JP3045750B2 - 電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
電池用電極及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、電池用電極及びその製造方法に関する。
（ロ）従来の技術 従来、電池用電極は、アルカリ電解液用電極、酸性電
解液用電極及び有機電解液用電極とがある。
解液用電極及び有機電解液用電極とがある。
アルカリ電解液用電極は、二酸化マンガン、水酸化ニ
ッケル、酸化銀、カドミウム、亜鉛、水素貯蔵合金等の
無機化合物から構成され、酸性電解液用電極は、酸化
鉛、鉛等の無機化合物から構成され、また、有機電解液
用電極は、二酸化マンガン、酸化クロム、リチウム、リ
ニア−グラファイトハイブリッド等の無機化合物又はポ
リアセチレン、ポリアセン等の有機化合物から構成され
用いられている。
ッケル、酸化銀、カドミウム、亜鉛、水素貯蔵合金等の
無機化合物から構成され、酸性電解液用電極は、酸化
鉛、鉛等の無機化合物から構成され、また、有機電解液
用電極は、二酸化マンガン、酸化クロム、リチウム、リ
ニア−グラファイトハイブリッド等の無機化合物又はポ
リアセチレン、ポリアセン等の有機化合物から構成され
用いられている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 前述の無機化合物から構成された電極は、充放電の繰
り返しで酸化・還元を受けたときに、物理形状、化学的
形態が変化させられるため長期に渡る繰り返しサイクル
の結果、容量等の電極特性が劣化してしまうという問題
がある。前述の有機化合物から構成された電極は、酸素
雰囲気中で変化しやすく長期の使用に耐えられないとい
う問題がある。
り返しで酸化・還元を受けたときに、物理形状、化学的
形態が変化させられるため長期に渡る繰り返しサイクル
の結果、容量等の電極特性が劣化してしまうという問題
がある。前述の有機化合物から構成された電極は、酸素
雰囲気中で変化しやすく長期の使用に耐えられないとい
う問題がある。
この発明は、上記問題を解決するためになされたもの
であって、充放電の繰り返しで容量の低下がなく、酸素
雰囲気中で変化しにくく、長期にわたって安定した容量
を有しかつ故障のない電池用電極を提供しょうとするも
のである。
であって、充放電の繰り返しで容量の低下がなく、酸素
雰囲気中で変化しにくく、長期にわたって安定した容量
を有しかつ故障のない電池用電極を提供しょうとするも
のである。
（ニ）課題を解決するための手段 従来、用いられている電極の不利な点について観察、
考察を行い、電極の寿命の短くなる原因が次に示すよう
な事柄であることを見い出した。
考察を行い、電極の寿命の短くなる原因が次に示すよう
な事柄であることを見い出した。
充電・放電の結果として起こる酸化・還元反応で結晶
構造が変化する。
構造が変化する。
充電・放電で重要な役割を果たす反応系の活性が低
い。
い。
部分的な失活が、他の活性な部分に悪い影響を与える
（失活点の伝搬）。
（失活点の伝搬）。
過酷な酸化状態、還元状態が続いてしまう（酸化・還
元状態の伝搬速度が遅い）。
元状態の伝搬速度が遅い）。
これらの原因を除去するために、鋭意、研究を行った
結果、キノン類若しくはその誘導体が、酸化・還元の繰
り返しサイクルに対し耐性の高い材料であることを見い
出しこの発明に至った。
結果、キノン類若しくはその誘導体が、酸化・還元の繰
り返しサイクルに対し耐性の高い材料であることを見い
出しこの発明に至った。
この発明によれば、ケト／エノール構造変化により可
逆的に充放電される物質を三次元構造の基体と一体化し
たことを特徴とする電池用電極が提供される。
逆的に充放電される物質を三次元構造の基体と一体化し
たことを特徴とする電池用電極が提供される。
上記金属基体は、電池用電極を構成して集電するため
のものであって、通常上記混合物を充填しうる三次元構
造の金属基体を用いることができる。三次元構造として
は、例えば容器状、厚みのある網状等が挙げられる。ま
た、金属基体を構成する金属としては、例えばニッケ
ル、チタン、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が挙げ
られる。
のものであって、通常上記混合物を充填しうる三次元構
造の金属基体を用いることができる。三次元構造として
は、例えば容器状、厚みのある網状等が挙げられる。ま
た、金属基体を構成する金属としては、例えばニッケ
ル、チタン、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が挙げ
られる。
上記混合物は、電池用電極を構成して電気エネルギー
を化学エネルギーとして充電しかつ化学エネルギーを電
気エネルギーとして放電しうるものであって、電気化学
エネルギー変換媒体としてのキノン類若しくはその誘導
体と導電剤と結着剤とからなる。このキノンは、電気化
学的酸化還元によって主反応として分子内にケト（＞Ｃ
＝Ｏ）エノール（ 反応が起こり、ケト、エノール構造が部分的に共鳴構
