JPH0821430B2 - Secondary battery - Google Patents

Secondary battery

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JPH0821430B2
JPH0821430B2 JP61087040A JP8704086A JPH0821430B2 JP H0821430 B2 JPH0821430 B2 JP H0821430B2 JP 61087040 A JP61087040 A JP 61087040A JP 8704086 A JP8704086 A JP 8704086A JP H0821430 B2 JPH0821430 B2 JP H0821430B2
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polyaniline
secondary battery
battery
electrolytic solution
positive electrode
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成興 西村
博幸 杉本
厚子 遠山
昇 江波戸
臣平 松田
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Hitachi Ltd
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Showa Denko KK
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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
    • 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
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、導電性のアニリンポリマーを正極の電極活
物質に使用した二次電池に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a secondary battery using a conductive aniline polymer as an electrode active material for a positive electrode.

〔従来技術〕[Prior art]

充,放電が可能な電池、即ち二次電池の技術について
は数多くの報告が公知である。
Numerous reports are known on the technology of batteries that can be charged and discharged, that is, secondary batteries.

二次電池の代表的なものとして、導電性ポリマーを電
極活物質に用いたものが有り、導電性ポリマーの一例と
してポリアセチレンを用いることが知られている。(例
えば米国特許4,321,114号,同4,442,187号)。
As a typical secondary battery, there is one using a conductive polymer as an electrode active material, and it is known to use polyacetylene as an example of the conductive polymer. (For example, US Pat. Nos. 4,321,114 and 4,442,187).

特開昭56−136469号公報には、ポリアセチレンを正極
及び負極の電極活物質として用い、充電において正極に
ClO4 -,PF6 -,BF4 -等の陰イオンを、また負極にはリチウ
ムイオンや、(C4H94N+などの陽イオンをドーピング
してp型及びn型導電性ポリアセチレンを形成せしめ、
放電においてこれらのイオンをアンドーピングさせる技
術が開示されている。
JP-A-56-136469 discloses that polyacetylene is used as an electrode active material for a positive electrode and a negative electrode and is used as a positive electrode during charging.
ClO 4 -, PF 6 -, BF 4 - anion such as, also, a lithium ion as a negative electrode, (C 4 H 9) 4 p doped with cations such as N + type and n-type conductivity polyacetylene To form
Techniques for undoping these ions in discharge have been disclosed.

また、ポリピロールを正極活物質として用いた二次電
池も公知であり、ポリチオフエンやポリフエニルキノリ
ンを正,負極の電極活物質として用いた二次電池も公知
である。
A secondary battery using polypyrrole as a positive electrode active material is also known, and a secondary battery using polythiophene or polyphenylquinoline as a positive or negative electrode active material is also known.

以上に述べた公知例の二次電池は、いずれも、非水溶
媒系の電解液を使用している。
All of the publicly known secondary batteries described above use a non-aqueous solvent-based electrolytic solution.

前記公知例の二次電池は、いずれもサイクル寿命が比
較的短かい上に自己放電が大きくて実用化の域には至っ
ていない。
The secondary batteries of the above-mentioned known examples have comparatively short cycle life and large self-discharge, so that they have not been put into practical use.

一方、近年ポリアニリンの電気化学的挙動についての
報告がみられ、二次電池の電極活物質としての応用が試
みられている。ポリアニリンはアニリンの酸性水溶液か
ら電解酸化反応により重合することができ、電極上に生
成した重合膜は支持塩を含む酸性水溶液中で可逆的酸化
還元反応を示し電気化学的に活性である。乾式状態での
ポリアニリンの電気伝導度は10-15から10-1S・cm-1まで
変化することがわかってきている。
On the other hand, recently, the electrochemical behavior of polyaniline has been reported, and its application as an electrode active material for secondary batteries has been attempted. Polyaniline can be polymerized from an acidic aqueous solution of aniline by an electrolytic oxidation reaction, and the polymerized film formed on the electrode shows a reversible redox reaction in an acidic aqueous solution containing a supporting salt and is electrochemically active. It has been found that the electrical conductivity of polyaniline in the dry state varies from 10 -15 to 10 -1 S · cm -1 .

前述の電解合成したポリアニリンを正極用の電極活物
質として用い、負極には亜鉛を用い、電解液に1モルの
ZnSO4水溶液、若しくは同水溶液に硫酸を加えてpHを低
下させたものを用いた電池は充電が可能で、充電後の開
路電圧は1.2〜1.6Vが得られている〔電気化学協会第50
回大会講演要旨集、p123(1983)〕。
The electrolytically synthesized polyaniline was used as the electrode active material for the positive electrode, zinc was used as the negative electrode, and 1 mol of the electrolytic solution was used.
A battery using a ZnSO 4 aqueous solution or a solution obtained by adding sulfuric acid to the aqueous solution to reduce the pH is rechargeable, and an open circuit voltage after charging is 1.2 to 1.6 V (Electrochemical Society No. 50.
Annual Conference Presentations, p123 (1983)].

しかし、前述のごとく、この電池は電解液に水溶液を
使用していて電池電圧が低く、かつ、充電時の亜鉛の樹
枝状析出が避けられず、電極の脱落や、電極間の短絡が
あり、二次電池としての機能を果たすことが非常に難し
い。
However, as described above, this battery uses an aqueous solution as an electrolyte and the battery voltage is low, and dendritic deposition of zinc during charging is unavoidable, and there are electrode dropouts and short circuits between electrodes. It is very difficult to function as a secondary battery.

また、アニリンを含む2MHClO2水溶液で白金上に定電
位電解してポリアニリンを合成し、これを正極における
電極活物質として使用すると共に、金属リチウムを負極
とし、電解液は1mol/の過塩素リチウムを溶解した炭
酸プロピレン溶液を用いたのも知られている。この二次
電池の充電後の開路電圧は3.6〜4.0Vが得られており、
最大容量の56%の充放電サイクル試験を行い50回のサイ
クルでクーロン効率は100%が得られている〔第24回電
池討論会講演要旨集、p197(1983)〕。この二次電池は
上述のとおり電池電圧が高く、エネルギー密度も高い
が、充電時に金属リチウムの樹枝状晶が析出する現象が
有ったりして、サイクル寿命が非常に短い。また本発明
者らの研究によると、この二次電池は自己放電も多い。
In addition, polyaniline was synthesized by potentiostatic electrolysis on platinum with 2M HClO 2 aqueous solution containing aniline, which was used as an electrode active material in the positive electrode, and metal lithium was used as the negative electrode, and the electrolyte solution was 1 mol / perchloric lithium. It is also known to use a dissolved propylene carbonate solution. The open circuit voltage after charging of this secondary battery is 3.6 to 4.0 V,
A charge / discharge cycle test of 56% of the maximum capacity was performed, and Coulombic efficiency was 100% after 50 cycles [Proceedings of the 24th Battery Symposium, p197 (1983)]. This secondary battery has a high battery voltage and a high energy density as described above, but has a very short cycle life due to the phenomenon that metal lithium dendrites are precipitated during charging. Further, according to the research conducted by the present inventors, this secondary battery is often self-discharged.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

