JP3115153B2 - 電気化学装置および二次電池 - Google Patents

電気化学装置および二次電池

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JP3115153B2 JP05117792A JP11779293A JP3115153B2 JP 3115153 B2 JP3115153 B2 JP 3115153B2 JP 05117792 A JP05117792 A JP 05117792A JP 11779293 A JP11779293 A JP 11779293A JP 3115153 B2 JP3115153 B2 JP 3115153B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリアニリンを含む可
逆性電極を備えた電気化学装置、および、ポリアニリン
を含む正極を用いた二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】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など
の電気化学装置の実現が期待できることから、導電性高
分子電極の実用が盛んに検討されている。1971年に
白川らが発見したポリアセチレンに始まり、ポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリアセン、ポリチオフェンなどの
π電子共役系導電性高分子が見いだされ、これらを電極
として用いた二次電池が開発されるに及んでいる。これ
らの導電性高分子を用いた電極のエネルギー密度として
は、導電性高分子あたりで250〜400Wh/kg
で、実際の電池を構成する段階での実効的なエネルギー
密度は、この10〜30%程度すなわち20〜120W
h/kgとなる。これらの導電性高分子の中でも、ポリ
アニリンを正極とし、負極に金属リチウム、リチウムア
ルミニウム合金、あるいは、リチウムイオンを可逆的に
出し入れできる炭素材料などを用いた場合、理論的なエ
ネルギー密度が、ポリアニリンあたり約400Wh/k
gであることから、高容量の二次電池として期待でき
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導電性
高分子を電極にした二次電池においては、面積あたりの
酸化還元電流が小さく、大電流の充放電が困難であると
いう欠点を有していた。本発明は、ポリアニリンを含む
可逆性電極の大電流での充放電を可能にすることを目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリアニリン
を含む電極を電解酸化還元する際の電解質として、少な
くとも過塩素酸リチウムと化1で表される2,5−ジメ
ルカプト−1,3,4−チアジアゾールを含む有機溶媒
を用いることを特徴とする。
【0005】
【化1】
【0006】ここで、2,5−ジメルカプト−1,3,
4−チアジアゾールの添加量は、1ミリモル/lから1
00ミリモル/lの間であることが好ましい。
【0007】
【作用】2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジア
ゾールを電解質中に存在させることで、ポリアニリンへ
の電解質アニオンのドープ脱ドープ反応(酸化還元反
応)が活性化され、大電流での充放電が可能となる。特
に、有機電解質に含まれるリチウム金属塩が過塩素酸リ
チウムであり、ドープ脱ドープする電解質アニオンが過
塩素酸アニオンであるときに有効である。本発明におい
て、少なくとも過塩素酸リチウム、および、2,5−ジ
メルカプト−1,3,4−チアジアゾールを含む有機溶
媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボ
ネート、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、スル
ホラン、ジメチルスルホキシドの単独溶媒、または、こ
れらの中から選んだ2種類以上の混合溶媒が用いられる
が、これらに限定されるものではない。
【0008】さらに、ポリエチレンオキシドやポリプロ
ピレンオキシドの末端架橋ポリマーやエチレンオキシド
とプロピレンオキシドの共重合体等の末端架橋ポリマ
ー、ポリアクリロニトリルやアクリロニトリルとメタク
リル酸の共重合体を、少なくとも過塩素酸リチウムと
2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールと
を含む有機溶媒に加えて、ゲル化したものも本発明の電
解質として用いることもできる。また、過塩素酸リチウ
ムと2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾー
ルを溶解する媒質としては、高分子固体電解質も用いる
ことができる。このようなポリマーとしては、ポリエチ
レンオキシドやポリプロピレンオキシドの末端架橋ポリ
マーやエチレンオキシドとプロピレンオキシドの共重合
体の末端架橋ポリマーがあるが、これらに限定されるも
のではない。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 [実施例1]還元脱ドープ型ポリアニリン粉末(日東電
工製)25mgをN−メチル−2−ピロリジノン10g
に溶解し、キャスティング溶液を作成した。この溶液5
mgを0.28cm2のグラッシーカーボン電極面上に
キャスティングし、60℃で2時間真空乾燥してポリア
ニリン修飾電極を作成した。一方、1モル/lの濃度で
作成した過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶
液に2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾー
ルを1ミリモル/lの濃度で添加し、電解液を作成し
た。
【0010】ポリアニリン修飾電極をこの溶液中でAg
/Ag+参照電極に対し、−0.75〜+0.5Vの間
で電位を100mV/秒の速度で直線的に増減させて電
解したところ、図1の曲線Aで示される電流電位特性を
得た。さらに、上記ポリアニリンのN−メチル−2−ピ
ロリジノン溶液を集電体の上に塗布し、60℃で2時間
真空乾燥させて得られた正極と、リチウム金属箔とセパ
レータを用いて構成したモデル電池で、電解液に1モル
/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピレンカ
ーボネート溶液に2,5−ジメルカプト−1,3,4−
チアジアゾールを1ミリモル/l添加したものを用いて
充放電試験をしたところ、作動電圧3.5V以上で、電
流密度2mA/cm2で安定な充放電が可能であった。
【0011】[比較例1]還元脱ドープ型ポリアニリン
粉末(日東電工製)25mgをN−メチル−2−ピロリ
ジノン10gに溶解し、キャスティング溶液を作成し
た。この溶液5mgを0.28cm2のグラッシーカー
ボン電極面上にキャスティングし、60℃で2時間真空
乾燥してポリアニリン修飾電極を作成した。一方、1モ
ル/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピレン
カーボネート溶液を電解液とした。ポリアニリン修飾電
極をこの溶液中でAg/Ag+参照電極に対し、−0.
