きいため、大電流で
の充放電では効率低下が大きい電池が得られる。As described above, in the current characteristics (curve B) obtained from the graphite electrode having no polyaniline, 1,
The potential difference between the oxidation peak corresponding to the oxidation-reduction of 8-disulfide naphthalene and the reduction peak is close to 0.6V. In such an electrode, oxidation-reduction is quasi-reversible and the reaction speed is slow. For example, when this electrode is used as the positive electrode of a battery, the voltage difference between charge and discharge is as large as 0.6 V or more, so that a battery with a large decrease in efficiency when charged and discharged with a large current can be obtained.
【0054】本実施例ではポリニリンを用いた場合につ
いて説明したが、その他の導電性高分子を用いても同様
の効果が得られる。本実施例では重合方法として電解重
合を用いているが、通常の酸化重合でも複合膜の作成は
可能である。さらに、本発明の重合膜を粉砕し、集電体
と混合して用いても同様の効果が得られることはいうま
でもない。In this embodiment, the case where polyniline is used has been described. However, similar effects can be obtained by using other conductive polymers. In this embodiment, electrolytic polymerization is used as a polymerization method, but a composite film can be formed by ordinary oxidation polymerization. Further, needless to say, the same effect can be obtained even when the polymer film of the present invention is pulverized and mixed with a current collector.
【0055】本実施例の可逆性電極は、電池以外の用途
として、電極を対極に用いることにより発色・退色速度
が速いエレクトロクロミック素子、応答速度が速いグル
コースセンサなどの生物化学センサ、書き込み・読み出
し速度が速い電気化学アナログメモリなどに用いられ
る。The reversible electrode of this embodiment is used for applications other than batteries, such as an electrochromic device having a high color development / fading speed by using the electrode as a counter electrode, a biochemical sensor such as a glucose sensor having a high response speed, and writing / reading. It is used for high-speed electrochemical analog memories.
【0056】以上の実施例の説明から明らかなように、
本発明によれば、分子内にジスルフィド結合を有する化
合物と導電性高分子とを用いることにより可逆性電極を
構成したため、従来のジスルフィド系化合物のみで構成
した電極では困難であった、大電流での電解が可能とな
る。この電極を正極に用い、金属リチウムを負極に用い
ることにより、大電流での充放電が可能な、高いエネル
ギー密度を有する二次電池を構成することができる。As is clear from the above description of the embodiment,
According to the present invention, since a reversible electrode was formed by using a compound having a disulfide bond in the molecule and a conductive polymer, it was difficult with a conventional electrode formed only of a disulfide compound, and a large current was used. Can be electrolyzed. By using this electrode for the positive electrode and using metal lithium for the negative electrode, a secondary battery having high energy density and capable of charging and discharging with a large current can be formed.
【0057】(実施例5)84g(1mol)のチオフェンと100
mlの四塩化炭素を混合し、0℃に冷却した。これに、500
g(3.1mol)の臭素を300mlの四塩化炭素に溶解したものを
徐々に加えた。これら全てを混合したのち、四塩化炭素
を留去し、15gの水酸化ナトリウムを加えて4時間蒸気浴
上で加熱した。この混合物からアルカリ層を分離除去し
残留物を乾燥したのち、蒸留によって1置換体と2置換
体と3置換体の臭化チオフェンの混合物を得た。この混
合物をキシレンに溶解し、シリカゲルのカラムを用いる
ことにより分別し、2,2,3-トリブロモチオフェンを30g
得た。Example 5 84 g (1 mol) of thiophene and 100
ml of carbon tetrachloride were mixed and cooled to 0 ° C. In addition, 500
A solution of g (3.1 mol) of bromine in 300 ml of carbon tetrachloride was gradually added. After all of them were mixed, carbon tetrachloride was distilled off, 15 g of sodium hydroxide was added, and the mixture was heated on a steam bath for 4 hours. After the alkali layer was separated and removed from this mixture and the residue was dried, a mixture of mono-, di- and tri-substituted thiophene bromides was obtained by distillation. This mixture was dissolved in xylene, fractionated by using a silica gel column, and 2,2,3-tribromothiophene was added in an amount of 30 g.
Obtained.
【0058】このようにして得られた32g(0.1mol)の2,
2,3-トリブロモチオフェンと6.5g(0.2mol)の金属亜鉛と
6g(0.2mol)の酢酸と混合して反応させ、3-ブロモチオフ
ェン得た。The thus obtained 32 g (0.1 mol) of 2,2
2,3-tribromothiophene and 6.5 g (0.2 mol) of zinc metal
The mixture was reacted with 6 g (0.2 mol) of acetic acid to obtain 3-bromothiophene.
【0059】このようにして得られた3-ブロモチオフェ
ン8.0g(0.05mol)に4gのチオ尿素をアセトニトリル中で
反応させ、3-メルカプトチオフェン2.0g(0.01mol)を得
た。この3-メルカプトチオフェンを塩素中で2,5−ジ
メルカプト−1,3,4−チアジアゾール1.2g(0.01mo
l)と反応させ、ジスルフィド基が導入されたチオフェン
を得た。8.0 g (0.05 mol) of 3-bromothiophene thus obtained was reacted with 4 g of thiourea in acetonitrile to obtain 2.0 g (0.01 mol) of 3-mercaptothiophene. This 3-mercaptothiophene was dissolved in chlorine in 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole 1.2 g (0.01 mol
l) to give thiophene into which disulfide group was introduced.
【0060】プロピレンカーボネート中において、この
ようにして得られたチオフェン誘導体(1mol/l)をモ
ノマーとして用い、過塩素酸リチウムを支持電解質とし
て用いることにより、飽和カロメル参照電極の電位に対
し1.2〜1.5Vの定電位で電解した。これにより、フィブ
リル構造を有する厚さ約20μmのチオフェン誘導体重
合膜を黒鉛電極上に形成した。In propylene carbonate, the thiophene derivative (1 mol / l) thus obtained is used as a monomer, and lithium perchlorate is used as a supporting electrolyte, so that the potential of the saturated calomel reference electrode is 1.2 to 1.5. Electrolysis was performed at a constant potential of V. Thus, a thiophene derivative polymer film having a fibril structure and having a thickness of about 20 μm was formed on the graphite electrode.
【0061】LiClO4を1M溶解したジメチルホルムアミ
ド中において、Ag/AgCl参照電極の電位に対し-0.7〜+0.
2Vの間で電位を50mV/secの速度で直線的に増減させ、こ
の電極を室温で電解した。その結果、図5の曲線Aに参
照される電流電圧特性を得た。 比較例として、2,5-シ゛
メルカフ゜トー1、3、4ーチアシ゛アソ゛ールを0.05mol/l、LiClO4を0.5mol/
l溶解したジメチルホルムアミド中においてAg/AgCl参照
電極の電位に対し+0.8Vで定電位電解し、ポリチオフェ
ンを有しない黒鉛電極を同様に電解した。その結果、図
5の曲線Bに示される電流電圧特性を得た。さらに、同
様に、ポリチオフェン薄膜のみを有する黒鉛電極を電解
した。その結果、図5の曲線Cに示される電流電圧特性
を得た。In dimethylformamide in which 1M of LiClO 4 is dissolved, the potential of the Ag / AgCl reference electrode is -0.7 to +0.
The potential was linearly increased and decreased at a rate of 50 mV / sec between 2 V, and the electrode was electrolyzed at room temperature. As a result, a current-voltage characteristic referred to by a curve A in FIG. 5 was obtained. As a comparative example, 2,5-dimercapto 1,3,4-thiathiazole was 0.05 mol / l, and LiClO 4 was 0.5 mol / l.
l In a dissolved dimethylformamide, constant potential electrolysis was performed at +0.8 V with respect to the potential of the Ag / AgCl reference electrode, and a graphite electrode without polythiophene was similarly electrolyzed. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve B in FIG. 5 was obtained. Further, similarly, a graphite electrode having only a polythiophene thin film was electrolyzed. As a result, a current-voltage characteristic shown by a curve C in FIG. 5 was obtained.
