JPH0582032B2 - - Google Patents

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JPH0582032B2
JPH0582032B2 JP58199280A JP19928083A JPH0582032B2 JP H0582032 B2 JPH0582032 B2 JP H0582032B2 JP 58199280 A JP58199280 A JP 58199280A JP 19928083 A JP19928083 A JP 19928083A JP H0582032 B2 JPH0582032 B2 JP H0582032B2
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JP
Japan
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battery
electrolyte
acetylene
polymer compound
doping
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Application number
JP58199280A
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Japanese (ja)
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JPS6093773A (en
Inventor
Riichi Shishikura
Hiroshi Konuma
Hidenori Nakamura
Masao Kobayashi
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Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to EP84112784A priority patent/EP0141371B1/en
Publication of JPS6093773A publication Critical patent/JPS6093773A/en
Publication of JPH0582032B2 publication Critical patent/JPH0582032B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、高エネルギー密度を有し、充・放電
効率が高く、サイクル寿命が長く、自己放電が小
さく、放電時の電圧の平坦性が良好な二次電池に
関する。 遷移金属化合物と有機金属化合物とからなる、
いわゆるチーグラー、ナツタ触媒を用いてアセチ
レンを重合して得られるアセチレン高重合体は、
その電気伝導度が半導体領域にあることにより、
電気・電子素子として有用な有機半導体材料であ
ることはすでに知られている。 アセチレン高重合体の実用的成形品を製造する
方法としては、 (イ) 粉末状アセチレン高重合体を加圧成形する方
法、および (ロ) 特殊な重合条件下で重合と同時に膜状に成形
して、繊維状微結晶(フイブリル)構造を有
し、かつ機械的強度の大きい膜状アセチレン高
重合体を得る方法(特公昭48−32581号)、 が知られている。 上記(イ)の方法で得られる粉末状アセチレン高重
合体成形品をBF3、BCl3、HCl、Cl2、SO2
NO2、HCN、O2、NO等の電子受容性化合物
(アクセプター)で化学的に処理すると電気伝導
度が最高3桁上昇し、逆にアンモニアやメチルア
ミンのような電子供与性化合物(ドナー)で処理
すると電気伝導度が最高4桁低下することもすで
に知られている。 また、(ロ)の方法で得られる膜状アセチレン高重
合体にI2、Cl2、Br2、ICl、IBr、AsF5、SbF5
PF6等のごとき電子受容性化合物またはNa、K、
Liのごとき電子供与性化合物を化学的にドープす
ることによつてアセチレン高重合体の電気伝導度
を10-8〜103Ω-1・cm-1の広い範囲にわたつて自由
にコントロールできることもすでに知られてい
る。このドープされた膜状アセチレン高重合体を
一次電池の正極の材料として使用するという考え
もすでに提案されている。 一方、前記の化学的にドーピングする手法以外
に、電気化学的にClO4 -、PF6 -、AsF6 -
AsF4 -、CF3SO3 -、BF4 -等のごときアニオンお
よびR′4N+(R′はアルキル基で、しかも同時に同
一の基である。)のごときカチオンをアセチレン
高重合体にドープしてp型およびn型の電導性ア
セチレン高重合体を製造する方法もすでに開発さ
れている。そして、(ロ)の方法で得られる膜状アセ
チレン高重合体を用いて電気化学的ドーピングを
利用した再充電可能な電池が報告されている。こ
の電池は(ロ)の方法で得られる例えば、0.1mmの厚
さのアセチレン高重合体フイルム二枚をそれぞれ
正・負の電極とし、ヨウ化リチウムを含むテトラ
ハイドロフラン溶液にこれを浸して9Vの直流電
源につなぐとヨウ化リチウムが電気分解され、正
極のアセチレン高重合体フイルムはヨウ素でドー
プされ、負極のアセチレン高重合体フイルムはリ
チウムでドープされる。この電解ドーピングが充
電過程に相当することになる。ドープされた二つ
の電極に負荷をつなげばリチウムイオンとヨウ素
イオンが反応して電力が取り出せる。この場合、
開放端電圧(VOC)は2.8V、短絡電流密度は5m
A/cm2であり、電解液に過塩素酸リチウムのテト
ラハイドロフラン溶液を使用した場合、開放端電
圧は2.5V、短絡電流密度は約3mA/cm2であつ
た。 また、上記の(ロ)の方法で得られた厚さ0.1mmの
アセチレン高重合体フイルム2枚をそれぞれ別々
にリード線を取り出した白金メツシユに包み、1
モル/相当のテトラブチルアンモニウムパーク
ロレートを含むアセトニトリル溶液に浸漬し、5
mA/cm2の定電流で一定時間充電すると、テトラ
ブチルアンモニウムイオンは、負極のアセチレン
高重合フイルムにドープされ、パークロレートイ
オンは、正極のアセチレン高重合体フイルムにド
ープされる。この場合、電池の開放端電圧
(VOC)は2.5Vであつた。この電池を1mA/cm2
で電池電圧が1.0Vに低下するまで放電させると
充電電気量にたいし、81%の効率で放電電気量が
取り出せる。 これらの電池は、電極材料として軽量化および
小型化が容易なアセチレン高重合体を用いている
ので、高エネルギー密度を有する軽量化、小型化
が容易で、かつ安価な電池として注目を集めてい
る。 しかしながら、これら既知の文献で用いられて
いるドーパントとしての電解質のほとんどは、比
較的安定電位範囲の広い溶媒に対して溶解度が低
く、また、電解液としての電気伝導度が低いか、
または電解質そのものあるいはその電気分解物が
比較的安定電位範囲の広い溶媒と反応性を有する
ため、安定電位範囲の広い溶媒には使用できない
という難点を有する。 例えば、リチウム金属は、比較的安定電位範囲
の広い溶媒とされているニトリル系溶媒とは反応
性を有し、リチウム金属をカチオン成分とするリ
チウム塩を電解質として使用するには難点を有す
る。また、前記のようなテトラブチルアンモニウ
ム塩は、ニトリル系溶媒には比較的良く溶解し、
電解質として使用した場合、高い充・放電効率を
得ることは可能であるが、エネルギー密度が充分
満足すべきものではない。 更に、同じアルキルアンモニウム塩の一つであ
るテトラエチルアンモニウム塩を電解質として使
用する場合は、安定電位範囲の広いベンゾニトリ
ルに対してテトラエチルアンモニウム塩の溶解度
が低く、室温での飽和溶解度は1モル/に達せ
ず、従つてテトラエチルアンモニウム塩をベンゾ
ニトリルに溶解した電解液はエネルギー密度の点
から考えると非常に不利であり、高エネルギー密
度を有する電池用電解液として適用しにくい。 従つて、比較的安定電位範囲の広い有機溶媒を
用いた場合、有機溶媒への溶解度が高く、モル分
子量が可能な限り小さく、高電気伝導度を与え、
それ自身の電気化学的安定性が良く、かつ電極と
して使用する主鎖に共役二重結合を有する高分子
化合物との反応性が小さい電解質、即ちドーパン
トを得ることは当該業者間で強く要求されてい
た。 本発明者らは、上記の点から鑑みて、高エネル
ギー密度を有し、充・放電効率が高く、サイクル
寿命が長く、電圧の平坦性が良好で、自己放電率
が小さく、軽量化、小型化が容易で、かつ安価な
電池を得るべく種々検討した結果、カチオン成分
が第4級アンモニウムイオンからなるアンモニウ
ム塩が前記要求を満足し、これを電解質として用
いることにより、良好な性能を持つた二次電池が
得られることを見いだし、本発明を完成したもの
である。 即ち、本発明は、主鎖に共役二重結合を有する
高分子化合物、または該高分子化合物にドーパン
トをドープして得られる電導性高分子化合物を負
極、または正極と負極の両極に用いた電池におい
て、電解液の電解質としてカチオン成分が下記の
一般式で表わされる第4級アンモニウムイオンか
らなるアンモニウム塩を用い、電解液の溶媒とし
て芳香族ニトリル系化合物を用いたことを特徴と
する二次電池に関するものである。
The present invention relates to a secondary battery that has high energy density, high charge/discharge efficiency, long cycle life, low self-discharge, and good voltage flatness during discharge. consisting of a transition metal compound and an organometallic compound,
Acetylene polymers obtained by polymerizing acetylene using so-called Ziegler and Natsuta catalysts are
Because the electrical conductivity is in the semiconductor region,
It is already known that organic semiconductor materials are useful as electrical and electronic devices. Methods for producing practical molded products of acetylene high polymers include (a) pressure molding of powdered acetylene high polymers, and (b) molding into a membrane at the same time as polymerization under special polymerization conditions. A method for obtaining a membranous acetylene polymer having a fibrous microcrystalline (fibril) structure and high mechanical strength (Japanese Patent Publication No. 32581/1983) is known. The powdered acetylene polymer molded product obtained by the method (a) above is mixed with BF 3 , BCl 3 , HCl, Cl 2 , SO 2 ,
Chemical treatment with electron-accepting compounds (acceptors) such as NO 2 , HCN, O 2 , and NO increases electrical conductivity by up to three orders of magnitude, and conversely, chemical treatment with electron-donating compounds (donors) such as ammonia and methylamine It is already known that the electrical conductivity decreases by up to four orders of magnitude when treated with . In addition, I 2 , Cl 2 , Br 2 , ICl, IBr, AsF 5 , SbF 5 ,
Electron-accepting compounds such as PF 6 or Na, K,