本発明は、上記公知の二次電池における欠点(充,放
電寿命が短く、自己放電が多い)を解消しようとするも
のであって、その目的とするところは、自己放電が少な
く充,放電寿命の永い二次電池を提供しようとするもの
である。
The present invention is intended to solve the drawbacks (short charge / discharge life and many self-discharge) in the above-mentioned known secondary battery, and its object is to reduce self-discharge and charge / discharge life. It aims to provide long-lasting secondary batteries.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、導電性ポリマーを電極活物質とする正極
と、リチウム合金製の負極とを、電界液を挟んで対向せ
しめた二次電池において、前記の導電性ポリマー及び電
解液がそれぞれ次記(a)(b) (a)導電性ポリマーは、その構造式が次の(1)式 であり、且つ、この(1)式の構造は、変形態様として
次の(1′)式の構造を含み、 且つ、ポリマーを構成する水素と炭素の原子数比が0.75
〜0.85であり、窒素と炭素の原子数比(平均値)が0.15
〜0.18であるポリアニリンよりなる。尚、(1)
(1′)式で、X-は陰イオンであり、nは重合度を示
す。
The above-mentioned object is a secondary battery in which a positive electrode having a conductive polymer as an electrode active material and a negative electrode made of a lithium alloy are opposed to each other with an electrolytic solution interposed therebetween, and the conductive polymer and the electrolytic solution are respectively described below ( a) (b) (a) The conductive polymer has the following structural formula (1) And the structure of the formula (1) includes a structure of the following formula (1 ′) as a modification, Moreover, the atomic number ratio of hydrogen and carbon constituting the polymer is 0.75.
~ 0.85, and the atomic ratio of nitrogen to carbon (average value) is 0.15
Consisting of ~ 0.18 polyaniline. In addition, (1)
In the formula (1 ′), X is an anion, and n is the degree of polymerization.

(b)電解液は、炭酸ポリプロピレンとエーテル系溶媒
との混合溶媒にリチウムの複塩を溶解したものである。
(B) The electrolytic solution is a mixed solvent of polypropylene carbonate and an ether solvent in which a double salt of lithium is dissolved.

の如く構成することで、達成される。It is achieved by configuring as follows.

〔作用〕[Action]

前記のように構成した二次電池においては、充電によ
って陰イオンがドーピングされ、放電によつて陰イオン
がアンドーピングされる(即ち、ポリアニリンから陰イ
オンが放出される)。この現象により、自己放電が少な
くサイクル寿命の永い二次電池としての機能が果たされ
る。
In the secondary battery configured as described above, anions are doped by charging and undoped by discharging (that is, anions are released from polyaniline). Due to this phenomenon, the function as a secondary battery with little self-discharge and long cycle life can be fulfilled.

陰イオンとしてはClO4 -,PF6 -,BF4 -,AsF6 -などを用い
得る。
As the anion, ClO 4 , PF 6 , BF 4 , AsF 6 −, etc. can be used.

前記のポリアニリンは、例えばアニリンを含むHBF4
水溶液を電気化学的に酸化重合させることによって得ら
れる(白金を電極として用いる)。
The polyaniline is obtained, for example, by electrochemically oxidatively polymerizing an aqueous solution of HBF 4 containing aniline (platinum is used as an electrode).

また、該ポリアニリンは、アニリンを含むHBF4の水溶
液に過硫酸アンモニウムなどの酸化剤を添加して化学合
成することによっても得られる。
The polyaniline can also be obtained by chemically synthesizing an aqueous solution of HBF 4 containing aniline by adding an oxidizing agent such as ammonium persulfate.

上記ポリアニリンの一般的な構造式は次に再掲する
(1)式の如くである。
The general structural formula of the polyaniline is as shown in formula (1) below.

このポリアニリンの成分組成は、該ポリアニリンを熱
分解し、ガスクロマトグラフでN2,CO2,H2Oを測定し、N,
C,Hの量を計算して求めることが出来る。
The component composition of this polyaniline is obtained by thermally decomposing the polyaniline and measuring N 2 , CO 2 , and H 2 O by gas chromatography,
The amount of C and H can be calculated and obtained.

上記(1)式の構造は、次に再掲する(1′)式のよ
うな変形態様を含む。
The structure of the above formula (1) includes a modified mode such as the formula (1 ′) which will be described below.

前記(1),(1′)式におけるX-は陰イオンを意味
する。nの値はジメチルホルムアミドに溶けるポリアニ
リンの分子量から判断して20以上であると考えられる。
本発明者の実験によれば、20<nとすると好結果を得易
い。
X − in the above formulas (1) and (1 ′) means an anion. The value of n is considered to be 20 or more as judged from the molecular weight of polyaniline soluble in dimethylformamide.
According to experiments conducted by the present inventor, good results are easily obtained when 20 <n.

本発明者は、アニリンを含むBHF4水溶液から電解合成
して得られたポリアニリン、及び化学合成して得られた
ポリアニリンを元素分析して、次記(2)式のような構
造式を有するものであることを確認した。
The present inventor conducts elemental analysis on polyaniline obtained by electrolytic synthesis from a BHF 4 aqueous solution containing aniline and polyaniline obtained by chemical synthesis, and has a structural formula as shown in the following formula (2). Was confirmed.

上記(2)式の構造式を有するポリアニリンを正極の
活物質として用い、充電において陰イオンBF4 -をドーピ
ングするとともに放電において該BF4 -をアンドーピング
するときの反応は、次式のように表わされる。
Using polyaniline having the structural formula of the equation (2) as an active material for the positive electrode, the anion BF 4 in the charge - the BF 4 in conjunction with discharge doping - the reaction at the time of the undoping, the following equation Represented.

前記(2)式の構造を有するポリアニリンの電気伝導
度は乾式状態において5S・cm-1を示し、電解液でアンド
ーピングすると第1図に示す如くに変化し最終的に0.1S
・cm-1となるが、電極活物質として放電状態においても
優れた電導度を示すことを実験的に確認した。
The electric conductivity of the polyaniline having the structure of the above formula (2) shows 5 S · cm −1 in a dry state, and when undoped with an electrolytic solution, it changes as shown in FIG.
-It was cm -1 , but it was experimentally confirmed that the electrode active material exhibits excellent conductivity even in a discharged state.

前記の正極は、電解合成若しくは化学合成によって得
られたポリアニリン(構造式は前掲の(1)式)よりな
る活物質の粉末と、アセチレンブラックなどのように導
電性を有する材料の粉末とを混合し、ポリテトラフルオ
ロエチレンの如きバインダーを混合して加圧成形するこ
とによって製造し得る。本発明を実施する際、前記
(1)式の構造を有するポリアニリンが、活物質中の50
〜100%(重量%)を占めることが望ましい。前記
(1)の構造以外のポリアニリンは、陰イオンをドーピ
ングする性質が不充分(或いは零)であって性能が良く
ない。
The positive electrode is a mixture of an active material powder made of polyaniline (the structural formula is the above formula (1)) obtained by electrolytic synthesis or chemical synthesis, and a powder of a conductive material such as acetylene black. Then, it can be manufactured by mixing a binder such as polytetrafluoroethylene and pressure molding. In carrying out the present invention, the polyaniline having the structure of the above formula (1) is added to the active material 50
It is desirable to occupy 100% (% by weight). The polyaniline having a structure other than the structure of (1) has insufficient (or zero) properties for doping anions, resulting in poor performance.