【0062】曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電
流ピーク値が、ポリチオフェンのみを有する黒鉛電極の
電流ピーク値、および2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの
電流ピーク値のそれぞれよりも大きい。このことによ
り、ポリチオフェンとジスルフィド化合物を用いた本発
明の電極を用いると大電流が取り出せることがわかる。
さらに、曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電流ピ
ーク位置が、ポリチオフェンのみを有する黒鉛電極の電
流ピーク位置と2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの電流ピ
ーク位置との間に存在する。2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛ア
ソ゛ールの酸化還元に対応する電流ピークのうち特に還元反
応に対応する電流ピーク位置は-0.2V付近である(ポリ
チオフェンを有しない2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ール電
極(曲線B)においては-0.6Vである)。導電性高分子
であるポリチオフェンが存在することにより2,5-シ゛メルカフ
゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化還元が促進されていることが
わかる。In the curve A, the current peak value corresponding to the oxidation-reduction is smaller than the current peak value of the graphite electrode having only polythiophene and the current peak value of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol. Is also big. This shows that a large current can be obtained by using the electrode of the present invention using polythiophene and a disulfide compound.
Further, in the curve A, the current peak position corresponding to the redox exists between the current peak position of the graphite electrode having only polythiophene and the current peak position of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol. I do. Among the current peaks corresponding to the oxidation-reduction of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiaciasol, the current peak position corresponding to the reduction reaction is particularly around -0.2 V (2,5-dimercapto without polythiophene) For a 1,3,4-thiazolazole electrode (curve B) it is -0.6V). It can be seen that the presence of the conductive polymer, polythiophene, promotes the redox of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole.
【0063】上記のように、ポリアニリン薄膜を有しな
い黒鉛電極で得られた電流電圧特性曲線Bにおいては、
2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ールの酸化還元に対応する酸
化ピークと還元ピークとの電位差が0.6V近い。このよう
な電極においては、酸化還元が準可逆で反応の速度が遅
い。例えばこの電極を電池の正極に用いると、充電と放
電の電圧差が0.6V以上と大きいため、大電流での充放電
を行うとき充放電効率の悪い電池が得られる。As described above, in the current-voltage characteristic curve B obtained with the graphite electrode having no polyaniline thin film,
The potential difference between the oxidation peak and the reduction peak corresponding to the redox of 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole is close to 0.6 V. In such an electrode, oxidation-reduction is quasi-reversible and the reaction speed is slow. For example, when this electrode is used as the positive electrode of a battery, the charge / discharge voltage difference is as large as 0.6 V or more, so that a battery with poor charge / discharge efficiency when performing charge / discharge with a large current is obtained.
【0064】本実施例では、ポリチオフェンを用いた場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、その他の導電性高分子を用いても同様の効果
が得られる。さらに、本実施例の重合膜を粉砕し、集電
体と混合して用いても同様の効果が得られることはいう
までもない。In this embodiment, the case where polythiophene is used has been described. However, the present invention is not limited to this, and similar effects can be obtained by using other conductive polymers. Further, needless to say, the same effect can be obtained even if the polymer film of this example is pulverized and mixed with a current collector.
【0065】以上の実施例の説明から明らかなように、
本発明によれば、導電性高分子を形成し得るモノマーに
ジスルフィド化合物を導入して得られるモノマーを重合
することにより重合体を得、この重合体を主たる構成成
分として電極を構成したため、従来のジスルフィド化合
物のみで構成した電極では困難であった、大電流での電
解が可能となる。この電極を正極に用い、金属リチウム
を負極に用いることにより大電流での充放電が可能な、
高いエネルギー密度を有する二次電池を構成することが
できる。As is clear from the above description of the embodiment,
According to the present invention, a polymer is obtained by polymerizing a monomer obtained by introducing a disulfide compound into a monomer capable of forming a conductive polymer, and the polymer is used as a main component to constitute an electrode. Electrolysis with a large current becomes possible, which was difficult with an electrode composed of only a disulfide compound. By using this electrode as the positive electrode and using metallic lithium as the negative electrode, charging and discharging with a large current is possible.
A secondary battery having a high energy density can be configured.
【0066】本実施例の可逆性電極は、電池以外の用途
として、電極を対極に用いることにより発色・退色速度
が速いエレクトロクロミック素子、応答速度が速いグル
コースセンサーなどの生物化学センサー、書き込み・読
み出し速度が速い電気化学アナログメモリーなどに用い
られる。The reversible electrode of this embodiment is used for applications other than a battery, such as an electrochromic device having a high color development / fading speed, a biochemical sensor such as a glucose sensor having a high response speed, and a writing / reading device by using the electrode as a counter electrode. Used for high-speed electrochemical analog memory.
【0067】(実施例6) (1)2−メルカプト−2−チアゾリンの酸化重合(二
量体の調製) 2−メルカプト−2−チアゾリン60g(0.5mol)を
ジメチルスルホキシド100mlに溶解した。この溶液に
酸素を吹き込み、室温下で1昼夜放置し、酸化重合をさ
せた。反応液を、分取薄層クロマトグラフィーにかけ、
目的物の2−メルカプト−2−チアゾリンの二量体を4
8g(0.2mol)得た。 (2)2−メルカプト−2−チアゾリン二量体とポリア
ニリンとの複合電極作成 0.5MNa2SO4(pH=1に調整)と0.1Mアニリ
ンとを含む溶液に、2−メルカプト−2−チアゾリン二
量体が10mmol/lになるように、本実施例(1)項で得
られた2−メルカプト−2−チアゾリン二量体を加え
た。この溶液を飽和カロメル参照電極の電位に対し1.
2〜1.5Vの定電位で電解することによって、フィブ
リル構造を有する厚さ約20μmのポリアニリン−2−
メルカプト−2−チアゾリン二量体複合膜を黒鉛電極上
に形成した。Example 6 (1) Oxidative polymerization of 2-mercapto-2-thiazoline (preparation of dimer) 60 g (0.5 mol) of 2-mercapto-2-thiazoline was dissolved in 100 ml of dimethyl sulfoxide. Oxygen was blown into the solution, and the solution was allowed to stand at room temperature for one day and night to allow oxidative polymerization. The reaction solution is subjected to preparative thin-layer chromatography,
The desired dimer of 2-mercapto-2-thiazoline was converted to 4
8 g (0.2 mol) were obtained. (2) Preparation of composite electrode of 2-mercapto-2-thiazoline dimer and polyaniline A 2-mercapto-2- solution was added to a solution containing 0.5 M Na 2 SO 4 (adjusted to pH = 1) and 0.1 M aniline. The 2-mercapto-2-thiazoline dimer obtained in section (1) of this example was added so that the thiazoline dimer was 10 mmol / l. This solution was applied to the saturated calomel reference electrode at a potential of 1.
By electrolyzing at a constant potential of 2 to 1.5 V, polyaniline-2- having a fibril structure and having a thickness of about 20 μm was obtained.
A mercapto-2-thiazoline dimer composite film was formed on a graphite electrode.
【0068】比較のため、0.5MNa2SO4(pH=
1に調整)と0.1Mアニリンとを含む溶液に、2−メ
ルカプト−2−チアゾリンが10mmol/lになるように2
−メルカプト−2−チアゾリンを加え、飽和カロメル参
照電極の電位に対し1.2〜1.5Vの定電位で電解す
ることによって、電解重合膜の作成を試みたが、複合膜
が作成されなかった。 (3)サイクリックボルタンメトリー 室温で、LiClO4を1M溶解したジメチルホルムアミ
ド中においてAg/AgCl参照電極の電位に対し−
0.7〜+0.2Vの間で電位を50mV/secの速度で直
線的に増減させて、本実施例(2)項で得られたポリア
ニリン−2−メルカプト−2−チアゾリン二量体複合電
極を電解した。その結果、図1の曲線Aで示される電流
電圧特性曲線を得た。比較例として、2−メルカプト−
2−チアゾリンを10mmol/l、LiClO4を0.5mol
/l溶解したジメチルホルムアミド中で黒鉛電極を用い
て、Ag/AgCl参照電極に対し−0.7〜+0.2
Vの間で電位を50mV/secの速度で直線的に増減させ電
解した。その結果、図6の曲線Bに示される電流電圧特
性曲線を得た。さらに、同様の方法によってポリアニリ
ン重合膜のみを有する黒鉛電極を電解した。その結果、
図8の曲線Cに示される電流電圧特性曲線が得られた。For comparison, 0.5 M Na 2 SO 4 (pH =
1) and 0.1 M aniline in a solution containing 2-mercapto-2-thiazoline at 10 mmol / l.