It is also possible to freely control the electrical conductivity of acetylene polymers over a wide range of 10 -8 to 10 3 Ω -1 cm -1 by chemically doping them with electron-donating compounds such as Li. Already known. The idea of using this doped film-like acetylene polymer as a material for the positive electrode of a primary battery has already been proposed. On the other hand, in addition to the above chemical doping method, electrochemical doping methods such as ClO 4 - , PF 6 - , AsF 6 - ,
An acetylene polymer is doped with anions such as AsF 4 - , CF 3 SO 3 - , BF 4 -, etc. and a cation such as R′ 4 N + (R′ is an alkyl group, and they are also the same group). A method for producing p-type and n-type conductive acetylene polymers has also been developed. A rechargeable battery using electrochemical doping using a film-like acetylene polymer obtained by the method (b) has been reported. For example, this battery is made by using two 0.1 mm thick acetylene polymer films obtained by method (b) as positive and negative electrodes, and soaking them in a tetrahydrofuran solution containing lithium iodide to generate a voltage of 9V. When connected to a DC power source, lithium iodide is electrolyzed, and the acetylene polymer film at the positive electrode is doped with iodine, and the acetylene polymer film at the negative electrode is doped with lithium. This electrolytic doping corresponds to the charging process. When a load is connected to the two doped electrodes, lithium ions and iodine ions react to generate electricity. in this case,
Open circuit voltage (V OC ) is 2.8V, short circuit current density is 5m
A/cm 2 , and when a tetrahydrofuran solution of lithium perchlorate was used as the electrolyte, the open circuit voltage was 2.5 V and the short circuit current density was about 3 mA/cm 2 . In addition, two sheets of acetylene high polymer film with a thickness of 0.1 mm obtained by the method (b) above were each wrapped in a platinum mesh from which the lead wires were taken out separately.
Immersion in an acetonitrile solution containing mol/equivalent of tetrabutylammonium perchlorate,
When charged for a certain period of time at a constant current of mA/cm 2 , tetrabutylammonium ions are doped into the acetylene high polymer film of the negative electrode, and perchlorate ions are doped into the acetylene high polymer film of the positive electrode. In this case, the open circuit voltage (V OC ) of the battery was 2.5V. This battery is 1mA/cm 2
If the battery is discharged until the voltage drops to 1.0V, the amount of discharged electricity can be extracted with an efficiency of 81% compared to the amount of charged electricity. These batteries use acetylene polymer as the electrode material, which is easy to reduce weight and size, so they are attracting attention as batteries that have high energy density, are easy to reduce weight and size, and are inexpensive. . However, most of the electrolytes used as dopants used in these known documents have low solubility in solvents with a relatively wide stable potential range, and have low electrical conductivity as electrolytes.
Alternatively, since the electrolyte itself or its electrolyzed product has reactivity with a solvent having a relatively wide stable potential range, it has the disadvantage that it cannot be used with a solvent having a relatively wide stable potential range. For example, lithium metal is reactive with nitrile solvents, which are considered to be solvents with a relatively wide stable potential range, and it is difficult to use lithium salts containing lithium metal as a cation component as electrolytes. In addition, the above-mentioned tetrabutylammonium salt dissolves relatively well in nitrile solvents,
When used as an electrolyte, it is possible to obtain high charge/discharge efficiency, but the energy density is not sufficiently satisfactory. Furthermore, when using tetraethylammonium salt, which is one of the same alkylammonium salts, as an electrolyte, the solubility of tetraethylammonium salt is low in benzonitrile, which has a wide stable potential range, and the saturated solubility at room temperature is 1 mol/mol. Therefore, an electrolytic solution prepared by dissolving a tetraethylammonium salt in benzonitrile is very disadvantageous in terms of energy density, and is difficult to be applied as an electrolytic solution for batteries having a high energy density. Therefore, when using an organic solvent with a relatively wide stable potential range, it has high solubility in the organic solvent, has a molar molecular weight as low as possible, and provides high electrical conductivity.
There is a strong demand among the industry to obtain an electrolyte, that is, a dopant, which has good electrochemical stability itself and has low reactivity with the polymer compound having a conjugated double bond in the main chain used as an electrode. Ta. In view of the above points, the present inventors have discovered that the present invention has high energy density, high charge/discharge efficiency, long cycle life, good voltage flatness, low self-discharge rate, light weight, and small size. As a result of various studies to obtain a battery that is easy to produce and inexpensive, an ammonium salt whose cation component is a quaternary ammonium ion satisfies the above requirements, and by using this as an electrolyte, it has been found that it has good performance. They discovered that a secondary battery could be obtained and completed the present invention. That is, the present invention provides a battery in which a polymer compound having a conjugated double bond in its main chain, or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant, is used for the negative electrode or both the positive and negative electrodes. A secondary battery characterized in that an ammonium salt consisting of a quaternary ammonium ion whose cation component is represented by the following general formula is used as the electrolyte of the electrolytic solution, and an aromatic nitrile compound is used as the solvent of the electrolytic solution. It is related to.

