JPH06275267A - 電極、それを用いた電池およびその製造方法 - Google Patents
電極、それを用いた電池およびその製造方法Info
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- JPH06275267A JPH06275267A JP5061755A JP6175593A JPH06275267A JP H06275267 A JPH06275267 A JP H06275267A JP 5061755 A JP5061755 A JP 5061755A JP 6175593 A JP6175593 A JP 6175593A JP H06275267 A JPH06275267 A JP H06275267A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】本発明の電極は、炭素繊維と炭素繊維以外の導
電性素材とより構成される。 【効果】炭素繊維を活電極とした電池において、集電効
果、容量が高められることにより、高性能電池の作製が
可能になる。
電性素材とより構成される。 【効果】炭素繊維を活電極とした電池において、集電効
果、容量が高められることにより、高性能電池の作製が
可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極、および該電極の
製造方法、さらには該電極を用いた二次電池に関するも
のである。
製造方法、さらには該電極を用いた二次電池に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ビデオカメラやノート型パソコン
などのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次
電池に対する需要が高まっている。現在使用されている
二次電池のほとんどはアルカリ電解液を用いたニッケル
−カドミウム電池であるが、電池電圧が約１．２Ｖと低
く、エネルギー密度の向上は困難である。そのため、負
極にリチウム金属を使用するリチウム二次電池が検討さ
れた。
などのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次
電池に対する需要が高まっている。現在使用されている
二次電池のほとんどはアルカリ電解液を用いたニッケル
−カドミウム電池であるが、電池電圧が約１．２Ｖと低
く、エネルギー密度の向上は困難である。そのため、負
極にリチウム金属を使用するリチウム二次電池が検討さ
れた。
【０００３】ところが、リチウム金属を負極に使用する
二次電池では、充放電の繰り返しによってリチウムが樹
枝状（デンドライト）に成長し、短絡を起こしたり寿命
が短くなるなどの不都合が生じやすかった。そこで、負
極に各種炭素質材料を用いて、リチウムイオンをドーピ
ング、脱ドーピングすることにより使用する二次電池が
提案された。また、このような各種炭素質材料は、アニ
オンをドーピングして正極として用いることも可能であ
る。上記の炭素質材料へのリチウムイオンあるいはアニ
オンのドーピングを利用した電極を利用した二次電池と
しては、特開昭５７−２０８０７９号公報、特開昭５８
−９３１７６号公報、特開昭５８−１９２２６６号公
報、特開昭６２−９０８６３号公報、特開昭６２−１２
２０６６号公報、特開平３−６６８５６号公報等が公知
である。
二次電池では、充放電の繰り返しによってリチウムが樹
枝状（デンドライト）に成長し、短絡を起こしたり寿命
が短くなるなどの不都合が生じやすかった。そこで、負
極に各種炭素質材料を用いて、リチウムイオンをドーピ
ング、脱ドーピングすることにより使用する二次電池が
提案された。また、このような各種炭素質材料は、アニ
オンをドーピングして正極として用いることも可能であ
る。上記の炭素質材料へのリチウムイオンあるいはアニ
オンのドーピングを利用した電極を利用した二次電池と
しては、特開昭５７−２０８０７９号公報、特開昭５８
−９３１７６号公報、特開昭５８−１９２２６６号公
報、特開昭６２−９０８６３号公報、特開昭６２−１２
２０６６号公報、特開平３−６６８５６号公報等が公知
である。
【０００４】このような炭素質材料は、一般には粉末の
形状をとっており、電極成型のためにはテフロンやフッ
化ビニリデン等のポリマの結着剤が必要である。ところ
が、炭素質材料として、粉末でなく炭素繊維あるいは炭
素繊維構造体を用いると、結着剤を用いずに、あるい
は、僅かの量で電極を作成することが可能となる。さら
には、電解質に対する化学的安定性、ドーピングによる
体積膨張に対する構造安定性、繰り返し充放電特性など
の点からも、炭素繊維あるいは炭素繊維構造体が優れて
いるとされる。このような電極を用いた二次電池として
は、特開昭６０−３６３１５号公報、特開昭６０−５４
１８１号公報、特開昭６２−１０３９９１号公報、特開
昭６２−１５４５６４号公報、特開昭６３−５８７６３
号公報、特開平２−８２４６６号公報等が公知である。
形状をとっており、電極成型のためにはテフロンやフッ
化ビニリデン等のポリマの結着剤が必要である。ところ
が、炭素質材料として、粉末でなく炭素繊維あるいは炭
素繊維構造体を用いると、結着剤を用いずに、あるい
は、僅かの量で電極を作成することが可能となる。さら
には、電解質に対する化学的安定性、ドーピングによる
体積膨張に対する構造安定性、繰り返し充放電特性など
の点からも、炭素繊維あるいは炭素繊維構造体が優れて
いるとされる。このような電極を用いた二次電池として
は、特開昭６０−３６３１５号公報、特開昭６０−５４
１８１号公報、特開昭６２−１０３９９１号公報、特開
昭６２−１５４５６４号公報、特開昭６３−５８７６３
号公報、特開平２−８２４６６号公報等が公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素繊
維を利用した電極の場合には、取り出し電極である金属
との電気的接続が困難となる。炭素粉末電極では、粉末
を結着材と混合して金属網に圧着したり、スラリーにし
