JPH10321232A - 電極組成物 - Google Patents

電極組成物

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JPH10321232A
JPH10321232A JP9126093A JP12609397A JPH10321232A JP H10321232 A JPH10321232 A JP H10321232A JP 9126093 A JP9126093 A JP 9126093A JP 12609397 A JP12609397 A JP 12609397A JP H10321232 A JPH10321232 A JP H10321232A
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compound
disulfide
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JP9126093A
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Hiroshi Matsui
浩志 松井
Takayuki Imai
隆之 今井
Takashi Edo
崇司 江戸
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジスルフィド系化合物の高エネルギー密度と
いう性質を失わず、大電流特性に優れた電極組成物を得
る。 【解決手段】 イオン伝導性高分子100重量部に対し
て、ジスルフィド系化合物50〜350重量部、導電性
炭素粉末10〜120重量部を配合したものに、ベンズ
イミダゾール誘導体、またはベンゾチアゾール誘導体1
0〜180重量部を、もしくはアクリジン誘導体15〜
180重量部を配合をした電極組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2次電池、コンデ
ンサー、エレクトロクロミクスディスプレーなどのデバ
イスなどに用いられ、高いエネルギー密度を有し、大電
流特性に優れた電極組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】チオール基(ーSH、Sは硫黄を示
す)、またはチオラート基(ーSM、Mは一価の金属を
示す)を有する化合物は、酸化により、チオール基、チ
オラート基が、プロトンまたは金属イオンを放出して、
他の分子との間にあるいはその分子内にジスルフィド結
合(ーSS−)を形成し、ジスルフィド基を有する化合
物となる。また、この化合物は、還元により、ジスルフ
ィド結合が解裂して、再度チオール基、チオラート基を
有する化合物に戻る。このような酸化還元反応を起こし
得る化合物、すなわち分子内に少なくとも、チオール
基、チオラート基、またはジスルフィド基を有する化合
物(以下、ジスルフィド系化合物と略記)は、高エネル
ギー密度が期待できる化合物として注目されている。こ
のようなジスルフィド系化合物を正極活性物質として用
いた2次電池が、米国特許第4,833,048号において提案
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジスル
フィド系化合物を用いた電池用電極においては、電極上
における酸化還元反応の速度が遅いことや、一般的に絶
縁体であることなど、電極としての欠点を有する。その
ため、常温においては内部抵抗が高く、大電流放電時の
電圧降下が大きく、理論容量から予測されるような高い
エネルギー容量は得られない。よって、ジスルフィド系
化合物を用いた電極においては、実用に耐え得るような
優れた特性は得られていない。このような問題を解決す
るために、ジスルフィド系化合物をポリアニリンなどの
導電性高分子と複合化した電極組成物などが提案されて
いる(特開平8ー213021号公報等による)。本発
明も、前記問題を解決するためのもので、前述の先行発
明とは違う観点から、ジスルフィド系化合物の高エネル
ギー密度という性質を失わず、大電流特性に優れた電極
組成物を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題は、イオン伝導
性高分子100重量部に対して、ジスルフィド系化合物
50〜350重量部、導電性炭素粉末10〜120重量
部を配合したものに、ベンズイミダゾール誘導体または
ベンゾチアゾール誘導体を10〜180重量部もしくは
アクリジン誘導体15〜180重量部を配合した電極組
成物を提供することによって解決できる。
【0005】
【作用】電極組成物の構成成分であるイオン伝導性高分