【式】 [式中、R1、R2、R3およびR4は炭素数が1〜16
のアルキル基、またはアリール基である。但し、
すべてのR1、R2、R3およびR4は同時に同一の基
であることはない。] 本発明のアンモニウム塩を電解液の電解質とし
て用いた二次電池は、従来公知のR′4N+(R′はア
ルキル基で、しかも同時に同一の基である)で表
される第4級アンモニウムイオンをカチオン成分
とするアンモニウム塩やリチウム塩を電解質とし
て用いた二次電池に比較して()エネルギー密
度が大きい、()電圧平坦性が良好である、
()自己放電が少ない、()繰り返しの寿命が
長い、という利点を有する。 本発明で用いられる主鎖に共役二重結合を有す
る高分子化合物(以下、共役高分子化合物と略称
する)の具体例としては、アセチレン高重合体
(ポリアセチレン)、ポリパラフエニレン、ポリメ
タフエニレン、ポリ(2,5−チエニレン)、ポ
リピロール、ポリイミド、ポリフエニルアセチレ
ン、ポリアセン、ポリアセンキノンラジカル重合
体、シツフ塩基構造を有するキナゾリンポリマ
ー、ポリアリーレンキノン類、ポリアクリルニト
リルやポリイミドの熱分解物等を挙げることがで
きるが必ずしもこれらに限定されるものではな
く、主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物で
あれば良い。また、ホモポリマーでも共重合体で
も一向にさしつかえない。上記の高分子化合物の
うちでも好ましいものとしては、アセチレン高重
合体、ポリパラフエニレン、ポリ(2,5−チエ
ニレン)、ポリピロールを挙げることができ、特
に好ましいものとしてはアセチレン高重合体を挙
げることができる。 本発明で好ましく用いられるアセチレン高重合
体の製造方法は特に制限はなく、いずれの方法で
も用いられるが、その具体例としては特公昭48−
32581号、特公昭56−45365号、特開昭55−129404
号、同55−128419号、同55−142012号、同56−
10428号、同56−133133号、Trans.Farady Soc.、
64、823(1968)、J.Polymer Sci.、A−1、
3419(1969)、Makromol.Chem.、Rapid
Comm.、、621(1980)、J.Chem.Phys.、69(1)、
106(1978)、Synthetic Metals、、81(1981)
等の方法を挙げることができる。 本発明においては、共役高分子化合物にグラフ
アイト、カーボンブラツク、アセチレンブラツ
ク、金属粉および炭素繊維等のごとき導電材料を
混合しても良く、また集電体として金属網等を入
れることも一向にさしつかえない。 本発明では、共役高分子化合物ばかりでなく、
該高分子化合物にドーパントをドープして得られ
る導電性高分子化合物も電極として用いることが
できる。 共役高分子化合物へのドーパントのドーピング
方法は、化学的ドーピングおよび電気化学的ドー
ピングのいずれの方法を採用しても良い。 共役高分子化合物に化学的にドーピングするド
ーパントとしては、従来知られている種々の電子
受容性化合物および電子供与性化合物、即ち、
()ヨウ素、臭素およびヨウ化臭素のごときハ
ロゲン、()五フツ化ヒ素、五フツ化アンチモ
ン、四フツ化ケイ素、五塩化リン、五フツ化リ
ン、塩化アンモニウム、臭化アルミニウムおよび
フツ化アルミニウムのごとき金属ハロゲン化物、
()硫酸、硝酸、フルオロ硫酸、トリフルオロ
メタン硫酸およびクロロ硫酸のごときプロトン
酸、()三酸化イオウ、二酸化窒素、ジフルオ
ロスルホニルパーオキシドのごとき酸化剤、()
AgClO4、()テトラシアノエチレン、テトラ
シアノキノジメタン、クロラニール、2,3−ジ
クロル−5,6−ジシアノパラベンゾキノン、
2,3−ジブロム−5,6−ジシアノパラベンゾ
キノン等を挙げることができる。 一方、共役高分子化合物に電気化学的にドーピ
ングするドーパントとしては、()PF6
SbF6 -、AsF6 -、SbCl6 -のごときa族の元素の
ハロゲン化物アニオン、BF4 -のごときa族の
元素のハロゲン化物アニオン、-3 -)、Br-
Cl-のごときハロゲンアニオン、ClO4 -のごとき
過塩素酸アニオンなどの陰イオン・ドーパント
(いずれもP型電導性共役高分子化合物を与える
ドーパントとして有効)および()Li+、Na+
K+のごときアルカリ金属イオン、R4N+(R:炭
素数1〜20の炭化水素基)のごとき4級アンモニ
ウムイオンなどの陽イオン・ドーパント(いずれ
もn型電導性共役高分子化合物を与えるドーパン
トとして有効)等を挙げることができるが、必ず
しもこれらに限定されるものではない。 但し、共役高分子化合物にあらかじめドーパン
トをドープして得られる導電性高分子化合物を電
極に用いる場合は、負極に予備ドープされるドー
パントは、本発明において電池の電解質に用いら
れる第4級アンモニウムカチオンと同一のものが
望ましい。 また、本発明における電池のドープ量は電解の
際に流れた電気量を測定することによつて自由に
制御することができる。一定電流下でも一定電圧
下でもまた電流および電圧の変化する条件下のい
ずれの方法でドーピングを行つても良い。ドーピ
ングの際の電流値、電圧値およびドーピング時間
等は、用いる共役高分子化合物の種類、嵩さ密
度、面積、ドーパントの種類、電解液の種類、要
求される電気伝導度によつて異なるので一概に規
定することはできない。 共役高分子化合物にドープされるドーパントの
量は、共役高分子化合物の繰り返し単位1モルに
対して2〜40モル%であり、好ましくは4〜30モ
ル%、特に好ましくは5〜20モル%である。ドー
プしたドーパントの量が2モル%以下でも40モル
%以上でも放電容量の充分大きな二次電池を得る
ことはできない。 共役高分子化合物の電気伝導量はドーピング前
において、10-5Ω-1・cm-1以下であり、ドーパン
トをドープして得られる電導性共役高分子化合物
の電気伝導度は約10-10〜104Ω-1・cm-1の範囲で
ある。 本発明において用いられる電池の電解質は、カ
チオン成分が前記一般式で表される第4級アンモ
ニウムイオンからなるアンモニウム塩である。 アンモニウム塩のカチオン成分の具体例として
は、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチ
ルブチルアンモニウム、トリメチルヘキシルアン
モニウム、トリメチルオクチルアンモニウム、ト
リメチルイソブチルアンモニウム、トリメチルタ
ーシヤリーブチルアンモニウム、トリメチルイソ
プロピルアンモニウム、トリメチルヘキサデシル
アンモニウム、トリメチルペンチルアンモニウ
ム、トリメチルフエニルアンモニウム、トリエチ
ルブチルアンモニウム、トリエチルプロピルアン
モニウム、トリエチルメチルアンモニウム、トリ
エチルヘキシルアンモニウム、トリエチルフエニ
ルアンモニウム、トリプロピルブチルアンモニウ
ム、トリブチルメチルアンモニウム、トリブチル
エチルアンモニウム、ジプロピルジエチルアンモ
ニウム、ジブチルジエチルアンモニウム、ジブチ
ルジメチルアンモニウム、ジメチルジフエニルア
ンモニウム、ジエチルジフエニルアンモニウム、
ジブチルエチルメチルアンモニウム、ジプロピル
エチルメチルアンモニウム、ブチルプロピルエチ
ルメチルアンモニウム等が挙げられる。 これらのカチオン成分とアンモニウム塩を構成
するアニオン成分の具体例としては、HF2 -
ClO4 -、AlCl4 -、BF4 -、FeCl4-、SnCl5 -、PF6 -
PCl6 -、SiF4 -、SbF6 -、AsF6 -、CF3SO3 -等が挙
げられる。 アンモニウム塩の具体例としては、トリエチル
ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、ト
リエチルブチルアンモニウムパークロレート、ト
リエチルブチルアンモニウムヘキサフルオロフオ
スフエート、トリメチルブチルアンモニウムトリ
フルオロメタンスルフオネート、トリメチルエチ
ルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリメ
チルエチルアンモニウムヘキサフルオロフオスフ
エート、ジブチルジエチルアンモニウムパークロ
レート、トリブチルエチルアンモニウムテトラフ
ルオロボレート、ブチルプロピルエチルメチルア
ンモニウムヘキサクロロフオスフエート、トリメ
チルフエニルテトラフルオロボレート、トリエチ
ルフエニルテトラフルオロボレート等を挙げるこ
とができるが、これらに限定されるものではな
い。 これらのアンモニウム塩は、1種または2種以
上を混合して使用しても良い。 また、本発明のアンモニウム塩は、他のアルキ
ルアンモニウム塩、例えばテトラブチルアンモニ
ウム塩やテトラエチルアンモニウム塩との混合電
解質として用いてもさしつかえないし、またはア
ルカリ金属塩、例えばリチウム塩、ナトリウム塩
およびカリウム塩との混合電解質として用いても
さしつかえない。 更に、本発明のアンモニウム塩は、次式()
で表されるピリリウムまたはピリジウム・カチオ
ン:
[Formula] [In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have 1 to 16 carbon atoms
is an alkyl group or an aryl group. however,
All R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are never the same group. ] The secondary battery using the ammonium salt of the present invention as an electrolyte of the electrolytic solution is a quaternary battery represented by the conventionally known R′ 4 N + (R′ is an alkyl group and is also the same group). Compared to secondary batteries that use ammonium salts containing ammonium ions as cation components or lithium salts as electrolytes, they have () higher energy density, () better voltage flatness,
It has the advantages of () low self-discharge and () long repeated life. Specific examples of polymer compounds having a conjugated double bond in the main chain (hereinafter referred to as conjugated polymer compounds) used in the present invention include acetylene polymers (polyacetylene), polyparaphenylene, and polymethaphenylene. Nylene, poly(2,5-thienylene), polypyrrole, polyimide, polyphenylacetylene, polyacene, polyacenequinone radical polymer, quinazoline polymer with Schiff base structure, polyarylenequinones, thermal decomposition products of polyacrylonitrile and polyimide, etc. Examples thereof include, but are not necessarily limited to, and any polymer compound having a conjugated double bond in its main chain may be used. Further, there is no problem with either homopolymers or copolymers. Among the above-mentioned polymers, preferred are acetylene polymers, polyparaphenylene, poly(2,5-thienylene), and polypyrrole, and particularly preferred are acetylene polymers. be able to. The method for producing the acetylene polymer preferably used in the present invention is not particularly limited, and any method can be used.