て金属箔上に塗布する方法をとるために、この金属網や
金属箔を集電極として端子に接続することができる。炭
素繊維の場合には、これまでは、炭素繊維の端を網状あ
るいは箔状の金属集電極で挟むなどの方法が試みられて
きた。しかし炭素繊維は、バラバラになりやすく、かつ
折れやすいために、作業性が悪い上に、機械的強度や耐
久性の点で問題があった。さらには、炭素繊維を金属集
電極で挟んだだけでは、接触抵抗のために炭素繊維に架
かっている電圧が、端子間に架かっている電圧と異なる
という問題があった。これは、電圧の印加を止めた際
に、直ちに電位が戻る現象、いわゆる過電圧が大きくな
ることなどにより確認できる。この過電圧は、電気二重
層効果や自己放電による電圧の戻りとは違い、電圧停止
後直ちに起きるものである。
維を利用した電極の場合には、取り出し電極である金属
との電気的接続が困難となる。炭素粉末電極では、粉末
を結着材と混合して金属網に圧着したり、スラリーにし
て金属箔上に塗布する方法をとるために、この金属網や
金属箔を集電極として端子に接続することができる。炭
素繊維の場合には、これまでは、炭素繊維の端を網状あ
るいは箔状の金属集電極で挟むなどの方法が試みられて
きた。しかし炭素繊維は、バラバラになりやすく、かつ
折れやすいために、作業性が悪い上に、機械的強度や耐
久性の点で問題があった。さらには、炭素繊維を金属集
電極で挟んだだけでは、接触抵抗のために炭素繊維に架
かっている電圧が、端子間に架かっている電圧と異なる
という問題があった。これは、電圧の印加を止めた際
に、直ちに電位が戻る現象、いわゆる過電圧が大きくな
ることなどにより確認できる。この過電圧は、電気二重
層効果や自己放電による電圧の戻りとは違い、電圧停止
後直ちに起きるものである。
【０００６】さらには電極を大面積にすると、炭素繊維
の抵抗のために金属集電極から離れたところでは電位差
が大きくなり、均一なドーピングと脱ドーピングが起き
にくいといった問題もあった。
の抵抗のために金属集電極から離れたところでは電位差
が大きくなり、均一なドーピングと脱ドーピングが起き
にくいといった問題もあった。
【０００７】炭素繊維の場合にも、粉末状の炭素質材料
の場合と同様に、結着剤を用いて成型し、網状あるいは
箔状の金属集電極と一体化することも可能であるが、こ
の方法では、上述した炭素繊維の利点が損なわれること
になる。
の場合と同様に、結着剤を用いて成型し、網状あるいは
箔状の金属集電極と一体化することも可能であるが、こ
の方法では、上述した炭素繊維の利点が損なわれること
になる。
【０００８】本発明は、上記従来技術の欠点を解消しよ
うとするものであり、集電効果、容量が高められた高性
能電池、およびそれに好適に用いられる電極を提供する
ことを目的とする。
うとするものであり、集電効果、容量が高められた高性
能電池、およびそれに好適に用いられる電極を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の構成を有するものである。
決するために以下の構成を有するものである。
【００１０】「(1) 炭素繊維と、導電体とが接触してな
り、少なくとも該接触部分が、導電性素材で被覆されて
いることを特徴とする電極。
り、少なくとも該接触部分が、導電性素材で被覆されて
いることを特徴とする電極。
【００１１】(2) 炭素繊維と、導電体とを接触させ、そ
の後該接触部分を導電性素材で被覆さることを特徴とす
る電極の製造方法。
の後該接触部分を導電性素材で被覆さることを特徴とす
る電極の製造方法。
【００１２】(3) 上記(1) の電極を用いた電池。」 以下、電極を構成する炭素繊維、および導電体につい
て、具体例を挙げながら詳述する。
て、具体例を挙げながら詳述する。
【００１３】本発明における炭素繊維としては、特に限
定されるものではなく、一般に有機物を焼成したものが
用いられる。具体的には、ポリアクリロニトリル（ＰＡ
Ｎ）から得られるＰＡＮ系炭素繊維、石炭もしくは石油
などのピッチから得られるピッチ系炭素繊維、セルロー
スから得られるセルロース系炭素繊維、低分子量有機物
の気体から得られる気相成長炭素繊維などが挙げられる
が、そのほかに、ポリビニルアルコール、リグニン、ポ
リ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹
脂、フルフリルアルコールなどを焼成して得られる炭素
繊維でも構わない。これらの炭素繊維の中で、炭素繊維
が用いられる電極および電池の特性に応じて、その特性
を満たす炭素繊維が適宜選択されて用いられる。
定されるものではなく、一般に有機物を焼成したものが
用いられる。具体的には、ポリアクリロニトリル（ＰＡ
Ｎ）から得られるＰＡＮ系炭素繊維、石炭もしくは石油
などのピッチから得られるピッチ系炭素繊維、セルロー
スから得られるセルロース系炭素繊維、低分子量有機物
の気体から得られる気相成長炭素繊維などが挙げられる
が、そのほかに、ポリビニルアルコール、リグニン、ポ
リ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、フェノール樹
脂、フルフリルアルコールなどを焼成して得られる炭素
繊維でも構わない。これらの炭素繊維の中で、炭素繊維
が用いられる電極および電池の特性に応じて、その特性
を満たす炭素繊維が適宜選択されて用いられる。
【００１４】上記炭素繊維の中で、アルカリ金属塩を含
む非水電解液を用いた二次電池の負極に使用する場合に
は、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭
素繊維が好ましい。特に、アルカリ金属イオン、特にリ
チウムイオンのドーピングが良好であるという点で、Ｐ
ＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が好ましく、この中
でも、東レ（株）製の”トレカ”Ｔシリーズ、また
は、”トレカ”ＭシリーズなどのＰＡＮ系炭素繊維、メ
ゾフェーズピッチコークスを焼成して得られるピッチ系
炭素繊維がさらに好ましく用いられる。
む非水電解液を用いた二次電池の負極に使用する場合に