An attempt was made to create an electropolymerized membrane by adding -mercapto-2-thiazoline and electrolyzing at a constant potential of 1.2 to 1.5 V with respect to the potential of the saturated calomel reference electrode, but no composite membrane was created. . (3) Cyclic voltammetry At room temperature, the potential of the Ag / AgCl reference electrode in dimethylformamide in which 1 M of LiClO 4 was dissolved was −
The polyaniline-2-mercapto-2-thiazoline dimer composite electrode obtained in the item (2) of the present example was obtained by linearly increasing and decreasing the potential at a rate of 50 mV / sec between 0.7 and +0.2 V. Was electrolyzed. As a result, a current-voltage characteristic curve indicated by a curve A in FIG. 1 was obtained. As a comparative example, 2-mercapto-
2-thiazoline 10 mmol / l, LiClO 4 0.5 mol
Using a graphite electrode in dissolved dimethylformamide / l, -0.7 to +0.2 with respect to the Ag / AgCl reference electrode.
The potential was linearly increased and decreased at a rate of 50 mV / sec between V and electrolysis was performed. As a result, a current-voltage characteristic curve shown by a curve B in FIG. 6 was obtained. Further, a graphite electrode having only a polyaniline polymer film was electrolyzed by the same method. as a result,
A current-voltage characteristic curve shown by a curve C in FIG. 8 was obtained.
【0069】曲線Aにおいては、酸化還元に対応する電
流ピーク値が、ポリアニリン重合膜のみを有する黒鉛電
極の電流ピーク値、および2−メルカプト−2−チアゾ
リンの電流ピーク値のそれぞれよりも大きい。このこと
により、ポリアニリン重合膜とジスルフィド化合物を用
いた本発明方法による電極を用いると大電流が取り出せ
ることがわかる。さらに、曲線Aにおいては、酸化還元
に対応する電流ピーク位置が、ポリアニリン重合膜のみ
を有する黒鉛電極の電流ピーク位置と2−メルカプト−
2−チアゾリンの電流ピーク位置との間に存在する。2
−メルカプト−2−チアゾリンの酸化還元に対応する電
流ピークのうち、特に還元反応に対応する電流ピーク位
置は−0.2V付近である(2−メルカプト−2−チア
ゾリンを有しないポリアニリン重合膜のみを有する黒鉛
電極(曲線B)においては−0.6Vである)。ポリア
ニリンが存在することにより2−メルカプト−2−チア
ゾリンの酸化還元が促進されていることがわかる。In the curve A, the current peak value corresponding to the oxidation-reduction is larger than the current peak value of the graphite electrode having only the polyaniline polymer film and the current peak value of 2-mercapto-2-thiazoline. This indicates that a large current can be obtained by using the electrode according to the method of the present invention using a polyaniline polymer film and a disulfide compound. Further, in the curve A, the current peak position corresponding to the oxidation-reduction is different from the current peak position of the graphite electrode having only the polyaniline polymer film in 2-mercapto-
It exists between the current peak position of 2-thiazoline. 2
-Among the current peaks corresponding to the oxidation-reduction of mercapto-2-thiazoline, the position of the current peak particularly corresponding to the reduction reaction is around -0.2 V (only the polyaniline polymer film having no 2-mercapto-2-thiazoline is used. (-0.6 V in the graphite electrode (curve B)). It can be seen that the presence of polyaniline promotes the redox of 2-mercapto-2-thiazoline.
【0070】上記のように重合物を有しない黒鉛電極で
得られた電流電圧特性(曲線B)においては、2−メル
カプト−2−チアゾリンの酸化還元に対応する酸化ピー
クと還元ピークとの電位差が0.6V近い。このような
電極においては酸化還元が準可逆で反応の速度が遅い。
例えば、この電極を電池の正極に用いると、充電と放電
の電圧差が0.6V以上と大きいため、大電流での充放
電では効率低下が大きい電池が得られる。 (4)充放電サイクル特性 次の構成により電池を作成した。作用極として本実施例
(2)項で得られたポリアニリン−2−メルカプト−2
−チアゾリン二量体複合電極を用い、参照電極としてL
i線を用いた。対極としてLi箔を用い、電解質溶液とし
てLiClO4を1M溶解したジメチルホルムアミド溶液
を用いた。この電池を用いて、充電電位4.0Vで15
時間充電した後、終止電圧2.0V、放電電流0.5mA
の条件の下で充放電サイクル特性試験を行った。その結
果、図7の曲線Aに示される充放電サイクル特性曲線を
得た。図7においてはサイクル数が横軸に示され、1サ
イクル目の放電容量を100としたときの各充放電サイ
クル試験後の放電容量が縦軸に示されている。比較例と
して、ポリアニリンと2−メルカプト−2−チアゾリン
とポリエチレンオキサイドとを重量比3:1:1で混合
して作成した複合電極を作用極として用いて、同様の電
池を構成した。この電池を用いて同様の条件で充放電サ
イクル特性試験をおこなった。その結果、図7の曲線B
に参照される充放電サイクル特性曲線を得た。In the current-voltage characteristics (curve B) obtained with the graphite electrode having no polymer as described above, the potential difference between the oxidation peak corresponding to the oxidation-reduction of 2-mercapto-2-thiazoline and the reduction peak was found. Near 0.6V. In such an electrode, oxidation-reduction is quasi-reversible and the reaction speed is slow.
For example, when this electrode is used as the positive electrode of a battery, the voltage difference between charge and discharge is as large as 0.6 V or more, so that a battery with a large decrease in efficiency when charged and discharged with a large current can be obtained. (4) Charging / discharging cycle characteristics A battery was prepared with the following configuration. As the working electrode, the polyaniline-2-mercapto-2 obtained in the item (2) of this example was used.
Using a thiazoline dimer composite electrode and L as a reference electrode
i-line was used. A Li foil was used as a counter electrode, and a dimethylformamide solution in which 1 M of LiClO 4 was dissolved was used as an electrolyte solution. Using this battery, a charging potential of 4.0 V and 15
After charging for 2 hours, final voltage 2.0V, discharge current 0.5mA
A charge / discharge cycle characteristic test was performed under the following conditions. As a result, a charge / discharge cycle characteristic curve shown by a curve A in FIG. 7 was obtained. In FIG. 7, the number of cycles is shown on the horizontal axis, and the discharge capacity after each charge / discharge cycle test when the discharge capacity in the first cycle is 100 is shown on the vertical axis. As a comparative example, a similar battery was constructed using a composite electrode prepared by mixing polyaniline, 2-mercapto-2-thiazoline and polyethylene oxide at a weight ratio of 3: 1: 1 as a working electrode. Using this battery, a charge-discharge cycle characteristic test was performed under the same conditions. As a result, curve B in FIG.
A charge / discharge cycle characteristic curve referred to in Table 1 was obtained.