75〜+0.5Vの間で電位を100mV/秒の速度で
直線的に増減させて電解したところ、図1の曲線Bで示
される電流電位特性を得た。
【0012】実施例1と同様に、上記ポリアニリンのN
−メチル−2−ピロリジノン溶液を集電体の上に塗布
し、60℃で2時間真空乾燥させて得られた正極と、リ
チウム金属箔とセパレータを用いて構成したモデル電池
で、電解液に1モル/lの濃度で作成した過塩素酸リチ
ウムのプロピレンカーボネート溶液を用いて充放電試験
をしたところ、作動電圧3.5V以上で、電流密度0.
05mA/cm2で充放電が可能であった。
【0013】[実施例2]還元脱ドープ型ポリアニリン
粉末(日東電工製)25mgをN−メチル−2−ピロリ
ジノン10gに溶解し、キャスティング溶液を作成し
た。この溶液5mgを0.28cm2のグラッシーカー
ボン電極面上にキャスティングし、60℃で2時間真空
乾燥してポリアニリン修飾電極を作成した。一方、1モ
ル/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピレン
カーボネートとエチレンカーボネートの体積比1:1の
混合溶液に2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジ
アゾールを10ミリモル/lの濃度で溶解し、電解液を
作成した。ポリアニリン修飾電極をこの溶液中でAg/
Ag+参照電極に対し、−0.75〜+0.5Vの間で
電位を100mV/秒の速度で直線的に増減させて電解
したところ、図2の曲線Cで示される電流電位特性を得
た。
【0014】さらに、上記ポリアニリンのN−メチル−
2−ピロリジノン溶液を集電体の上に塗布し、60℃で
2時間真空乾燥させて得られた正極と、リチウム金属箔
とセパレータを用いて構成したモデル電池で、電解液に
1モル/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピ
レンカーボネートとエチレンカーボネートの体積比1:
1の混合溶液に2,5−ジメルカプト−1,3,4−チ
アジアゾールを10ミリモル/lの濃度で添加したもの
を用いて充放電試験をしたところ、作動電圧3.5V以
上で、電流密度2mA/cm2で安定な充放電が可能で
あった。
【0015】[比較例2]還元脱ドープ型ポリアニリン
粉末(日東電工製)25mgをN−メチル−2−ピロリ
ジノン10gに溶解し、キャスティング溶液を作成し
た。この溶液5mgを0.28cm2のグラッシーカー
ボン電極面上にキャスティングし、60℃で2時間真空
乾燥してポリアニリン修飾電極を作成した。一方、1モ
ル/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピレン
カーボネートとエチレンカーボネートの体積比1:1の
混合溶液を電解液とした。ポリアニリン修飾電極をこの
溶液中でAg/Ag+参照電極に対し、−0.75〜+
0.5Vの間で電位を100mV/秒の速度で直線的に
増減させて電解したところ、図2の曲線Dで示される電
流電位特性を得た。
【0016】さらに、上記ポリアニリンのN−メチル−
2−ピロリジノン溶液を集電体の上に塗布し、60℃で
2時間真空乾燥させて得られた正極と、リチウム金属箔
とセパレータを用いて構成したモデル電池で、電解液に
1モル/lの濃度で作成した過塩素酸リチウムのプロピ
レンカーボネートとエチレンカーボネートの体積比1:
1の混合溶液を用いて充放電試験をしたところ、作動電
圧3.5V以上で、電流密度0.05mA/cm2で充
放電が可能であった。
【0017】以上の実施例では、電解液に含まれる2,
5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールのチオ
ール基は、−SH形のままで用いているが、2,5−ジ
メルカプト−1,3,4−チアジアゾールのリチウム金
属塩(−S・Li)、ナトリウム金属塩(−S・N
a)、カリウム金属塩(−S・K)を用いることもでき
る。また、モデル電池を構成する際の負極として金属リ
チウムを用いているが、リチウムアルミニウム合金や、
リチウムイオンを可逆的に出し入れができる炭素材料な
どリチウムを活物質とする電極を用いることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポリアニリンを含む電極の室温での大電流充放電が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1および比較例の電極の電流−
電位特性図である。
【図2】本発明の実施例2および比較例の電極の電流−
電位特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−36797(JP,A) 特開 平5−234618(JP,A) 特開 平5−258753(JP,A) 特開 昭62−35465(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/40 H01M 6/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリアニリンを含む可逆性電極および前
    記電極に接触する電解質を備え、前記電解質が、少なく
    とも過塩素酸リチウムと2,5−ジメルカプト−1,
    3,4−チアジアゾールを含む有機溶媒であることを特
    徴とする電気化学装置。
  2. 【請求項2】 ポリアニリンを含む正極、負極および前
    記両電極に接触する電解質を備え、前記電解質が、少な
    くとも過塩素酸リチウムと2,5−ジメルカプト−1,
    3,4−チアジアゾールを含む有機溶媒であることを特
    徴とする二次電池。
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KR100399053B1 (ko) * 2000-12-14 2003-09-26 한국전자통신연구원 리튬 2차전지 양전극용 유기-무기 복합산화물 및 그제조방법
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WO2021055275A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-25 The Lubrizol Corporation Redox flow battery electrolytes with 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole ("dmtd") and its derivatives
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KR20210120196A (ko) * 2020-03-26 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지용 전해액 첨가제, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 리튬 이차전지
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