JPH05290852A - Polymer secondary battery - Google Patents

Polymer secondary battery

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Publication number
JPH05290852A
JPH05290852A JP4087128A JP8712892A JPH05290852A JP H05290852 A JPH05290852 A JP H05290852A JP 4087128 A JP4087128 A JP 4087128A JP 8712892 A JP8712892 A JP 8712892A JP H05290852 A JPH05290852 A JP H05290852A
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JP
Japan
Prior art keywords
polypyrrole
anion
electrode
secondary battery
molded body
Prior art date
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Pending
Application number
JP4087128A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Sato
和彦 佐藤
Tsuneo Hagiwara
恒夫 萩原
Michio Yamaura
道雄 山浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05290852A publication Critical patent/JPH05290852A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PURPOSE:To enable charge/discharge at a high current density, and provide a high charge/discharge capacity. CONSTITUTION:A three-electrode battery is composed of a positive electrode of a polypyrrole moulded body manufactured in an electrolytic oxidation polymerization method, a negative electrode of platinum, a reference electrode of lithium matel, and electrolyte of LiClO4. When a discharge at a current density of 10mA/cm<2>, and a constant potential charge at 36V are performed, when charging is completed, distribution of anion density in the thickness direction of the moulded body expressed by an expression of {(Imax-Imin)/Iman}X100(%) (where Imax refers to the maximum value of the anion density in the thickness direction of the moulded body, with Imin referring to the minimum value of the anoin density in the thickness direction of the moulded body) is 50% or less. When discharge is completed, the anion density in the moulded body is 30% or less of that when charging is completed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、改良されたポリピロー
ル成形体を正極活物質として用いるポリマー二次電池に
関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a polymer secondary battery using an improved polypyrrole molded product as a positive electrode active material.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に導電性高分子は、高い導電度を示
すことに加えて、電気化学的に酸化・還元される性質を
有することが知られている。そして、導電性高分子の酸
化・還元反応に伴って、それに含まれる対イオンの出入
りが起こることが知られている。この機能を用いること
により電極として利用され、ポリピロール、ポリチオフ
ェン、ポリアニリンなどを用いた電極が提案されてい
る。
2. Description of the Related Art In general, conductive polymers are known to have a property of being electrochemically oxidized and reduced in addition to exhibiting high conductivity. It is known that the counterions contained in the conductive polymer move in and out with the oxidation / reduction reaction of the conductive polymer. An electrode using polypyrrole, polythiophene, polyaniline or the like has been proposed by utilizing this function as an electrode.

【0003】しかしながら、従来提案されている導電性
高分子をこれらの電極として用いる場合、高い電流密度
での充放電の程度が少なかったり、高い充放電容量が得
られなかったりする問題点を有している。例えば、活物
質が厚くなる高容量タイプの電池用電極に対して放電電
流密度が高い場合は単位重量当たりの放電容量が低く高
出力を得にくく、さらに充電に要する時間も長くなると
いう問題がある。これらはいずれも導電性ポリマー中の
対イオンの移動、出入りが円滑に行われないためであ
る。
However, when the conventionally proposed conductive polymer is used as these electrodes, there are problems that the degree of charge / discharge at a high current density is small and a high charge / discharge capacity cannot be obtained. ing. For example, when the discharge current density is high with respect to a high-capacity type battery electrode in which the active material is thick, the discharge capacity per unit weight is low, and it is difficult to obtain a high output, and the time required for charging also becomes long. .. This is because the counter ions in the conductive polymer do not move in and out smoothly.

【0004】これらの問題点を解決する目的で特開昭6
3―48749号公報に全波整流電圧の印加により重合
して得た電極が開示され、特開昭63―48750号公
報に非対称電圧の印加により重合して得た電極が開示さ
れている。これらの提案においては、従来の定電流、定
電位重合では生成した導電性高分子の各部における性状
が均一性を欠き、これを電池の電極に用いた場合、電池
反応が電極の一部に集中して生じることから、充電電圧
が早期に上昇しやすく、電池の充放電容量の低下を招く
のに対して、これらの方法を用いて重合した導電性高分
子ではこのような欠点が除かれるとしている。
For the purpose of solving these problems, Japanese Patent Laid-Open No.
JP-A-3-48749 discloses an electrode obtained by polymerization by applying a full-wave rectified voltage, and JP-A-63-48750 discloses an electrode obtained by polymerization by applying an asymmetric voltage. In these proposals, the properties of each part of the conductive polymer produced by conventional constant current and potentiostatic polymerization lack uniformity, and when this is used for the battery electrode, the battery reaction is concentrated on a part of the electrode. As a result, the charging voltage is likely to rise early and the charge / discharge capacity of the battery is lowered, whereas the conductive polymer polymerized using these methods eliminates such a defect. There is.

【0005】しかしながら、この方法でも薄いフイルム
の場合には有効であるが、厚い場合では効果が充分では
ない。すなわち、充放電は対イオンの出入りを伴うた
め、フイルム表面近傍の充放電は円滑に進行するが、フ
イルム内部では対イオンの拡散が円滑に進行しないため
充放電が表面近傍に集中する欠点は充分には改善されて
いるとはいい難い。一般に二次電池では小さい面積で高
い充放電容量を得たいために、厚い成形体フイルムとし
て100μm以上、場合によっては1mmの厚さのフイル
ムを用いている。従って、このような成形体フイルムの
厚さを用いる二次電池では、たとえ上記のような改良さ
れた電極を用いても充分な充放電容量を得ることは難し
い。特に、高い電流密度で放電する場合は、高い充放電
容量が得られにくいという傾向が著しい。
However, even this method is effective in the case of a thin film, but is not effective in the case of a thick film. That is, since charge / discharge accompanies the inflow / outflow of counterions, charge / discharge in the vicinity of the film surface proceeds smoothly, but the diffusion of counterions does not proceed smoothly inside the film. It's hard to say that it has been improved. Generally, in a secondary battery, in order to obtain a high charge / discharge capacity in a small area, a thick molded film having a thickness of 100 μm or more, and in some cases, a thickness of 1 mm is used. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient charge / discharge capacity in a secondary battery using such a film thickness of the molded body even with the improved electrode as described above. In particular, when discharging at a high current density, there is a marked tendency that it is difficult to obtain a high charge / discharge capacity.

【0006】一方、特開昭62―2468号公報に、あ
らかじめイオン半径の大きいイオンを有する導電性高分
子フイルムを作成し、電池に組み込むに当たりイオン半
径の小さいイオンを電解質として用いる提案がなされて
いる。この方法は、対イオンのサイズを小さくすること
によりイオンの出入りを円滑にし、その結果充放電を円
滑にする目的で提案されたものである。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 62-2468 proposes to prepare a conductive polymer film containing ions having a large ionic radius in advance and use the ions having a small ionic radius as an electrolyte when incorporating the film into a battery. .. This method has been proposed for the purpose of smoothing the entrance and exit of the ions by reducing the size of the counter ions, and as a result, smoothing the charge and discharge.

【0007】しかしながら、この場合でも該明細書に開
示されているポリアセチレンのようにフィブリル状で空
隙率の高い粗なフイルムの場合は電解質が内部まで容易
に拡散・浸透するためある程度は有効であるが、ポリピ
ロールのように密なフイルムでは充分な効果が得られな
い。該明細書実施例に開示されているようにピロール環
あたり10モル%の低いドーピングレベルでは、充放電
のクーロン効率100%が得られても、ポリピロールの
理論ドーピングレベルにあたるピロール環あたり30モ
ル%程度の高ドーピングレベルの充放電は困難である。
すなわち、膜表面では30モル%ドーピング量に対応す
る充放電が起こったとしても、内部は殆んど充放電が起
こらず平均すると約10モル%のドーピングレベルに対
応する充放電が起こるに過ぎない。この傾向は、成形体
フイルムが厚くなればなるほど顕著になる。言い換えれ
ば厚くなればなる程、ポリマー成形体フイルム単位重量
あたりの充放電容量は低下する。これをさらに改良した
ものとして、特開平2―119051号公報記載の発明
がある。この公報においてはピロールの重合時に前述の
特開昭62―2468号公報で使われているサイズより
さらに大きいイオンを用いて合成したポリピロールの放
電容量の向上について提案している。しかしこれでも未
だ厚い成形体フイルムでの高放電電流密度時の放電容量
は、ドープされたポリマーの理論値から計算される値よ
りもかなり低いものである。
However, even in this case, in the case of a coarse film having a fibrillar shape and a high porosity such as polyacetylene disclosed in the specification, the electrolyte easily diffuses and permeates into the inside, but it is effective to some extent. , A dense film such as polypyrrole cannot obtain a sufficient effect. As disclosed in the examples of the specification, at a low doping level of 10 mol% per pyrrole ring, even if a Coulomb efficiency of 100% of charge / discharge is obtained, about 30 mol% per pyrrole ring, which is the theoretical doping level of polypyrrole. It is difficult to charge and discharge the high doping level.
That is, even if charging / discharging corresponding to a doping amount of 30 mol% occurs on the film surface, charging / discharging hardly occurs inside and only charging / discharging corresponding to a doping level of about 10 mol% occurs on average. .. This tendency becomes more remarkable as the thickness of the formed film becomes thicker. In other words, the higher the thickness, the lower the charge / discharge capacity per unit weight of the polymer molded film. A further improvement is the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-119051. In this publication, it is proposed to improve the discharge capacity of polypyrrole synthesized by using ions larger in size than those used in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 62-2468 during the polymerization of pyrrole. However, even with this, the discharge capacity at high discharge current density in the thick molded film is still much lower than the value calculated from the theoretical value of the doped polymer.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、二次電池の
かかる欠点に鑑み、高い電流密度での充放電を可能に
し、かつ高い充放電容量を得ることのできるポリピロー
ル成形体を用いるポリマー二次電池の提供を目的とする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the drawbacks of the secondary battery, the present invention provides a polymer secondary battery using a polypyrrole molded article which enables charging / discharging at a high current density and can obtain a high charging / discharging capacity. The purpose is to provide the next battery.