前記(1)の構造式のポリアニリンを得る為には、水
素と炭素とのモル比(この明細書で「モル比」とは、水
素原子xモルに対して炭素原子yモルとしたときのx/y
のことをいう。1モルの中にアボガドロ数の原子が含ま
れることを考えると、x/yは、「原子数比」と等価であ
る。)を0.75〜0.85(平均値)とし、窒素と炭素とのモ
ル比を0.15〜0.18(平均値)とすることが必要である。
In order to obtain the polyaniline represented by the structural formula (1), the molar ratio of hydrogen and carbon (the "molar ratio" in this specification means x when hydrogen atom is x mol and carbon atom is y mol). / y
I mean. Considering that Avogadro's number of atoms are included in 1 mol, x / y is equivalent to "atomic ratio". ) Is 0.75 to 0.85 (average value), and the molar ratio of nitrogen and carbon is 0.15 to 0.18 (average value).

前記負極のリチウム合金は、アルミニウム、シリコ
ン、及びマグネシウムの内の少なくとも何れか一つとリ
チウムとの合金とすることが望ましい。特にアルミニウ
ムとリチウムとの合金は好結果を得易い。
The lithium alloy of the negative electrode is preferably an alloy of at least one of aluminum, silicon, and magnesium with lithium. Particularly, an alloy of aluminum and lithium is easy to obtain good results.

いずれの場合もリチウムの含有率は20〜80%(原子
%)とすることが望ましい。
In any case, the lithium content is preferably 20 to 80% (atomic%).

特開昭56−86463号公報には、Al,Si,Pb,Mg,Sn,Na,Bi,
Cd,Ca,Co,Cu,Agなどを含有するリチウム合金が開示され
ており、また特開昭57−98977号公報にはLi−Al−Mg合
金が開示されているが、これらの合金は本発明に適用す
ることが可能である。
JP-A-56-86463 discloses Al, Si, Pb, Mg, Sn, Na, Bi,
A lithium alloy containing Cd, Ca, Co, Cu, Ag, etc. is disclosed, and JP-A-57-98977 discloses a Li-Al-Mg alloy. It can be applied to the invention.

リチウムにこれらの元素を添加した合金を電極として
用いると、充電の際にリチウム樹枝状晶の析出が抑制さ
れるという効果が有り、その結果としてサイクル寿命が
長くなる。
The use of an alloy in which these elements are added to lithium as an electrode has the effect of suppressing the deposition of lithium dendrites during charging, resulting in a longer cycle life.

電解液は、リチウム塩を電解質として含み、炭酸プロ
ピレンとエーテル系の溶媒とを混合したものを用いる。
リチウム塩としては、LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiAsF6
どを用いることが好ましい。また、エーテル系溶媒とし
ては、ジメトキシエタン、ジメトキシメタンなどを使用
できるが、ジメトキシエタンを用いることが望ましい。
As the electrolytic solution, a mixture of lithium salt as an electrolyte and propylene carbonate and an ether solvent is used.
As the lithium salt, it is preferable to use LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6, or the like. Further, as the ether-based solvent, dimethoxyethane, dimethoxymethane and the like can be used, but it is preferable to use dimethoxyethane.

エーテル系溶媒を含まない電解液を用いた場合には自
己放電を生じたり、クーロン効率が低下したりする虞れ
が有る。このような不具合を生じる原因は、炭酸プロピ
レンが充電時に分解し、その生成物がポリアニリンを劣
化させることによると思われる。炭酸プロピレンにエー
テルを混合すると、充電時における炭酸プロピレンの分
解量が1/4以下に抑制されることが判明した。分解の抑
制により、分解生成物の悪影響が著しく軽減される。
When an electrolyte solution containing no ether solvent is used, there is a risk that self-discharge may occur or the Coulombic efficiency may decrease. The cause of such a defect is considered to be that propylene carbonate decomposes during charging and the product deteriorates polyaniline. It was found that when propylene carbonate was mixed with ether, the amount of propylene carbonate decomposed during charging was suppressed to 1/4 or less. By suppressing the decomposition, the adverse effects of the decomposition products are significantly reduced.

エーテル系溶媒を含有することにより電解液の粘度が
下がり、電解質が拡散しやすくなる。これにより電解液
の電気抵抗が下がり電導性がよくなるので充電電圧を0.
2〜0.5ボルト低くすることができる。充電電圧を下げる
ことにより炭酸プロピレンの充電時の電解抑制効果を一
段と高めることができる。第8図は、1モルのLiClO4
含む炭酸プロピレンとジメトキシエタン混合溶媒中での
電導度と炭酸プロピレン量との関係を示しており、第9
図は電解液の粘度と炭酸プロピレン量との関係を示して
いる。電解液の温度は25℃である。これらの図から炭酸
プロピレンの量は20〜80vol%の範囲が好ましいことが
判る。
By containing the ether solvent, the viscosity of the electrolytic solution is lowered and the electrolyte is easily diffused. This reduces the electric resistance of the electrolyte and improves the conductivity, so the charging voltage is set to 0.
Can be as low as 2 to 0.5 volts. By lowering the charging voltage, the electrolysis suppressing effect during charging of propylene carbonate can be further enhanced. FIG. 8 shows the relationship between the conductivity and the amount of propylene carbonate in a mixed solvent of propylene carbonate containing 1 mol of LiClO 4 and dimethoxyethane.
The figure shows the relationship between the viscosity of the electrolytic solution and the amount of propylene carbonate. The temperature of the electrolyte is 25 ° C. From these figures, it is understood that the amount of propylene carbonate is preferably in the range of 20 to 80 vol%.

正極の活物質であるポリアニリンは、繊維形状である
ことがきわめて好ましい。電解合成でポリアニリンを得
るときには、繊維状のポリアニリンが得られる。又、化
学合成でポリアニリンを得るときでも、アニリンを含む
水溶液の温度を約30℃以上に保つことにより繊維状のポ
リアニリンを得ることができる。これらの合成法で得ら
れる繊維の寸法は、直径が約1000〜3000オングストロー
ム、長さが数μm〜十数μmである。化学合成における
アニリン含有水溶液の温度が約20℃或はそれ以下である
と、得られるポリアニリンの形状は粒状となる。繊維状
のポリアニリンを正極の活物質として使用したときに
は、粒状のポリアニリンを使用したときにくらべて、陰
イオンのドーピング率が著しく高くなり、充,放電サイ
クル寿命を長くできることを確認した。
It is highly preferable that the polyaniline, which is the active material of the positive electrode, has a fibrous shape. When polyaniline is obtained by electrolytic synthesis, fibrous polyaniline is obtained. Further, even when polyaniline is obtained by chemical synthesis, fibrous polyaniline can be obtained by maintaining the temperature of the aqueous solution containing aniline at about 30 ° C or higher. The fibers obtained by these synthetic methods have a diameter of about 1000 to 3000 angstroms and a length of several μm to several tens of μm. When the temperature of the aniline-containing aqueous solution in the chemical synthesis is about 20 ° C or lower, the obtained polyaniline has a granular shape. It was confirmed that when fibrous polyaniline was used as the positive electrode active material, the anion doping ratio was significantly higher than when granular polyaniline was used, and the charging / discharging cycle life could be extended.