造となり、キノン構造とジオール構造の２つの構造に可
逆的に変化することのできるものを用いることができ
る。
を化学エネルギーとして充電しかつ化学エネルギーを電
気エネルギーとして放電しうるものであって、電気化学
エネルギー変換媒体としてのキノン類若しくはその誘導
体と導電剤と結着剤とからなる。このキノンは、電気化
学的酸化還元によって主反応として分子内にケト（＞Ｃ
＝Ｏ）エノール（ 反応が起こり、ケト、エノール構造が部分的に共鳴構
造となり、キノン構造とジオール構造の２つの構造に可
逆的に変化することのできるものを用いることができ
る。
具体的には、構造の骨格として、 等のキノン構造を有するもので、これらは充電・放電に
よりそれぞれ次式で示すように反応する。
よりそれぞれ次式で示すように反応する。
この中でも、ジフェノール構造のｐ−キノン誘導体は、
酸化状態（キノン体）でも還元状態（ヒドロキノン体）
でも安定であり、酸化、還元反応によっても顕著な分子
構造変化を起こすことはないので好ましい。
酸化状態（キノン体）でも還元状態（ヒドロキノン体）
でも安定であり、酸化、還元反応によっても顕著な分子
構造変化を起こすことはないので好ましい。
上記酸化還元反応は、長期間に渡って繰り返すことが
可能であることから、充電・放電を繰り返しても特性劣
化のほとんどない電極を得ることができる。
可能であることから、充電・放電を繰り返しても特性劣
化のほとんどない電極を得ることができる。
これらのキノン誘導体は遊離基を置換した誘導体を用
いることができる。遊離基には、例えば、−CH3、−OCH
3、−OH、−N(CH3)2、−NH2、−NHCH3、 −SO3Na、−Cl、 −NHCOCH3等が挙げられる。
いることができる。遊離基には、例えば、−CH3、−OCH
3、−OH、−N(CH3)2、−NH2、−NHCH3、 −SO3Na、−Cl、 −NHCOCH3等が挙げられる。
また分子内に複数のキノン構造を有するキノン類も好
ましく、例えば、下記（IV）〜（VI）等の骨格のキノン
類を挙げることができる。
ましく、例えば、下記（IV）〜（VI）等の骨格のキノン
類を挙げることができる。
さらに、例えば、−NH2、−NH(CH3)などの特性基を介
して重合した構造のキノン誘導体も良く、例えば、式
（VII）で示すような重合２量体、及び ３量体以上の重合体（ポリマー）を用いることができ
る。
して重合した構造のキノン誘導体も良く、例えば、式
（VII）で示すような重合２量体、及び ３量体以上の重合体（ポリマー）を用いることができ
る。
重合方法としては、特性基の種類によって熱による手
段、触媒による手段、紫外線等の電磁波による手段等か
ら適宜選定して用いることができる。
段、触媒による手段、紫外線等の電磁波による手段等か
ら適宜選定して用いることができる。
上記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、黒
鉛等を用いることができる。
鉛等を用いることができる。
上記結着剤としては、例えばポリエチレン、ポリプロ
ピレン、SBRビム、フッ素系樹脂粉末等を用いることが
できる。
ピレン、SBRビム、フッ素系樹脂粉末等を用いることが
できる。
上記キノン類若しくはその誘導体と導電剤と結着剤と
の混合比は、通常92〜75:5〜20:3〜５が好ましい。
の混合比は、通常92〜75:5〜20:3〜５が好ましい。
この発明の電池用電極の製造は、例えば次のようにし
て行うことができる。金型内に、金属基体、並びに所定
量づつ配合されたキノン誘導体と導電剤と結着剤との混
合物を配置し、加熱加圧することにより金属基体と混合
物とを一体成形することにより電池用電極を製造するこ
とができる。また好ましい製造方法の態様として熱重合
性のキノン類若しくはその誘導体を用いることにより成
形時の加熱加圧によって熱重合性のキノン類若しくはそ
の誘導体を互いに重合させて分子中に２以上のキノン構
造を有するキノン類に変換すると共に金属基体と混合物
とを一体成形する方法を挙げることができる。
て行うことができる。金型内に、金属基体、並びに所定
量づつ配合されたキノン誘導体と導電剤と結着剤との混
合物を配置し、加熱加圧することにより金属基体と混合
物とを一体成形することにより電池用電極を製造するこ
とができる。また好ましい製造方法の態様として熱重合
性のキノン類若しくはその誘導体を用いることにより成
形時の加熱加圧によって熱重合性のキノン類若しくはそ
の誘導体を互いに重合させて分子中に２以上のキノン構
造を有するキノン類に変換すると共に金属基体と混合物
とを一体成形する方法を挙げることができる。
この電池用電極は、例えばセパレータを介在して対極
を配置し電解液を含浸させることによって二次電池を構
成することができる。
を配置し電解液を含浸させることによって二次電池を構
成することができる。
（ホ）作用 キノン類もしくはその誘導体が、充放電の電気化学的
酸化還元によって可逆的なケト（＞Ｃ＝Ｏ）エノール 反応を起こす。
酸化還元によって可逆的なケト（＞Ｃ＝Ｏ）エノール 反応を起こす。
（ヘ）実施例 以下、具体的な実施例に従い、この発明についてさら
に詳しく説明する。