【0009】ポリピロールのような密な厚い成形体を用
いた場合の電極でも円滑に充放電が進行する方法につい
て鋭意検討した結果、充放電に伴う対イオンの出入り、
すなわちアニオンの成形体中の拡散を円滑に進行させる
ためには、単にポリピロールを用いて対イオンの移動が
均一にできるというだけでは不充分であり、また、単に
大きい対イオンを小さい対イオンと交換するだけでも不
充分であることがわかった。そして、あらかじめ大きい
対イオンを含むポリピロールを電解重合を繰り返しなが
ら、言い換えれば対イオンを出し入れしながら合成を行
い、しかる後、電気化学的あるいは化学的方法によって
小さいイオンに置き換えてやるとこれらの問題が解決で
きることを見出し本発明を完成するに至ったものであ
る。
As a result of diligent study on a method for smooth charge / discharge even in the case of using a dense and thick molded body such as polypyrrole, as a result, counter ions come in and go out due to charge / discharge,
That is, in order to smoothly promote the diffusion of anions in the molded body, it is not enough to simply use polypyrrole to evenly move the counterions, and also to exchange large counterions with small counterions. It turns out that just doing is not enough. Then, by repeating electrolytic polymerization of polypyrrole containing a large counterion in advance, in other words, performing synthesis while putting in and out the counterion, and then replacing it with a small ion by an electrochemical or chemical method, these problems occur. The inventors have found that they can be solved and completed the present invention.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は電池用正極活物
質に電解酸化重合法で製造したポリピロール成形体を用
いるポリマー二次電池において、当該ポリピロール成形
体が、当該ポリピロール成形体を正電極とし、白金を負
電極とし、かつリチウム金属を参照電極とし、LiCl
4 を電解質として三電極電池を構成し、電流密度10
mA/cm2 での放電、および3.6Vで定電位充電を行
ったときに、放電完了時には成形体中のアニオン濃度が
充電完了時の30%以下であり、充電完了時には下式で
定義される成形体の厚さ方向のアニオン濃度の分布が5
0%以下であるものであることを特徴とするポリマー二
次電池である。
The present invention relates to a polymer secondary battery using a polypyrrole molded product produced by electrolytic oxidation polymerization as a positive electrode active material for a battery, wherein the polypyrrole molded product has the polypyrrole molded product as a positive electrode. , Platinum as a negative electrode, and lithium metal as a reference electrode, LiCl
A three-electrode battery was constructed using O 4 as an electrolyte and a current density of 10
At the time of discharging at mA / cm 2 and constant potential charging at 3.6V, the anion concentration in the molded body is 30% or less of that at the time of completion of discharging, and is defined by the following formula at the time of completion of charging. The distribution of the anion concentration in the thickness direction of the molded product is 5
It is a polymer secondary battery characterized by being 0% or less.

【0011】[0011]

【数2】 {(Imax −Imin )/Imax }×100(%) …(1) (ここで、Imax は成形体の厚さ方向のアニオン濃度最
大値であり、Imin は成形体の厚さ方向のアニオン濃度
最小値である。)
## EQU2 ## {(Imax-Imin) / Imax} × 100 (%) (1) (where Imax is the maximum anion concentration in the thickness direction of the molded body, and Imin is the thickness direction of the molded body. Is the minimum anion concentration.)

【0012】本発明のポリマー二次電池用の正極活物質
のポリピロール成形体の厚さは50μm以上、2,00
0μm以下である。厚さが50μm未満では小さい体積
であり高い充放電容量が得られない。厚さが2,000
μm以上では成形体内部での対イオンの拡散が円滑に進
行しないため、高い電流密度での充放電が困難になる。
ポリマー二次電池用ポリピロール成形体の好ましい厚さ
は100〜2,000μmである。
The thickness of the polypyrrole molded body of the positive electrode active material for the polymer secondary battery of the present invention is 50 μm or more and 2,000.
It is 0 μm or less. When the thickness is less than 50 μm, the volume is small and a high charge / discharge capacity cannot be obtained. 2,000 thickness
If it is more than μm, the diffusion of the counter ions inside the molded body does not proceed smoothly, so that it becomes difficult to charge and discharge at a high current density.
The preferred thickness of the polypyrrole molded product for polymer secondary battery is 100 to 2,000 μm.

【0013】三電極電池とは、正電極と負電極および参
照電極の三つの電極から構成される電池である。放電時
に酸化状態にあるポリピロール成形体が還元されること
により、正電極から負電極に電流が流れる。逆に充電時
には還元状態にあるポリピロール成形体に電流が流れ込
むことにより、ポリピロール成形体は酸化される。充電
の際参照電極を置くことにより、正電極電位をポリピロ
ール成形体の酸化に必要な固有の電位(酸化電位)に一
定に保つことが可能であり、不必要に高い電位(過電
圧)になることを防ぐことが可能である。
A three-electrode battery is a battery composed of three electrodes, a positive electrode, a negative electrode and a reference electrode. A current flows from the positive electrode to the negative electrode due to the reduction of the oxidized polypyrrole molded product during discharge. On the contrary, at the time of charging, a current flows into the polypyrrole molded product in the reduced state, so that the polypyrrole molded product is oxidized. By placing the reference electrode during charging, it is possible to keep the positive electrode potential constant at the unique potential (oxidation potential) required for the oxidation of the polypyrrole molded body, resulting in an unnecessarily high potential (overvoltage). It is possible to prevent

【0014】この三電極電池において、正電極に用いら
れた本発明のポリピロール成形体には電流密度10mA
/cm2 で放電したとき、放電完了時にはポリピロール成
形体中のアニオン濃度が充電完了時の30%以下、好ま
しくは25%以下である。すなわち、放電時には、ポリ
ピロール成形体は還元されるために、カチオン型から中
性型に変化する。それに伴って、カチオンを相殺してい
たアニオン(対イオン)のClO4 - はポリピロール成
形体中から電解液に放出される。また3.6Vで定電位
充電を行ったとき、充電完了時には(1)式で定義され
る成形体の厚さ方向のアニオン濃度の分布が50%以
下、好ましくは30%以下である。すなわち、充電時に
は、ポリピロール成形体は酸化されるために、中性型か
らカチオン型に変化する。それに伴って、電解液中に存
在するClO4 - が成形体へ拡散する。従って、充電が
円滑に進行するためには、ClO4 - が成形体内部まで
円滑に拡散する必要がある。その結果、成形体中の塩素
元素濃度分布は平坦となる。本発明のポリピロール成形
体は三電極電池を構成し前記定電位充電を行ったとき、
厚さ方向のアニオン濃度の分布が50%以下と平坦であ
る。拡散が円滑に進行しない場合は成形体表面のみ充電
され、その結果、表面近傍のハロゲン濃度のみ高くなり
その分布は平坦にならない。
In this three-electrode battery, the polypyrrole molding of the present invention used for the positive electrode has a current density of 10 mA.
When discharged at / cm 2, at the time of discharge completion anion concentration in the polypyrrole shaped body than 30% of the fully charged, preferably 25% or less. That is, at the time of discharge, the polypyrrole molded product is reduced, so that it changes from a cationic type to a neutral type. Along with this, the anion (counterion) ClO 4 that offsets the cation is released from the polypyrrole molded article into the electrolytic solution. When the constant potential charging is performed at 3.6 V, the distribution of the anion concentration in the thickness direction of the molded body defined by the formula (1) is 50% or less, preferably 30% or less when the charging is completed. That is, at the time of charging, the polypyrrole molded body is oxidized, so that the neutral type is changed to the cationic type. Along with this, ClO 4 existing in the electrolytic solution diffuses into the molded body. Therefore, in order for charging to proceed smoothly, ClO 4 needs to diffuse smoothly into the inside of the molded body. As a result, the chlorine element concentration distribution in the compact becomes flat. When the polypyrrole molded article of the present invention constitutes a three-electrode battery and is subjected to the constant potential charging,
The distribution of the anion concentration in the thickness direction is flat at 50% or less. If the diffusion does not proceed smoothly, only the surface of the molded product is charged, and as a result, only the halogen concentration near the surface becomes high and its distribution does not become flat.

【0015】充放電時のアニオン濃度の測定は、X線マ
イクロアナライザーによりアニオンに含まれる塩素元素
を分析して行うことが可能である。
The anion concentration during charging and discharging can be measured by analyzing the chlorine element contained in the anions with an X-ray microanalyzer.

【0016】かくして本発明においてポリピロール成形
体の厚さ方向におけるアニオンの濃度分布は前記したよ
うに(1)式によって定義づけられた値(%)が50%
以下である。
Thus, in the present invention, the concentration distribution of anions in the thickness direction of the polypyrrole molded product has a value (%) defined by the equation (1) of 50% as described above.
It is below.

【0017】X線マイクロアナライザーによるポリピロ
ール成形体の厚さ方向におけるアニオンに含まれる塩素
の濃度は図2、(図4)、図6、図7および図8に示さ
れるような分布図として示される。上記図4は比較例で
あり、それ以外は本発明に属するポリピロール成形体の
塩素の分布図である。
The concentration of chlorine contained in the anions in the thickness direction of the polypyrrole molded product by X-ray microanalyzer is shown as a distribution chart as shown in FIGS. 2, (FIG. 4), FIG. 6, FIG. 7 and FIG. .. FIG. 4 is a comparative example, and is a distribution diagram of chlorine in the polypyrrole molded article which belongs to the present invention other than the above.

【0018】これらX線マイクロアナライザーによる厚
さ方向の塩素の分布図は、ポリピロール成形体の膜の両
表面(図面における右側および左側)部分は、電子線照
射の測定上の問題により、図面上は塩素の濃度が零また
は極めて小さい値を示している。しかし、膜の両表面近
傍では実際には約20〜30μm深部における塩素の濃
度と同じ濃度であると推定される。そこで本発明におい
て、ポリピロール成形体の厚さ方向における塩素を含む
アニオンの濃度分布はX線マイクロアナライザーによる
Imax およびImin を読み取って前記(1)式に基づい
て求められる。その際、分布図における膜の両表面近傍
の塩素濃度は、前記した理由に基づいて読み取らないこ
ととする。
The distribution chart of chlorine in the thickness direction obtained by these X-ray microanalyzers shows that both surfaces (right and left in the drawing) of the film of the polypyrrole molded product are not shown in the drawing due to problems in measurement of electron beam irradiation. The chlorine concentration is zero or extremely small. However, it is estimated that the concentration of chlorine in the vicinity of both surfaces of the film is actually the same as the concentration of chlorine at a depth of about 20 to 30 μm. Therefore, in the present invention, the concentration distribution of the anion containing chlorine in the thickness direction of the polypyrrole molded product is obtained based on the above formula (1) by reading Imax and Imin by an X-ray microanalyzer. At that time, the chlorine concentration in the vicinity of both surfaces of the film in the distribution chart is not read based on the above reason.

【0019】本発明においては、現実的には分布図中、
ポリピロール成形体の膜の厚さ方向に従って、膜厚を1
00%としたとき表面から約30%〜約70%の間の塩
素濃度を読み取り求められたImax およびImin の値か
らアニオンの濃度分布を算出する。好適にはほとんどの
場合表面から約20%〜約80%の間の塩素濃度を読み
取ってもよい。本発明のポリピロール成形体は充電完了
時には上記アニオンの濃度分布が50%以下であって図
面に示されているように、厚さ方向に従ってほぼ平坦で
かつ高い濃度で分布している。
In the present invention, in reality, in the distribution chart,
The film thickness is set to 1 according to the film thickness direction of the polypyrrole molded product.
The concentration distribution of anions is calculated from the values of Imax and Imin obtained by reading the chlorine concentration between about 30% and about 70% from the surface when it is set to 00%. Suitably, most often a chlorine concentration of between about 20% and about 80% may be read from the surface. In the polypyrrole molded product of the present invention, the concentration distribution of the above anions is 50% or less when charging is completed, and as shown in the drawing, it is substantially flat and distributed at a high concentration in the thickness direction.