は、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭
素繊維が好ましい。特に、アルカリ金属イオン、特にリ
チウムイオンのドーピングが良好であるという点で、Ｐ
ＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維が好ましく、この中
でも、東レ（株）製の”トレカ”Ｔシリーズ、また
は、”トレカ”ＭシリーズなどのＰＡＮ系炭素繊維、メ
ゾフェーズピッチコークスを焼成して得られるピッチ系
炭素繊維がさらに好ましく用いられる。
【００１５】本発明における炭素繊維を電極にする際に
は、どのような形態をとっても構わないが、一軸方向に
配置したり、もしくは布帛状やフェルト状の構造体にし
て用いることが好ましい。布帛状あるいはフェルト状な
どの構造体としては、織物、編物、組物、レース、網、
フェルト、紙、不織布、マットなどが挙げられるが、炭
素繊維の性質や電極特性などの点から、織物やフェルト
などが好ましい。
は、どのような形態をとっても構わないが、一軸方向に
配置したり、もしくは布帛状やフェルト状の構造体にし
て用いることが好ましい。布帛状あるいはフェルト状な
どの構造体としては、織物、編物、組物、レース、網、
フェルト、紙、不織布、マットなどが挙げられるが、炭
素繊維の性質や電極特性などの点から、織物やフェルト
などが好ましい。
【００１６】本発明において用いられる炭素繊維の直径
は、それぞれの形態を採り易いように決められるべきで
あるが、好ましくは0.1 〜1000μｍの直径の炭素繊維が
用いられ、0.1 〜10μｍがさらに好ましい。また、異な
った直径の炭素繊維を数種類用いることも好ましいもの
である。
は、それぞれの形態を採り易いように決められるべきで
あるが、好ましくは0.1 〜1000μｍの直径の炭素繊維が
用いられ、0.1 〜10μｍがさらに好ましい。また、異な
った直径の炭素繊維を数種類用いることも好ましいもの
である。
【００１７】本発明の特徴は、炭素繊維を活電極とする
電池用電極において、集電用導電体と炭素繊維の間に導
電性被覆が形成された構造をもつことにあり、これによ
って電池性能の向上が図れる。
電池用電極において、集電用導電体と炭素繊維の間に導
電性被覆が形成された構造をもつことにあり、これによ
って電池性能の向上が図れる。
【００１８】本発明における導電性被覆を形成する素材
としては、特に限定されるものではないが、導電性の良
好な金属や導電性高分子などが好ましく用いられる。金
属としては、例えば、例えば、銅、ニッケル、アルミニ
ウムなどが用いられ、導電性高分子としては、ポリアニ
リン、ポリピロールなどの高分子自体が導電性を示すも
の、あるいは、高分子中に、金属粉末やカーボン粉末を
フィラーとして分散させたものなどが用いられる。金属
は、例えば電解メッキ、または無電解メッキなどにより
炭素繊維繊維表面に被覆することができ、また、導電性
高分子の場合には炭素繊維繊維表面に直接電解酸化重合
法や、溶液塗布によって被覆することができる。また、
金属やカーボンの粉末と樹脂からなる導電性塗料を塗布
することも可能である。
としては、特に限定されるものではないが、導電性の良
好な金属や導電性高分子などが好ましく用いられる。金
属としては、例えば、例えば、銅、ニッケル、アルミニ
ウムなどが用いられ、導電性高分子としては、ポリアニ
リン、ポリピロールなどの高分子自体が導電性を示すも
の、あるいは、高分子中に、金属粉末やカーボン粉末を
フィラーとして分散させたものなどが用いられる。金属
は、例えば電解メッキ、または無電解メッキなどにより
炭素繊維繊維表面に被覆することができ、また、導電性
高分子の場合には炭素繊維繊維表面に直接電解酸化重合
法や、溶液塗布によって被覆することができる。また、
金属やカーボンの粉末と樹脂からなる導電性塗料を塗布
することも可能である。
【００１９】また、集電用導電体の具体例として、金、
銀、銅、白金、ロジウム、アルミニウム、鉄、ニッケ
ル、クロム、マンガン、鉛、亜鉛、タングステン、チタ
ンなど、さらにステンレススチール、上記金属の合金な
どが挙げられ、これらの形態としては金属箔、金属板、
金属メッシュ、あるいは金属繊維などのいずれでも良
い。
銀、銅、白金、ロジウム、アルミニウム、鉄、ニッケ
ル、クロム、マンガン、鉛、亜鉛、タングステン、チタ
ンなど、さらにステンレススチール、上記金属の合金な
どが挙げられ、これらの形態としては金属箔、金属板、
金属メッシュ、あるいは金属繊維などのいずれでも良
い。
【００２０】金属繊維の場合、その直径は、用いられる
炭素繊維の性質、直径、形状などに応じて、集電効果を
高められるように、あるいは束ねやすいように決められ
るべきものであるが、0.1 μｍ〜500 μｍ程度のものが
好ましく用いられ、さらには1 〜100 μｍのものが好ま
しく用いられる。また、束ねる際の強度を増すために、
数本の金属細線を拠り糸にして束ねることも好ましい実
施態様である。これらの集電用導電体は、炭素繊維構造
体への編み込み、ミシン掛け、かしめ法などによって、
炭素繊維へ接触させることができる。
炭素繊維の性質、直径、形状などに応じて、集電効果を
高められるように、あるいは束ねやすいように決められ
るべきものであるが、0.1 μｍ〜500 μｍ程度のものが
好ましく用いられ、さらには1 〜100 μｍのものが好ま
しく用いられる。また、束ねる際の強度を増すために、
数本の金属細線を拠り糸にして束ねることも好ましい実
施態様である。これらの集電用導電体は、炭素繊維構造
体への編み込み、ミシン掛け、かしめ法などによって、
炭素繊維へ接触させることができる。
【００２１】本発明の、炭素繊維と導電体とから構成さ
れる電極は、各種電池の活電極あるいは集電極として利
用可能であり、一次電池、二次電池、燃料電池など、ど
のような電池に利用されるかは特に限定されるものでは
ない。この中で、二次電池の正極あるいは負極に好まし
く用いられる。特に好ましい二次電池としては、上述の
ようにアルカリ金属塩を含む非水電解液を用いた二次電