二次電池を組立てるときには、多孔質のセパレータを
用いセパレータの孔に電解質を保持することが好まし
い。セパレータにはポリプロピレンカーボネートやガラ
スフィルタの如き電気絶縁材料を用いることが好まし
い。
When assembling the secondary battery, it is preferable to use a porous separator and hold the electrolyte in the holes of the separator. It is preferable to use an electrically insulating material such as polypropylene carbonate or a glass filter for the separator.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は電気化学的に合成したポリアニリンのアンド
ーピングと電気伝導度を示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing undope and electrical conductivity of electrochemically synthesized polyaniline.

(実施例1) 0.1Mのアニリンを含む0.5MHBF4水溶液中で作用極及び
対極に白金を使用し、作用極の電位を銀−塩化銀参照電
極に対し0.8Vに保ち、電解を行い、作用極白金上にポリ
アニリンを生成させた。これを掻き取り、水洗して真空
乾燥を行い粉末化したものを電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、繊維状であった。また、炭素、水素及び窒素の元素
分析を行ってモル比を求めた結果、水素と炭素とのそれ
は0.75〜0.85、窒素と炭素とのそれは0.15〜0.18であ
り、構造式は前掲の(2)式の通りであった。
Example 1 Platinum was used as a working electrode and a counter electrode in a 0.5M HBF 4 aqueous solution containing 0.1 M aniline, and the potential of the working electrode was kept at 0.8 V with respect to a silver-silver chloride reference electrode, and electrolysis was performed. Polyaniline was produced on polar platinum. This was scraped off, washed with water, dried in vacuum, and powdered, and observed by an electron microscope to find that it was fibrous. In addition, as a result of performing elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen to obtain the molar ratio, hydrogen and carbon are 0.75 to 0.85, nitrogen and carbon are 0.15 to 0.18, and the structural formula is (2) above. It was as the ceremony said.

ポリアニリンの粉末を100kg/cm2の圧力で直径9mmのペ
レットにし、4端子法で抵抗を測定して電気伝導度を求
めた結果3.8〜5.0S・cm-1が得られた。
The powder of polyaniline was made into pellets with a diameter of 9 mm at a pressure of 100 kg / cm 2 , and the electrical conductivity was determined by measuring the resistance by the 4-terminal method. As a result, 3.8 to 5.0 S · cm −1 was obtained.

このポリアニリンペレットを作用極にし、対極に白金
を使用し、1MLiBF4を含む炭酸プロピレンとジメトキシ
エタン溶媒中でのサイクリックボルタムメトリーは第2
図に示すように、酸化電流(鎖線で示す)及び還元電流
(実線で示す)が観察された。
Using this polyaniline pellet as the working electrode and platinum as the counter electrode, cyclic voltammetry in propylene carbonate containing 1M LiBF 4 and dimethoxyethane solvent
As shown in the figure, an oxidation current (shown by a chain line) and a reduction current (shown by a solid line) were observed.

正に流れる電流すなわち酸化電流はBF4 -のポリアニリ
ンへのドーピングであり、負に流れる電流すなわち還元
電流はBF4 -のポリアニリンからのドーピングである。ポ
リアニリンを正極における電極活物質に使用すると、前
者のドーピングは充電であり、後者のアンドーピングは
放電に相当する。ドーピングの電気量とアンドーピング
の電気量の比、すなわちクーロン効率はほぼ100パーセ
ントが得られた。
The positive flowing current, that is, the oxidation current, is the doping of BF 4 − into the polyaniline, and the negative flowing current, that is, the reducing current, is the doping from the BF 4 of polyaniline. When polyaniline is used as the electrode active material in the positive electrode, the former doping corresponds to charging and the latter undoping corresponds to discharging. The coulombic efficiency, that is, the ratio of the amount of electricity for doping and the amount of electricity for undoping, that is, about 100% was obtained.

(実施例2) 実施例1で合成したポリアニリンに炭素(アセチレン
ブラック)を11重量パーセント添加して混合し、更にバ
インダーとしてポリテトラフルオロエチレンを加えて、
圧力100kg/cm2で成形し、9mm直径のペレットとしたもの
を正極に用いた。1MLiBF4を含む炭酸プロピレンとジメ
トキシエタンの混合溶媒(1:1容量比)を電解液にし、8
0Li−20Al(原子比)合金を負極に使用して電池を構成
した。BF4 -のポリアニリンへのドーピング率を20モルパ
ーセント(対アニリン)ユニットとした。
(Example 2) 11% by weight of carbon (acetylene black) was added to the polyaniline synthesized in Example 1 and mixed, and polytetrafluoroethylene was added as a binder.
A positive electrode was obtained by molding at a pressure of 100 kg / cm 2 and forming a pellet having a diameter of 9 mm. Using a mixed solvent of propylene carbonate containing 1 M LiBF 4 and dimethoxyethane (1: 1 volume ratio) as the electrolyte,
A battery was constructed using a 0Li-20Al (atomic ratio) alloy for the negative electrode. The doping ratio of BF 4 to polyaniline was set to 20 mol% (to aniline) unit.

第3図に実線で示したAは、本実施例2において、電
池電圧が1.5Vになるまで5mA/cm2放電した後の定電流
充,放電の充電電圧変化を示す。同図のA′は同じく放
電電圧変化を示す。本例の開路電圧は3.0Vが得られた。
前述の条件での充放電サイクル実験を行った結果を第4
図Cに示す。サイクル数は630回が得られた。25回めの
充電終了後電池を開路状態に保ち、24時間放置した。そ
の後充電と同じ条件で放電し、その電気量から自己放電
率を求めた結果4.5パーセント/日であった。
A indicated by a solid line in FIG. 3 shows a change in charging voltage during constant current charging and discharging after discharging 5 mA / cm 2 until the battery voltage reached 1.5 V in Example 2. Similarly, A'in the figure shows the discharge voltage change. The open circuit voltage of this example was 3.0V.
The result of the charge / discharge cycle experiment under the above conditions is
Shown in Figure C. 630 cycles were obtained. After the 25th charge was completed, the battery was kept open and left for 24 hours. After that, the battery was discharged under the same conditions as for charging, and the self-discharge rate was calculated from the amount of electricity, resulting in 4.5% / day.

(比較例1) 実施例1で得られたポリアニリンを1MのKOH水溶液に
5時間浸漬撹拌し、その後水洗して真空乾燥した。これ
を100kg/cm2の圧力で成形し、9mm直径のペレットにし
て、4端子法で抵抗を測定して電気伝導度を求めた結果
は約10-8S・cm-1であった。このポリアニリン粉末に炭
素(アセチレンブラック)を11重量パーセント添加して
混合し、前述の条件で直径9mmのペレットに成形し、こ
れを正極として実施例1と同様の電池を構成し、同様の
条件で放電したが、放電はできなかった。
Comparative Example 1 The polyaniline obtained in Example 1 was immersed and stirred in a 1M KOH aqueous solution for 5 hours, then washed with water and dried in vacuum. This was molded at a pressure of 100 kg / cm 2 , pelletized to have a diameter of 9 mm, and the resistance was measured by the four-terminal method to obtain the electric conductivity. The result was about 10 −8 S · cm −1 . 11% by weight of carbon (acetylene black) was added to and mixed with the polyaniline powder, and the pellet was molded into a pellet having a diameter of 9 mm under the above-mentioned conditions. It was discharged, but could not be discharged.

