JP3131460B2 - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JP3131460B2 JP03108100A JP10810091A JP3131460B2 JP 3131460 B2 JP3131460 B2 JP 3131460B2 JP 03108100 A JP03108100 A JP 03108100A JP 10810091 A JP10810091 A JP 10810091A JP 3131460 B2 JP3131460 B2 JP 3131460B2
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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電解質としてヨウ素化
合物を用いる二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】ヨウ素は陰イオンに成り易い物質である
ことから、陽イオンに成り易い金属と組み合わせて金属
−ヨウ素電池を構成されることが知られている。ヨウ素
を正極活物質として用いる場合、一般的にはヨウ素をポ
リアミド等の有機化合物との電荷移動錯体として固定化
して使用している。(特開昭57−15369,特開昭
57−197759,Inory.Chim.Act
a,86,L47(1984),現代化学,165,4
8(1984年12月号)、Chom.Abstr.,
73,P20869a等参照)。
【0003】しかしながら、ヨウ素を正極活物質として
使用する電池は、正極に於いて酸化を受けて生じたヨウ
素分子(I2)が電解液中のヨウ素イオン(I-)と反応
しI3 -イオンとなり、これが正極の金属(M)と接触し
て2M+I3 -→2MI+I-の反応が起こる為、あるい
はヨウ素イオンが酸化される酸化電位が2I-→I2+2
e(0.5356V)と3I-→I3 -+2e(0.536
V)と二種の反応が近接しており、I3 -イオンの生成を
防止できず、前記のごとく負極メタルとの反応が起こる
為に自己放電率が高くなってしまう。このため、ヨウ素
を正極活物質として使用する電池は実用化には至ってい
ない。この自己放電を防ぐ目的で正極と負極間に陽イオ
ン交換膜を挿入する提案がなされている。(現代化学,
165,48(1984年12月号)等)このようにす
ればI2はポリヨウ化物イオンとなり負極側へ移り自己
放電を起すことがない。しかし、負極側のI-は陽イオ
ン交換膜のため正極側へ倒等でもない。
【0004】ヨウ素二次電池においてはI-の酸化反応
が充電時の反応であるので実質的にヨウ素二次電池の容
量は正極室中に存在する金属ヨウ化物の量によって決定
されるため、正極中に多量の金属ヨウ化物を存在させる
必要がある。その一つの手段として、ガラス繊維等の保
液材を正極室に存在させる提案がなされている。しかし
ながら保液材を配置することによる電池の体積効率の低
下、ヨウ素の保液材中への析出による充放電効率の低
下、内部抵抗の上昇をまねくため、あまり保液材の量も
大きくすることができず、満足な性能のヨウ素二次電池
を実現することはできなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、こうした実
情の下に、内部抵抗が小さく、放電容量が大きいヨウ素
二次電池を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記事情に
鑑み鋭意検討を重ねた結果、正極の電極材料に気孔率5
0〜80%のポリアミド−炭素多孔体を用いることによ
り、正極室中の金属ヨウ化物を前記多孔体の連続気孔中
に存在せしめることが可能となりヨウ素二次電池の容量
を大きくすることができ、また電極面積も飛躍的に増大
することができるため電池の内部抵抗を大幅に低減する
ことができることを見出し本発明に至った。
【0007】すなわち、本発明は、ヨウ素化合物を溶解
してなる電解液を用いる二次電池において、50〜80
%の気孔率を有するポリアミドと微粒子状及び/又は繊
維状炭素体よりなる多孔質導電体が正極室を満たし、か
つ該多孔質導電体の連続気孔に電解液が充填されている
ことを特徴とする二次電池である。
【0008】前述したように本二次電池の正極の電極材
料にはポリアミド及び炭素よりなる多孔質導電体を用い
る。本発明の電極材料に用いるポリアミドとしてはヨウ
素の保持能力、電極の機械的強度を考慮するとナイロン
類、特に6−ナイロンが好ましい。又、本発明に用いる
炭素体としてはガスブラック、オイルブラック、ナフタ
リンブラック、アセチレンブラック、タ―ル・ピッチ系
炭素類、セルロ―スなど天然繊維系炭素類、ポリアクリ
ロニトリル樹脂、フェノ―ル樹脂など合成樹脂系炭素類