池を挙げることができる。
れる電極は、各種電池の活電極あるいは集電極として利
用可能であり、一次電池、二次電池、燃料電池など、ど
のような電池に利用されるかは特に限定されるものでは
ない。この中で、二次電池の正極あるいは負極に好まし
く用いられる。特に好ましい二次電池としては、上述の
ようにアルカリ金属塩を含む非水電解液を用いた二次電
池を挙げることができる。
【００２２】本発明の電極をアルカリ金属塩を含む非水
電解液二次電池に用いる場合には、炭素繊維へのカチオ
ンあるいはアニオンのドーピングを利用したものであ
り、カチオンがドープされる炭素繊維を負極に、アニオ
ンがドープされる炭素繊維を正極に用いることとなる。
これらは、炭素繊維の各種特性によって正極あるいは負
極に使用され得るべきものであるが、必ずしも両極を本
発明の電極にする必要はなく、本発明の電極を負極に、
炭素繊維を含まない電極を正極にすることも好ましい実
施態様となる。炭素繊維を含まない電極を正極に用いる
際には、繊維以外の炭素質材料の他に、例えば、人造あ
るいは天然の黒鉛粉末、フッ化カーボン、金属あるいは
金属酸化物などの無機化合物や有機高分子化合物などを
正極として用いることかできる。この場合、金属あるい
は金属酸化物などの無機化合物を正極に用いると、カチ
オンのドープと脱ドープにより正極活物質となるが、有
機高分子化合物の際には、アニオンのドープと脱ドープ
により正極活物質となるなど、物質により様々なドーピ
ング様式を採るものであり、これらは必要とされる電池
の正極特性に応じて適宜選択されるものである。
電解液二次電池に用いる場合には、炭素繊維へのカチオ
ンあるいはアニオンのドーピングを利用したものであ
り、カチオンがドープされる炭素繊維を負極に、アニオ
ンがドープされる炭素繊維を正極に用いることとなる。
これらは、炭素繊維の各種特性によって正極あるいは負
極に使用され得るべきものであるが、必ずしも両極を本
発明の電極にする必要はなく、本発明の電極を負極に、
炭素繊維を含まない電極を正極にすることも好ましい実
施態様となる。炭素繊維を含まない電極を正極に用いる
際には、繊維以外の炭素質材料の他に、例えば、人造あ
るいは天然の黒鉛粉末、フッ化カーボン、金属あるいは
金属酸化物などの無機化合物や有機高分子化合物などを
正極として用いることかできる。この場合、金属あるい
は金属酸化物などの無機化合物を正極に用いると、カチ
オンのドープと脱ドープにより正極活物質となるが、有
機高分子化合物の際には、アニオンのドープと脱ドープ
により正極活物質となるなど、物質により様々なドーピ
ング様式を採るものであり、これらは必要とされる電池
の正極特性に応じて適宜選択されるものである。
【００２３】炭素繊維を含まない正極としては、アルカ
リ金属を含む遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなど
の無機化合物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、
ポリフェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリチオフェンなどの共役系高分子、ジスルフィド
結合を有する架橋高分子、塩化チオニルなど、通常の二
次電池において用いられる正極を挙げることができる。
これらの中で、リチウム塩を含む非水電解液を用いた二
次電池の場合には、コバルト、マンガン、モリブデン、
バナジウム、クロム、鉄、銅、チタンなどの遷移金属酸
化物や遷移金属カルコゲンが好ましく用いられる。
リ金属を含む遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなど
の無機化合物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、
ポリフェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリチオフェンなどの共役系高分子、ジスルフィド
結合を有する架橋高分子、塩化チオニルなど、通常の二
次電池において用いられる正極を挙げることができる。
これらの中で、リチウム塩を含む非水電解液を用いた二
次電池の場合には、コバルト、マンガン、モリブデン、
バナジウム、クロム、鉄、銅、チタンなどの遷移金属酸
化物や遷移金属カルコゲンが好ましく用いられる。
【００２４】本発明の電極を用いた二次電池の電解液と
しては、特に限定されることなく従来の電解液が用いら
れ、例えば酸あるいはアルカリ水溶液、または非水溶媒
などが挙げられる。この中で、上述のアルカリ金属塩を
含む非水電解液からなる二次電池の電解液としては、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ-ブ
チロラクトン、Ｎ- メチルピロリドン、アセトニトリ
ル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォ
キシド、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、
ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニ
ル、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレンカーボネー
トや、これらの誘導体や混合物などが好ましく用いられ
る。電解液に含まれる電解質としては、アルカリ金属、
特にリチウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン
塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、アル
ミニウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩などが好
ましく用いられる。
しては、特に限定されることなく従来の電解液が用いら
れ、例えば酸あるいはアルカリ水溶液、または非水溶媒
などが挙げられる。この中で、上述のアルカリ金属塩を