この比較例1において、ポリアニリンには陰イオンが
取りこまれておらず、二次電池として機能しないことが
解る。
In Comparative Example 1, it can be seen that polyaniline does not incorporate anions and does not function as a secondary battery.

このように陰イオンをドーピングできないのは、ポリ
アニリンの構造式が前記(1)式と異なるものとなった
為である。
The reason why the anion cannot be doped is that the structural formula of polyaniline is different from the above formula (1).

(実施例3) 0.2Mのアニリンを含む1MHBF4水溶液を40℃に保ち、過
硫酸アンモニウム((NH42S2O7)を0.1Mになるように
添加し、撹拌しながら5時間放置した。沈殿物を水洗
し、真空乾燥して粉末状のポリアニリンを得て、これを
電子顕微鏡で観察した結果、繊維状をなしていることが
判明した。
Example 3 A 1M HBF 4 aqueous solution containing 0.2M aniline was kept at 40 ° C., ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 7 ) was added to 0.1M, and the mixture was left for 5 hours with stirring. . The precipitate was washed with water and vacuum dried to obtain powdery polyaniline, which was observed with an electron microscope, and as a result, it was found to be fibrous.

この粉末を100kg/cm2の圧力で成形し、9mm直径のペレ
ットとして4端子法で抵抗を測定して電気伝導度を求め
ると2.6S・cm-1であった。このように化学合成で得られ
たポリアニリン粉末に、実施例2と同様に炭素およびテ
トラフルオロエチレンを添加してペレットを成形した。
これを正極にして実施例2と同様の電池を組み、同様の
条件で電池試験を行った。100パーセントのクーロン効
率の得られる充放電サイクル数は720回であった。また
本電池の自己放電率は4.8パーセント/日であった。
The powder was molded under a pressure of 100 kg / cm 2 , and the resistance was measured as a 9 mm diameter pellet by the four-terminal method to obtain the electric conductivity, which was 2.6 S · cm −1 . Carbon and tetrafluoroethylene were added to the polyaniline powder thus obtained by chemical synthesis in the same manner as in Example 2 to form pellets.
A battery similar to that of Example 2 was assembled using this as a positive electrode, and a battery test was conducted under the same conditions. The number of charge / discharge cycles that could achieve 100% Coulombic efficiency was 720. The self-discharge rate of this battery was 4.8% / day.

(比較例2) 前述の実施例2と同様の正極、および負極を用い、電
解液に1MLiBF4を含む炭酸プロピレン溶媒を使用して電
池を構成した。電池試験は実施例2と同様の条件で行っ
た。電流密度5mA/cm2での定電流充放電の電圧変化を第
3図にB,B′として示す。破線Bは本比較例2において
定電流充,放電したときの充電電流変化を示し、破線
B′は同じく放電電圧変化を示す。
Comparative Example 2 A battery was constructed using the same positive electrode and negative electrode as in Example 2 described above, and using a propylene carbonate solvent containing 1 M LiBF 4 as the electrolytic solution. The battery test was performed under the same conditions as in Example 2. The voltage changes during constant current charging and discharging at a current density of 5 mA / cm 2 are shown as B and B ′ in FIG. A broken line B shows a change in charging current when charging and discharging with a constant current in this comparative example 2, and a broken line B ′ shows a change in discharging voltage.

実施例2における電圧変化曲線A,A′(実線)に比較
して本例比較例2の電圧平坦性が劣っていることが解
る。
It can be seen that the voltage flatness of Comparative Example 2 of this example is inferior to that of the voltage change curves A and A ′ (solid line) in Example 2.

本比較例2におけるクーロン効率を第4図のDに示
す。
The Coulombic efficiency in Comparative Example 2 is shown in D of FIG.

クーロン効率が100パーセントを保つ充,放電サイク
ル数は183回であった。また本比較例2における自己放
電率は8パーセント/日であった。
The number of charge and discharge cycles was 183, which kept the Coulombic efficiency at 100%. The self-discharge rate in Comparative Example 2 was 8% / day.

この比較例2により、炭酸プロピレンのみを電解液と
して用いた二次電池は耐久性および電圧特性が良くない
ことが判明した。このような欠点を生じる原因は、炭酸
プロピレンの粘度が高くて電極に対するヌレが悪い為で
あると考えらえる。
From this Comparative Example 2, it was found that the secondary battery using only propylene carbonate as the electrolytic solution had poor durability and voltage characteristics. It is considered that the cause of such a defect is that the viscosity of propylene carbonate is high and the wetting of the electrode is poor.

(比較例3) 負極を除く以外は実施例2と同様の電池を構成し、負
極は金属リチウムのフォイルを使用した。電池試験は実
施例2と同様の条件で行った。電池の開路電圧は実施例
2のそれとほぼ同じであった。しかし充,放電サイクル
数は120〜150回程度であった。
(Comparative Example 3) A battery was constructed in the same manner as in Example 2 except that the negative electrode was omitted, and a metal lithium foil was used as the negative electrode. The battery test was performed under the same conditions as in Example 2. The open circuit voltage of the battery was almost the same as that of Example 2. However, the number of charge and discharge cycles was about 120 to 150.

この比較例3により、負極としてリチウム純金属を用
いると充分な耐久性を得難いことが判明した。
From this Comparative Example 3, it was found that it was difficult to obtain sufficient durability when lithium pure metal was used as the negative electrode.

(実施例4) 負極を除く以外は実施例2と同様の電池を構成した。
負極には次の組成のリチウム−アルミニウム合金を使用
し、それぞれ電池を組んだ。
(Example 4) A battery similar to that of Example 2 was formed except that the negative electrode was omitted.
A lithium-aluminum alloy having the following composition was used for the negative electrode, and a battery was assembled in each.

(i) 20Li−80Al(原子比) (ii) 40Li−60Al(原子比) (iii) 50Li−50Al(原子比) 電池試験は実施例2と同様の条件で行った。電池の開
路電圧は(i),(ii)および(iii)のいずれの電池
も実施例2の電池の開路電圧よりも0.2〜0.4V低かっ
た。ほぼ100パーセントのクーロン効率の得られる充,
放電サイクル数及び自己放電率はそれぞれ次のようであ
った。
(I) 20Li-80Al (atomic ratio) (ii) 40Li-60Al (atomic ratio) (iii) 50Li-50Al (atomic ratio) The battery test was conducted under the same conditions as in Example 2. The open circuit voltages of the batteries (i), (ii) and (iii) were 0.2 to 0.4 V lower than the open circuit voltage of the battery of Example 2. Obtained charge of Coulomb efficiency of almost 100%,
The number of discharge cycles and the self-discharge rate were as follows.