【0020】本発明のポリマー二次電池用ポリピロール
成形体を得るためには、ピロールとアニオンの分子量が
150以上でイオンサイズの大きなアニオンとその対カ
チオンとからなる支持塩とが均一に溶解した溶液中に電
極基板を浸漬し、電解重合を行って薄いフイルムを形成
し、しかる後、還元電位以下でアンドーピング処理を行
い、この薄いフイルムの電解重合による作成およびアン
ドーピング処理を少なくとも2回以上繰り返して行う。
この際の電解重合を行って得られる薄いフイルムの厚さ
は0.1〜50μmである。これにより前記支持塩のイ
オンがポリピロールから抜け易いアニオンと、抜けにく
いアニオンとの不均一ドーピング状態でドープしたポリ
マー二次電池の電極に供するに適した厚さの重合体成形
体が形成される。しかる後、必要に応じ前記支持塩のア
ニオンよりイオンサイズの充分小さいアニオン(対イオ
ン)を前記成形体内に導入・交換させることによって最
終的に本発明のポリピロール成形体が得られる。
In order to obtain a polypyrrole molded article for a polymer secondary battery of the present invention, a solution in which pyrrole, an anion having a molecular weight of 150 or more and a large ionic size anion and a supporting salt composed of a counter cation thereof are uniformly dissolved The electrode substrate is immersed in it, and electropolymerization is performed to form a thin film. Then, undoping treatment is performed at a reduction potential or lower, and the thin film is produced by electropolymerization and the undoping treatment is repeated at least twice or more. Do it.
At this time, the thickness of the thin film obtained by carrying out the electrolytic polymerization is 0.1 to 50 μm. As a result, a polymer molded body having a thickness suitable for use in an electrode of a polymer secondary battery doped with anions in which the ions of the supporting salt easily escape from polypyrrole and anions that do not easily escape is formed. Thereafter, if necessary, an anion (counterion) having an ion size sufficiently smaller than that of the anion of the supporting salt is introduced into and exchanged with the molded body, whereby the polypyrrole molded body of the present invention is finally obtained.

【0021】本発明のポリピロール成形体を構成するポ
リピロールは複素五員環の無置換あるいは置換ピロール
からなる共役系導電性高分子である。置換基を有するも
のとして、3位および/または4位がアルキル基、アル
コキシ基、カルボキシ基、カルボキシメチル基などで置
換されているものが挙げられる。また、ピロールの共重
合成分として、アズレン、アルキル、フェニレン置換
体、ターチオフェン化合物を使ってもよい。また、カー
ボン粒子、二酸化マンガンなどの金属酸化物などを懸濁
共存化で重合することもできる。
The polypyrrole constituting the molded polypyrrole of the present invention is a conjugated conductive polymer composed of a hetero five-membered ring unsubstituted or substituted pyrrole. Examples of those having a substituent include those in which the 3-position and / or the 4-position are substituted with an alkyl group, an alkoxy group, a carboxy group, a carboxymethyl group or the like. Further, an azulene, an alkyl, a phenylene substitution product, or a terthiophene compound may be used as a copolymerization component of pyrrole. Further, carbon particles, metal oxides such as manganese dioxide and the like can also be polymerized in the presence of suspension.

【0022】次に、ポリピロールはアニオンの分子量が
150以上でイオンサイズの大きなアニオンとカチオン
とを含む支持塩とピロールとを均一に溶解させた溶液中
で重合用電極基板を浸漬し、電解重合させて得られる。
イオンサイズの大きなアニオンはポリピロール成形体の
製造の際に対イオンとして成形体中に取り込まれるが、
アンドーピング処理により除去されるものである。
Next, polypyrrole is electrolytically polymerized by immersing the electrode substrate for polymerization in a solution in which a supporting salt containing an anion having a large ionic size and anion having a large ionic size and pyrrole are uniformly dissolved. Obtained.
Anions having a large ion size are taken into the molded body as counterions during the production of the polypyrrole molded body,
It is removed by the undoping process.

【0023】電解重合に用いられる支持塩のアニオンの
イオンサイズは、8オングストローム以上が好ましい。
ここでアニオンのイオンサイズは、イオン化原子を含ん
で、その分子の長軸方向の長さである。
The ionic size of the anion of the supporting salt used for electrolytic polymerization is preferably 8 angstroms or more.
Here, the ionic size of the anion is the length in the major axis direction of the molecule including the ionized atom.

【0024】また支持塩の陰イオンの分子量は150以
上であることが必要であり、好ましくは分子量が170
以上、さらに好ましくは分子量が200以上であること
が必要である。アニオンの分子量が150未満ではイオ
ンサイズが充分大きくなく、ポリピロール成形体中のア
ニオンの拡散速度が充分に大きくならない。
The anion of the supporting salt must have a molecular weight of 150 or more, preferably 170.
As described above, it is necessary that the molecular weight is 200 or more. If the molecular weight of the anion is less than 150, the ion size is not sufficiently large, and the diffusion rate of the anion in the polypyrrole molded article is not sufficiently large.

【0025】これらのイオンサイズの大きな支持塩のア
ニオンとしては、Cn 2n+1SO3 - (n=4〜12)
で示されるパーフルオロアルカンスルホン酸イオン、一
般式Cn 2n+1SO3 - (n=4〜12)で示されるア
ルカンスルホン酸イオン、一般式Cn 2n+1OSO3 -
(n=4〜12)で示されるパーフルオロアルキル硫酸
エステルイオン、一般式Cn 2n+1OSO3 - (n=4
〜12)で示されるアルキル硫酸エステルイオン、無置
換および置換ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン
酸などのスルホン酸類の各イオンなどが挙げられる。ま
た、カルボン酸としては、無置換および置換安息香酸が
挙げられる。これらのうち、より好ましくは、イオンサ
イズおよびその形状から、ベンゼンスルホン酸、トルエ
ンスルホン酸、p―tert―ブチルベンゼンスルホン
酸、2,4,6―トリイソプロピルベンゼンスルホン
酸、オクチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンス
ルホン酸などのアルキルベンゼンスルホン酸、メトキシ
ベンゼンスルホン酸、5―スルホイソフタル酸、5―ス
ルホイソフタル酸ジメチルエステル、5―スルホイソフ
タル酸ジヒドロキシエチルエステル、ナフタレンスルホ
ン酸などの各イオンが挙げられる。
These supporting salts having a large ionic size
For Nion, CnF2n + 1SO3 -(N = 4 to 12)
A perfluoroalkanesulfonate ion represented by
General formula CnH2n + 1SO3 -(N = 4 to 12)
Rucan sulfonate ion, general formula CnF2n + 1OSO3 -
Perfluoroalkyl sulfuric acid represented by (n = 4 to 12)
Ester ion, general formula CnH2n + 1OSO3 -(N = 4
~ 12) alkylsulfate ion, absent
Substituted and substituted benzenesulfonic acid, naphthalene sulfone
Each ion of sulfonic acids such as acid can be used. Well
Further, as the carboxylic acid, unsubstituted and substituted benzoic acids are
Can be mentioned. Of these, more preferred is ion
Based on isose and its shape, benzenesulfonic acid,
Acid, p-tert-butylbenzene sulfone
Acid, 2,4,6-triisopropylbenzene sulfone
Acid, octylbenzenesulfonic acid, dodecylbenzene
Alkylbenzenesulfonic acid such as rufonic acid, methoxy
Benzenesulfonic acid, 5-sulfoisophthalic acid, 5-su
Rufoisophthalic acid dimethyl ester, 5-sulfoisophthalate
Talic acid dihydroxyethyl ester, naphthalene sulfo
Each ion such as acid is mentioned.

【0026】これらを構成成分とする支持塩としては、
これらのアニオンの対カチオンであるテトラメチルアン
モニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テ
トラプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモ
ニウムイオンなどのテトラアルキルアンモニウムイオン
との塩、Li、Na、Kなどのアルカリ金属イオンの塩
などが挙げられる。
The supporting salt containing these as components is
Salts of tetramethylammonium ion, tetraethylammonium ion, tetrapropylammonium ion, tetrabutylammonium ion and other tetraalkylammonium ions, which are counter cations of these anions, and salts of alkali metal ions such as Li, Na and K, Can be mentioned.

【0027】本発明のポリピロール成形体の製造は、ま
ず成形体の厚さが0.1〜50μm、好ましくは0.3
〜30μmの薄いポリピロールフイルムを形成し、しか
る後、還元電位以下でアンドーピング処理を行う。当初
から50μm以上の厚い成形体を形成した場合、成形体
表面近傍の充放電は円滑に進行するが成形体内部では対
イオンの拡散が円滑に進行しないため、薄いフイルムを
合成しアンドーピング処理を行い、この操作を少なくと
も2回以上繰り返しながら電極に供しうる厚さのフイル
ムを合成するものである。
In the production of the polypyrrole molding of the present invention, the thickness of the molding is 0.1 to 50 μm, preferably 0.3.
A thin polypyrrole film having a thickness of -30 μm is formed, and thereafter, undoping treatment is performed at a reduction potential or lower. When a thick molded body with a thickness of 50 μm or more is formed from the beginning, charging / discharging near the surface of the molded body proceeds smoothly, but counter ions do not diffuse smoothly inside the molded body. Therefore, a thin film is synthesized and undoped. By repeating this operation at least twice or more, a film having a thickness that can be used for an electrode is synthesized.

【0028】本発明の電解重合は溶媒中で行われ、溶媒
としては、一般に電気化学反応に用いられる溶媒、例え
ばアセトニトリル、ベンゾニトリル、水、プロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、ニトロベンゼン、
テトラヒドロフラン、ニトロメタン、スルホラン、ジメ
トキシエタン、さらにエチレングリコール、エチレング
リコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノ
エチルエーテルなどおよびそれらの混合溶媒が用いられ
る。
The electrolytic polymerization of the present invention is carried out in a solvent, and as the solvent, there are used solvents generally used in electrochemical reactions such as acetonitrile, benzonitrile, water, propylene carbonate, ethylene carbonate, nitrobenzene,
Tetrahydrofuran, nitromethane, sulfolane, dimethoxyethane, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether and the like and mixed solvents thereof are used.

【0029】また、電解重合に用いられる電極も特に限
定はないが、電気化学反応に用いられる白金、パラジウ
ム、金、銅、ニッケル、ステンレス鋼などの金属、また
はこれらに類した導電性材料や炭素材料の電極などが用
いられる。
The electrode used in the electrolytic polymerization is not particularly limited, but metals such as platinum, palladium, gold, copper, nickel, stainless steel, etc. used in the electrochemical reaction, or a conductive material similar to these or carbon. The material such as an electrode is used.