No. 32581, JP 56-45365, JP 55-129404
No. 55-128419, No. 55-142012, No. 56-
No. 10428, No. 56-133133, Trans. Farady Soc.
64, 823 (1968), J. Polymer Sci., A-1, 7 ,
3419 (1969), Makromol.Chem., Rapid
Comm., 1 , 621 (1980), J.Chem.Phys., 69(1),
106 (1978), Synthetic Metals, 4 , 81 (1981)
The following methods can be mentioned. In the present invention, a conductive material such as graphite, carbon black, acetylene black, metal powder, carbon fiber, etc. may be mixed with the conjugated polymer compound, and it is absolutely prohibited to insert a metal net or the like as a current collector. do not have. In the present invention, not only conjugated polymer compounds but also
A conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant can also be used as an electrode. The method for doping the conjugated polymer compound with a dopant may be either chemical doping or electrochemical doping. As dopants to be chemically doped into the conjugated polymer compound, there are various conventionally known electron-accepting compounds and electron-donating compounds, i.e.,
() Halogens such as iodine, bromine and bromine iodide, () Arsenic pentafluoride, Antimony pentafluoride, Silicon tetrafluoride, Phosphorus pentafluoride, Phosphorus pentafluoride, Ammonium chloride, Aluminum bromide and Aluminum fluoride. metal halides such as
() Protic acids such as sulfuric acid, nitric acid, fluorosulfuric acid, trifluoromethanesulfuric acid and chlorosulfuric acid; () Oxidizing agents such as sulfur trioxide, nitrogen dioxide, difluorosulfonyl peroxide; ()
AgClO 4 , ()tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, chloranil, 2,3-dichloro-5,6-dicyanoparabenzoquinone,
Examples include 2,3-dibromo-5,6-dicyanoparabenzoquinone. On the other hand, dopants to be electrochemically doped into a conjugated polymer compound include ()PF 6 ,
Halide anions of group a elements such as SbF 6 - , AsF 6 - , SbCl 6 -, halide anions of group a elements such as BF 4 - , - ( 3 - ), Br - ,
Anion dopants such as halogen anions such as Cl - , perchlorate anions such as ClO 4 - (both are effective as dopants that provide a P-type conductive conjugated polymer compound), and ()Li + , Na + ,
Alkali metal ions such as K + , cations and dopants such as quaternary ammonium ions such as R4N + (R: hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms) (both of which provide n-type conductive conjugated polymer compounds) (effective as a dopant), but are not necessarily limited to these. However, when a conductive polymer compound obtained by doping a conjugated polymer compound with a dopant in advance is used for the electrode, the dopant pre-doped into the negative electrode is a quaternary ammonium cation used in the battery electrolyte in the present invention. It is desirable to have the same one. Furthermore, the amount of doping in the battery of the present invention can be freely controlled by measuring the amount of electricity flowing during electrolysis. Doping can be carried out either under constant current, constant voltage, or varying current and voltage conditions. The current value, voltage value, doping time, etc. during doping vary depending on the type of conjugated polymer compound used, bulk density, area, type of dopant, type of electrolyte, and required electrical conductivity. cannot be specified. The amount of dopant doped into the conjugated polymer compound is 2 to 40 mol%, preferably 4 to 30 mol%, particularly preferably 5 to 20 mol%, based on 1 mol of repeating units of the conjugated polymer compound. be. Even if the amount of the doped dopant is less than 2 mol % or more than 40 mol %, a secondary battery with a sufficiently large discharge capacity cannot be obtained. The electrical conductivity of the conjugated polymer compound is 10 -5 Ω -1 cm -1 or less before doping, and the electrical conductivity of the conductive conjugated polymer compound obtained by doping with a dopant is about 10 -10 ~ It is in the range of 10 4 Ω -1 cm -1 . The electrolyte of the battery used in the present invention is an ammonium salt whose cation component is a quaternary ammonium ion represented by the above general formula. Specific examples of the cation component of the ammonium salt include trimethylpropylammonium, trimethylbutylammonium, trimethylhexylammonium, trimethyloctylammonium, trimethylisobutylammonium, trimethyltertiarybutylammonium, trimethylisopropylammonium, trimethylhexadecyl ammonium, trimethylpentylammonium, Trimethylphenylammonium, triethylbutylammonium, triethylpropylammonium, triethylmethylammonium, triethylhexylammonium, triethylphenylammonium, tripropylbutylammonium, tributylmethylammonium, tributylethylammonium, dipropyldiethylammonium, dibutyldiethylammonium, dibutyldimethyl ammonium, dimethyldiphenylammonium, diethyldiphenylammonium,