子は、リチウムイオンなどの陽イオンがその内部を動く
ことによって導電性を示す。本発明の電極組成物におい
ては、放電時にジスルフィド系化合物の還元反応により
陰イオンが生じる。このときイオン伝導性高分子内に存
在する陽イオンが、前記陰イオンを補償し、電極組成物
内に分極が起こらないようにするので、ジスルフィド系
化合物の反応がスムーズに進むようになる。
【0006】また、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾ
チアゾール誘導体、およびアクリジン誘導体は、ジスル
フィド系化合物との相互作用により、ジスルフィド系化
合物の酸化還元反応の速度を改善すると考えられ、この
ことにより、この反応がスムーズに進み、大電流放電時
の電圧降下が少なくなるという効果が得られる。このよ
うに、本発明の電極組成物においては、ジスルフィド系
化合物に、上記イオン伝導性高分子を配合し、さらにベ
ンズイミダゾール誘導体、ベンゾヂアゾール誘導体、ま
たはアクリジン誘導体を配合するものであるので、ジス
ルフィド系化合物における酸化還元反応が促進され、常
温における内部抵抗も低くなり大電流放電時の電圧降下
が少なくなるので、大電流特性に優れたものとなる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の請求項1記載の電極組成物は、イオン伝
導性高分子100重量部に対して、ジスルフィド系化合
物50〜350重量部、導電性炭素粉末10〜120重
量部、ベンズイミダゾール誘導体を10〜180重量部
を配合してなるものである。上記イオン伝導性高分子と
しては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキ
サイド、エチレンオキサイドープロピレンオキサイド共
重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルニトリ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタ
クリレート、ポリフォスファゼン、ポリシロキサンなど
の高分子、もしくはこれらのうち少なくとも1種を含む
高分子ブレンドに、アルカリ金属塩を添加したものなど
を用いることができる。
【0008】上記アルカリ金属塩は、カチオンとして
は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオ
ンなどが挙げられ、アニオンとしては、過塩素酸イオ
ン、チオシアン酸イオン、トリフロロメタンスルフォン
酸イオン、テトラフロロホウ酸イオン、ヘキサフロロリ
ン酸イオン、ビストリフロロメチルスルフォニルイミド
イオンなどが挙げられる。また、上記イオン伝導性高分
子に、可塑剤として、プロピレンカーボネート、エチレ
ンカーボーネート、ジメトキシエタン、ジメチルスルフ
ォキシド、ジメチルフォルムアミド、スルフォランなど
の溶媒を配合しても構わない。
【0009】ジスルフィド系化合物としては、米国特許
第4,833,048号に述べられている一般式(R(S)yn
(式中Rは脂肪族基または芳香族基、Sは硫黄、yは1
以上の整数、nは2以上の整数である。)で表される化
合物を用いることができる。例えば、2,5−ジメチル
カプトー1,3,4ーチアジアゾール(以下、DMcT
と略記)、トリアジントリチオールなどが挙げられる。
また、これらの化合物のチオール基のプロトンの一部も
しくは全部をアルカリ金属塩で置き換えた化合物、また
はこの化合物がジスルフィド結合により多量体を形成し
た化合物、例えばテトラメチルチウラムジスルフィドな
どを用いることができる。上記ジスルフィド系化合物
は、イオン伝導性高分子100重量部に対して、50〜
350重量部の割合で配合するのが望ましい。50重量
部未満では、電極組成物のエネルギー容量が低くなって
不都合となり、350重量部を越えると電極組成物の大
電流特性が損なわれることとなり不都合となる。
【0010】上記導電性炭素粉末としては、アセチレン
ブラックが、電極組成物に電子伝導性を付与するために
好適に用いられる。この導電性炭素粉末は、イオン伝導
性高分子100重量部に対して、10〜120重量部の
割合で配合されるのが望ましい。10重量部未満では、
電極組成物の電子伝導性が不十分なため不都合となり、
120重量部を越えると正極膜の可とう性が劣ることと
なって不都合となる。
【0011】上記ベンズイミダゾール誘導体としては2
ーアミノベンズイミダゾール、2ーアミノー1ーメチル
ベンズイミダゾール等が用いられる。このベンズイミダ