【0030】本発明において電解重合は、例えば「導電
性高分子材料」(雀部博之監修、シーエムシー、昭和5
8年発行)、「新・導電性高分子材料」(雀部博之監
修、シーエムシー、1987年発行)、「Handbook of
Conducting Polymers 」(T.A.Skotheim(ed.)、Marcel
Dekker, New York,1986)に開示されている方法に
よることができる。
In the present invention, electrolytic polymerization is performed, for example, by "conductive polymer material" (supervised by Hiroyuki Sparrow, CMC, Showa 5).
(Published in 1988), "New conductive polymer materials" (Supervised by Hiroyuki Sparrow, CMC, published in 1987), "Handbook of
Conducting Polymers "(TASkotheim (ed.), Marcel
Dekker, New York, 1986).

【0031】本発明における電解重合は、両極間の電位
差、すなわち電圧値が時間と共に正と負との間を交互に
反復して変化しかつ正電圧値である期間が大なる対称電
圧を印加した電解重合法によることができる。非対称電
圧の印加によってもよい。この場合、電解時の電流は零
→正→零→負→零というサイクルを繰り返し、零→正→
零の期間で電解重合がおこる。この期間では、電解重合
が進行すると共にその前の期間でアンドーピングされた
ポリピロール重合体のドーピングが進行する。従って、
正電圧期間を大とすると、この間に重合、ドーピングの
両反応が充分進行することができる。零→負→零の期間
では上記の重合は起こらず、アンドーピングが起きる。
上記の操作により、以上の支持塩のアニオンがアンドー
ピングとドーピングを繰り返し、ポリピロール成形体中
にイオンの拡散通路が形成される。
In the electropolymerization in the present invention, a symmetrical voltage in which the potential difference between both electrodes, that is, the voltage value alternately and repeatedly changes between positive and negative with time and the period of the positive voltage value is large is applied. It can be performed by an electrolytic polymerization method. It is also possible to apply an asymmetric voltage. In this case, the current during electrolysis repeats the cycle of zero → positive → zero → negative → zero, and zero → positive →
Electropolymerization occurs in the zero period. In this period, the electrolytic polymerization proceeds and the doping of the undoped polypyrrole polymer proceeds in the preceding period. Therefore,
When the positive voltage period is long, both polymerization and doping reactions can sufficiently proceed during this period. In the period of zero → negative → zero, the above-mentioned polymerization does not occur, and undoping occurs.
By the above operation, the anion of the supporting salt described above repeats undoping and doping, and an ion diffusion path is formed in the molded polypyrrole.

【0032】電解重合時に加える電位は、単量体の酸化
還元電位以上を上限として、また重合体の還元電位以下
を下限としてその間で行う。印加電位の上限は、好まし
くは単量体、溶媒、支持塩などの副反応が併発しない範
囲の、重合酸化電位以上の電位が用いられる。また、印
加電位の下限は、好ましくは、ポリマーの還元電位以下
の電位が用いられる。電解時に印加される上限電位は、
0.7〜1.5V(対Ag/AgCl)、好ましくは
0.8〜1.2Vが用いられ、下限電位は−1.5〜−
0.3V、好ましくは−1.0〜−0.4Vが用いられ
る。陽極に印加する電位を、ポリマーの酸化電位よりも
高い電位と還元電位よりも低い電位の間で昇降させれば
イオンの出入りがおこり、単量体の酸化電位の下限以上
になれば重合が起こる。従って、ポリマー生成とイオン
の出入りのバランスを考えて電位とその保持時間を設定
すればよい。以下このように陽極に印加する電位を時間
とともに上限電位と下限電位との間で変えさせる操作
を、電位を昇降するとよぶ。
The potential applied during the electropolymerization is carried out between the oxidation-reduction potential of the monomer and the upper limit, and below the reduction potential of the polymer and the lower limit. As the upper limit of the applied potential, a potential higher than the polymerization oxidation potential is preferably used within a range in which side reactions such as a monomer, a solvent and a supporting salt do not occur simultaneously. The lower limit of the applied potential is preferably a potential lower than the reduction potential of the polymer. The upper limit potential applied during electrolysis is
0.7 to 1.5 V (vs Ag / AgCl), preferably 0.8 to 1.2 V is used, and the lower limit potential is -1.5 to-.
0.3V, preferably -1.0 to -0.4V is used. If the potential applied to the anode is raised or lowered between a potential higher than the oxidation potential of the polymer and a potential lower than the reduction potential, ions will enter and exit, and polymerization will occur if the potential exceeds the lower limit of the oxidation potential of the monomer. .. Therefore, the potential and the holding time thereof may be set in consideration of the balance between polymer generation and ion entry / exit. Hereinafter, the operation of changing the potential applied to the anode between the upper limit potential and the lower limit potential with time is referred to as raising and lowering the potential.

【0033】陽極に印加する電位の波形には特に制限は
ないが、一般には矩形波、三角波、正弦波あるいはそれ
らを重畳した波形が用いられる。
The waveform of the potential applied to the anode is not particularly limited, but generally a rectangular wave, a triangular wave, a sine wave or a waveform in which they are superimposed is used.

【0034】また、本発明における電解重合は、両極間
に通電する電流を時間とともに正と負との間を交互に反
復して変化しかつ正電流を通電する期間が大なる電流を
通電した電解重合法によることができる。非対称電圧の
印加によってもよい。この場合、電解時の電流は零→正
→零→負→零というサイクルを繰り返し、正電流の通電
期間で電解重合がおこる。この期間では、電解重合が進
行するとともにその前の負電流期間でアンドーピングさ
れたポリピロール重合体のドーピングが進行する。従っ
て、正電流期間を大とすると、この間に重合、ドーピン
グの両反応が充分進行することができる。零→負→零の
期間では上記の重合は起こらず、アンドーピングが起こ
る。上記の操作により、以上の支持塩のアニオンがアン
ドーピングとドーピングを繰り返し、ポリピロール成形
体中にイオンの拡散通路が形成される。
The electropolymerization in the present invention is an electrolysis in which a current flowing between both electrodes is alternately changed over time between positive and negative and a positive current is supplied for a long period. The polymerization method can be used. It is also possible to apply an asymmetric voltage. In this case, the current during electrolysis repeats the cycle of zero → positive → zero → negative → zero, and electrolytic polymerization occurs during the period of passing the positive current. During this period, the electropolymerization proceeds and the doping of the undoped polypyrrole polymer proceeds during the preceding negative current period. Therefore, if the positive current period is made large, both reactions of polymerization and doping can sufficiently proceed during this period. In the period of zero → negative → zero, the above-mentioned polymerization does not occur, and undoping occurs. By the above operation, the anion of the supporting salt described above repeats undoping and doping, and an ion diffusion path is formed in the molded polypyrrole.

【0035】電解重合時の正電流は、陽極での電流密度
として0.01mA/cm2 〜100mA/cm2 、好まし
くは0.05mA/cm2 〜50mA/cm2 である。正電
流の電流密度が大き過ぎる場合には、陽極電位が上がり
過ぎて単量体、溶媒、支持塩などの副反応が併発する恐
れがある。また電流密度が小さすぎる場合には、重合に
要する時間が長くなり生産性が極端に低下する。電解重
合時の負電流は、陽極での電流密度として0.01mA
/cm2 〜100mA/cm2 、好ましくは0.05mA/
cm2 〜50mA/cm2 である。負電流の電流密度が大き
すぎる場合には、陰イオンのアンドーピングが不十分と
なる。また、負電流の電流密度が小さすぎる場合にはア
ンドーピングに要する時間が長くなり生産性が極端に低
下する。従って、電位を昇降する場合と同様に、ポリマ
ー生成とイオンの出入りのバランスを考えて電位とその
保持時間を設定すればよい。電極間に通電する電流の波
形には特に制限はないが、一般には矩形波、三角波、正
弦波あるいはそれらを重畳した波形が用いられる。
The positive current at the electrolytic polymerization, 0.01mA / cm 2 ~100mA / cm 2 as a current density at the anode, preferably 0.05mA / cm 2 ~50mA / cm 2 . If the current density of the positive current is too large, the anode potential may rise too much, and side reactions such as monomers, solvents, supporting salts, etc. may occur simultaneously. If the current density is too low, the time required for the polymerization will be long and the productivity will be extremely reduced. The negative current during electrolytic polymerization was 0.01 mA as the current density at the anode.
/ Cm 2 to 100 mA / cm 2 , preferably 0.05 mA /
cm 2 to 50 mA / cm 2 . If the current density of the negative current is too high, undoping of anions will be insufficient. Further, if the current density of the negative current is too small, the time required for undoping becomes long, resulting in extremely low productivity. Therefore, as in the case of raising and lowering the potential, the potential and the holding time thereof may be set in consideration of the balance between polymer production and ion ingress and egress. The waveform of the current flowing between the electrodes is not particularly limited, but generally, a rectangular wave, a triangular wave, a sine wave, or a waveform in which they are superimposed is used.

【0036】次に、重合温度は、−50〜+50℃、好
ましくは−40〜+40℃の範囲が用いられる。それ未
満の温度では系の粘度が上がるため極間電圧が上がり過
ぎて副反応が起こり易くなるため好ましくなく、それを
越える温度では副反応が起こるため好ましくない。
The polymerization temperature is -50 to + 50 ° C, preferably -40 to + 40 ° C. If the temperature is lower than that, the viscosity of the system increases and the voltage between the electrodes rises too much to easily cause a side reaction, which is not preferable.

【0037】電解重合とアンドーピング処理の繰り返し
周期の1サイクル当たりで形成されるフイルムの厚さ
は、0.1〜50μm、より好ましくは0.3〜30μ
m、特に好ましくは0.5〜15μmである。
The thickness of the film formed per cycle of the repeating cycle of electrolytic polymerization and undoping treatment is 0.1 to 50 μm, more preferably 0.3 to 30 μm.
m, particularly preferably 0.5 to 15 μm.

【0038】このような電解重合とアンドーピング処理
を繰り返して行うことにより、前記支持塩のアニオンが
ポリピロールに不均一にドープしているポリマー二次電
池の電極に供するに適した厚さのポリマー成形体を形成
することができる。
By repeatedly performing such electrolytic polymerization and undoping treatment, a polymer molding having a thickness suitable for use in an electrode of a polymer secondary battery in which anions of the supporting salt are unevenly doped in polypyrrole Can form a body.

【0039】電解重合とアンドーピング処理を繰り返す
ことにより二次電池の活物質内部まで対イオンの拡散が
容易なポリピロール成形体を得ることができる。
By repeating the electrolytic polymerization and the undoping treatment, it is possible to obtain a polypyrrole molded product in which counter ions can easily diffuse into the active material of the secondary battery.