Examples include dibutylethylmethylammonium, dipropylethylmethylammonium, butylpropylethylmethylammonium, and the like. Specific examples of these cationic components and anionic components constituting the ammonium salt include HF 2 - ,
ClO 4 - , AlCl 4 - , BF 4 - , FeCl 4 - , SnCl 5 - , PF 6 - ,
Examples include PCl 6 , SiF 4 , SbF 6 , AsF 6 , CF 3 SO 3 and the like. Specific examples of ammonium salts include triethylbutylammonium tetrafluoroborate, triethylbutylammonium perchlorate, triethylbutylammonium hexafluorophosphate, trimethylbutylammonium trifluoromethanesulfonate, trimethylethylammonium tetrafluoroborate, and trimethylethylammonium hexafluoroborate. Examples include fluorophosphate, dibutyldiethylammonium perchlorate, tributylethylammonium tetrafluoroborate, butylpropylethylmethylammonium hexachlorophosphate, trimethylphenyltetrafluoroborate, triethylphenyltetrafluoroborate, etc. It is not limited to. These ammonium salts may be used alone or in combination of two or more. The ammonium salts of the present invention may also be used as mixed electrolytes with other alkylammonium salts, such as tetrabutylammonium salts and tetraethylammonium salts, or with alkali metal salts, such as lithium salts, sodium salts, and potassium salts. It can also be used as a mixed electrolyte. Furthermore, the ammonium salt of the present invention has the following formula ()
Pyrylium or pyridium cation represented by:

【化】 [式中、Xは酸素原子または窒素原子、R′は水
素原子または炭素数が1〜15のアルキル基、炭素
数6〜15のアリール基、R″はハロゲン原子また
は炭素数が1〜10のアルキル基、炭素数が6〜15
のアリール基、mはXが炭素原子のとき0であ
り、Xが窒素原子のとき1である。nは0または
1〜5である。] または次式()もしくは()で表されるカ
ルボニウム・カチオン:
[Formula, X is an oxygen atom or a nitrogen atom, R' is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and R'' is a halogen atom or a carbon number 1 ~10 alkyl groups, 6 to 15 carbon atoms
In the aryl group, m is 0 when X is a carbon atom, and 1 when X is a nitrogen atom. n is 0 or 1-5. ] Or a carbonium cation represented by the following formula () or ():

【式】 または【formula】 or

【式】 [式中、R1、R2、R3は水素原子(R1、R2、R3
同時に水素であることはない。)、炭素数1〜15の
アルキル基、アリル(allyl)基、炭素数6〜15
のアリール基または−OR5基、但しR5は炭素数
が1〜10のアルキル基または炭素数6〜15のアリ
ール基を示し、R4は水素原子、炭素数が1〜15
のアルキル基、炭素数6〜15のアリール基であ
る。] をカチオン成分として有する電解質と混合して使
用しても良い。 但し、本発明のカチオン成分が第4級アンモニ
ウムイオンからなるアンモニウム塩と他の電解質
とを混合して用いる場合は、アンモニウム塩を等
モル以上含有した形態で用いることが好ましい。 本発明において用いられる電解液の有機溶媒と
しては、芳香族ニトリル系化合物である。 この有機溶媒の具体例としては、ベンゾニトリ
ル、o−トルニトリル、m−トルニトリル、p−
トルニトリル等を挙げることができる。これらの
溶媒は、混合溶媒として用いても一向にさしつか
えない。 本発明の二次電池において用いられる電解質の
濃度は用いる正極または負極の種類、充・放電条
件、作動温度、電解質の種類および有機溶媒の種
類等によつて異なるので一概に規定することはで
きないが、通常は0.5〜10モル/の範囲である。
電解液は均一系でも不均一系でも一向にさしつか
えない。 本発明において、共役高分子化合物または該共
役高分子化合物にドーパントをドープして得られ
る電導性共役高分子化合物は、電池の()負極
または()正極と負極の両極の活性物質として
用いることができるが、本発明の効果を最大限に
発揮するには()のタイプの電池が好ましい。 例えば共役高分子化合物としてアセチレン高重
合体を用いた二次電池の場合、()の例として、
アセチレン高重合体を(CH)xとすると、グラフ
アイト(正極)/(Et3BuN)+・(ClO4-(電解
質)/(CH)x(負極)、()の例としては [(CH)+0.024(ClO4- 0.024x(正極)/
(Me3BuN)+・(ClO4-(電解質)/[(Me3BuN)
+0.024(CH)-0.024x(負極)、[(CH)+0.06
(PF6- 0.06x(正極)/(Bu3EtN)+・(PF6-(電
解質)/[(Bu3EtN)+0.06(CH)-0.06x(負極)、
[(Et3BuN)+0.02(CH)-0.02x(正極)/
(Et3BuN)+・(ClO4-(電解質)/[Et3BuN)+0.0
)(CH)-0.07x(負極)等を挙げることができ
る。 ポリパラフエニレンの場合には前記の(CH)x
の代りに(C6H4xを、ポリ(2,5−チエニレ
ン)の場合には(CH)xの代りに(C4H2S)xを、
ポリピロールの場合には(C4H2N)xとして前記
と同じ型の二次電池として用いられる。 また、本発明では正極、負極にそれぞれ異なつ
た共役高分子化合物を用いることもでき、その具
体例としては(CH)x/Et3BuN・ClO4
(C6H4x、(CH)x/Me3BuN・BF4/(C4H2S)x
(C6H4x/Et2Bu2N・PF6・(C4H2S)x等を挙げる
ことができる。 本発明において必要ならばポリエチレン、ポリ
プロピレンのごとき合成樹脂製の多孔質膜や天然
繊維紙を隔膜として用いても一向にさしつかえな
い。 また本発明において用られる共役高分子化合物
の一部は、酸素によつて徐々に酸化反応を受け、
電池の性能が低下させる場合もあるので、電池は
密閉式にして実質的に無酸素の状態であることが
必要である。 本発明の二次電池は、高エネルギー密度を有
し、充・放電効率が高く、サイクル寿命が長く、
自己放電率が小さく、放電時の電圧の平坦性が良
好である。また、本発明の二次電池は、軽量、小
型で、かつ高いエネルギー密度を有するからポー
タブル機器、電気自動車、ガソリン自動車および
電力貯蓄用バツテリーとして最適である。 以下、実施例および比較例を挙げて本発明を更
に詳細に説明する。 実施例 1 [膜状アセチレン高重合体の製造] 窒素雰囲気下で内容積500mlのガラス製反応容
器に1.7mlのチタニウムテトラブトキサイドを加
え、30mlのアニソールを溶かし、次いで2.7mlの
トリエチルアルミニウムを撹拌しながら加えて触
媒溶液を調製した。 この反応容器を液体窒素で冷却して、系中の窒
素ガスを真空ポンプで排気した。次いで、この反
応容器を−78℃に冷却し、触媒溶液を静止したま
まで、1気圧の圧力の精製アセチレンガスを吹き
込んだ。 直ちに、触媒溶液表面で重合が起こり、膜状の
アセチレン高重合体が生成した。アセチレン導入
後、30分で反応容器系内のアセチレンガスを排気
して重合を停止した。窒素雰囲気下で触媒溶液を
注射器で除去した後、−78℃に保つたまま精製ト
ルエン100mlで5回繰り返し洗浄した。トルエン
で膨潤した膜状アセチレン高重合体は、フイブリ
ルが密に絡み合つた均一な膜状膨潤物であつた。
次いでこの膨潤物を真空乾燥して金属光沢を有す
る赤紫色の厚さ100μmで、シス含量98%の膜状
アセチレン高重合体を得た。また、この膜状アセ
チレン高重合体の嵩さ密度は0.30g/c.c.であり、
その電気伝導度(直流四端子法)は20℃で、3.2
×10-9Ω-1・cm-1であつた。 [電池実験] 前記の方法で得られた膜状アセチレン重合体か
ら、直径20mmの円板2枚を切り抜いて、それぞれ
を正極、負極の活物質として、電池を構成した。 第1図は、本発明の一具体例である二次電池の
特性測定用電池セルの断面概略図であり、1は負
極用白金リード線、2は直径20mm、80メツシユの
負極用白金網集電体、3は直径20mmの円板状負
極、4は直径20mmの円形の多孔質ポリプロピレン