含む非水電解液からなる二次電池の電解液としては、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ-ブ
チロラクトン、Ｎ- メチルピロリドン、アセトニトリ
ル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルフォ
キシド、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、
ギ酸メチル、スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニ
ル、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレンカーボネー
トや、これらの誘導体や混合物などが好ましく用いられ
る。電解液に含まれる電解質としては、アルカリ金属、
特にリチウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チオシアン
塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化塩、アル
ミニウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩などが好
ましく用いられる。
【００２５】本発明の電極を用いた二次電池の用途とし
ては、軽量かつ高容量で高エネルギー密度の特徴を利用
して、ビデオカメラ、パソコン、ワープロ、ラジカセ、
携帯電話などの携帯用小型電子機器に広く利用可能であ
る。
ては、軽量かつ高容量で高エネルギー密度の特徴を利用
して、ビデオカメラ、パソコン、ワープロ、ラジカセ、
携帯電話などの携帯用小型電子機器に広く利用可能であ
る。
【００２６】
【実施例】本発明の具体的実施態様を以下に実施例をも
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【００２７】実施例１ (1) 電極の作製 １２００℃付近で焼成したＰＡＮ系炭素繊維ストランド
を、１ｃｍ当たり１０本の間隔で一軸方向に配置した
後、該炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用
いて５ｍｍ間隔で編み込むことにより、シート状電極を
作製した。
を、１ｃｍ当たり１０本の間隔で一軸方向に配置した
後、該炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用
いて５ｍｍ間隔で編み込むことにより、シート状電極を
作製した。
【００２８】次に、このようにして得られたシート状電
極の一端を銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、
電極取り出し用リード線とした。次に、上記銅細線織り
込み部分を銅メッキ液に浸し、対向電極として銅板を用
いて，６ボルトで約３０分間、電解メッキを行った。こ
の電解液の組成、および水に対する濃度は、硫酸銅（Ｃ
ｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏ）２４０ｇ／ｌ，硫酸（Ｈ2 Ｓ
Ｏ4 ）６０ｇ／ｌ，食塩８０ｍｇ／ｌであった。
極の一端を銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、
電極取り出し用リード線とした。次に、上記銅細線織り
込み部分を銅メッキ液に浸し、対向電極として銅板を用
いて，６ボルトで約３０分間、電解メッキを行った。こ
の電解液の組成、および水に対する濃度は、硫酸銅（Ｃ
ｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏ）２４０ｇ／ｌ，硫酸（Ｈ2 Ｓ
Ｏ4 ）６０ｇ／ｌ，食塩８０ｍｇ／ｌであった。
【００２９】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充電評価を行った。電解液は１Ｍ過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は15mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、310 mAh/g であった。
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は15mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、310 mAh/g であった。
【００３０】比較例１ (1) 電極の作製 実施例１と同様に、ＰＡＮ系炭素繊維を一軸方向に配置
し、炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用い
て編み込むことにより、シート状電極を作製した。次
に、このようにして得られたシート状電極の一端を銅細
線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電極取り出し用
リード線を作製した。この時、銅メッキを行わずに、上
記電極取り出し用リード線を集電体として電極を作製し
た。
し、炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用い
て編み込むことにより、シート状電極を作製した。次
に、このようにして得られたシート状電極の一端を銅細
線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電極取り出し用
リード線を作製した。この時、銅メッキを行わずに、上
記電極取り出し用リード線を集電体として電極を作製し
た。
【００３１】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、実施例１と同様に充放電評価を行っ
た。充電後の過電圧は400mVであり、この時の炭素繊維
電極の放電容量は、80mAh/g であった。
た。充電後の過電圧は400mVであり、この時の炭素繊維