【0040】電解重合とアンドーピング処理の繰り返し
周期は10〜10,000秒/サイクルであることが好
ましい。電解重合とアンドーピング処理の繰り返し周期
が10秒/サイクル未満ではアニオンの交換反応が追い
つかず、充分な対イオンの出入りが起こらない。一方こ
の周期が10,000秒/サイクルを越える場合、1サ
イクル当たりの酸化電位に保持される時間が長くなるた
めに、1サイクル当たりの重合フイルム厚さが厚くなり
ポリマー中のアニオンの出入りが困難となる。
The repetition period of electrolytic polymerization and undoping treatment is preferably 10 to 10,000 seconds / cycle. If the repeating period of electrolytic polymerization and undoping treatment is less than 10 seconds / cycle, the anion exchange reaction cannot catch up and sufficient counterions do not come and go. On the other hand, if this cycle exceeds 10,000 seconds / cycle, the time for holding at the oxidation potential per cycle becomes long, and the thickness of the polymerized film per cycle becomes thick, making it difficult for the anions in and out of the polymer. Becomes

【0041】支持塩のアニオンはアンドーピング処理に
よってポリピロール成形体中から放出される。その放出
のされ易さは、成形体中におけるポリピロールの微細構
造に依存し、必ずしも全分子が同じ状態ではなく抜け易
いアニオンが放出される。
The anions of the supporting salt are released from the polypyrrole molding by the undoping treatment. The easiness of release depends on the fine structure of polypyrrole in the molded body, and not all molecules are in the same state, but anions that are easily released are released.

【0042】ここで得られるポリマー成形体は、二次電
池の電極に供するに適した厚さ、すなわち50μm以
上、好ましくは50〜2,000μmである。
The polymer molded product obtained here has a thickness suitable for being used as an electrode of a secondary battery, that is, 50 μm or more, preferably 50 to 2,000 μm.

【0043】次に得られたポリマー成形体を前記支持塩
のアニオンよりイオンサイズの小さいアニオン(対イオ
ン)を前記成形体内に導入・交換させて本発明のポリマ
ー二次電池用のポリピロール成形体を得る。
Next, an anion (counter ion) having an ion size smaller than that of the anion of the supporting salt is introduced into and exchanged with the obtained polymer molded body to form a polypyrrole molded body for a polymer secondary battery of the present invention. obtain.

【0044】支持塩のアニオンとそれよりイオンサイズ
の小さい対イオンは、そのサイズの差が大きいほど好ま
しい。
It is preferable that the anion of the supporting salt and the counter ion having a smaller ion size than that of the supporting salt have a larger size difference.

【0045】支持塩のアニオンよりイオンサイズの小さ
いアニオンは、サイズが8オングストローム以下で分子
量150以下のイオンであり、NO3 - 、HSO4 -
BF 4 - 、PF6 - 、CF3 SO3 - 、ClO4 - など
を挙げることができる。特に二次電池に用いられる電解
質を考慮した場合、BF4 - 、PF6 - およびClO 4
- が特に好適である。
Smaller ionic size than the anion of the supporting salt
The anion is a molecule with a size of 8 Å or less.
No more than 150 ions3 -, HSOFour -,
BF Four -, PF6 -, CF3SO3 -, ClOFour -Such
Can be mentioned. Electrolysis used especially in secondary batteries
BF when considering qualityFour -, PF6 -And ClO Four
-Are particularly preferred.

【0046】支持塩のアニオンをそれよりイオンサイズ
の小さいアニオン(対イオン)でイオン交換する方法と
しては、交換用アニオンを含む電解液中でポリピロール
成形体に印加する電位を昇降させる方法と単に浸漬する
方法との2つの方法が挙げられる。
As the method of ion-exchanging the anion of the supporting salt with an anion (counterion) having a smaller ion size than that, a method of raising or lowering the potential applied to the polypyrrole molded article in an electrolytic solution containing the anion for exchange and simply dipping There are two methods.

【0047】電位を昇降させる方法は前記重合時の方法
に準じた方法、条件で行えばよい。
The method of raising and lowering the potential may be carried out under the conditions and conditions according to the above-mentioned polymerization method.

【0048】浸漬処理方法については、ポリマー成形体
を交換用イオンを含む電解液中に単に浸漬することによ
って行われる。浸漬液中の電解質量は、浸漬したポリマ
ー中に含まれるアニオン以上の量が少なくとも必要であ
るが、好ましくは5倍以上、さらに好ましくは10倍以
上の範囲である。浸漬溶液の攪拌は浸とう器、超音波発
振器などで行ってもよいし、無攪拌でもよい。浸漬温度
は、イオンの交換を促進するため高い方が好ましい。し
かし温度が高すぎると副反応などの好ましくない反応が
起きるので100℃以下、さらに好ましくは50℃以下
がよい。重合体中のイオンがすべて交換するための浸漬
時間は、上記浸漬条件で決まってくる。一般的には1時
間〜100時間、好ましくは2時間〜40時間が用いら
れる。
The immersion treatment method is carried out by simply immersing the polymer molded body in an electrolytic solution containing exchange ions. The electrolytic mass in the immersion liquid is required to be at least as large as the amount of anions contained in the immersed polymer, but is preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more. Stirring of the dipping solution may be carried out with a stirrer, an ultrasonic oscillator or the like, or may be non-stirring. The immersion temperature is preferably higher because it promotes the exchange of ions. However, if the temperature is too high, undesired reactions such as side reactions occur, so 100 ° C. or lower, and more preferably 50 ° C. or lower. The immersion time for exchanging all the ions in the polymer is determined by the above immersion conditions. Generally, it is used for 1 hour to 100 hours, preferably 2 hours to 40 hours.

【0049】このようにしてポリピロール中のアニオン
がそれよりイオンサイズの小さい対イオンによってイオ
ン交換される。これは重合時の電位の昇降でポリマー中
でのアニオンの拡散が強制的に何回も繰り返し行われる
ために、アニオンの大きさに対応するイオンの移動通路
が成形体の厚さ全体にわたって形成されるからと考えら
れる。従って、この形成された通路により、よりイオン
サイズの小さい対イオンでイオン交換は起きやすくなる
ので、本発明のポリピロール成形体は前記電気化学的あ
るいは化学的処理におり少なくとも50%以上置き換え
られるものである。この交換量は、重合電位の印加条件
に依存し、還元電位を低くしたり、1サイクル当たりの
重合フイルムの厚さを薄くすれば大きくすることが可能
である。または、電解重合サイクルで電極間に通電する
負電流の時間を長くとることによっても、イオンの交換
量を大きくすることができる。
In this way, the anions in the polypyrrole are ion-exchanged with the counterions having a smaller ion size. This is because the diffusion of the anion in the polymer is forcibly repeated many times due to the rise and fall of the potential during the polymerization, so that the ion migration path corresponding to the size of the anion is formed over the entire thickness of the molded body. It is thought to be because Therefore, since the formed channels facilitate ion exchange with counter ions having a smaller ion size, the polypyrrole molded article of the present invention can be replaced by at least 50% or more according to the electrochemical or chemical treatment. is there. This exchange amount depends on the application conditions of the polymerization potential, and can be increased by lowering the reduction potential or decreasing the thickness of the polymerization film per cycle. Alternatively, the exchange amount of ions can be increased by increasing the time of negative current flowing between the electrodes in the electrolytic polymerization cycle.

【0050】本発明のポリマー二次電池は、以上のよう
にして得られた重合時にポリピロールに取り込まれた支
持塩のアニオンをそれよりイオンサイズの小さな対イオ
ンでイオン交換したポリピロールを正電極として用い
る。本発明において、ポリマー二次電池の負電極には種
々の物質が用いられるが、1〜2価のカチオンとなりう
る金属であって、具体的にはリチウム、ナトリウム、カ
リウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウ
ム、バリウム、亜鉛等およびそれらを含む合金(リチウ
ム―アルミニウム合金、リチウム―アルミニウム―鉛合
金等)などが好適に用いることができる。さらに、電解
液との間に可逆的なカチオンの出入りができるような物
質を用いることができ、例えばポリアセチレン、ポリ―
p―フェニレン、ポリチオフェン、ポリアセンなどの導
電性高分子材料やグラファイトなどが用いられる。本発
明の二次電池に用いる電解質は、重合時にポリピロール
に取り込まれた支持塩のアニオンよりもイオンサイズの
小さなアニオンとカチオンの組み合わせよりなる化合物
であって、アニオンの例としては、サイズが8オングス
トローム以下で分子量150以下のイオンであり、NO
3 - 、HSO4 - 、BF 4 - 、PF6 - 、CF3 SO3
- 、ClO4 - 、I- (I3-)、Br- 、Cl-などを
挙げることができる。特に好適には、BF4 - 、PF6
- およびClO4 - が挙げられる。また、二次電池の電
解質のカチオンとしてはLi+ 、Na+ 、K+ などのア
ルカリ金属イオン、,Mg2+、Ca2+、Ba2+などのア
ルカリ土類金属のほかZn2+、Al2+なども挙げられ
る。これらのアニオンとカチオンからなる電解質は溶媒
に溶解した状態で二次電池に用いられる。具体的な溶媒
の例としては、アセトニトリル、ベンゾニトリル、水、
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ニト
ロベンゼン、テトラヒドロフラン、ニトロメタン、スル
ホラン、ジメトキシエタン、さらにエチレングリコー
ル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレン
グリコールモノエチルエーテルなどおよびそれらの混合
溶媒が挙げられる。ただし負電極に水との反応性が強い
アルカリ金属を用いる場合には、水を含まない非水溶媒
を用いる必要がある。さらに、本発明の二次電池では、
上記電解質をポリエチレンオキサイド、ポリプロピレン
オキサイド、ポリビニルアルコール、ポリパラバン酸な
どに溶解させた高分子固体電解質、Li3 N、LiBC
4 などの無機イオン導電体、Li4 SiO4 、Li3
BO3等のリチウムガラスなどの無機固体電解質を用い
ることもできる。
The polymer secondary battery of the present invention is as described above.
The polymer incorporated in polypyrrole during polymerization
The anion of a salt-bearing salt is treated with anion of smaller ion size.
Use polypyrrole ion-exchanged as a positive electrode
It In the present invention, a seed is used as the negative electrode of the polymer secondary battery.
Various substances are used, but they may become mono- or divalent cations.
Metals such as lithium, sodium, and
Alkali metals such as helium, magnesium, calcium
Aluminum, barium, zinc, etc. and alloys containing them (Richiu
Mu-aluminum alloy, lithium-aluminum-lead
Gold or the like) can be preferably used. Furthermore, electrolysis
Something that allows reversible cations to enter and leave the liquid
Quality can be used, for example polyacetylene, poly-
Conducting p-phenylene, polythiophene, polyacene, etc.
An electro-polymer material or graphite is used. Starting
The electrolyte used in Akira's secondary battery is polypyrrole during polymerization.
Of the ionic size of the supporting salt anions
A compound consisting of a combination of small anions and cations
And an example of an anion is 8 angstroms in size.
An ion with a molecular weight of 150 or less at the trohm or lower, and NO
3 -, HSOFour -, BF Four -, PF6 -, CF3SO3
-, ClOFour -, I-(I3-), Br-, Cl-Etc.
Can be mentioned. Particularly preferably, BFFour -, PF6
-And ClOFour -Is mentioned. Also, the power of the secondary battery
Li as a cation for decomposition+, Na+, K+Such as
Lucari metal ion, Mg2+, Ca2+, Ba2+Such as
Lucari earth metal and Zn2+, Al2+And so on
It The electrolyte consisting of these anions and cations is a solvent
It is used in a secondary battery in a state of being dissolved in. Specific solvent
Examples of are acetonitrile, benzonitrile, water,
Propylene carbonate, ethylene carbonate, nit
Robenzene, tetrahydrofuran, nitromethane, sulfur
Horan, dimethoxyethane, and ethylene glycol
Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene
Glycol monoethyl ether etc. and their mixture
Solvents may be mentioned. However, the negative electrode has a strong reactivity with water.
When using an alkali metal, a non-aqueous solvent containing no water
Need to be used. Furthermore, in the secondary battery of the present invention,
The above electrolyte is polyethylene oxide, polypropylene
Oxide, polyvinyl alcohol, polyparabanic acid
Where dissolved solid polymer electrolyte, Li3N, LiBC
lFourInorganic ion conductor such as LiFourSiOFour, Li3
BO3Inorganic solid electrolyte such as lithium glass is used
You can also do it.