【0071】本実施例の充放電サイクル特性曲線(曲線
A)においては、充放電サイクル特性が50サイクルで
初期容量の50%であり、充放電サイクル特性に優れて
いる。これに対して、比較例の充放電サイクル特性曲線
(曲線B)においては、10サイクル程度から充放電効
率が低下している。In the charge / discharge cycle characteristic curve (curve A) of this embodiment, the charge / discharge cycle characteristic is 50% of the initial capacity at 50 cycles, and the charge / discharge cycle characteristic is excellent. On the other hand, in the charge / discharge cycle characteristic curve (curve B) of the comparative example, the charge / discharge efficiency decreases from about 10 cycles.
【0072】本実施例においては、ポリアニリンを導電
性高分子として用いた場合について説明したが、上記の
その他の導電性高分子を用いても同様の効果が得られ
た。重合方法として電解重合を用いた場合について説明
したが、通常の酸化重合を用いても複合膜の作成が可能
である。さらに本実施例の重合膜を粉砕し、集電体と混
合しても同様の効果を得ることは自明である。In this embodiment, the case where polyaniline is used as the conductive polymer has been described. However, similar effects can be obtained by using the other conductive polymers described above. Although the case where electrolytic polymerization is used as the polymerization method has been described, a composite film can be formed using ordinary oxidative polymerization. It is obvious that the same effect can be obtained even if the polymer film of this example is pulverized and mixed with the current collector.
【0073】本実施例ではチオール基を有する化合物と
して2−メルカプト−2−チアゾリンを用いたが、他の
チオール基を有する化合物を用いても同様の反応が可能
である。さらに、2種類以上のチオール基を有する化合
物を用いて電極を構成することもできる。例えば、分子
内にチオール基を複数個有する化合物と、チオール基を
一つ有する化合物とを、酸化共重合させることにより共
重合体を作成し、見かけ上、チオール基を保護した高分
子(多量体)を作成し、導電性高分子を形成し得るモノ
マーの電解重合時に共存させることも可能である。In this example, 2-mercapto-2-thiazoline was used as the compound having a thiol group, but the same reaction can be carried out using another compound having a thiol group. Further, an electrode can be formed using a compound having two or more thiol groups. For example, a copolymer is prepared by oxidatively copolymerizing a compound having a plurality of thiol groups in a molecule and a compound having one thiol group, and apparently a polymer having a protected thiol group (multimer ) Can be prepared and coexist during electrolytic polymerization of a monomer capable of forming a conductive polymer.
【0074】以上の実施例の説明から明らかなように、
本発明方法によるチオール基を有する化合物を分子間で
ジスルフィド結合させた二量体(多量体)と、導電性高
分子とを主体とされた電極を用いることにより、従来の
ジスルフィド系化合物を用いた可逆性電極では困難であ
った、大電流での電解が可能となる。この電極は電解重
合や化学酸化重合で作成することができる。この電極を
正極に用い、金属リチウムを負極に用いることにより大
電流での充放電が可能な高エネルギー密度の二次電池を
構成することができる。As is clear from the above description of the embodiment,
A conventional disulfide compound was used by using an electrode mainly composed of a conductive polymer and a dimer in which a compound having a thiol group was disulfide-bonded between molecules according to the method of the present invention. Electrolysis with a large current, which has been difficult with a reversible electrode, becomes possible. This electrode can be made by electrolytic polymerization or chemical oxidation polymerization. By using this electrode as a positive electrode and using metallic lithium as a negative electrode, a high energy density secondary battery capable of charging and discharging with a large current can be formed.
【0075】本実施例方法による電極は、電池以外の用
途として、電極を対極に用いることにより、発色・退色
速度が速いエレクトロクロミック素子、応答速度が速い
グルコースセンサーなどの生物化学センサー、書き込み
・読み出し速度が速い電気化学アナログメモリーなどを
得ることができる。The electrodes according to the method of this embodiment may be used for applications other than batteries, such as an electrochromic device having a high color developing / fading speed, a biochemical sensor such as a glucose sensor having a high response speed, and a writing / reading device. A high-speed electrochemical analog memory can be obtained.
【0076】(実施例7)分子内に10個のN原子を含
有するポリエチレンイミンに、エチレンオキサイド(E
O)とブチレンオキサイド(BO)とを、EOとBOと
の比が30/70となるように付加した。このようにし
て得た平均分子量が180000のポリエーテルをアセ
トニトリルに溶解し、20重量%のポリエーテル溶液を
調製した。さらに、ポリエーテル溶液にリチウム塩とし
てLiCF3SO3を10重量%の割合で溶解した。このポリエ
ーテル溶液に、固形分含量(ポリエーテル、LiCF3
SO3およびγ−リン酸ジルコニウムの合計)が30重
量%となるように平均粒径が15μmのγーりん酸ジル
コニウム粉末を添加した。この溶液を40℃で24時間
撹半混合し電解質スラリーを得た。電解質スラリーを平
滑なテフロン製の板の上にドクターブレードを用いるこ
とにより塗布した。これを130℃の乾燥アルゴン気流
中において1時間乾燥し、さらに5時間真空乾燥するこ
とにより、大きさ80x80mm、厚さ85μmの電解
質シートを得た。(Example 7) Polyethyleneimine containing 10 N atoms in the molecule was replaced with ethylene oxide (E
O) and butylene oxide (BO) were added such that the ratio of EO to BO was 30/70. The polyether having an average molecular weight of 180,000 thus obtained was dissolved in acetonitrile to prepare a 20% by weight polyether solution. Further, LiCF 3 SO 3 as a lithium salt was dissolved in the polyether solution at a ratio of 10% by weight. The solid content (polyether, LiCF 3
Γ-zirconium phosphate powder having an average particle size of 15 μm was added so that the total content of SO 3 and γ-zirconium phosphate was 30% by weight. This solution was stirred and mixed at 40 ° C. for 24 hours to obtain an electrolyte slurry. The electrolyte slurry was applied on a smooth Teflon plate by using a doctor blade. This was dried for 1 hour in a dry argon gas stream at 130 ° C., and further vacuum-dried for 5 hours to obtain an electrolyte sheet having a size of 80 × 80 mm and a thickness of 85 μm.
【0077】次に、上記と同じ組成の電解質スラリー1
重量部に、黒鉛化度48%、平均粒径が2μmの人造黒
鉛粉末0.1重量部と、2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-リチウムチオレート
2重量部と、ポリアニリン粉末0.5重量部とを添加混
合し正極スラリーを得た。上記ポリアニリン粉末は、1
M(M=mol/dm3)のアニリンおよび5MのNa2SO4を含むpH=1.0
の硫酸酸性水溶液中において、飽和カロメル参照電極の
電位に対し1.2〜1.5voltの定電位で電解することにより
得られた。この正極スラリーを平滑なテフロン製の板の
上にドクターブレードを用いることにより塗布した。こ
れを130℃の乾燥アルゴン気流中において1時間乾燥
し、さらに5時間真空乾燥することにより大きさ80x
80mm、厚さ160μmの正極シート組成物を得た。Next, the electrolyte slurry 1 having the same composition as above was used.
0.1 part by weight of artificial graphite powder having a degree of graphitization of 48% and an average particle size of 2 μm, 2 parts by weight of 2,5-dimercapto-1,3,4-lithium thiolate and 0. 5 parts by weight were added and mixed to obtain a positive electrode slurry. The polyaniline powder is 1
PH = 1.0 containing M (M = mol / dm 3 ) of aniline and Na 2 SO 4 with 5M of
In a sulfuric acid aqueous solution at a constant potential of 1.2 to 1.5 volts with respect to the potential of the saturated calomel reference electrode. This positive electrode slurry was applied on a smooth Teflon plate by using a doctor blade. This was dried for 1 hour in a dry argon stream at 130 ° C., and further vacuum-dried for 5 hours to obtain a 80 ×
A positive electrode sheet composition having a thickness of 80 mm and a thickness of 160 μm was obtained.