製隔膜で、電解液を充分含浸できる厚さにしたも
の、5は直径20mmの円板状正極、6は直径20mm、
80メツシユの正極用白金網集電体、7は正極リー
ド線、8はねじ込み式テフロン製容器を示す。 まず、前記、正極用白金網集電体6をテフロン
製容器8の凹部の下部に入れ、更に正極5を正極
用白金網集電体6の上に重ね、その上に多孔性ポ
リプロピレン性隔膜4を重ね、電解液を充分含浸
させた後、負極3を重ね、更にその上に負極用白
金網集電体2を載置し、テフロン製容器8を締め
つけて電池を作製した。 電解液としては、常法に従つて蒸留脱水ベンゾ
ニトリルに溶解したEt3BuN・BF4の1モル/
溶液を用いた。 このようにして作製した電池を用いて、アルゴ
ン雰囲気中で、一定電流下(4.0mA/cm2)で15
分間充電を行つた(ドーピング量5モル%に相当
する電気量)。充電終了後、直ちに一定電流下
(4.0mA/cm2)で、放電を行い電池電圧が1Vに
なつたところで再度前記と同じ条件で充電を行う
充・放電の繰り返し試験を行つたところ、充・放
電効率が50%に低下するまでに充・放電の繰り返
し回数は、700回を記録した。この繰り返し実験
での繰り返し回数5回目の放電時間と電圧の関係
は、第2図の曲線aのようになつた。 また、繰り返し回数5回目のエネルギー密度
は、140W・hr/Kgで、充・放電効率は99%であ
つた。また、充電したのち48時間放置したとこ
ろ、その自己放電率は3.0%であつた。 比較例 1 実施例1において、電解液の電解質として用い
たEt3BuN・BF4の代りにBu4N・BF4を用いた以
外は実施例1と全く同様の方法で電池の充・放電
の繰り返し実験を行つたところ、最高充・放電効
率は、96%であり、繰り返し回数410回目で放電
が不可能となつた。 この電池実験でも5回目の放電時間と電圧の関
係は、第2図の曲線bのようになつた。また繰り
返し回数5回目のエネルギー密度は130W・hr/
Kgで、充・放電効率は96%であつた。また、充電
したのち48時間放置したところ、その自己放電率
は5.2%であつた。 比較例 2 実施例2において、電解液の電解質として用い
たEt3BuN・BF4の代りにEt4・N・BF4を等モル
量用いて試みたところ、Et4N・BF4はベンゾニ
トリルにほとんど溶解せず、溶解しないEt4N・
BF4が沈殿したままの状態で実施例1と同様の方
法で電池の充・放電の繰り返し実験を行つた。そ
の結果、最高、充・放電効率は72%であり、繰り
返し回数25回目で放電が不可能となつた。 比較例 3 実施例1において、電解液の電解質として用い
たEt3BuN・BF4の代りにLiBF4を等モル量用い
て試みたところ、LiBF4はベンゾニトリルに完全
には溶解せず、一部、不溶解で沈殿したままの状
態で実施例1と同様の方法で電池の充・放電の繰
り返し実験を行つた。結果は、最高充放電効率は
24%であり、繰り返し回数12回目で放電が不可能
となつた。 この電池実験でも5回目の放電時間と電圧の関
係は、第2図の曲線cのようになつた。また、繰
り返し数5回目のエネルギー密度24W・hr/Kgで
充・放電効率は18%であつた。 比較例 4 窒素ガスで完全に置換した1のガラス製反応
容器に、ステンレス・スチールの100メツシユの
網を入れ、次いで重合溶媒として常法に従つて精
製したトルエン100ml、触媒としてテトラブトキ
シチタニウム4.41ミリモルおよびトリエチルアル
ミニウム11.01ミリモルを順次に室温で仕込んで
触媒溶液を調製した。触媒溶液は均一溶液であつ
た。次いで、反応器を液体窒素で冷却して系中の
窒素ガスを真空ポンプで排気した。−78℃に反応
器を冷却し、触媒溶液を静置した状態で1気圧の
圧力の精製アセチレンガスを吹き込んだ。アセチ
レンガスの圧力を1気圧に保つたままで10時間重
合反応をそのまま継続した。系は赤紫色を呈した
寒天状であつた。重合終了後、未反応のアセチレ
ンガスを除去し、系の温度を−78℃に保つたまま
200mlの精製トルエンで4回繰り返し洗浄し、ト
ルエンで膨潤した膜厚が約0.5cmのステンレス・
スチールの網を含むシート状膨潤アセチレン高重
合体を得た。この膨潤アセチレン高重合体は、
300〜500Åの径の繊維状微結晶(フイブリル)が
規則的に絡み合つた膨潤物であり、粉末状や塊状
のポリマーは生成していなかつた。 このステンレス・スチールの網を含むシート状
膨潤アセチレン高重合体をクロムメツキしたフエ
ロ板にはさみ、室温で100Kg/cm2の圧力で予備プ
レスし、次いで15ton/cm2の圧力で予備プレスし
て赤褐色の金属光沢を持つた均一で可撓性のある
膜厚280μmの複合体を得た。この複合体を5時
間室温で真空乾燥した。この複合体は43重量%の
ステンレス・スチールの網を含有していた。 [電池実験] 前記の方法で得られた複合体から、直径20mmの
円板2枚を切り抜いて正極活物質、負極活物質と
し、電解液としては蒸留脱水アセトニトリルに溶
解したMe3BuN.CuO4の1モル/溶液を用い、
実施例1と全く同様のセルで充・放電実験行つ
た。充電電流密度は5.0mA/cm2で15分間充電を
行つた(ドーピング量は5モル%相当)。充電終
了後、直ちに放電電流密度5.0mA/cm2で放電を
行い電池電圧が1Vになつたところで再度、前記
と同じ条件で充電を行う充・放電の繰り返し試験
を行つたところ、充・放電効率が50%に低下する
までに充・放電の繰り返し回数は420回を記録し
た。 この繰り返し実験での繰り返し回数5回目のエ
ネルギー密度は152W・hr/Kgで、充・放電効率
は98%であつた。また、充電したのち48時間放置
したところ、その自己放電率は9.5%であつた。 実施例 2 Bull.Chem.Soc.Japan.、51、2091(1978)に記
載されている方法で製造したポリ(パラフエニレ
ン)を1ton/cm2の圧力で20mmφの円板状に成形し
たものを正極とした以外は実施例1と全く同じ方
法で[電池実験]を行つた結果、充・放電の繰り
返し試験250回まで第1回目の放電時の電圧特性
とほとんど同じであつた。充・放電効率が50%に
低下するまでの繰り返し回数は365回を記録した。
この電池のエネルギー密度は162W・hr/Kgであ
り、充・放電効率は91%であつた。また、充電し
たのち48時間放置したところその自己放電率は
4.5%であつた。 比較例 5 実施例3において、電解液の電解質として用い
たEt3BuN・BF4の代りに、ベンゾニトリルに1
モル/近く溶解する対称形アルキルアンモニウ
ム塩で、かつ分子量がEt3BuN・BF4にできるだ
け近いものとしてPr4・N・BF4を用いた。 以下、実施例3と全く同じ方法で[電池実験]
を行つた。その結果、充・放電の繰り返しは、
215回目でストツプした。また、この電池のエネ
ルギー密度は145w・hr/Kgで、充・放電効率は
88%であつた。更に、充電したのち48時間放電し
たところその自己放電率は18%であつた。 実施例 3〜6 実施例1において、電解質および溶媒の組み合
わせを表のごとく変えた以外は実施例1と全く同
様な方法で充・放電の繰り返し実験を行つた。結
果を表にした。表中、エネルギー密度は繰り返し
回数5回目のものを示し、サイクル寿命は充・放
電効率が50%に低下するまでの繰り返し回数を示
した。また、自己放電量は、充電終了後48時間、
開回路で放置した後のものを示した。
[Formula] [In the formula, R 1 , R 2 , and R 3 are hydrogen atoms (R 1 , R 2 , and R 3 are never hydrogen at the same time), an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, allyl ) group, carbon number 6-15
aryl group or -OR 5 group, provided that R 5 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom, and R 4 is a hydrogen atom, and
are an alkyl group and an aryl group having 6 to 15 carbon atoms. ] may be used in combination with an electrolyte having as a cationic component. However, when the cationic component of the present invention is a mixture of an ammonium salt consisting of quaternary ammonium ions and another electrolyte, it is preferable to use the ammonium salt in a form containing equal moles or more of the ammonium salt. The organic solvent of the electrolyte used in the present invention is an aromatic nitrile compound. Specific examples of this organic solvent include benzonitrile, o-tolnitrile, m-tolnitrile, p-
Examples include tolnitrile. There is no problem in using these solvents as a mixed solvent. The concentration of the electrolyte used in the secondary battery of the present invention cannot be unconditionally defined because it varies depending on the type of positive electrode or negative electrode used, charge/discharge conditions, operating temperature, type of electrolyte, type of organic solvent, etc. , usually in the range of 0.5 to 10 mol/.