(i)の電池、サイクル数 764回 自己放電率 3.5パーセント/日 (ii)の電池、サイクル数 1162回 自己放電率 4.0パーセント/日 (iii)の電池、サイクル数 1320回 自己放電率 4.4パーセント/日 (実施例5) 負極以外の部分は実施例2と同様の電池を構成し、負
極は98Li−2Al(原子比)のリチウム合金を使用した。
電流密度5mA/cm2で放電した後、BF4 -のポリアニリンへ
のドーピング率が20モルパーセントになる充電を行っ
た。その後、電池を開路状態に15時間置き、放電を行っ
た。この充電−開路放置−放電を1サイクルとし、くり
返し試験を実施したクーロン効率が90パーセント以上得
られるサイクル数は428回で、自己放電率は3.8パーセン
ト/日であった。
(I) Battery, 764 cycles, self-discharge rate 3.5% / day (ii) Battery, 1162 cycles, self-discharge rate 4.0% / day Battery (iii), 1320 cycles, self-discharge rate 4.4% / day Day (Example 5) A portion other than the negative electrode constituted the same battery as in Example 2, and the negative electrode used was a lithium alloy of 98Li-2Al (atomic ratio).
After discharging at a current density of 5 mA / cm 2 , charging was performed so that the doping ratio of BF 4 to polyaniline was 20 mol%. Then, the battery was left open for 15 hours for discharging. This charging-open circuit-discharging was set as one cycle, and the number of cycles in which the Coulomb efficiency was 90% or more, which was subjected to the repeated test, was 428, and the self-discharge rate was 3.8% / day.

(実施例6) 電解液を除く部分は実施例2と同様の電池を構成し
た。そして電解液には1MLiClO4を含む炭酸プロピレン−
ジメトキシエタンの混合溶媒を用いた。電池試験は実施
例2と同様の条件で行い、100パーセントのクーロン効
率の得られる充,放電サイクル数は736回であった。ま
た本電池の自己放電率は3.5パーセント/日と優れてい
た。
(Example 6) The same battery as in Example 2 was constructed except for the electrolytic solution. The electrolytic solution contains propylene carbonate containing 1M LiClO 4.
A mixed solvent of dimethoxyethane was used. The battery test was performed under the same conditions as in Example 2, and the number of charge / discharge cycles at which 100% Coulombic efficiency was obtained was 736. The self-discharge rate of this battery was excellent at 3.5% / day.

(実施例7) 0.1Mのアニリンを含む0.5MHBF4水溶液中で作用極及び
対極に白金を使用し、作用極の電位を銀−塩化銀参照電
極に対し0.9Vに保ち、室温で電解酸化を行って作用極上
にポリアニリンを合成した。ポリアニリンを電極からと
り、水洗いを行い、80℃で真空乾燥を行い、微粒化し
た。このようにして得られたポリアニリンの走査形電子
顕微鏡写真(倍率×10.000)で、ポリアニリンは直径約
1,500オングストロームの繊維状であった。
(Example 7) Platinum was used as a working electrode and a counter electrode in a 0.5M HBF 4 aqueous solution containing 0.1 M aniline, the potential of the working electrode was kept at 0.9 V with respect to a silver-silver chloride reference electrode, and electrolytic oxidation was performed at room temperature. Then, polyaniline was synthesized on the working electrode. Polyaniline was taken from the electrode, washed with water, vacuum dried at 80 ° C., and atomized. The scanning electron micrograph of polyaniline thus obtained (magnification × 10.000) shows that polyaniline has a diameter of approximately
It was 1,500 angstrom fibrous.

以上のようにして得られたポリアニリンにアセチレン
ブラックを10重量パーセント添加して混合し、更にポリ
テトラフルオロエチレンを加えて撹拌し、混合物の12mg
を300kg/cm2の圧力で、直径9mmのペレットに成形し、こ
れを正極に、1MのLiBF4を溶解した炭酸プロピレンとジ
メトキシエタン(1:1容量比)を電解液に、50Li−50Al
(原子パーセント)の合金を負極に、電極間のセパレー
タにポリプロピレンを用いて電池を構成した。一旦、こ
の電池を放電した後、1mA/cm2の電流密度で充電して、
ポリアニリンへのBF4 -のドーピング率は67モルパーセン
ト/アニリンユニットとなった。またこの電池をドーピ
ング率30モルパーセント/アニリンユニットとし電流密
度1mA/cm2で充電し、同じ電流密度で電池電圧が1Vにな
るまで放電する充,放電サイクル試験を行ったところ、
730サイクルでもクーロン効率(充電と放電の電気量の
比)は99%以上であった。この電池の充電終了後の開路
電圧は3.5Vであった。
To the polyaniline obtained as described above, 10% by weight of acetylene black was added and mixed, and polytetrafluoroethylene was further added and stirred to obtain 12 mg of the mixture.
Was molded into pellets with a diameter of 9 mm at a pressure of 300 kg / cm 2 , and this was used as a positive electrode, propylene carbonate in which 1M LiBF 4 was dissolved and dimethoxyethane (1: 1 volume ratio) were used as an electrolytic solution, and 50Li-50Al.
A battery was constructed using (atomic percent) alloy as the negative electrode and polypropylene as the separator between the electrodes. Once this battery is discharged, charge it at a current density of 1 mA / cm 2 ,
The doping rate of BF 4 into polyaniline was 67 mol% / aniline unit. When this battery was charged at a doping rate of 30 mol% / aniline unit at a current density of 1 mA / cm 2 and then discharged at the same current density until the battery voltage became 1 V, a charge / discharge cycle test was conducted.
Even at 730 cycles, the Coulombic efficiency (ratio of charge and discharge electricity) was 99% or more. The open circuit voltage of this battery after completion of charging was 3.5V.

(実施例8) 0.1Mのアニリンを含む1MH2SO4水溶液中で実施例7と
同様の条件で電解酸化を行い、同様に後処理でポリアニ
リン粉末を得た。このポリアニリン粉末の走査形電子顕
微鏡写真は繊維状であった。
Example 8 Electrolytic oxidation was performed in a 1 MH 2 SO 4 aqueous solution containing 0.1 M aniline under the same conditions as in Example 7, and a post-treatment was performed in the same manner to obtain a polyaniline powder. The scanning electron micrograph of this polyaniline powder was fibrous.

このポリアニリンを使用して実施例7と同様の電池を
構成し、ポリアニリンへのBF4 -のドーピング率を求めた
ところ、58モルパーセント/アニリンユニットが得られ
た。また同様の充,放電サイクル試験では、99パーセン
トのクーロン効率で740回以上のサイクル数が得られ
た。
A battery similar to that of Example 7 was constructed using this polyaniline, and the doping ratio of BF 4 into the polyaniline was determined. As a result, 58 mol% / aniline unit was obtained. In the same charge / discharge cycle test, the number of cycles was 740 or more with a Coulomb efficiency of 99%.

(実施例9) 0.2Mのアニリンを含む0.5MのHBF4水溶液に、0.1Mの過
硫酸アンモニウム((NH42S2O7)溶液を温度40℃に保
ちながら1.5時間添加し、ポリアニリンを合成した。こ
のポリアニリンを水洗いし、80℃で真空乾燥して、微粒
化した。このように高温で化学酸化して得られたポリア
ニリンの走査形電子顕微鏡写真(倍率×10,000)は繊維
状構造で、繊維の直径は約1,500オングストロームであ
った。
Example 9 To a 0.5 M HBF 4 aqueous solution containing 0.2 M aniline, a 0.1 M ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 7 ) solution was added for 1.5 hours while maintaining the temperature at 40 ° C., and polyaniline was added. Synthesized. The polyaniline was washed with water and vacuum dried at 80 ° C. to be atomized. The scanning electron micrograph (magnification: 10,000) of the polyaniline obtained by the chemical oxidation at high temperature had a fibrous structure, and the diameter of the fiber was about 1,500 angstroms.