などの粉末状、繊維状のものが例示できるが、内でも、
ピッチ系炭素繊維、フェノ―ル系炭素繊維、アクリル系
炭素繊維等の炭素繊維が、多孔質導電体の電気伝導度、
機械的強度の点で最も好ましい。
【0009】電極材料中の炭素の使用量は20〜60
%、好ましくは25〜50%である。20%未満では多
孔質導電体の電気伝導度は十分でなく、電極材料として
適さない。
【0010】又、60%を越えると多孔質導電体の機械
的強度は低く、ヨウ素の保持能力も低下する。
【0011】電極材料に用いる多孔質導電体の気孔率は
50〜80%である。50%未満では気孔中に保持しえ
る電解液の量が十分でなく、80%を越えると多孔質導
電体の機械的強度が著しく減少し電極材料としての使用
は難しい。
【0012】多孔質導電体が電極材料として機能しうる
ためには機械的強度が高く、電気伝導度も高いことが望
まれるが、引っ張り強度10kg/cm2以上、電気伝
導度10-3s/cm以上のときに良好な結果を与えるこ
とができる。
【0013】本発明の二次電池に用いる多孔質導電体は
連続気孔を有し、また気孔率も高いため、正極室にガラ
ス繊維製紙等の保液材を用いずとも十分な電解液をその
気孔内に保有できる。それ故正極室は該多孔質導電体で
満たしている状態であっても何ら支障はなく、むしろ保
液材の存在による内部抵抗の増加がなく、ヨウ素の多孔
質導電体への吸収も良好に行われるため遊離のI2を少
なくすることができ、充放電効率の向上、電池部材の腐
蝕を低減できる。
【0014】次に本二次電池に用いる多孔質導電体の製
造方法について述べる。従来より多孔質導電体を得る方
法としてはポリアミド−炭素体を溶融後、発泡剤により
多孔化する方法、ポリアミドと炭素体をギ酸等の溶媒に
混合後、ギ酸を蒸発させることにより多孔化する方法、
あるいはポリアミド−炭素微粒子を焼結させることによ
り行われているが何れの方法においても十分な気孔率の
連続気孔を有し、十分な強度の多孔質導電体を得ること
はできなかった。本発明者らはギ酸に溶解したポリアミ
ドが水、アルコ―ル等のギ酸と相溶する溶媒中でギ酸が
溶媒中に拡散しながら多孔質状に析出することに着眼
し、多孔質導電体を得る方法を見出した。すなわち、本
発明は多孔質導電体の新規な製造方法にも関する。すな
わち、本発明の製造方法は、ポリアミド及び微粒子状及
び/又は繊維状炭素体をギ酸中で溶解、分散した後、ギ
酸と相溶するがポリアミドや炭素体とは相溶しない溶媒
に浸漬することを特徴とする多孔質導電体の製造方法で
ある。
【0015】上記の本発明の製造方法によれば従来の方
法では達成できなかった50〜80%の気孔率の連続気
孔を有する多孔質導電体が簡便に、かつ再現性よく得ら
れ、かつ該多孔質導電体は十分な強度を持っている。
【0016】本発明の多孔質導電体の製造法に係るギ酸
と相溶するがポリアミドや炭素体とは相溶しない溶媒と
しては水、メタノ―ル、エタノ―ル、アセトニトリル等
を例示できるがこれに限定されるものではない。ギ酸と
の相溶性の違いにより、多孔質導電体の気孔率、強度を
変化させることができる。
【0017】本方法によれば多孔質導電体とガラス繊維
あるいは陽イオン交換膜等のセパレ―タとの一体化は容
易に行うことができる。例えば、ポリアミド−炭素−ギ
酸混合物を陽イオン交換膜上で成型し、ギ酸の可溶な液
体中に投入することによりギ酸を除去すれば多孔質導電
体と陽イオン交換膜の一体化は容易に行うことができ、
内部抵抗の低減、省スペ―ス化、ハンドリング性も向上
し好ましい。本発明のヨウ素二次電池に用いる陽イオン
交換膜としては、I-、I3 -イオンの透過が少なく、イ
オン伝導度の高く、厚みの薄いものが選択される。
【0018】本発明のヨウ素二次電池は、反応性の高い
ヨウ素を使用しているため、電極、電解液、セパレ―タ
等の電池要素を収納する電池缶等の電池外装材料はヨウ
素と反応、腐蝕を起さない導電体である必要である。従
来より電池缶には白金あるいはNi、ステンレス鋼上に
白金を積層してきたものが使用されてきたが経済的には
実用性にとぼしい。本発明者らはヨウ素二次電池の電池
缶について鋭意検討を重ねた結果電池缶として炭素体が
経済的に有利で、かつヨウ素との反応性がなく、軽量で
あることを見出した。
【0019】本発明の炭素体としては黒鉛質、炭素質、
樹脂含浸質、グラッシ―カ―ボン等を例示できるが、液
体透過性がなく、低抵抗で機械的強度の高いものを用い
ることが望ましい。本発明の電池はカ―ド型、ボタン
型、筒型等各種形能にすることができる。
【0020】本発明のヨウ素二次電池の負極活物質に
は、Zn、cd等を用いることができる。電解液として
はZnI2あるいはcdI2の水溶液を用い、またNH4
Cl等の塩を添加し電解液のイオン伝導度を向上させる
ことが好ましい。
【0021】本発明のヨウ素二次電池は単にポリアミド