It does not matter whether the electrolyte is homogeneous or heterogeneous. In the present invention, the conjugated polymer compound or the conductive conjugated polymer compound obtained by doping the conjugated polymer compound with a dopant can be used as an active material for the () negative electrode or () both the positive and negative electrodes of a battery. However, in order to maximize the effects of the present invention, batteries of the type () are preferred. For example, in the case of a secondary battery using an acetylene polymer as a conjugated polymer compound, as an example of (),
If the acetylene polymer is (CH) x , graphite (positive electrode) / (Et 3 BuN) +・(ClO 4 ) - (electrolyte) / ( CH ) CH) +0.024 (ClO 4 ) - 0.024 ] x (positive electrode)/
(Me 3 BuN) +・(ClO 4 ) - (electrolyte)/[(Me 3 BuN)
+0.024 (CH) -0.024 ] x (negative electrode), [(CH) +0.06
(PF 6 ) - 0.06 ] x (positive electrode) / (Bu 3 EtN) +・(PF 6 ) - (electrolyte) / [(Bu 3 EtN) +0.06 (CH) -0.06 ] x (negative electrode),
[(Et 3 BuN) +0.02 (CH) -0.02 ] x (positive electrode)/
(Et 3 BuN) +・(ClO 4 ) - (electrolyte)/[Et 3 BuN) +0.0
7 ) (CH) -0.07 ] x (negative electrode). In the case of polyparaphenylene, the above (CH) x
(C 6 H 4 ) x instead of (C 6 H 4 ) x, and (C 4 H 2 S) x instead of (CH) x in the case of poly(2,5-thienylene).
In the case of polypyrrole, it is used as (C 4 H 2 N) x in the same type of secondary battery as above. Further, in the present invention, different conjugated polymer compounds can be used for the positive electrode and the negative electrode, and a specific example thereof is (CH) x /Et 3 BuN・ClO 4 /
(C 6 H 4 ) x , (CH) x /Me 3 BuN・BF 4 /(C 4 H 2 S) x ,
Examples include (C 6 H 4 ) x /Et 2 Bu 2 N, PF 6 , (C 4 H 2 S) x , and the like. In the present invention, if necessary, a porous membrane made of synthetic resin such as polyethylene or polypropylene or natural fiber paper may be used as a diaphragm. In addition, some of the conjugated polymer compounds used in the present invention undergo a gradual oxidation reaction with oxygen,
The battery must be sealed and substantially oxygen-free, as this may reduce the performance of the battery. The secondary battery of the present invention has high energy density, high charge/discharge efficiency, long cycle life,
The self-discharge rate is low and the voltage flatness during discharge is good. Furthermore, the secondary battery of the present invention is lightweight, compact, and has a high energy density, so it is suitable for use in portable devices, electric vehicles, gasoline vehicles, and power storage batteries. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Example 1 [Production of film-like acetylene polymer] 1.7 ml of titanium tetrabutoxide was added to a glass reaction vessel with an internal volume of 500 ml under a nitrogen atmosphere, 30 ml of anisole was dissolved, and then 2.7 ml of triethylaluminum was stirred. A catalyst solution was prepared in parallel. This reaction vessel was cooled with liquid nitrogen, and the nitrogen gas in the system was evacuated using a vacuum pump. The reaction vessel was then cooled to −78° C. and purified acetylene gas at a pressure of 1 atmosphere was bubbled through while the catalyst solution remained stationary. Polymerization immediately occurred on the surface of the catalyst solution, producing a film-like acetylene high polymer. Thirty minutes after the introduction of acetylene, the acetylene gas in the reaction vessel system was exhausted to stop the polymerization. After the catalyst solution was removed with a syringe under a nitrogen atmosphere, it was washed five times with 100 ml of purified toluene while keeping the temperature at -78°C. The film-like acetylene polymer swollen with toluene was a uniform film-like swollen product in which fibrils were tightly entangled.
This swollen product was then vacuum-dried to obtain a reddish-purple film with a metallic luster, a thickness of 100 μm, and a cis content of 98%. In addition, the bulk density of this film-like acetylene high polymer is 0.30 g/cc,
Its electrical conductivity (DC four terminal method) is 3.2 at 20°C.
×10 -9 Ω -1・cm -1 . [Battery Experiment] Two disks with a diameter of 20 mm were cut out from the film-like acetylene polymer obtained by the above method, and a battery was constructed by using the disks as active materials for a positive electrode and a negative electrode, respectively. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a battery cell for measuring the characteristics of a secondary battery, which is a specific example of the present invention, in which 1 is a platinum lead wire for the negative electrode, and 2 is a collection of platinum wire mesh for the negative electrode with a diameter of 20 mm and 80 meshes. Electric body, 3 is a disc-shaped negative electrode with a diameter of 20 mm, 4 is a circular porous polypropylene diaphragm with a diameter of 20 mm, and is thick enough to be sufficiently impregnated with electrolyte, 5 is a disc-shaped positive electrode with a diameter of 20 mm, 6 is 20mm in diameter,
80 mesh platinum wire mesh current collector for the positive electrode, 7 a positive electrode lead wire, and 8 a screw-in Teflon container. First, the platinum wire mesh current collector 6 for the positive electrode is placed in the lower part of the concave portion of the Teflon container 8, and then the positive electrode 5 is stacked on the platinum wire mesh current collector 6 for the positive electrode, and the porous polypropylene diaphragm 4 is placed on top of the platinum wire mesh current collector 6 for the positive electrode. After stacking them and sufficiently impregnating them with the electrolyte solution, the negative electrode 3 was stacked, and the platinum wire mesh current collector 2 for the negative electrode was further placed thereon, and the Teflon container 8 was tightened to produce a battery. The electrolyte was 1 mol/Et 3 BuN・BF 4 dissolved in distilled and dehydrated benzonitrile according to a conventional method.
A solution was used. Using the battery prepared in this way, the battery was heated at a constant current (4.0 mA/cm 2 ) for 15 minutes in an argon atmosphere.