に詳しく説明する。
実施例１ 電気化学的エネルギー変換媒体としてチバガイキー社
製クロモフタールレッドA3B （式（VIII）0.1g、導電
剤としてアセチレンブラック10mg、及び結着剤としてポ
リエチレン5mgを十分に混練し、合剤を得た。
製クロモフタールレッドA3B （式（VIII）0.1g、導電
剤としてアセチレンブラック10mg、及び結着剤としてポ
リエチレン5mgを十分に混練し、合剤を得た。
三次元構造を有するニッケル基体にこの合剤を充填
し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮
して、電極Ａを得た。
し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮
して、電極Ａを得た。
次に、7M KOH水溶液中に、電極Ａを浸し十分なじませ
ると共に白金製の対極を設置して電池Ａを作製した。
ると共に白金製の対極を設置して電池Ａを作製した。
実施例２ 実施例１で用いたと同様のクロモフタールレッドA3B
1gをエタノール溶液に溶解し、アジピン酸3gを溶解し
たエタノール溶液と混合した。エタノールを蒸発、濃縮
した後、酢酸を加え、200℃の温度に２時間保って固体
を得た。得られた固体を粉砕し、この粉末0.1gとアセチ
レンブラック10mgと結着剤5mgとを混合し、よく練って
合剤を得た。
1gをエタノール溶液に溶解し、アジピン酸3gを溶解し
たエタノール溶液と混合した。エタノールを蒸発、濃縮
した後、酢酸を加え、200℃の温度に２時間保って固体
を得た。得られた固体を粉砕し、この粉末0.1gとアセチ
レンブラック10mgと結着剤5mgとを混合し、よく練って
合剤を得た。
三次元構造を有するニッケル基体にこの合剤を充填
し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮
して電極Ｂを得た。この電極Ｂを用い、この他は実施例
１と同様にして電池Ｂを作製した。
し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮
して電極Ｂを得た。この電極Ｂを用い、この他は実施例
１と同様にして電池Ｂを作製した。
実施例３ 実施例１で用いたクロモフタールレッドA3B 0.1g
と、アセチレンブラック10mgと結着剤5mgとの合剤に、
アジピン酸3gと50％酢酸水溶液２〜３cm3を加え、充分
に混練し、合剤を得た。
と、アセチレンブラック10mgと結着剤5mgとの合剤に、
アジピン酸3gと50％酢酸水溶液２〜３cm3を加え、充分
に混練し、合剤を得た。
三次元構造を有するニッケル基体に合剤を充填し、20
0℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮し電極
Ｃを得た。この電極Ｃを用い、この他は実施例１と同様
にして電池Ｃを作製した。
0℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60秒間加熱圧縮し電極
Ｃを得た。この電極Ｃを用い、この他は実施例１と同様
にして電池Ｃを作製した。
比較例１ 水素貯蔵合金のTiNi0.1gと結着剤としてのポリエチレ
ン粉末5mgとを混合した後、三次元構造を有するニッケ
ル基体に充填し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60
秒間加熱圧縮して電極Ｄを得た。この電極Ｄを用い、こ
の他は実施例１と同様にして電池Ｄを作製した。
ン粉末5mgとを混合した後、三次元構造を有するニッケ
ル基体に充填し、120℃の温度、８tcm-2の加圧力で約60
秒間加熱圧縮して電極Ｄを得た。この電極Ｄを用い、こ
の他は実施例１と同様にして電池Ｄを作製した。
次に得られた電池Ａ〜Ｄそれぞれに対して水銀、酸化
水銀参照極を用いた３極方式による充電・放電のくりか
えし行い、電池Ａ〜Ｄの充放電特性を調べた。この結
果、第１図に示すように、電池Ａ〜Ｃはいずれも充放電
サイクル回数50回行った後も放電容量維持率が低下せず
良好な充放電特性を呈した。
水銀参照極を用いた３極方式による充電・放電のくりか
えし行い、電池Ａ〜Ｄの充放電特性を調べた。この結
果、第１図に示すように、電池Ａ〜Ｃはいずれも充放電
サイクル回数50回行った後も放電容量維持率が低下せず
良好な充放電特性を呈した。
（ト）発明の効果 この発明によれば、充電・放電を繰り返しても容量低
下がほとんど起こらず、寿命の長い電池を提供すること
ができる。
下がほとんど起こらず、寿命の長い電池を提供すること
ができる。
密度が、金属、金属酸化物等に比べ低い有機物を使用
しているため軽量であり、例えば輸送装置、携帯式電気
機器用の電源として有用である。
しているため軽量であり、例えば輸送装置、携帯式電気
機器用の電源として有用である。
また、この電極は、長寿命と軽量の面で幅広い用途へ
の提供が可能となることから、その産業上の利用価値は
極めて高い。
の提供が可能となることから、その産業上の利用価値は
極めて高い。
第１図は、この発明の実施例で作製した電極の充電・放