このポリアニリンを使用して実施例7と同様の電池を
構成し、ポリアニリンへのBF4 -のドーピング率を求めた
結果、62モルパーセント/アニリンユニットが得られ
た。また同様の充,放電サイクル試験では、99パーセン
トのクーロン効率で680回以上のサイクル数が得られ
た。
A battery similar to that of Example 7 was constructed using this polyaniline, and the doping ratio of BF 4 to polyaniline was determined. As a result, 62 mol% / aniline unit was obtained. In the same charge / discharge cycle test, a cycle number of 680 or more was obtained with a Coulomb efficiency of 99%.

(実施例10) 0.1Mのアニリンを含む1MH2SO4水溶液中で実施例9と
同様の条件で化学的酸化を行い、同様に後処理でポリア
ニリン粉末を得た。このポリアニリンの走査形電子顕微
鏡写真によるモルフォロジーは繊維状であり、その直径
は2000オングストロームであった。
Example 10 Chemical oxidation was carried out in a 1 MH 2 SO 4 aqueous solution containing 0.1 M aniline under the same conditions as in Example 9, and a post-treatment was carried out in the same manner to obtain a polyaniline powder. The scanning electron micrograph of this polyaniline had a fibrous morphology and a diameter of 2000 angstroms.

このポリアニリンを使用して実施例7と同様の電池を
構成し、ポリアニリンへのBF4 -のドーピング率を求めた
結果、60モルパーセント/アニリンユニットが得られ、
実施例7と同様の充,放電サイクル試験では、99%のク
ーロン効率で665回以上のサイクル数が得られた。
A battery similar to that of Example 7 was constructed using this polyaniline, and the doping ratio of BF 4 to polyaniline was determined to be 60 mol% / aniline unit.
In the same charge / discharge cycle test as in Example 7, a cycle number of 665 or more was obtained with a Coulomb efficiency of 99%.

(実施例11) 0.2Mのアニリンを含む0.5MのHBF4水溶液に、0.1Mの過
硫酸アンモニウム溶液を、温度20℃に保ちながら、1.5
時間添加し、ポリアニリンを合成した。このポリアニリ
ンを水洗いし、80℃で真空乾燥して、微粒化した。この
ようにして得られたポリアニリンの走査形電子顕微鏡写
真(倍率×10,000)はポリアニリンのモルフォロジーは
微粒子状のものであった。
(Example 11) A 0.5 M HBF 4 aqueous solution containing 0.2 M aniline was added with a 0.1 M ammonium persulfate solution at a temperature of 20 ° C.
It was added for a period of time to synthesize polyaniline. The polyaniline was washed with water and vacuum dried at 80 ° C. to be atomized. The scanning electron micrograph (magnification: 10,000) of the polyaniline thus obtained showed that the polyaniline had a fine morphology.

このポリアニリンを使用して実施例7と同様の電池を
構成し、ポリアニリンへのBF4 -のドーピング率を求めた
結果、34モルパーセント/アニリンユニットであった。
実施例7と同様の充,放電サイクル試験では、180回以
降でクーロン効率は低下しはじめた。
A battery similar to that of Example 7 was constructed using this polyaniline, and the doping ratio of BF 4 to polyaniline was determined to be 34 mol% / aniline unit.
In the same charge / discharge cycle test as in Example 7, the Coulombic efficiency began to decrease after 180 times.

(実施例12) 第5図及び第6図は、それぞれ繊維状のポリアニリン
と繊維状のポリアセチレンを導電性ポリマーとして使用
した二次電池の性能の比較を示したものである。
(Example 12) FIG. 5 and FIG. 6 show a comparison of performances of secondary batteries using fibrous polyaniline and fibrous polyacetylene as conductive polymers, respectively.

本実施例における電池の正極には、実施例7で得られ
たものを使用した。電池の構造は、本発明によるもの及
びポリアセチレンを正極の電極活物質として用いた比較
例によるものともいずれも同じであり、第7図に示す構
造を有する。第7図は二次電池の斜視図および一部分の
断面図を示している。符号1は正極,2は負極,3は正極の
集電体,4は負極の集電体を示している。集電体3,4はオ
ーステナイトステンレス鋼たとえば18wt%Cr−8wt%Ni
鋼或はエキスパンドメタルにより構成される。本実施例
ではステンレス鋼を用いている。符号5はセパレータで
あり、多孔質の電気絶縁材料により構成され、孔の中に
電解液が保持されている。セパレータ材料として、例え
ばポリプロピレンカーボネート,ガラスフィルタなどを
使用できる。本実施例ではポリプロピレンカーボネート
を用いている。符号6は正極の集電端子,7は負極の集電
端子である。これら集電端子には18wt%Cr,8wt%Niを含
むオーステナイトステンレス鋼を用いた。8は電池容器
であり、9はキャップである。キャップ9には雄ねじが
切ってあり、このねじと噛み合うように電池容器8の内
面に雌ねじが切ってある。キャップ9をねじ込むことに
よって正極1を負極2側に押し付けている。電池容器及
びキャップは、ポリテトラフルオロエチレンにより構成
した。
The battery obtained in Example 7 was used as the positive electrode of the battery in this example. The structure of the battery is the same as that of the present invention and that of the comparative example using polyacetylene as the positive electrode active material, and has the structure shown in FIG. FIG. 7 shows a perspective view and a partial sectional view of the secondary battery. Reference numeral 1 is a positive electrode, 2 is a negative electrode, 3 is a positive electrode current collector, and 4 is a negative electrode current collector. The current collectors 3 and 4 are made of austenitic stainless steel, such as 18 wt% Cr-8 wt% Ni.
It is made of steel or expanded metal. In this embodiment, stainless steel is used. Reference numeral 5 is a separator, which is made of a porous electrically insulating material and holds the electrolytic solution in the pores. As the separator material, for example, polypropylene carbonate, glass filter or the like can be used. In this embodiment, polypropylene carbonate is used. Reference numeral 6 is a positive collector terminal, and 7 is a negative collector terminal. Austenitic stainless steel containing 18 wt% Cr and 8 wt% Ni was used for these collector terminals. Reference numeral 8 is a battery container, and 9 is a cap. The cap 9 has a male thread, and the inner surface of the battery case 8 has a female thread so as to mesh with the male thread. The positive electrode 1 is pressed against the negative electrode 2 side by screwing in the cap 9. The battery container and the cap were made of polytetrafluoroethylene.