【0078】さらに、上記と同じ組成のポリエーテル溶
液に平均粒径が18μmの純度99.98%の金属アル
ミニウム粉末1重量部と、黒鉛化度が48%で、平均粒
径が2μmの人造黒鉛粉末0.1重量部との混合粉末
を、固形分含量が50%となるように加え、40℃で2
4時間混合し負極スラリーを得た。負極スラリーと上記
と同じ組成の電解質スラリーとを固形分比が1:2とな
るようにアルミナボールミル中において24時間混合す
ることにより電極組成物スラリーを得た。電極組成物ス
ラリーを平滑なテフロン製の板の上にドクターブレード
を用いることにより塗布した。これを130℃の乾燥ア
ルゴン気流中において1時間乾燥し、さらに5時間真空
乾燥することにより、大きさ80x80mm、厚さ18
0μmの負極シートを得た。Further, 1 part by weight of a metal aluminum powder having an average particle size of 18 μm and a purity of 99.98% and an artificial graphite having a graphitization degree of 48% and an average particle size of 2 μm were added to a polyether solution having the same composition as described above. A mixed powder with 0.1 part by weight of the powder was added so that the solid content became 50%.
The mixture was mixed for 4 hours to obtain a negative electrode slurry. The electrode composition slurry was obtained by mixing the negative electrode slurry and the electrolyte slurry having the same composition in an alumina ball mill for 24 hours so that the solid content ratio was 1: 2. The electrode composition slurry was applied on a smooth Teflon plate by using a doctor blade. This was dried for 1 hour in a dry argon gas stream at 130 ° C., and further vacuum-dried for 5 hours to obtain a size of 80 × 80 mm and a thickness of 18 mm.
A negative electrode sheet of 0 μm was obtained.
【0079】フッソ樹脂と炭素粉末とを主体とした混合
物より形成された厚さ50μmのカーボンシートと、正
極シートと、電解質シートと、負極シートと、カーボン
シート(上記と同じ組成)とを順に重ね、温度150
℃、圧力200kg/cm2の条件の下で熱圧着した。これを
28x28mmの大きさに裁断して素電池を得た。合成
ゴムと炭素繊維とを主体とする厚さ10μmの熱接着性
導電性フィルムを介し、電極リードを兼ねる厚さ30μ
mの銅箔を素電池の両面に熱接着した。さらに、素電池
全体を厚さ38μmのポリエチレンテレフタレート膜
と、厚さ50μmのアルミニウム箔と、厚さ50μmの
ポリエチレン膜とからなるラミネートフィルムを用いて
封止し、電池Aを得た。A 50 μm-thick carbon sheet formed of a mixture mainly composed of a fluororesin and carbon powder, a positive electrode sheet, an electrolyte sheet, a negative electrode sheet, and a carbon sheet (the same composition as above) are laminated in this order. , Temperature 150
Thermocompression bonding was performed under the conditions of a temperature of 200 ° C. and a pressure of 200 kg / cm 2 . This was cut into a size of 28 × 28 mm to obtain a unit cell. Through a 10 μm-thick thermally conductive conductive film mainly composed of synthetic rubber and carbon fiber, a thickness of 30 μ serving also as an electrode lead
m of copper foil was thermally bonded to both sides of the unit cell. Further, the whole unit cell was sealed with a laminated film composed of a polyethylene terephthalate film having a thickness of 38 μm, an aluminum foil having a thickness of 50 μm, and a polyethylene film having a thickness of 50 μm, to obtain a battery A.
【0080】次に、比較として、次の方法により電池B
を調製した。まず、LiBF4を1モル溶解したアセトニト
リル中において、Ag/AgCl電極の電位に対し1.0Vの
電位で電解酸化し、リチウムイオンを含有しないジスルフィド
化合物を得た。これを2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-リチウムチオレートに
代えて用い、かつ負極にアルミニウム含有量が30原子
%、厚さ200μmのリチウム合金板を用いたこと以外
は電池Aを作成するのと同様の方法により、電池Bを得
た。Next, for comparison, the battery B was prepared by the following method.
Was prepared. First, in acetonitrile in which 1 mol of LiBF 4 was dissolved, electrolytic oxidation was performed at a potential of 1.0 V with respect to the potential of the Ag / AgCl electrode to obtain a disulfide compound containing no lithium ion. Battery A was prepared except that this was used in place of 2,5-dimercapto-1,3,4-lithium thiolate and a lithium alloy plate having an aluminum content of 30 atomic% and a thickness of 200 μm was used for the negative electrode. Battery B was obtained in the same manner as described above.
【0081】次に、本発明の他のリチニウム二次電池を
次の方法により調製した。2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-リチウムチオレ
ート粉末1重量部と、ポリアニリン粉末0.2重量部と、
カーボンブラック0.1重量部と、LiI-Li3N-B2O3(モ
ル比=1:1:1)粉末1重量部と、低密度ポリエチレン6
重量%を含むトルエン溶液とを混合した。上記ポリアニ
リン粉末は、酸性水溶液中において酸化剤としてホウフ
ッ化第二銅を用いることにより、アニリンを化学重合す
ることにより合成された、平均粒径0.3μmのフィブリ
ル構造をもった多孔性のポリアニリン粉末である。上記
低密度ポリエチレンは、エクセレンVL−200(商標
名;密度=0.9、住友化学工業製)であり、上記混合物
を乾燥したときに低密度ポリエチレンの含量が5容積%
となるように加えられた。次にこの溶液を200メッシュ
のナイロンネット上に塗布し、これを乾燥することによ
って大きさ80X80mm、厚さ約155μmの正極シ
ートを得た。Next, another lithium secondary battery of the present invention was prepared by the following method. 2,5-dimercapto-1,3,4-lithium thiolate powder 1 part by weight, polyaniline powder 0.2 part by weight,
0.1 parts by weight of carbon black, 1 part by weight of LiI-Li 3 NB 2 O 3 (molar ratio = 1: 1: 1) powder, and low-density polyethylene 6
And a toluene solution containing by weight. The polyaniline powder is a porous polyaniline powder having a fibril structure with an average particle diameter of 0.3 μm, which is synthesized by chemically polymerizing aniline by using cupric borofluoride as an oxidizing agent in an acidic aqueous solution. is there. The low-density polyethylene is Exelen VL-200 (trade name; density = 0.9, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). When the mixture is dried, the content of the low-density polyethylene is 5% by volume.
Was added to be Next, this solution was applied on a 200 mesh nylon net and dried to obtain a positive electrode sheet having a size of 80 × 80 mm and a thickness of about 155 μm.
【0082】次に、LiI-Li3N-B2O3粉末と、低密度ポリ
エチレンの6重量%トルエン溶液とを、乾燥したときの
低密度ポリエチレンの含量が、35容積%となるように
混合した。次に、この溶液を200メッシュのナイロンネ
ット上に塗布し、乾燥することによって大きさ80X8
0mm、厚さ約90μmの電解質シートを得た。Next, LiI-Li 3 NB 2 O 3 powder and a 6% by weight toluene solution of low density polyethylene were mixed so that the content of the low density polyethylene when dried was 35% by volume. Next, the solution was applied on a 200-mesh nylon net and dried to a size of 80 × 8.
An electrolyte sheet having a thickness of 0 mm and a thickness of about 90 μm was obtained.
【0083】さらに、金属アルミニウム粉末1重量部
と、黒鉛粉末0.1重量部と、LiI-Li 3N-B2O3粉末0.
5重量部と、上記と同様の低密度ポリエチレンのトルエ
ン溶液とを、乾燥したときの低密度ポリエチレンの含量
が、7.5容積%となるように混合した。上記金属アル
ミニウムとしては、平均粒径が18μm、純度が99.
98%の金属アルミニウム粉末を用い、黒鉛粉末として
は、黒鉛化度が90%、平均粒径が0.6μmの人造黒
鉛粉末を用いた。次に、この溶液を200メッシュのナイ
ロンネット上に塗布し、乾燥することによって大きさ8
0X80mm、厚さ約190μmの負極シートを得た。
これらの正極シートと、電解質シートと、負極シートと
を用いて上記と同様に電池Cを得た。Further, 1 part by weight of metal aluminum powder
0.1 parts by weight of graphite powder and LiI-Li ThreeN-BTwoOThreePowder 0.