電の繰り返しによる放電容量の変化を示した図である。
電の繰り返しによる放電容量の変化を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/60 H01M 10/40
Claims (3)
- 【請求項１】ケト／エノール構造変化により可逆的に充
放電される物質を三次元構造の基体と一体化したことを
特徴とする電池用電極。 - 【請求項２】上記物質は、キノン類若しくはその誘導体
からなることを特徴とする請求項１に記載の電池用電
極。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の物質と導電剤と結着
剤とを混合した後、加熱加圧することにより該物質を互
いに重合させて三次元構造の基体と一体成形することを
特徴とする電池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200731A JP3045750B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電池用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200731A JP3045750B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電池用電極及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0487258A JPH0487258A (ja) | 1992-03-19 |
| JP3045750B2 true JP3045750B2 (ja) | 2000-05-29 |
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ID=16429245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2200731A Expired - Fee Related JP3045750B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 電池用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3045750B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140308581A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | University Of Houston System | Aqueous Energy Storage Devices with Organic Electrode Materials |
| US20160049659A1 (en) * | 2014-08-13 | 2016-02-18 | University Of Houston System | Rechargeable alkaline battery using organic materials as negative electrodes |
| US9466839B2 (en) | 2010-03-12 | 2016-10-11 | Panasonic Corporation | Electrode active material for electricity storage device, and electricity storage device using same |
| US10270101B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-04-23 | Panasonic Corporation | Electrode active material for power storage device, and power storage device |
| US10522875B2 (en) | 2015-05-22 | 2019-12-31 | University Of Houston System | Lead-acid batteries with fast charge acceptance |
| US11739173B2 (en) | 2018-10-04 | 2023-08-29 | Alionyx Energy Systems | Crosslinked polymers and related compositions, electrochemical cells, batteries, methods and systems |
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| JP3257516B2 (ja) | 1998-07-23 | 2002-02-18 | 日本電気株式会社 | 積層型電解質及びそれを用いた電池 |
| JP3125763B2 (ja) | 1998-09-04 | 2001-01-22 | 日本電気株式会社 | 電池用電極、二次電池、及びそれらの製造方法 |