ドーピング率は、ポリアニリンを用いた電池では20モ
ルパーセント/アニリンユニット、(3モルパーセント
/カーボンユニット)、ポリアセチレンを用いた電池で
は4モルパーセント/カーボンユニットで第5図は横
軸,縦軸にそれぞれ放電時間(h)、自己放電率(%)
がとってあり、Eがポリアニリンを用いた電池、Fがポ
リアセチレンを用いた電池の場合を示している。第6図
は横軸には、充電−1時間休止−放電(電流密度5mA/cm
2)をサイクルモードとするサイクル数(回)がとって
あり、縦軸にはクーロン効率(%)がとってあり、Eが
ポリアニリンを用いた電池、Fがポリアセチレンを用い
た電池の場合を示している。ポリアセチレンを用いた電
池は自己放電率は大きく、クーロン効率(%)は、数10
回で低下するのに対して、ポリアニリンを用いる電池
は、自己放電率は低く、放電時間90hの点で4.5%/日で
あり、クーロン効率(%)の低下は数100回においても
低下が認められなかった。
The doping rate is 20 mol% / aniline unit, (3 mol% / carbon unit) for the battery using polyaniline, and 4 mol% / carbon unit for the battery using polyacetylene. Discharge time (h), self-discharge rate (%)
And E is a battery using polyaniline, and F is a battery using polyacetylene. In Fig. 6, the horizontal axis represents charge-1 hour rest-discharge (current density 5mA / cm
2 ) is the number of cycles (cycles) in the cycle mode, the vertical axis is the Coulombic efficiency (%), E is the battery using polyaniline, and F is the battery using polyacetylene. ing. Batteries using polyacetylene have a high self-discharge rate, and Coulombic efficiency (%) is several tens.
In contrast, the battery using polyaniline has a low self-discharge rate of 4.5% / day at a discharge time of 90 hours, and the decrease in Coulombic efficiency (%) is recognized even after several hundred times. I couldn't do it.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、本発明を適用した二次電池は自
己放電がなく、充,放電寿命が永いという優れた実用的
効果を奏する。
As described above in detail, the secondary battery to which the present invention is applied has an excellent practical effect that it has no self-discharge and has a long charge / discharge life.

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

第1図は本発明の原理を説明するための図表であって、
電気化学的に合成したポリアニリンのアンドーピングと
電気伝導度との関係を示す特性図である。第2図は電解
液中でのポリアニリン電極のサイクリックボルタムグラ
ムを示す特性図、第3図はポリアニリンを正極における
電極活物質とし、リチウム合金を負極とする電池の充放
電曲線を示す特性図、第4図はクーロン効率とサイクル
数、すなわちサイクル寿命を示す特性図である。 第5図及び第6図は本発明の効果を説明する為の図表で
ある。 第7図は本発明の一実施例による二次電池の構成を示す
斜視図である。 第8図は電解液の電導度と炭酸プロピレン量の関係を示
す特性図、第9図は電解液の粘度と炭酸プロピレン量と
の関係を示す特性図である。 1……正極、2……正極、3……正極の集電体、4……
負極の集電体、5……セパレータ、6,7……集電体端
子、9……キャップ。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention,
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between undoping and electrical conductivity of electrochemically synthesized polyaniline. FIG. 2 is a characteristic diagram showing a cyclic voltammgram of a polyaniline electrode in an electrolytic solution, and FIG. 3 is a characteristic diagram showing a charge / discharge curve of a battery using polyaniline as an electrode active material in a positive electrode and a lithium alloy as a negative electrode. FIG. 4 is a characteristic diagram showing Coulombic efficiency and the number of cycles, that is, cycle life. 5 and 6 are charts for explaining the effects of the present invention. FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the electrical conductivity of the electrolytic solution and the amount of propylene carbonate, and FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the viscosity of the electrolytic solution and the amount of propylene carbonate. 1 ... Positive electrode, 2 ... Positive electrode, 3 ... Positive electrode current collector, 4 ...
Negative electrode current collector, 5 ... Separator, 6,7 ... Current collector terminal, 9 ... Cap.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 博幸 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 遠山 厚子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 江波戸 昇 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 松田 臣平 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−68864(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Sugimoto 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitate Works, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Atsuko Toyama 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Nitate Works Co., Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Noboru Ebado 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Shinpei Matsuda 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-61-68864 (JP, A)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】導電性ポリマーを電極活物質とする正極
と、リチウム合金製の負極とを、電界液を挟んで対向せ
しめた二次電池において、前記の導電性ポリマー及び電
解液がそれぞれ次記(a)(b)の如く構成されたもの
であることを特徴とする二次電池。 (a)導電性ポリマーは、その構造式が次の(1)式 であり、且つ、この(1)式の構造は、変形態様として
次の(1′)式の構造を含み、 且つ、ポリマーを構成する水素と炭素の原子数比が0.75
〜0.85であり、窒素と炭素の原子数比が0.15〜0.18であ
るポリアニリンよりなる。尚、(1)(1′)式で、X-
は陰イオンであり、nは重合度を示す。 (b)電解液は、炭酸ポリプロピレンとエーテル系溶媒
との混合溶媒にリチウムの複塩を溶解したものである。
1. A secondary battery in which a positive electrode using a conductive polymer as an electrode active material and a negative electrode made of a lithium alloy are opposed to each other with an electrolytic solution interposed therebetween, and the conductive polymer and the electrolytic solution are respectively described below. A secondary battery having the structure as described in (a) and (b). (A) The conductive polymer has the following structural formula (1). And the structure of the formula (1) includes a structure of the following formula (1 ′) as a modification, Moreover, the atomic number ratio of hydrogen and carbon constituting the polymer is 0.75.
.About.0.85 and consisting of polyaniline having an atomic ratio of nitrogen to carbon of 0.15 to 0.18. In addition, in the formulas (1) and (1 ′), X
Is an anion, and n represents the degree of polymerization. (B) The electrolytic solution is a mixed solvent of polypropylene carbonate and an ether solvent in which a double salt of lithium is dissolved.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、導電性ポ
リマーは繊維形状をなすことを特徴とする二次電池。
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the conductive polymer has a fiber shape.
【請求項3】特許請求の範囲第2項において、ポリアニ
リン重合度n>20であることを特徴とする二次電池。
3. The secondary battery according to claim 2, wherein the polyaniline polymerization degree n> 20.
【請求項4】特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれ
かにおいて、前記の正極は、ポリアニリン粉末と炭素粉
末とを、ポリテトラフルオロエチレンよりなるバインダ
ーで結合したものであることを特徴とする二次電池。
4. The positive electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode is formed by binding polyaniline powder and carbon powder with a binder made of polytetrafluoroethylene. And a secondary battery.
【請求項5】特許請求の範囲第1項乃至第4項のいずれ
かにおいて、前記の電解液は、多孔質の電気絶縁性セパ
レータに含浸保持したものであることを特徴とする二次
電池。
5. A secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrolytic solution is impregnated and held in a porous electrically insulating separator.
【請求項6】特許請求の範囲第5項において、前記のセ
パレータは、ポリプロピレンカーボネートであることを
特徴とする二次電池。
6. The secondary battery according to claim 5, wherein the separator is polypropylene carbonate.
【請求項7】特許請求の範囲第3項において、前記の繊
維形状のポリアニリンは、その直径が1000〜3000オング
ストロームであり、その長さが数ミクロン〜数十ミクロ
ンであることを特徴とする二次電池。
7. The fiber-shaped polyaniline according to claim 3, characterized in that its diameter is 1000 to 3000 angstroms and its length is several microns to several tens of microns. Next battery.
JP61087040A 1985-04-17 1986-04-17 Secondary battery Expired - Lifetime JPH0821430B2 (en)

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