ゾール誘導体は、イオン伝導性高分子100重量部に対
して、10〜180重量部の割合で配合するのが望まし
い。10重量部未満では、ジスルフィド系化合物の活性
を上げる効果がなく不都合となり、180重量部を越え
るとジスルフィド系化合物の活性を下げることになり不
都合となる。
【0012】本発明の請求項2記載の電極組成物は、イ
オン伝導性高分子100重量部に対して、ジスルフィド
系化合物50〜350重量部、導電性炭素粉末10〜1
20重量部、ベンゾチアゾール誘導体を10〜180重
量部を配合したことを特徴とするものである。上記イオ
ン伝導性高分子、ジスルフィド系化合物、導電性炭素粉
末としては、本発明の請求項1と同様のものが用いら
れ、それらの配合量についても、本発明の請求項1と同
様の割合で配合される。上記ベンゾチアゾール誘導体と
しては、2ーアミノベンゾチアゾール、2ーアミノー4
ーメトキシベンゾチアゾール等が用いられる。このベン
ゾチアゾール誘導体は、イオン伝導性高分子100重量
部に対して、10〜180重量部の割合で配合するのが
望ましい。10重量部未満では、ジスルフィド系化合物
の活性を上げる効果がなく不都合となり、180重量部
を越えるとジスルフィド系化合物の活性を下げることに
なり不都合となる。
【0013】本発明の請求項3記載の電極組成物は、イ
オン伝導性高分子100重量部に対して、ジスルフィド
系化合物50〜350重量部、導電性炭素粉末10〜1
20重量部、アクリジン誘導体を15〜180重量部を
配合したことを特徴とするものである。上記イオン伝導
性高分子、ジスルフィド系化合物、導電性炭素粉末とし
ては、本発明の請求項1と同様のものが用いられ、それ
らの配合量についても、本発明の請求項1と同様の割合
で配合されることが望ましい。上記アクリジン誘導体と
しては、9ーアミノアクリジン、2ーエトキシー6,9
ージアミノアクリジン等が用いられる。このアクリジン
誘導体は、イオン伝導性高分子100重量部に対して、
15〜180重量部の割合で配合されることが望まし
い。15重量部未満では、ジスルフィド系化合物の活性
を上げる効果がなく不都合となり、180重量部を越え
るとジスルフィド系化合物の活性を下げることになり不
都合となる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 (試験例1)電極組成物の各成分に、イオン伝導性高分
子として、ポリフッ化ビニリデン、過塩素酸リチウム、
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートを重量
比、1:0.6:1.2:1.5の割合で配合したリチウ
ムイオン伝導性高分子複合体を用い、ジスルフィド系化
合物として、DMcTのプロトンを置換したものをヨウ
素により化学重合して精製したポリDMcTを用い、導
電性炭素粉末としてアセチレンブラックを用い、ベンズ
イミダゾール誘導体として2ーアミノベンズイミダゾー
ルを用いた。
【0015】これらの電極組成物の構成成分を、表1に
示す割合で配合し、アセトニトリルに分散させ、スラリ
ー溶液を作製した。このスラリー溶液をアルミ箔の集電
体上に厚さ180μmとなるように、塗布し乾燥させて
アセトニトリルを除去したものを、外径10mmの円形
に切り抜き、実施例1〜3、比較例1〜6の正極を得
た。また、前記リチウムイオン伝導性高分子複合体をア
セトニトリルに溶解し、この溶液を厚さ70μmとなる
ように、フッ化樹脂板上にキャストし乾燥させてアセト
ニトリルを除去したものを、外径10mmの円形に切り
抜き、これを電解質兼用のセパレータとした。
【0016】上記実施例1〜3、比較例1〜6の正極
と、セパレータとを用い、負極には、厚さ100μm、
外径10mmのリチウム箔を積層したものを用いて、放
電試験用のセルを作製した。これらのセルの作製は、全
てアルゴン雰囲気中にて行い、セル完成後、リード線を
取り出してからプラスチックフィルムを熱融着させるこ
とにより密封し、セルが大気と接することがないように
した。前記電極組成物を正極に用いたセルについて、放
電容量、大電流放電時の電圧降下について検討した。放
電容量については、次のように試験を行った。各セル
に、電流0.1mA/cm2にて定電流放電を行い、放
電電圧が2Vとなるまでの時間を測定し、これを放電時
間とした。そして、実施例1のセルで得られた放電時間
を1として、他の実施例および比較例のセルで得られた
放電時間をそれぞれ比で表した。
【0017】大電流放電時の電圧降下については、次の
ように試験を行った。それぞれのセルについて、上記放
電容量試験と同様にして定電流放電を行い、電流を0.