電極の放電容量は、80mAh/g であった。
【００３２】実施例２ (1) 電極の作製 実施例１と同様に、１２００℃付近で焼成したＰＡＮ系
炭素繊維を一軸方向に配置し、炭素繊維の配置軸とは垂
直方向にガラス繊維を用いて編み込むことにより、シー
ト状電極を作製した。
炭素繊維を一軸方向に配置し、炭素繊維の配置軸とは垂
直方向にガラス繊維を用いて編み込むことにより、シー
ト状電極を作製した。
【００３３】次に、このようにして得られたシート状電
極の一端を、実施例で示した１銅メッキ液に浸し、対向
電極として銅板を用いて，６ボルトで約１０分間、電解
メッキを行った。次に、この電解メッキを施した部分に
対して、銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電
極取り出し用リード線を形成した。
極の一端を、実施例で示した１銅メッキ液に浸し、対向
電極として銅板を用いて，６ボルトで約１０分間、電解
メッキを行った。次に、この電解メッキを施した部分に
対して、銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電
極取り出し用リード線を形成した。
【００３４】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充放電評価を行った。電解液は１Ｍ
過塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極
および参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セル
で評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は20mA/gの
定電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後
の電圧の戻り、いわゆる過電圧は10mVであった。また、
充電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の
放電容量は、260 mAh/g であった。
過塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極
および参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セル
で評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は20mA/gの
定電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後
の電圧の戻り、いわゆる過電圧は10mVであった。また、
充電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の
放電容量は、260 mAh/g であった。
【００３５】実施例３ (1) 電極の作製 実施例１と同様に、１２００℃付近で焼成したＰＡＮ系
炭素繊維を一軸方向に配置し、炭素繊維の配置軸とは垂
直方向にガラス繊維を用いて編み込むことにより、シー
ト状電極を作製した。
炭素繊維を一軸方向に配置し、炭素繊維の配置軸とは垂
直方向にガラス繊維を用いて編み込むことにより、シー
ト状電極を作製した。
【００３６】次に、このようにして得られたシート状電
極の一端を銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、
電極取り出し用リード線とした。その後、上記銅細線織
り込み部分にカーボンペーストを塗布し、１００℃で約
１時間、乾燥させた。
極の一端を銅細線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、
電極取り出し用リード線とした。その後、上記銅細線織
り込み部分にカーボンペーストを塗布し、１００℃で約
１時間、乾燥させた。
【００３７】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充電評価を行った。電解液は１Ｍ過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は50mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、210mAh/gであった。
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は50mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、210mAh/gであった。
【００３８】実施例４ (1) 電極の作製 実施例１と同様に、ＰＡＮ系炭素繊維を一軸方向に配置
し、炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用い
て編み込むことにより、シート状電極を作製した。
し、炭素繊維の配置軸とは垂直方向にガラス繊維を用い
て編み込むことにより、シート状電極を作製した。
【００３９】次に、このようにして得られたシート状電
極の一端を、実施例で示した１銅メッキ液に浸し、対向
電極として銅板を用いて，６ボルトで約１０分間、電解
メッキを行った。次に、この電解メッキを施した部分に
対して、銅細線（直径100 μｍ）をミシン掛けによって
織り込み、電極取り出し用リード線を形成した。
極の一端を、実施例で示した１銅メッキ液に浸し、対向
電極として銅板を用いて，６ボルトで約１０分間、電解
メッキを行った。次に、この電解メッキを施した部分に
対して、銅細線（直径100 μｍ）をミシン掛けによって
織り込み、電極取り出し用リード線を形成した。
【００４０】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充電評価を行った。電解液は１Ｍ過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は30mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、240 mAh/g であった。