【0051】ポリマー二次電池の充放電機構は、充電時
には、正電極のポリピロール成形体が電気化学的に酸化
されて、電解液中に存在するアニオンがポリピロール中
にドーピングされる。一方、放電時には、正電極のポリ
ピロール成形体が還元されて、ポリピロール中にドーピ
ングされたアニオンが電解液に放出されるアンドーピン
グがおきる。本発明のポリピロール成形体を正電極に用
いたポリマー二次電池は、前記の方法により重合時にポ
リピロールに取り込まれた支持塩の陰イオンをそれより
イオンサイズの小さな対イオンでイオン交換することに
より、充放電にともなうアニオンのドーピングおよびア
ンドーピング反応が円滑に進行できる。そのため、該成
形体を正電極に用いたポリマー二次電池は、高い電流密
度での充放電が可能であり、かつ高い充放電容量を得る
ことができる。
In the charging / discharging mechanism of the polymer secondary battery, at the time of charging, the polypyrrole molded body of the positive electrode is electrochemically oxidized, and the anions present in the electrolytic solution are doped into the polypyrrole. On the other hand, at the time of discharging, the polypyrrole molded body of the positive electrode is reduced, and the undoping occurs in which the anions doped in the polypyrrole are released into the electrolytic solution. The polymer secondary battery using the polypyrrole molded article of the present invention as the positive electrode is obtained by ion-exchange with the counterion having a smaller ion size than the anion of the supporting salt incorporated into the polypyrrole at the time of polymerization by the above method. The anion doping and undoping reaction accompanying charge / discharge can proceed smoothly. Therefore, the polymer secondary battery using the molded body as a positive electrode can be charged and discharged at a high current density and can have a high charge and discharge capacity.

【0052】ポリピロール成形体の充放電時のアニオン
濃度分布の評価は次のように行った。すなわち、前記の
方法で得られたポリピロールを正電極とし、白金を負電
極とし、リチウム金属を参照極(補助参照極としてAg
/AgCl極)として、1MのLiClO4 をプロピレ
ンカーボネートに溶かした液を電解液として、三電極電
池を構成した。充電は、3.6V(対Li/Li+ 、こ
の値は対Ag/AgClの場合、0.6Vに相当する)
での定電位充電を行い、この時のアニオンの厚さ方向の
分布をX線マイクロアナライザーにより塩素元素を分析
して調べた。放電は、電流密度10mA/cm2 での放電
を行い、同様にアニオンの厚さ方向の分布を調べた。
The anion concentration distribution during charge / discharge of the polypyrrole molded article was evaluated as follows. That is, the polypyrrole obtained by the above method was used as a positive electrode, platinum was used as a negative electrode, and lithium metal was used as a reference electrode (Ag as an auxiliary reference electrode).
/ AgCl electrode), a three-electrode battery was constructed by using a solution of 1 M LiClO 4 dissolved in propylene carbonate as an electrolytic solution. Charging is 3.6 V (vs. Li / Li + , this value corresponds to 0.6 V in the case of Ag / AgCl)
Was subjected to constant-potential charging, and the distribution of anions in this direction in the thickness direction was examined by analyzing the chlorine element with an X-ray microanalyzer. The discharge was performed at a current density of 10 mA / cm 2 , and the distribution of anions in the thickness direction was examined in the same manner.

【0053】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0054】[0054]

【実施例1】0.1Mのピロール単量体および0.1M
のp―トルエンスルホン酸テトラエチルアンモニウム塩
((Et)4 NTsO)を1体積%の水を含むプロピレ
ンカーボネートに溶かして電解液を調製した。この電解
液に、陽極として白金板、対極として白金ホイルをそれ
ぞれ用いて重合セルとした。
Example 1 0.1M pyrrole monomer and 0.1M
P-toluenesulfonic acid tetraethylammonium salt of ((Et) 4 NTsO) was dissolved in propylene carbonate containing 1% by volume of water to prepare an electrolytic solution. A platinum plate was used as the anode and a platinum foil was used as the counter electrode in this electrolytic solution to form a polymerization cell.

【0055】次に図1に示した波形で、1サイクル当た
り上限電位1.0V(対Ag/AgCl)で300秒保
持して重合を行い、電位昇降速度を5mV/秒で電位を
掃引し、下限電位を−1.0V(対Ag/AgCl)、
保持時間0秒とし、電位上昇速度を5mV/秒で再び上
限電位まで電位を掃引して、陽極電位を昇降しながら白
金板上にポリピロールを膜厚100μm(昇降回数10
サイクル)となるまで電解酸化重合を行った。
Next, with the waveform shown in FIG. 1, polymerization was carried out by holding the upper limit potential of 1.0 V (against Ag / AgCl) per cycle for 300 seconds, and sweeping the potential at a potential ascending / descending speed of 5 mV / sec. The lower limit potential is -1.0 V (against Ag / AgCl),
The holding time was set to 0 seconds, and the potential was swept to the upper limit potential again at a potential rising rate of 5 mV / sec, and the polypyrrole film thickness of 100 μm (10
Cycle) and electrolytic oxidation polymerization was carried out.

【0056】次いで重合に使用した電解液を1.0Mの
過塩素酸リチウム(LiClO4 )を含むプロピレンカ
ーボネートにより置き換え、電気化学的方法によりポリ
ピロール成形体中の対イオンであるTsO- を電池用の
ClO4 - に置き換える対イオン交換操作を行った。イ
オン交換は、電位昇降の波形として三角波を用いて、1
サイクルの上限電位1.5V(対Ag/AgCl)、下
限電位−1.5V(対Ag/AgCl)で、電位昇降速
度は5mV/秒で行った。電位昇降サイクルは5回繰り
返した。
Then, the electrolytic solution used for the polymerization was replaced with propylene carbonate containing 1.0 M of lithium perchlorate (LiClO 4 ), and the counter ion TsO in the molded polypyrrole was used for a battery by an electrochemical method. A counterion exchange operation was performed to replace ClO 4 . Ion exchange is performed by using a triangular wave as a waveform for raising and lowering the potential.
The upper limit potential of the cycle was 1.5 V (vs Ag / AgCl), the lower limit potential was -1.5 V (vs Ag / AgCl), and the potential rising / falling rate was 5 mV / sec. The potential raising / lowering cycle was repeated 5 times.

【0057】次いで、対イオン交換して得られたポリピ
ロールフイルムを白金板ととも切り出して正電極とし、
白金ホイルを負電極とし、リチウム金属を参照電極(補
助参照電極としてAg/AgCl電極)として、1Mの
LiClO4 をプロピレンカーボネートに溶かした液を
電解液とした三電極電池を構成し、電流密度10mA/
cm2 で正電極電位が−1.0V(対Ag/AgCl)と
なるまで放電後、電解液からポリピロールフイルムを取
り出して乾燥した。同様に、対イオン交換して得られた
ポリピロールフイルムを白金板ととも切り出して正電極
とし、三電極電池を構成し、0.6V(対Ag/AgC
l)で定電位充電を行った後、電解液からポリピロール
フイルムを取り出して乾燥した。
Then, the polypyrrole film obtained by counterion exchange was cut out together with a platinum plate to form a positive electrode,
A platinum foil was used as a negative electrode, a lithium metal was used as a reference electrode (Ag / AgCl electrode as an auxiliary reference electrode), and a three-electrode battery was constructed using a solution of 1M LiClO 4 dissolved in propylene carbonate as an electrolytic solution, with a current density of 10 mA. /
After discharging until the positive electrode potential became −1.0 V (vs Ag / AgCl) at cm 2 , the polypyrrole film was taken out from the electrolytic solution and dried. Similarly, the polypyrrole film obtained by counter-ion exchange was cut out together with a platinum plate to form a positive electrode to form a three-electrode battery, and 0.6 V (against Ag / AgC
After carrying out constant potential charging in 1), the polypyrrole film was taken out from the electrolytic solution and dried.

【0058】得られたフイルムの対イオンの厚さ方向の
分布をX線マイクロアナライザーにより塩素を分析して
調べた結果、充電完了時のフイルムの厚さ方向の塩素分
布は図2に示すとおり膜の厚さ方向に中に均一に存在
し、塩素の分布は13%であった。放電完了時のフイル
ムの塩素濃度は、充電完了時の濃度の14%以下であっ
た。この結果から重合時に取り込まれた陰イオンである
p―トルエンスルホン酸イオンは約85%ClO4 -
置換されていると考えられる。
As a result of examining the distribution of counterions in the thickness direction of the obtained film by analyzing chlorine with an X-ray microanalyzer, the chlorine distribution in the thickness direction of the film at the completion of charging is as shown in FIG. Was evenly distributed in the thickness direction of, and the distribution of chlorine was 13%. The chlorine concentration of the film at the completion of discharging was 14% or less of the concentration at the completion of charging. From this result, it is considered that p-toluenesulfonate ion, which is an anion taken in during the polymerization, is replaced with about 85% ClO 4 .

【0059】次に、前記の対イオン交換を行ったポリピ
ロール成形体を正電極とし、リチウム金属を負電極と
し、1MのLiClO4 をプロピレンカーボネートに溶
解した電解液に正電極と負電極を浸漬した二次電池を作
成して電池特性を調べた。また正電極電位を測定するた
めAg/AgCl電極を参照電極として用いた。
Next, the above-mentioned polypyrrole molded body having undergone counterion exchange was used as a positive electrode, lithium metal was used as a negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode were immersed in an electrolytic solution in which 1M LiClO 4 was dissolved in propylene carbonate. A secondary battery was prepared and the battery characteristics were examined. In addition, an Ag / AgCl electrode was used as a reference electrode to measure the positive electrode potential.