1mA/cm2としたときのセル電圧をV0.1mAとし、電
流を1mA/cm2としたときのセル電圧をV1mAとして
測定した。このときのセル電圧は電流を流してから1分
後の値とした。このときの結果を、V0.1mAに対するV
1mAの比(V1mA/V0 .1mA)で表し、それらの結果を表
1に示した。この比が大きいほど、電流放電時の電圧降
下が少ないと評価される。結果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】(試験例2)試験例1の2ーアミノベンズ
イミダゾールに代えて、ベンゾチアゾール誘導体として
2−アミノベンゾチアゾールを用い、構成成分の配合比
を表2に示す割合にした以外は試験例1と同様にして実
施例4〜6、比較例7〜12を得た。これらの電極組成
物を正極に用いたセルについて、試験例1と同様に、放
電容量、大電流放電時の電圧降下について検討した。結
果を表2に示す。
【0020】
【表2】
【0021】(試験例3)試験例1の2ーアミノベンズ
イミダゾールに代えて、アクリジン誘導体として9ーア
ミノアクリジンを用い、構成成分の配合比を表3に示す
割合にした以外は試験例1と同様にして実施例7〜9、
比較例13〜18を得た。これらの電極組成物を正極に
用いたセルについて、試験例1と同様に、放電容量、大
電流放電時の電圧降下について検討した。結果を表3に
示す。
【0022】
【表3】
【0023】表1、表2、表3の結果から、本発明の電
極組成物の実施例においては、比較例に比べ、良好な放
電容量を示し、大電流放電時の電圧降下も小さく抑えら
れているのがわかる。また、実施例の正極膜の機械的強
度に問題はなかったが、比較例2、4、8、10、1
4、16においては、正極膜の可とう性が著しく劣って
いたため、電極組成物としては不適であった。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電極組成
物は、イオン伝導性高分子に対して、ジスルフィド系化
合物、導電性炭素粉末、ベンズイミダゾール誘導体、ベ
ンゾチアゾール誘導体、またはアクリジン誘導体を適用
量配合したものであるので、これを使用した電池におい
ては、電極の導電性が十分に高く、ジスルフィド系化合
物の使用率を高くすることができるので、高いエネルギ
ー容量を有し、ジスルフィド系化合物の酸化還元反応が
十分に速い速度で進行するので、大電流特性に優れたも
のとなる。このように、本発明の電極組成物は、高いエ
ネルギー密度をもち、大電流特性に優れるので、2次電
池、コンデンサー、エレクトロクロミクスディスプレー
などの様々なデバイスへの応用が期待される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01M 10/40 H01G 9/00 301G // G02F 1/155 9/02 331G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン伝導性高分子100重量部に対し
    て、ジスルフィド系化合物50〜350重量部、導電性
    炭素粉末10〜120重量部、ベンズイミダゾール誘導
    体を10〜180重量部を配合したことを特徴とする電
    極組成物。
  2. 【請求項2】 イオン伝導性高分子100重量部に対し
    て、ジスルフィド系化合物50〜350重量部、導電性
    炭素粉末10〜120重量部、ベンゾチアゾール誘導体
    を10〜180重量部を配合したことを特徴とする電極
    組成物。
  3. 【請求項3】 イオン伝導性高分子100重量部に対し
    て、ジスルフィド系化合物50〜350重量部、導電性
    炭素粉末10〜120重量部、アクリジン誘導体を15
    〜180重量部を配合したことを特徴とする電極組成
    物。
JP9126093A 1997-05-15 1997-05-15 電極組成物 Withdrawn JPH10321232A (ja)

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