5 parts by weight and the same low-density polyethylene toluene
Low-density polyethylene content
Was mixed so as to be 7.5% by volume. The above metal Al
Minium has an average particle size of 18 μm and a purity of 99.
98% metallic aluminum powder, graphite powder
Is artificial black having a degree of graphitization of 90% and an average particle size of 0.6 μm.
Lead powder was used. Next, apply this solution to a 200 mesh nail
Apply on a lonnet and dry to size 8
A negative electrode sheet having a size of 0 × 80 mm and a thickness of about 190 μm was obtained.
These positive electrode sheet, electrolyte sheet, and negative electrode sheet
Was used to obtain a battery C in the same manner as described above.
【0084】次に、比較として次の方法により電池Dを
調製した。まず、LiBF4を1モル溶解したアセトニトリ
ル中においてAg/AgCl電極の電位に対し1.0Vの電位
で電解酸化し、リチウムイオンを含有しないジスルフィド化合
物を得た。これを2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-リチウムチオレートに代え
て用い、かつ負極に、アルミニウム含有量が30原子%
で厚さ200μmのリチウム合金板を用いたこと以外
は、電池Cを調製するのと同様の方法により電池Dを得
た。Next, for comparison, a battery D was prepared by the following method. First, electrolytic oxidation was performed at a potential of 1.0 V with respect to the potential of the Ag / AgCl electrode in acetonitrile in which 1 mol of LiBF 4 was dissolved to obtain a disulfide compound containing no lithium ion. This is used in place of 2,5-dimercapto-1,3,4-lithium thiolate, and the anode has an aluminum content of 30 atomic%.
A battery D was obtained in the same manner as in the preparation of the battery C, except that a lithium alloy plate having a thickness of 200 μm was used.
【0085】このようにして調製した電池A,電池B、
電池C及び電池Dに、65℃で、3.6ボルトの一定電
圧を17時間印加した後、65℃で1μA,10μA,10
0μA,500μA,および1mAの各々の電流で3秒間放
電させた。その際の電池電圧を記録することにより電流
電圧特性を評価した。この結果を図8に示す。電池Aお
よび電池Cの電流電圧特性と、比較例の電池Bおよび電
池Dの電流電圧特性とを較べると、前者の方が電圧の低
下が小さく、大きな電流が得られることがわかる。The batteries A and B thus prepared were
After applying a constant voltage of 3.6 volts to the batteries C and D at 65 ° C. for 17 hours, 1 μA, 10 μA, 10
Discharge was performed for 3 seconds at a current of 0 μA, 500 μA, and 1 mA, respectively. The current-voltage characteristics were evaluated by recording the battery voltage at that time. The result is shown in FIG. Comparing the current-voltage characteristics of the batteries A and C with the current-voltage characteristics of the batteries B and D of the comparative example, it can be seen that the former has a smaller voltage drop and a larger current can be obtained.
【0086】以上の実施例の説明で明らかなように、本
発明のリチウム二次電池においては、電解酸化により硫
黄ー硫黄結合を生成する、硫黄ーリチウムイオン結合を
有するリチウムチオレート化合物と、π電子共役系導電
性高分子との混合物を主体とする正極を用い、かつ、負
極として金属アルミニウムあるいはその合金と炭素材料
とを主体とする組成物を用いている。従って、化学的に
活性な金属リチウムあるいはその合金を電池を組立る時
に扱うことがなく、安全にリチウム二次電池を組み立て
ることができる。こうして組み立てたリチウム二次電池
においては、放電状態で電池を保存することにより、電
池中において金属リチウムが実質上存在しないので、電
池が破壊されたとき発火することがない。さらに、本発
明のリチウム電池を用いることにより、金属リチウムあ
るいはその合金を負極とする従来の電池に較べ、大きな
電流を得ることができる。As is apparent from the above description of the embodiment, in the lithium secondary battery of the present invention, a lithium thiolate compound having a sulfur-lithium ion bond, which forms a sulfur-sulfur bond by electrolytic oxidation, A positive electrode mainly composed of a mixture with an electron conjugated conductive polymer is used, and a composition mainly composed of metallic aluminum or an alloy thereof and a carbon material is used as a negative electrode. Therefore, lithium secondary battery can be safely assembled without handling chemically active metal lithium or its alloy when assembling the battery. In the lithium secondary battery assembled in this manner, by storing the battery in a discharged state, there is substantially no metallic lithium in the battery, and therefore, there is no ignition when the battery is destroyed. Further, by using the lithium battery of the present invention, a larger current can be obtained as compared with a conventional battery using lithium metal or an alloy thereof as a negative electrode.
【0087】(実施例8)84g(1mol)のチオフェンと100
mlの四塩化炭素とを混合し、0℃に冷却した。これに、5
00g(3.1mol)の臭素を300mlの四塩化炭素に溶解した溶液
を徐々に加えた。これらすべてを混合したのち、四塩化
炭素を留去し、15gの水酸化ナトリウムを加えて4時間蒸
気浴上で加熱した。この混合物からアルカリ層を分離除
去し、残留物を乾燥したのち、蒸留することによって1
置換体と2置換体と3置換体の臭化チオフェンの混合物
を得た。この混合物をキシレンに溶解し、シリカゲルの
カラムを用いることにより分別し、2,2,3-トリブロモチ
オフェンを30g得た。Example 8 84 g (1 mol) of thiophene and 100
ml of carbon tetrachloride and cooled to 0 ° C. In addition, 5
A solution of 00 g (3.1 mol) of bromine in 300 ml of carbon tetrachloride was slowly added. After all of these were mixed, carbon tetrachloride was distilled off, 15 g of sodium hydroxide was added, and the mixture was heated on a steam bath for 4 hours. The alkali layer was separated and removed from the mixture, and the residue was dried and distilled to obtain 1 residue.
A mixture of substituted, disubstituted and trisubstituted thiophene bromides was obtained. This mixture was dissolved in xylene and fractionated by using a silica gel column to obtain 30 g of 2,2,3-tribromothiophene.
【0088】この様にして得られた32g(0.1mol)の2,2,3
-トリブロモチオフェンと6.5g(0.2mol)の金属亜鉛と6g
(0.2mol)の酢酸とを混合して反応させ、3-ブロモチオフ
ェンを得た。The thus obtained 32 g (0.1 mol) of 2,2,3
-Tribromothiophene and 6.5 g (0.2 mol) of zinc metal and 6 g
(0.2 mol) acetic acid was mixed and reacted to obtain 3-bromothiophene.
【0089】この3-ブロモチオフェン8.0g(0.05mol)に4
gのチオ尿素を加え、アセトニトリル中において反応さ
せ、3-メルカプトチオフェン2g(0.01mol)を得た。塩素
中においてこの3-メルカプトチオフェンと1-プロピルメ
ルカプタン0.8g(0.01mol)とを反応させ、ジスルフィド
が導入されたチオフェンを得た。To 8.0 g (0.05 mol) of 3-bromothiophene
g of thiourea was added and reacted in acetonitrile to obtain 2 g (0.01 mol) of 3-mercaptothiophene. The 3-mercaptothiophene was reacted with 0.8 g (0.01 mol) of 1-propylmercaptan in chlorine to obtain thiophene into which disulfide was introduced.
【0090】この様にして得られたチオフェン誘導体
(1mol/l)をモノマ−として、プロピレンカ−ボネ−
ト中において、過塩素酸リチウムを支持電解質として用
いることにより、飽和カロメル参照電極の電位に対し1.
2〜1.5voltの定電位で電解した。その結果、リチウムチ
オレ−ト基を含有する導電性高分子を得た。The thiophene derivative (1 mol / l) thus obtained was used as a monomer to form propylene carbonate.
In this case, by using lithium perchlorate as a supporting electrolyte, the potential of the saturated calomel reference electrode is 1.