Charging was performed for minutes (amount of electricity corresponding to a doping amount of 5 mol %). Immediately after charging, the battery was discharged under a constant current (4.0mA/cm 2 ), and when the battery voltage reached 1V, it was charged again under the same conditions as above. The number of charging and discharging cycles was recorded as 700 times before the discharge efficiency decreased to 50%. The relationship between discharge time and voltage at the fifth repetition in this repeated experiment was as shown by curve a in FIG. 2. Furthermore, the energy density at the fifth repetition was 140 W·hr/Kg, and the charge/discharge efficiency was 99%. Furthermore, when the battery was left for 48 hours after being charged, its self-discharge rate was 3.0%. Comparative Example 1 A battery was charged and discharged in exactly the same manner as in Example 1, except that Bu 4 N BF 4 was used instead of Et 3 BuN BF 4 used as the electrolyte in the electrolyte. After repeated experiments, the highest charging/discharging efficiency was 96%, and discharging became impossible after the 410th repetition. In this battery experiment, the relationship between discharge time and voltage for the fifth time was as shown by curve b in FIG. 2. Also, the energy density at the 5th repetition is 130W・hr/
kg, the charge/discharge efficiency was 96%. Furthermore, when the battery was left for 48 hours after being charged, its self-discharge rate was 5.2%. Comparative Example 2 In Example 2, an attempt was made to use equimolar amounts of Et 4 N BF 4 instead of Et 3 BuN BF 4 used as the electrolyte in the electrolytic solution, and it was found that Et 4 N BF 4 was benzonitrile. Et 4 N・
The battery was repeatedly charged and discharged in the same manner as in Example 1 while BF 4 remained precipitated. As a result, the maximum charging/discharging efficiency was 72%, and discharging became impossible after the 25th repetition. Comparative Example 3 In Example 1 , an attempt was made to use an equimolar amount of LiBF 4 instead of Et 3 BuN・BF 4 used as the electrolyte in the electrolyte solution, but LiBF 4 did not completely dissolve in benzonitrile and The battery was repeatedly charged and discharged in the same manner as in Example 1, with the remaining undissolved and precipitated. The result is that the highest charge/discharge efficiency is
24%, and discharge became impossible after the 12th repetition. In this battery experiment, the relationship between discharge time and voltage for the fifth time was as shown by curve c in FIG. 2. Further, at the energy density of 24 W·hr/Kg at the fifth repetition, the charging/discharging efficiency was 18%. Comparative Example 4 A 100-mesh mesh of stainless steel was placed in the glass reaction vessel 1 that was completely purged with nitrogen gas, and then 100 ml of toluene purified according to a conventional method was used as a polymerization solvent, and 4.41 mmol of tetrabutoxytitanium was used as a catalyst. and 11.01 mmol of triethylaluminum were sequentially charged at room temperature to prepare a catalyst solution. The catalyst solution was a homogeneous solution. Next, the reactor was cooled with liquid nitrogen, and the nitrogen gas in the system was exhausted using a vacuum pump. The reactor was cooled to −78° C., and purified acetylene gas at a pressure of 1 atmosphere was blown into the reactor while the catalyst solution was left standing. The polymerization reaction was continued for 10 hours while maintaining the pressure of the acetylene gas at 1 atm. The system was agar-like with a reddish-purple color. After polymerization, unreacted acetylene gas was removed and the system temperature was maintained at -78℃.
After repeated washing with 200ml of purified toluene four times, the stainless steel film was swollen with toluene and had a film thickness of about 0.5cm.
A sheet-like swollen acetylene polymer containing a steel mesh was obtained. This swollen acetylene polymer is
It was a swollen product in which fibrous microcrystals (fibrils) with a diameter of 300 to 500 Å were regularly intertwined, and no powder or lump-like polymer was produced. This sheet-like swollen acetylene polymer containing a stainless steel mesh was sandwiched between chromium-plated ferro plates and pre-pressed at room temperature at a pressure of 100 kg/cm 2 and then pre-pressed at a pressure of 15 ton/cm 2 to produce a reddish-brown color. A uniform and flexible composite with a metallic luster and a film thickness of 280 μm was obtained. This composite was vacuum dried for 5 hours at room temperature. This composite contained 43% by weight stainless steel mesh. [Battery experiment] Two disks with a diameter of 20 mm were cut out from the composite obtained by the above method and used as a positive electrode active material and a negative electrode active material, and the electrolyte was Me 3 BuN.CuO 4 dissolved in distilled and dehydrated acetonitrile. using 1 mol/solution of
A charging/discharging experiment was conducted using the same cell as in Example 1. Charging was carried out for 15 minutes at a charging current density of 5.0 mA/cm 2 (doping amount equivalent to 5 mol %). Immediately after charging, the battery was discharged at a discharge current density of 5.0 mA/cm 2 , and when the battery voltage reached 1 V, the battery was charged again under the same conditions as above. A repeated charge/discharge test was conducted to find out the charge/discharge efficiency. The number of charging/discharging cycles was recorded 420 times before the rate decreased to 50%. The energy density at the fifth repetition of this repeated experiment was 152 W·hr/Kg, and the charge/discharge efficiency was 98%. Furthermore, when the battery was left for 48 hours after being charged, its self-discharge rate was 9.5%. Example 2 Poly(paraphenylene) produced by the method described in Bull.Chem.Soc.Japan., 51 , 2091 (1978) was molded into a 20 mmφ disc shape at a pressure of 1 ton/cm 2 and a positive electrode was used. [Battery experiment] was carried out in exactly the same manner as in Example 1 except that the voltage characteristics were almost the same as the first discharge up to 250 repeated charging/discharging tests. The number of repetitions until the charging/discharging efficiency decreased to 50% was recorded as 365 times.
The energy density of this battery was 162 W·hr/Kg, and the charging/discharging efficiency was 91%. Also, when I left it for 48 hours after charging, the self-discharge rate was
It was 4.5%. Comparative Example 5 In Example 3, instead of Et 3 BuN・BF 4 used as the electrolyte in the electrolyte solution, 1% benzonitrile was used as the electrolyte.
Pr 4 .N.BF 4 was used as a symmetric alkylammonium salt that dissolves in the vicinity of mol/molar and has a molecular weight as close as possible to Et 3 BuN.BF 4 . Hereinafter, in exactly the same manner as in Example 3 [Battery experiment]
I went there. As a result, repeated charging and discharging
I stopped at the 215th time. In addition, the energy density of this battery is 145w・hr/Kg, and the charging/discharging efficiency is
It was 88%. Furthermore, when the battery was discharged for 48 hours after being charged, the self-discharge rate was 18%. Examples 3 to 6 In Example 1, repeated charging/discharging experiments were conducted in exactly the same manner as in Example 1, except that the combinations of electrolytes and solvents were changed as shown in the table. The results were tabulated. In the table, the energy density indicates the 5th repetition, and the cycle life indicates the number of repetitions until the charge/discharge efficiency drops to 50%. In addition, the self-discharge amount is 48 hours after the end of charging.
Shown after being left open circuit.

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一具体例である二次電池の特
性測定用電池セルの断面概略図、第2図は本発明
の実施例1および比較例1、比較例3における電
池の放電時間と電圧の関係を示した図である。 1……負極用白金リード線、2……負極用白金
網集電体、3……負極、4……多孔性ポリプロピ
レン製隔膜、5……正極、6……正極用白金網集
電体、7……正極リード線、8……テフロン製容
器。
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a battery cell for measuring the characteristics of a secondary battery, which is a specific example of the present invention, and Fig. 2 shows the discharge time of the battery in Example 1, Comparative Examples 1 and 3 of the present invention FIG. 3 is a diagram showing the relationship between voltages. 1... Platinum lead wire for negative electrode, 2... Platinum wire mesh current collector for negative electrode, 3... Negative electrode, 4... Porous polypropylene diaphragm, 5... Positive electrode, 6... Platinum wire mesh current collector for positive electrode, 7... Positive electrode lead wire, 8... Teflon container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物ま
たは該高分子化合物にドーパントをドープして得
られる電導性高分子化合物を負極、または正極と
負極の両極に用いた電池において、電解液の電解
質としてカチオン成分が下記の一般式で表わされ
る第4級アンモニウムイオンからなるアンモニウ
ム塩を用い、電解液の溶媒として芳香族ニトリル
系化合物を用いたことを特徴とする二次電池。 【式】 [式中、R1、R2、R3およびR4は炭素数が1〜16
のアルキル基、またはアリール基である。但し、
すべてのR1、R2、R3およびR4は同時に同一の基
であることはない。]
[Scope of Claims] 1. A battery in which a polymer compound having a conjugated double bond in its main chain or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant is used as a negative electrode or both positive and negative electrodes. A secondary battery characterized in that an ammonium salt consisting of a quaternary ammonium ion whose cation component is represented by the following general formula is used as the electrolyte of the electrolytic solution, and an aromatic nitrile compound is used as the solvent of the electrolytic solution. . [Formula] [In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have 1 to 16 carbon atoms
is an alkyl group or an aryl group. however,
All R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are never the same group. ]
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