【0060】ポリピロールの電池特性の測定は正電極電
位0.6V(対Ag/AgCl)の定電位で1時間充電
し、続いて1〜10mA/cm2 の定電流で放電して正電
極電位が−1.0V(対Ag/AgCl)となるまで放
電して、放電容量の変化を調べた。結果を図3に示す。
図3から明らかなように、放電電流密度1mA/cm2
おける単位重量当たりの放電容量(放電容量密度)は、
91Ah/kgであり極めて高い値を示した。また、10
mA/cm2 の高い放電電流密度でも放電容量密度82A
h/kgを維持した。ただし、放電容量密度の計算におけ
る重量は、ポリピロール成形体の対イオンがピロールモ
ノマー1ユニット当たり0.33個含まれると仮定し
て、重合電気量から計算した重量を用いた。
The battery characteristics of polypyrrole were measured by charging at a constant potential of positive electrode potential of 0.6 V (against Ag / AgCl) for 1 hour, and then discharging at a constant current of 1 to 10 mA / cm 2 to obtain positive electrode potential. The discharge capacity was changed to −1.0 V (against Ag / AgCl) to examine the change in discharge capacity. Results are shown in FIG.
As is clear from FIG. 3, the discharge capacity per unit weight (discharge capacity density) at a discharge current density of 1 mA / cm 2 is
It was 91 Ah / kg, which was an extremely high value. Also, 10
Discharge capacity density of 82A even with high discharge current density of mA / cm 2.
h / kg was maintained. However, as the weight in the calculation of the discharge capacity density, the weight calculated from the amount of polymerization electricity was used, assuming that 0.33 counterions of the polypyrrole molded product were contained per unit of the pyrrole monomer.

【0061】[0061]

【比較例1】実施例1に示した重合系を用いて、1.0
V(対Ag/AgCl)の陽極電位をかけてポリピロー
ル成形体の厚さが100μmになるまで低電位重合を行
い、その他は実施例1と同じ条件でポリピロールの対イ
オン交換を行った。
Comparative Example 1 Using the polymerization system shown in Example 1, 1.0
The anodic potential of V (against Ag / AgCl) was applied to carry out low-potential polymerization until the thickness of the polypyrrole molded article reached 100 μm, and counter ion exchange of polypyrrole was carried out under the same conditions as in Example 1.

【0062】このフイルムのX線マイクロアナライザー
分析の結果、重合時に導入されたTsO- に由来するイ
オウ元素は大量に確認されたが、交換したはずのClO
4 -に由来する塩素元素は成形体表面およびその近傍に
多く存在し、TsO- の一部分しか交換されていないこ
とが示された。
As a result of X-ray microanalyzer analysis of this film, a large amount of sulfur element derived from TsO introduced at the time of polymerization was confirmed.
It was shown that a large amount of chlorine element derived from 4 was present on and near the surface of the molded body, and only a part of TsO was exchanged.

【0063】また、この成形体について実施例1と同様
にして三電極電池を構成し充電時および放電時の成形体
中の塩素元素濃度の分析からClO4 - の分布を調べた
ところ、充電完了時には、表面近傍が高く、50μm以
上の深さでは殆んど認められなかった。充電完了時の塩
素元素濃度分布を図4に示す。
A three-electrode battery was constructed for this molded body in the same manner as in Example 1, and the distribution of ClO 4 was examined by analyzing the chlorine element concentration in the molded body during charging and discharging. At times, the vicinity of the surface was high, and it was hardly observed at a depth of 50 μm or more. The chlorine element concentration distribution at the time of completion of charging is shown in FIG.

【0064】次に、実施例1と同様にして二次電池を作
成して電池特性を調べたところ、放電電流密度1mA/
cm2 における放電容量密度は28Ah/kgと低く、10
mA/cm2 の大電流放電ではさらに21Ah/kgまで容
量が低下した。これらの結果は印加電位を昇降させず
に、通常行われている定電位法で重合した場合は、対イ
オンは僅少量しか交換しておらず、対イオンの出入りに
伴う充放電も効果的に起っていないことを示している。
但し単位重量あたりの放電容量は小さかったが、その範
囲での充電容量に対する放電容量の比、すなわち充放電
のクーロン効率はほぼ100%を保った。これは出入り
が可能な対イオンの割合は少ないが、その範囲での充放
電は100%起こっていることを示している。
Next, a secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 and the battery characteristics were examined. The discharge current density was 1 mA /
The discharge capacity density at cm 2 is as low as 28 Ah / kg and 10
With a large current discharge of mA / cm 2, the capacity further decreased to 21 Ah / kg. These results show that, when polymerized by the commonly used potentiostatic method without raising or lowering the applied potential, only a small amount of counterions were exchanged, and charging / discharging accompanying counterion entry and exit was also effective. It has not happened.
However, although the discharge capacity per unit weight was small, the ratio of the discharge capacity to the charge capacity in that range, that is, the Coulomb efficiency of charging and discharging was maintained at almost 100%. This indicates that the ratio of counter ions that can enter and exit is small, but the charge and discharge in that range is 100%.

【0065】[0065]

【比較例2】実施例1における重合法で得たTsO-
対イオンとして含むポリピロール成形体を、その対イオ
ンを交換することなく白金板と共に切り出して正電極と
し、リチウム金属を負電極とし、1.0Mのリチウムp
―トルエンスルホン酸(LiTsO)をプロピレンカー
ボネートに溶かした液を電解液とした二次電池を作成し
て電池特性を調べた。また正電極電位を測定するためA
g/AgCl電極を参照電極として用いた。ポリピロー
ルの電池特性の測定は、正電極電位0.6V(対Ag/
AgCl)の定電位で30分間充電し、続いて1〜10
mA/cm2 の定電流で放電して正電極電位が−1.0V
となるまで放電して、放電容量の変化を調べた。その結
果、放電電流1mA/cm2 での放電容量は22Ah/k
g、10mA/cm2 では16Ah/kgであり低い放電容
量のものしか得られなかった。
Comparative Example 2 A polypyrrole molded article containing TsO as a counter ion obtained by the polymerization method in Example 1 was cut out together with a platinum plate without exchanging the counter ion to form a positive electrode, and lithium metal was used as a negative electrode. 1.0M lithium p
-Toluenesulfonic acid (LiTsO) was dissolved in propylene carbonate to prepare a secondary battery using an electrolytic solution, and the battery characteristics were investigated. Also, to measure the positive electrode potential, A
A g / AgCl electrode was used as a reference electrode. The battery characteristics of polypyrrole were measured with a positive electrode potential of 0.6 V (against Ag /
AgCl) constant potential for 30 minutes, followed by 1-10
Positive electrode potential is -1.0V after discharging with constant current of mA / cm 2.
It was discharged until it became, and the change of the discharge capacity was examined. As a result, the discharge capacity at a discharge current of 1 mA / cm 2 was 22 Ah / k.
At 10 mA / cm 2 , g was 16 Ah / kg, and only a low discharge capacity was obtained.

【0066】[0066]

【比較例3】実施例における重合に用いた(Et)4
TsOの代わりに(Et)4 NClO4 を用いて、実施
例1と同様の条件でポリピロールを厚さ100μmにな
るまで電解酸化重合を行った。
Comparative Example 3 (Et) 4 N used for polymerization in Examples
Using (Et) 4 NClO 4 instead of TsO, polypyrrole was subjected to electrolytic oxidative polymerization under the same conditions as in Example 1 to a thickness of 100 μm.

【0067】次に前記と同様にして三電極電池を構成
し、この三電極電池の実施例1と同じ条件下における塩
素元素の分析からClO4 - の分布を調べた。ClO4
- の濃度分布は放電完了時にフイルム表面のみ低下して
いて、充電完了時には膜厚全体にわたってほぼ均一に分
布していた。この場合は、実施例1および比較例1、2
の場合とは異なり、重合時にアニオンとしてClO4 -
を用いているために、充電時では当然厚さ全体にわたっ
て平坦なClO4 - の分布が認められる。しかし、放電
時には、このアニオンの濃度は充電時に比べ低下しては
いたが、その低下の程度は少なかった。これは充分にア
ニオンが抜けていないことを意味している。
Then, a three-electrode battery was constructed in the same manner as described above, and the distribution of ClO 4 was examined by analyzing the chlorine element under the same conditions as in Example 1 of the three-electrode battery. ClO 4
- concentration distribution of have decreased only film surface during discharge completion, was almost uniformly distributed throughout the film thickness at the time of completion of charging. In this case, Example 1 and Comparative Examples 1 and 2
Unlike in, ClO 4 as an anion during polymerization -
As a result, a flat distribution of ClO 4 is naturally observed over the entire thickness during charging. However, at the time of discharging, the concentration of this anion was lower than that at the time of charging, but the degree of the decrease was small. This means that anions are not sufficiently removed.

【0068】また、このポリピロールを用いて前記と同
様にして作成した二次電池の放電特性を調べた。その結
果、電流密度1mA/cm2 および10mA/cm2 におけ
る容量はそれぞれ39Ah/kgおよび21Ah/kgであ
り、高い放電容量は得られなかった。この結果は、電位
の昇降を行っても、本発明のように、大きい対イオンか
ら小さい対イオンにイオン交換をしないかぎり高い放電
容量が得られないことを示している。
Further, the discharge characteristics of a secondary battery prepared by using this polypyrrole in the same manner as above were examined. As a result, the capacities at current densities of 1 mA / cm 2 and 10 mA / cm 2 were 39 Ah / kg and 21 Ah / kg, respectively, and high discharge capacity could not be obtained. This result shows that even if the potential is raised or lowered, a high discharge capacity cannot be obtained unless ion exchange is performed from a large counter ion to a small counter ion as in the present invention.

【0069】[0069]

【実施例2】実施例1と同様の方法で厚さ900μmの
TsO- を対イオンとして含むポリピロール成形体を作
成し、引き続きClO4 - と対イオン交換を行った。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a polypyrrole molded body having a thickness of 900 μm and containing TsO as a counterion was prepared, and subsequently counterion exchange was performed with ClO 4 .

【0070】この成形体を用いて実施例1と同様にして
三電極電池を作成して塩素元素濃度分布、および電池特
性を調べた。充電完了時の分布は成形体の厚さ方向に対
してほぼ平坦であった。
Using this molded body, a three-electrode battery was prepared in the same manner as in Example 1, and the chlorine element concentration distribution and the battery characteristics were examined. The distribution upon completion of charging was almost flat in the thickness direction of the molded body.