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は30mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、240 mAh/g であった。
【００４１】実施例５ (1) 電極の作製 炭素繊維からなるフェルトの一端を、実施例１で示した
銅メッキ液に浸し、対向電極として銅板を用いて，６ボ
ルトで約１０分間、電解メッキを行った。次に、この電
解メッキを施した部分に対して、ミシン掛けにより銅細
線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電極取り出し用
リード線を形成した。
銅メッキ液に浸し、対向電極として銅板を用いて，６ボ
ルトで約１０分間、電解メッキを行った。次に、この電
解メッキを施した部分に対して、ミシン掛けにより銅細
線（直径100 μｍ）を用いて織り込み、電極取り出し用
リード線を形成した。
【００４２】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充電評価を行った。電解液は１Ｍ過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は30mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、230 mAh/g であった。
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は30mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、230 mAh/g であった。
【００４３】実施例６ (1) 電極の作製 実施例５と同様の、炭素繊維からなるフェルトの一端
を、ニッケル・メッキ液に浸し、対向電極としてニッケ
ル板を用いて，６ボルト、約１５分間、で電解メッキを
行った。ここで使用した電解メッキ液は、硫酸ニッケル
２４０ｇ／ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／ｌ、硼酸３０ｇ／
ｌ、の成分からなる水溶液である。次に、この電解メッ
キを施した部分を、ニッケル箔（厚み；50μm ）を用い
てかしめることにより、電極取り出し用リード線を形成
した。
を、ニッケル・メッキ液に浸し、対向電極としてニッケ
ル板を用いて，６ボルト、約１５分間、で電解メッキを
行った。ここで使用した電解メッキ液は、硫酸ニッケル
２４０ｇ／ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／ｌ、硼酸３０ｇ／
ｌ、の成分からなる水溶液である。次に、この電解メッ
キを施した部分を、ニッケル箔（厚み；50μm ）を用い
てかしめることにより、電極取り出し用リード線を形成
した。
【００４４】(2) 充放電評価 上記電極を用いて、充電評価を行った。電解液は１Ｍ過
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は15mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、290 mAh/g であった。
塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボネート、対極お
よび参照極には金属リチウム箔を用いる、３極式セルで
評価した。炭素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定
電流で、０Ｖ(vs.Li+ /Li)まで充電した。20分休止後の
電圧の戻り、いわゆる過電圧は15mVであった。また、充
電後に放電した電荷量から求められる炭素繊維電極の放
電容量は、290 mAh/g であった。
【００４５】実施例７ (1) 二次電池正極の作製 市販の炭酸リチウム(Li 2 CO3 ) と塩基性炭酸コバルト
(2CoCO3 ・3Co(OH) 2) を、モル比でLi/Co=1/1 となる
ように秤量、ボールミルにて混合後、900 ℃で20時間熱
処理してLiCoO 2 を得た。これをボールミルにて粉砕
し、導電材として人造黒鉛、結着材としてポリフッ化ビ
ニリデン(PVdF)、溶媒としてＮ−メチルピロリドンを用
い、重量比でLiCoO 2 / 人造黒鉛/PVdF ＝80/15/5 とな
るように混合し正極スラリーを調製し、このスラリーを
アルミ箔上に塗布、乾燥、プレスして正極を得た。
(2CoCO3 ・3Co(OH) 2) を、モル比でLi/Co=1/1 となる
ように秤量、ボールミルにて混合後、900 ℃で20時間熱
処理してLiCoO 2 を得た。これをボールミルにて粉砕
し、導電材として人造黒鉛、結着材としてポリフッ化ビ
ニリデン(PVdF)、溶媒としてＮ−メチルピロリドンを用
い、重量比でLiCoO 2 / 人造黒鉛/PVdF ＝80/15/5 とな
るように混合し正極スラリーを調製し、このスラリーを
アルミ箔上に塗布、乾燥、プレスして正極を得た。
【００４６】(2) 二次電池の作製 実施例１にて作製した炭素繊維電極を負極にし、多孔質
ポリプロピレンフィルム（セルガード＃２５００、ダイ
セル化学（株）製）のセパレーターを介して、上記(1)
にて作成した正極とを重ね合わせて、二次電池を作製し
た。電解液は、１Ｍ過塩素酸リチウムを含むプロピレン
カーボネートを用いた。
ポリプロピレンフィルム（セルガード＃２５００、ダイ
セル化学（株）製）のセパレーターを介して、上記(1)
にて作成した正極とを重ね合わせて、二次電池を作製し
た。電解液は、１Ｍ過塩素酸リチウムを含むプロピレン
カーボネートを用いた。
【００４７】(3) 二次電池の充電評価 上記(2) にて作製した二次電池の充電評価を行った。炭
素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定電流で、４．