と微粒子状及び又は繊維状炭素よりなる多孔質導電体中
に上記電解液を含有させるのみで動作可能であるが、放
電容量の向上及びサイクル特性の向上を目的として先に
電解液中でヨウ素を吸収させた多孔質導電体を用いるこ
とが好ましい。
【0022】
【実施例】
実施例1 ナイロン−6(東レ製)7gとピッチ系炭素繊維3gを
25nlのギ酸中に入れ、ボ―ルミルで24時間混合を
行った。この混合物をガラス基板上に厚さ0.5mm塗
布した後、水中にすばやく投入した。1時間後、ガラス
基板上にナイロン−6−炭素繊維からなる多孔質導電体
が形成された。多孔質導電体をガラス基板よりはがし、
100℃で真空乾燥を行い厚さ0.5mmの多孔質導電
体を得た。この多孔質導電体は気孔率70%、引っ張り
強さ210kg/cm2、電気伝導度4S/cmであっ
た。これを1cm2の大きさに打ち抜き、3MZnI2
6MNH4Cl水溶液中で電解によりヨウ素を吸収させ
た。これを正極に用いて図1のような、構成部材を積層
し、圧着によりヨウ素二次電池を作製した。
【0023】なお、負極室の電解液保持材にはガラス繊
維製紙(0.3mm)、負極には0.2mmのZn板を
用いた。陽イオン交換膜は旭硝子製セレミオンを用い、
電池外装(缶)には昭和電工製カ―ボン板を用い、電解
液には3MZnI2+6MNH4Cl水溶液を用いた。
【0024】実施例2 炭素繊維を30%含有のナイロン−6チップ(東レ製)
10gを25mlのギ酸中、ボ―ルミルで24時間混合
した。ガラス基板上に陽イオン交換膜(セレミオン、旭
硝子)を置き、その上に上記混合物を塗布した後、これ
を3MZnI2+5MNH4Cl水溶液中に1時間放置し
たところ陽イオン交換膜上に厚さ0.5mmの多孔質導
電体が形成された。この多孔質導電体と陽イオン交換膜
は良好に接続しており、容易にはがれるようなことはな
かった。この多孔質導電体部分の気孔率は74%、引っ
張り強さ150kg/cm2、電気伝導度5S/cmで
あった。3MZnI2+5MNH4Cl水溶液で陽イオン
交換膜/多孔質導電体を洗浄し、完全にギ酸を除却した
後、3MZnI2+5MNH4Cl中でヨウ素を電解によ
り吸収させたものを正極に用い実施例1と同様のヨウ素
二次電池を作製した。
【0025】比較例1 カ―ボンブラックを50%含有のナイロン−6チップ
(東レ製)を加熱成型して厚さ0.5mmの導電体を得
た。この導電体は比重より計算して気孔率は5%であっ
た。この導電体を正極に用い正極室の電解液保持材とし
て厚さ0.5mmのガラス繊維製紙を用いる以外は実施
例1と同様にしてヨウ素二次電池を作製した。
【0026】比較例2 炭素繊維を20%含有のナイロン−6チップ(東レ製)
10gを25mlのギ酸中、ボ―ルミルで24時間混合
した。ガラス基板上に塗布し、自然蒸発によりギ酸を除
去し、厚さ0.5mmの導電体を得た。この導電体の気
孔率は33%であった。この導電体を用いる以外は実施
例1と同様にしてヨウ素二次電池を作製した。
【0027】電池試験 実施例、比較例の電池を2mAで1.5Vまで充電後、
0.9Vまで放電を行い、放電容量を測定した。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の二次電池
は、エネルギ―容量が大巾に増大化している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二次電池の構成例の説明図
【符号の説明】 1,8 カ―ボン板 2 ナイロン6炭素多孔質導電体 3,6 シリコ―ンゴムシ―ト 4 陽イオン交換膜 5 負極室電解液保持 7 Zn板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−171071(JP,A) 特開 昭62−17963(JP,A) 特開 昭62−43080(JP,A) 特開 昭63−150865(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/36 - 10/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヨウ素化合物を溶解してなる電解液を用
    いる二次電池において、50〜80%の気孔率を有する
    ポリアミドと微粒子状及び/又は繊維状炭素体よりなる
    多孔質導電体が正極室を満たし、かつ該多孔質導電体の
    連続気孔に電解液が充填されていることを特徴とする二
    次電池。
  2. 【請求項2】 多孔質導電体が陽イオン交換樹脂と積層
    一体化されている請求項1記載の二次電池。
  3. 【請求項3】 炭素体よりなる外装材に収納された請求
    項1記載の二次電池。
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