Electrolysis was performed at a constant potential of 2 to 1.5 volts. As a result, a conductive polymer containing a lithium thiolate group was obtained.
【0091】次に、実施例7の電池Aと同じ組成で同じ
サイズの電解質シートの調製を行った。Next, an electrolyte sheet having the same composition and the same size as that of the battery A of Example 7 was prepared.
【0092】次に、電解質スラリー(実施例7の電池A
を調製するのに用いた電解質スラリーと同じ組成)1重
量部と、黒鉛化度48%、平均粒径が2μmの人造黒鉛
粉末0.1重量部と、前述のリチウムチオレ−ト基を含
有する導電性高分子2重量部とを混合し正極スラリ−を
得た。この正極スラリ−を平滑なテフロン製の板の上に
ドクタ−ブレ−ドを用いることにより塗布した。これを
130℃の乾燥アルゴン気流中で1時間乾燥しさらに5
時間真空乾燥することにより、大きさ80x80mm、
厚さ160μmのの正極シートを得た。Next, the electrolyte slurry (battery A of Example 7)
1 part by weight, 0.1 part by weight of artificial graphite powder having a degree of graphitization of 48% and an average particle size of 2 μm, and a conductive material containing the above-mentioned lithium thiolate group. And 2 parts by weight of a conductive polymer to obtain a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied on a smooth Teflon plate by using a doctor blade. This was dried for 1 hour in a dry argon stream at 130 ° C., and further dried for 5 hours.
By vacuum drying for hours, the size is 80x80mm,
A positive electrode sheet having a thickness of 160 μm was obtained.
【0093】次に、実施例7の電池Aの場合と同じ組成
で同じサイズの負極シートの調製を行った。Next, a negative electrode sheet having the same composition and the same size as that of the battery A of Example 7 was prepared.
【0094】上記正極シート、電解質シートおよび負極
シートを用い、実施例7の電池Aの調整と同様の方法に
より、本実施例の電池Aを調製した。Using the above-mentioned positive electrode sheet, electrolyte sheet and negative electrode sheet, a battery A of this example was prepared in the same manner as in the preparation of the battery A of Example 7.
【0095】次に比較として、次の方法により電池Bを
調製した。まず、LiBF4を1モル溶解したアセトニトリ
ル中においてAg/AgCl電極の電位に対し1.0Vの電位
で電解酸化し、リチウムイオンを含有しないジスルフィド化合
物を得た。これをリチウムチオレート基を含有する上記
導電性高分子に代えて用い、かつ、負極にアルミニウム
含有量が30原子%の、厚さ200μmのリチウム合金
板を用いたこと以外は、上記電池Aを調製するのと同様
の方法により電池Bを得た。Next, for comparison, a battery B was prepared by the following method. First, in acetonitrile in which 1 mol of LiBF4 was dissolved, electrolytic oxidation was performed at a potential of 1.0 V with respect to the potential of the Ag / AgCl electrode to obtain a disulfide compound containing no lithium ion. The above battery A was used except that this was used in place of the above-mentioned conductive polymer containing a lithium thiolate group, and a lithium alloy plate having a thickness of 200 μm and an aluminum content of 30 atomic% was used for the negative electrode. Battery B was obtained in the same manner as in the preparation.
【0096】次に、本発明の他のリチウム二次電池を次
の方法により調製した。酸性水溶液中で酸化剤としてホ
ウフッ化第二銅を用いることにより上記で合成したジス
ルフィド基を有するチオフェン誘導体を化学重合した。
その結果、平均粒径が0.3μmで、フィブリル構造をも
った、多孔性のチオフェン誘導体の重合体が合成され
た。このチオフェン誘導体の重合体の粉末0.2重量部
と、カ−ボンブラック0.1重量部と、LiI-Li3N-B2O3
(モル比=1:1:1)粉末1重量部と、低密度ポリエチレ
ン6重量%を含むトルエン溶液とを混合した。上記低密
度ポリエチレンはエクセレンVL−200(商標名;密
度=0.9、住友化学工業製)であり、上記混合物を乾燥
したときに低密度ポリエチレンの含量が5容積%となる
ように加えられた。次にこの溶液を200メッシュのナイ
ロンネット上に塗布し、これを乾燥することによって、
大きさ80X80mm、厚さ約155μmの正極シート
を得た。Next, another lithium secondary battery of the present invention was prepared by the following method. The thiophene derivative having a disulfide group synthesized above was chemically polymerized by using cupric borofluoride as an oxidizing agent in an acidic aqueous solution.
As a result, a porous thiophene derivative polymer having an average particle diameter of 0.3 μm and having a fibril structure was synthesized. 0.2 parts by weight of a polymer powder of this thiophene derivative, 0.1 parts by weight of carbon black, and LiI-Li 3 NB 2 O 3
(Molar ratio = 1: 1: 1) 1 part by weight of powder and a toluene solution containing 6% by weight of low-density polyethylene were mixed. The low-density polyethylene was Exelen VL-200 (trade name; density = 0.9, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and was added so that the content of the low-density polyethylene was 5% by volume when the mixture was dried. Next, by applying this solution on a 200 mesh nylon net and drying it,
A positive electrode sheet having a size of 80 × 80 mm and a thickness of about 155 μm was obtained.
【0097】次に、実施例7の電池Cを調製するときに
用いたのと同様の電解質シートおよび負極シートをそれ
ぞれ調製した。これら正極シート、電解質シートおよび
負極シートを用いて上記と同様の方法によって本実施例
の電池Cを作製した。Next, the same electrolyte sheet and negative electrode sheet as used in preparing the battery C of Example 7 were prepared. Using these positive electrode sheet, electrolyte sheet, and negative electrode sheet, a battery C of this example was produced in the same manner as described above.
【0098】次に、比較として、次の方法により電池D
を調製した。まず、LiBF4を1モル溶解したアセトニト
リル中においてAg/AgCl電極の電位に対し1.0Vの電
位で電解酸化し、リチウムイオンを含有しないジスルフィド化
合物を得た。これをリチウムチオレ−ト基を含有する導
電性高分子に代えて用い、かつ、負極にアルミニウム含
有量が30原子%の厚さ200μmのリチウム合金板を
用いたこと以外は、電池Cを調製するのと同様の方法に
よって電池Dを作製した。Next, for comparison, the battery D was prepared by the following method.
Was prepared. First, in acetonitrile in which 1 mol of LiBF4 was dissolved, electrolytic oxidation was performed at a potential of 1.0 V with respect to the potential of the Ag / AgCl electrode to obtain a disulfide compound containing no lithium ion. A battery C was prepared except that this was used in place of the conductive polymer containing a lithium thiolate group, and that a 200 μm thick lithium alloy plate having an aluminum content of 30 atomic% was used for the negative electrode. Battery D was produced in the same manner as in the above.
【0099】このようにして調製した電池A,電池B、
電池C及び電池Dに、65℃で、3.6ボルトの一定電
圧を17時間印加した後、65℃で、1μA,10μA,
100μA,500μA,および1mAの各々の電流で3秒間
放電した。その電池電圧を記録することにより電流電圧
特性を評価した。その結果を図9に示す。本実施例にお
いて、電池Aおよび電池Cの電流電圧特性と、比較例の
電池Bおよび電池Dの電流電圧特性と較べると、前者の
方が電圧の低下が小さく、大きな電流が得られることが
わかる。The batteries A and B thus prepared were
After applying a constant voltage of 3.6 volts to the batteries C and D at 65 ° C. for 17 hours, 1 μA, 10 μA,
Discharge was performed for 3 seconds at a current of 100 μA, 500 μA and 1 mA, respectively. The current-voltage characteristics were evaluated by recording the battery voltage. FIG. 9 shows the result. In the present example, comparing the current-voltage characteristics of the batteries A and C with the current-voltage characteristics of the batteries B and D of the comparative example, it can be seen that the former has a smaller voltage drop and a larger current can be obtained. .