【0071】また、このポリピロール成形体を用いて実
施例1と同様の方法で二次電池を作成した。この電池の
放電電流密度に対する放電容量の関係を図5に示す。図
から明らかなように、1.0mA/cm2 では放電容量8
5Ah/kgと高い容量密度を示し、10mA/cm2 でも
78Ah/kgの高い水準を維持した。
A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 by using this polypyrrole molding. The relationship between the discharge current density and the discharge capacity of this battery is shown in FIG. As is clear from the figure, the discharge capacity is 8 at 1.0 mA / cm 2.
It showed a high capacity density of 5 Ah / kg and maintained a high level of 78 Ah / kg even at 10 mA / cm 2 .

【0072】[0072]

【実施例3〜5】実施例1に示した(Et)4 TsOの
代わりに、β―ナフタレンスルホン酸テトラエチルアン
モニウム(実施例3)、p―tert―ブチルベンゼン
スルホン酸テトラエチルアンモニウム(実施例4)およ
び5―スルホジメチルイソフタル酸エステルのトリエチ
ルアンモニウム塩(実施例5)を用いて、電解液の溶媒
としてエチレングリコールとプロピレンカーボネートの
混合溶媒(体積比1対1)に水を1体積%を添加して、
実施例1と同様の方法により対応するアニオンを含む厚
さ100μmのポリピロール成形体を作成した。引き続
き、実施例1と同様の方法によりClO4 - に対イオン
を交換した。
Examples 3 to 5 Instead of (Et) 4 TsO shown in Example 1, tetraethylammonium β-naphthalenesulfonate (Example 3) and tetraethylammonium p-tert-butylbenzenesulfonate (Example 4) were used. Using triethylammonium salt of 5-sulfodimethylisophthalic acid ester (Example 5), 1% by volume of water was added to a mixed solvent of ethylene glycol and propylene carbonate (volume ratio 1: 1) as a solvent for the electrolytic solution. hand,
By the same method as in Example 1, a 100 μm-thick polypyrrole molded article containing the corresponding anion was prepared. Subsequently, ClO 4 was exchanged for a counterion in the same manner as in Example 1.

【0073】この成形体を用いて三電極電池を作成して
実施例1と同様にして塩素元素濃度の分布からClO4
- の分布を調べた。
Using this molded body, a three-electrode battery was prepared, and in the same manner as in Example 1, from the chlorine element concentration distribution, ClO 4
- examined the distribution of.

【0074】いずれの場合も、充電完了時の塩素元素濃
度分布は図6〜8(図6:実施例3、図7:実施例4、
図8:実施例5)に示したようになり、いずれも厚さ方
向のClO4 - 分布は14%以下の平坦な分布であっ
た。放電完了時にはClO4 -の濃度は充電完了時の2
0%以下となっていた。
In any case, the chlorine element concentration distributions at the completion of charging are shown in FIGS. 6 to 8 (FIG. 6: Example 3, FIG. 7: Example 4,
As shown in FIG. 8: Example 5), the ClO 4 distribution in the thickness direction was a flat distribution of 14% or less in all cases. At the end of discharging, the concentration of ClO 4 is 2 at the end of charging.
It was below 0%.

【0075】また、これらのポリピロール成形体を用い
て実施例1と同様の方法で二次電池を作成して放電特性
を測定した結果を表1に示す。これらの結果はいずれも
本発明の実施例1〜2に示したTsO- の場合と同様に
高い電池特性を示した。
Table 1 shows the results of measuring the discharge characteristics of secondary batteries prepared by the same method as in Example 1 using these polypyrrole moldings. All of these results showed high battery characteristics as in the case of TsO shown in Examples 1 and 2 of the present invention.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】[0077]

【効果】ポリピロール成形体を用いてなる高い電流密度
での充放電が可能であり、かつ高い充放電容量を有する
ポリマー二次電池を提供することができる。
[Effect] It is possible to provide a polymer secondary battery which uses a polypyrrole molded article and can be charged and discharged at a high current density and has a high charge and discharge capacity.

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

【図1】本発明の実施例1においてポリピロール成形体
を電解酸化重合する際に陽極に印加する電位波形図
FIG. 1 is a potential waveform diagram applied to an anode when electrolytically oxidatively polymerizing a polypyrrole molded article in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例1におけるポリピロール成形体
のX線マイクロアナライザー分析による厚さ方向の塩素
元素濃度の分布を示す図
FIG. 2 is a diagram showing the distribution of the chlorine element concentration in the thickness direction of the polypyrrole molded article according to Example 1 of the present invention by X-ray microanalyzer analysis.

【図3】本発明の実施例1における放電電流と容量の関
係を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between discharge current and capacity in Example 1 of the present invention.

【図4】比較例1におけるポリピロール成形体のX線マ
イクロアナライザー分析による厚さ方向の塩素元素濃度
の分布を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a distribution of chlorine element concentration in a thickness direction of a polypyrrole molded article according to Comparative Example 1 by X-ray microanalyzer analysis.

【図5】本発明の実施例2における放電電流と容量の関
係を示す図
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between discharge current and capacity in Example 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施例3におけるポリピロール成形体
のX線マイクロアナライザー分析による厚さ方向の塩素
元素濃度の分布を示す図
FIG. 6 is a diagram showing the distribution of the chlorine element concentration in the thickness direction of the polypyrrole molded article according to Example 3 of the present invention by X-ray microanalyzer analysis.

【図7】本発明の実施例4におけるポリピロール成形体
のX線マイクロアナライザー分析による厚さ方向の塩素
元素濃度の分布を示す図
FIG. 7 is a diagram showing the distribution of the chlorine element concentration in the thickness direction of the polypyrrole molded article according to Example 4 of the present invention by X-ray microanalyzer analysis.

【図8】本発明の実施例5におけるポリピロール成形体
のX線マイクロアナライザー分析による厚さ方向の塩素
元素濃度の分布を示す図
FIG. 8 is a diagram showing the distribution of the chlorine element concentration in the thickness direction of the polypyrrole molded article according to Example 5 of the present invention as determined by X-ray microanalyzer analysis.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電池用正極活物質に電解酸化重合法で製
造したポリピロール成形体を用いるポリマー二次電池に
おいて、当該ポリピロール成形体が、当該ポリピロール
成形体を正電極とし、白金を負電極とし、かつリチウム
金属を参照電極とし、LiClO4 を電解質として三電
極電池を構成し、電流密度10mA/cm2 での放電、お
よび3.6Vで定電位充電を行ったときに、放電完了時
には成形体中のアニオン濃度が充電完了時の30%以下
であり、充電完了時には下式で定義される成形体の厚さ
方向のアニオン濃度の分布が50%以下であるものであ
ることを特徴とするポリマー二次電池。 【数1】 {(Imax −Imin )/Imax }×100(%) …(1) (ここで、Imax は成形体の厚さ方向のアニオン濃度最
大値であり、Imin は成形体の厚さ方向のアニオン濃度
最小値である。)
1. A polymer secondary battery using a polypyrrole molded article produced by an electrolytic oxidation polymerization method as a positive electrode active material for a battery, wherein the polypyrrole molded article uses the polypyrrole molded article as a positive electrode and platinum as a negative electrode. A lithium metal was used as a reference electrode and LiClO 4 was used as an electrolyte to form a three-electrode battery, which was discharged at a current density of 10 mA / cm 2 and charged at a constant potential of 3.6 V. The anion concentration of 30% or less when the charging is completed, and the distribution of the anion concentration in the thickness direction of the molded body defined by the following formula is 50% or less when the charging is completed. Next battery. ## EQU1 ## {(Imax-Imin) / Imax} × 100 (%) (1) (where Imax is the maximum anion concentration in the thickness direction of the molded body, and Imin is the thickness direction of the molded body. Is the minimum anion concentration.)
【請求項2】 ポリピロール成形体の厚さが、50μm
以上、2000μm以下の請求項1記載のポリマー二次
電池。
2. The polypyrrole molded article has a thickness of 50 μm.
The polymer secondary battery according to claim 1, having a size of 2000 μm or less.
【請求項3】 ピロールと、アニオンの分子量が150
以上でイオンサイズの大きなアニオンとその対カチオン
とからなる支持塩とが、均一に溶解した溶液中に電極基
板を浸漬し、電解重合を行って薄い膜を形成し、しかる
後、還元電位以下でアンドーピング処理を行い、この薄
膜の電解重合およびアンドーピング処理を少なくとも2
回以上繰り返して行うことにより形成されたポリピロー
ル成形体を用いる請求項1記載のポリマー二次電池。
3. The pyrrole and anion have a molecular weight of 150.
As described above, a supporting ion composed of an anion having a large ionic size and its counter cation is immersed in a solution in which the electrode substrate is uniformly dissolved, and electrolytic polymerization is performed to form a thin film. Undoping treatment is performed, and at least 2 times of electrolytic polymerization and undoping treatment of this thin film are performed.
The polymer secondary battery according to claim 1, wherein a polypyrrole molded body formed by repeating the process at least once is used.
【請求項4】 ポリピロール成形体について、前記支持
塩のアニオンよりイオンサイズの充分小さいアニオンを
前記成形体内に導入・交換させたポリピロール成形体を
用いる請求項3記載のポリマー二次電池。
4. The polymer secondary battery according to claim 3, wherein the polypyrrole molded article is a polypyrrole molded article in which an anion having an ion size sufficiently smaller than the anion of the supporting salt is introduced and exchanged in the molded article.
【請求項5】 電圧値が時間とともに正と負との間を交
互に反復して変化し、かつ正電圧値である期間が大なる
電圧を印加した電解重合によって、イオンサイズの大き
なアニオンを含む支持塩とピロールとの均一溶液からポ
リピロール成形体を形成し、しかるのちイオンサイズの
小さなアニオンを前記成形体中に導入・交換させたポリ
ピロール成形体を用いる請求項3記載のポリマー二次電
池。
5. An anion having a large ion size is contained by electrolytic polymerization in which a voltage value is alternately repeated between positive and negative with time, and a voltage having a large positive voltage period is applied. The polymer secondary battery according to claim 3, wherein a polypyrrole molded body is formed from a homogeneous solution of a supporting salt and pyrrole, and then an anion having a small ion size is introduced and exchanged in the molded body.
【請求項6】 電解重合とアンドーピング処理の繰り返
し周期が10〜10,000秒/サイクルである請求項
3記載のポリマー二次電池。
6. The polymer secondary battery according to claim 3, wherein the repeating period of the electrolytic polymerization and the undoping treatment is 10 to 10,000 seconds / cycle.
【請求項7】 電解重合とアンドーピング処理の繰り返
し周期の1サイクル当たりで形成される成形体の厚さが
0.1μm〜50μmである請求項3記載のポリマー二
次電池。
7. The polymer secondary battery according to claim 3, wherein the thickness of the molded body formed per one cycle of the electrolytic polymerization and the undoping treatment is 0.1 μm to 50 μm.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274268B1 (en) 1998-07-10 2001-08-14 Nec Corporation Polymer secondary battery and method of making same
JP2005209379A (en) * 2004-01-20 2005-08-04 Samsung Sdi Co Ltd Gel electrolyte, electrode for fuel cell, and fuel cell

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