| JP2000123825A (ja) | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高分子電極 |
| JP3687534B2 (ja) * | 2000-12-20 | 2005-08-24 | 日本電気株式会社 | 電池 |
| JP4393527B2 (ja) | 2007-03-08 | 2010-01-06 | パナソニック株式会社 | 電極活物質および蓄電デバイス |
| WO2009118990A1 (ja) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | パナソニック株式会社 | 蓄電デバイス用電極活物質、蓄電デバイスならびに電子機器および輸送機器 |
| JP4445583B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2010-04-07 | パナソニック株式会社 | 蓄電デバイス用電極活物質および蓄電デバイスならびに電子機器および輸送機器 |
| JP6643983B2 (ja) * | 2013-09-26 | 2020-02-12 | プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ | キノン及びヒドロキノン系フロー電池 |
| JP6582454B2 (ja) * | 2015-03-12 | 2019-10-02 | 株式会社リコー | リチウムイオン二次電池 |
| JP6582455B2 (ja) * | 2015-03-12 | 2019-10-02 | 株式会社リコー | 二次電池 |
| KR102159706B1 (ko) | 2018-10-30 | 2020-09-24 | 서울대학교산학협력단 | 안트라퀴논계 배트 염료를 포함하는 리튬 이차전지용 전극 활물질 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP2200731A patent/JP3045750B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| US10270101B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-04-23 | Panasonic Corporation | Electrode active material for power storage device, and power storage device |
| US20140308581A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | University Of Houston System | Aqueous Energy Storage Devices with Organic Electrode Materials |
| US10411262B2 (en) * | 2013-04-10 | 2019-09-10 | University Of Houston System | Aqueous energy storage devices with organic electrode materials |
| US20160049659A1 (en) * | 2014-08-13 | 2016-02-18 | University Of Houston System | Rechargeable alkaline battery using organic materials as negative electrodes |
| US10033039B2 (en) * | 2014-08-13 | 2018-07-24 | University Of Houston System | Rechargeable alkaline battery using organic materials as negative electrodes |
| US10522875B2 (en) | 2015-05-22 | 2019-12-31 | University Of Houston System | Lead-acid batteries with fast charge acceptance |
| US11739173B2 (en) | 2018-10-04 | 2023-08-29 | Alionyx Energy Systems | Crosslinked polymers and related compositions, electrochemical cells, batteries, methods and systems |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0487258A (ja) | 1992-03-19 |
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