【0100】[0100]
【発明の効果】以上のように本発明の電極材料を用いる
ことにより、化学的に活性な金属リチウムあるいはその
合金を電池組立時に扱う必要がないので、電池組立作業
が安全である。また、こうして組み立てたリチウム二次
電池においては、電池が破壊されたとき発火することが
ない。As described above, by using the electrode material of the present invention, it is not necessary to handle chemically active metallic lithium or its alloy at the time of assembling the battery, so that the battery assembling operation is safe. Further, in the lithium secondary battery assembled in this manner, no ignition occurs when the battery is destroyed.
【0101】さらに、本発明の電池を用いることによ
り、金属リチウムあるいはその合金を負極として用いる
従来の電池に較べ、大きな電流を取り出すことができ
る。Further, by using the battery of the present invention, a larger current can be taken out as compared with a conventional battery using lithium metal or its alloy as a negative electrode.
【図1】本発明の第1の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極及び従来の電極の電流−電圧特性図FIG. 1 is a current-voltage characteristic diagram of a reversible electrode using an electrode material according to a first embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図2】本発明の第2の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極を用いた電池、及び正極に従来の電極を用いた電
池の電流−電圧特性図FIG. 2 is a current-voltage characteristic diagram of a battery using a reversible electrode using an electrode material according to a second embodiment of the present invention and a battery using a conventional electrode as a positive electrode.
【図3】本発明の第3の実施例における電極材料を用い
た可逆性電極及び従来の電極の電流−電圧特性図FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of a reversible electrode using an electrode material according to a third embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図4】本発明の第4の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極及び従来の電極の電流−電圧特性図FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of a reversible electrode using the electrode material of a fourth embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図5】本発明の第5の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極及び従来の電極の電流−電圧特性図FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of a reversible electrode using the electrode material according to a fifth embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図6】本発明の第6の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極及び従来の電極の電流−電圧特性図FIG. 6 is a diagram showing current-voltage characteristics of a reversible electrode using the electrode material according to a sixth embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図7】本発明の第6の実施例の電極材料を用いた可逆
性電極及び従来の電極の充放電サイクル特性図FIG. 7 is a diagram showing charge / discharge cycle characteristics of a reversible electrode using the electrode material according to the sixth embodiment of the present invention and a conventional electrode.
【図8】本発明の第7の実施例のリチウム電池及び従来
のリチウム電池の電流−電圧特性図FIG. 8 is a diagram showing current-voltage characteristics of a lithium battery according to a seventh embodiment of the present invention and a conventional lithium battery.
【図9】本発明の第8の実施例のリチウム電池及び従来
のリチウム電池の電流−電圧特性図FIG. 9 is a current-voltage characteristic diagram of a lithium battery according to an eighth embodiment of the present invention and a conventional lithium battery.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−44734 (32)優先日 平3(1991)3月11日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平3−137415 (32)優先日 平3(1991)6月10日 (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平3−145856 (32)優先日 平3(1991)6月18日 (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 佐藤 佳子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 竹山 健一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小山 昇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 直井 勝彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. Hei 3-44734 (32) Priority date Hei 3 (1991) March 11 (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority Claim No. Japanese Patent Application No. 3-137415 (32) Priority Date Hei 10 (1991) June 10 (33) Priority Claiming Country Japan (JP) (31) Priority Claim No. Japanese Patent Application No. 3-145856 (32) Priority Hihei 3 (1991) June 18, (33) Priority Country Japan (JP) (72) Inventor Yoshiko Sato 1006 Ojidoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Kenichi Takeyama No. 1006, Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Noboru Koyama, No. 1006, Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture 1006 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (8)
性高分子の組合わせもしくはジスルフィド基を有する導
電性高分子を有する電極材料であって、前記ジスルフィ
ド基のS−S結合が、電解還元により開裂し硫黄−金属
イオン結合または硫黄−プロトン結合を形成し、前記硫
黄−金属イオン結合または硫黄−プロトン結合が電解酸
化によりS−S結合を形成する電極材料。An electrode material comprising a combination of a compound having a disulfide group and a conductive polymer, or an electrode material having a conductive polymer having a disulfide group, wherein the SS bond of the disulfide group is cleaved by electrolytic reduction. An electrode material which forms a sulfur-metal ion bond or a sulfur-proton bond, wherein the sulfur-metal ion bond or the sulfur-proton bond forms an SS bond by electrolytic oxidation.
性高分子の組み合わせを有する請求項1記載の電極材料
であって、前記ジスルフィド基を有する化合物が分子内
に開裂可能なジスルフィド基を有することを特徴とする
電極材料。2. The electrode material according to claim 1, comprising a combination of a compound having a disulfide group and a conductive polymer, wherein the compound having a disulfide group has a cleavable disulfide group in the molecule. Electrode material.
π電子共役系導電性高分子にジスルフィド基を導入する
ことにより得られることを特徴とする請求項1記載の電
極材料。3. The conductive polymer having a disulfide group,
2. The electrode material according to claim 1, wherein the electrode material is obtained by introducing a disulfide group into a π-electron conjugated conductive polymer.
π電子共役系導電性高分子を形成し得、かつジスルフィ
ド基を有するモノマーを電解重合することにより得られ
ることを特徴とする請求項1記載の電極材料。4. The conductive polymer having a disulfide group,
2. The electrode material according to claim 1, wherein the electrode material is capable of forming a π-electron conjugated conductive polymer and is obtained by electrolytic polymerization of a monomer having a disulfide group.
ジスルフィド基を有する二量体を得る工程とπ電子共役
系導電性高分子を形成し得るモノマーを、前記二量体の
存在下、電極基板上で電解重合させる工程を包含するこ
とを特徴とする可逆性電極の製造方法。5. A step of dimerizing a compound having a thiol group to obtain a dimer having a disulfide group, and a step of forming a monomer capable of forming a π-electron conjugated conductive polymer in the presence of the dimer. A method for producing a reversible electrode, comprising a step of performing electrolytic polymerization on an electrode substrate.
記正極が、電解酸化によりジスルフィド結合を形成し得
る硫黄−リチウムイオン結合を有するリチウムチオレー
トおよびπ電子共役系導電性高分子を主成分とする組成
物、あるいは電解酸化によりジスルフィド結合を形成し
得る硫黄−リチウムイオン結合を有するπ電子共役系導
電性高分子を主成分とする組成物で構成され、前記固形
電解質がリチウムを含む塩、もしくは前記塩を含む高分
子を主成分とする組成物で構成され、そして前記負極が
アルミニウムまたはアルミニウム含有合金と炭素とを主
成分とする組成物により構成されることを特徴とするリ
チウム二次電池。6. A positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode, wherein the positive electrode mainly comprises a lithium thiolate having a sulfur-lithium ion bond capable of forming a disulfide bond by electrolytic oxidation and a π-electron conjugated conductive polymer. A composition containing a π-electron conjugated conductive polymer having a sulfur-lithium ion bond capable of forming a disulfide bond by electrolytic oxidation as a main component, wherein the solid electrolyte contains lithium. Or a lithium secondary battery, wherein the negative electrode is composed of a composition mainly composed of aluminum or an aluminum-containing alloy and carbon. battery.
極を構成する組成物に混合されていることを特徴とする
請求項6記載のリチウム二次電池。7. The lithium secondary battery according to claim 6, wherein the electrolyte is mixed with a composition constituting a positive electrode or a composition constituting a negative electrode.
サイドおよびプロピレンオキサイドでなる群から選択さ
れる少なくとも1種を付加して得られるポリエーテル3
と、イオン交換性の層状結晶構造を有する化合物および
LiXで示されるリチウム塩(ここでXは強酸のアニオ
ンである)を有することを特徴とする請求項6記載のリ
チウム二次電池。8. A polyether 3 obtained by adding at least one member selected from the group consisting of ethylene oxide and propylene oxide to a polyamine as a solid electrolyte.
And a lithium salt represented by LiX (where X is an anion of a strong acid), and a lithium secondary battery according to claim 6.
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