３Ｖまで充電した。20分休止後の電圧の戻り、いわゆる
過電圧は30mVであった。
素繊維重量当たりの電流密度は40mA/gの定電流で、４．
３Ｖまで充電した。20分休止後の電圧の戻り、いわゆる
過電圧は30mVであった。
【００４８】比較例２ (1) 二次電池の作成 比較例１にて作製した炭素繊維からなる電極を負極にす
る以外は、実施例７と同様にして二次電池を作製した。
る以外は、実施例７と同様にして二次電池を作製した。
【００４９】(2) 二次電池の充放電評価 実施例７と同様に二次電池の充電評価を行った。過電圧
は450mV であった。
は450mV であった。
【００５０】
【発明の効果】本発明により、炭素繊維を活電極とした
電池において、集電効果、容量が高められ、高性能電池
の作製が可能になる。
電池において、集電効果、容量が高められ、高性能電池
の作製が可能になる。
Claims (10)
- 【請求項１】炭素繊維と、導電体とが接触してなり、少
なくとも該接触部分が、導電性素材で被覆されているこ
とを特徴とする電極。 - 【請求項２】該炭素繊維が一軸方向に配置されているこ
とを特徴とする請求項１記載の電極。 - 【請求項３】該炭素繊維が布帛あるいはフェルトなどの
形態を有した構造体である請求項１記載の電極。 - 【請求項４】炭素繊維と、導電体とを接触させ、その後
該接触部分を導電性素材で被覆さることを特徴とする電
極の製造方法。 - 【請求項５】該導電性素材による被覆が、金属メッキ法
によることを特徴とする請求項４記載の電極の製造方
法。 - 【請求項６】炭素繊維を導電性素材で被覆した後、該被
覆部分に導電体を接触させることを特徴とする電極の製
造方法。 - 【請求項７】該導電性素材による被覆が、金属メッキ法
によることを特徴とする請求項６記載の電極の製造方
法。 - 【請求項８】請求項１記載の電極を用いた電池。
- 【請求項９】請求項２記載の電極を用いた電池。
- 【請求項１０】請求項３記載の電極を用いた電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5061755A JPH06275267A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 電極、それを用いた電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5061755A JPH06275267A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 電極、それを用いた電池およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275267A true JPH06275267A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13180297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5061755A Pending JPH06275267A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | 電極、それを用いた電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275267A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536267A (ja) * | 2005-03-31 | 2008-09-04 | ファイアフライ エナジー インコーポレイテッド | エネルギー蓄積装置の電流キャリア |
| JP2008218202A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Sony Corp | 電極および電池 |
| JP2009059654A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Nec Tokin Corp | 非水電解液二次電池 |
| JP2014238985A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | スズキ株式会社 | リチウム空気電池の正極構造及び正極製造方法 |
| JP2017091617A (ja) * | 2015-11-02 | 2017-05-25 | 旭化成株式会社 | カーボンフェルト、二次電池、及び、カーボンフェルトの製造方法 |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP5061755A patent/JPH06275267A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536267A (ja) * | 2005-03-31 | 2008-09-04 | ファイアフライ エナジー インコーポレイテッド | エネルギー蓄積装置の電流キャリア |
| JP2008218202A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Sony Corp | 電極および電池 |
| JP2009059654A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Nec Tokin Corp | 非水電解液二次電池 |
| JP2014238985A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | スズキ株式会社 | リチウム空気電池の正極構造及び正極製造方法 |
| JP2017091617A (ja) * | 2015-11-02 | 2017-05-25 | 旭化成株式会社 | カーボンフェルト、二次電池、及び、カーボンフェルトの製造方法 |
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